Процессор Intel QNCT(Coffee Lake ES, 6C/12T). Zalman VF700-Cu меняет профессию

Процессоры QNCT продаются уже достаточно давно. Они представляют собой ноутбучные чипы с припаянным переходником для установки в обычную материнскую плату. Они обладают производительностью i7-7700K при выгодной цене 70 долларов, но при сборке имеются некоторые нюансы, в числе которых — требовательность к подбору системы охлаждения и необходимость юстировки её креплений.
Я попытался совместить в одной конструкции хороший теплоотвод, компактность и простоту установки.

Процессор QNCT имеет 6 ядер / 12 потоков, работает на базовой частоте 2.0 гигагерца, автоматически в турбобусте разгоняется до 3.6гигагерц на одно ядро или 3.1 гигагерц на все, вручную — до 3.3 гигагерц через BIOS или программу Intel XTU. При этом его TDP составляет 45 Вт,, а производительность достаточна для полного использования возможностей видеокарт уровня GTX1070/1080.
Практически идеальный вариант для домашнего ПК, но, естественно, без подводных камней тут не обошлось:

Процессоры требовательны к материнским платам. Меньше всего проблем возникает с платами от Gigabyte. На чипсетах B360, H310, H370, Q370 и Z390 на данный момент склейки не запускаются из-за особенностей устройства BIOS. Также существуют некоторые ограничения по конструкции и весу применимых систем охлаждения — они должны быть со сплошным металлическим основанием и как можно более лёгкими.
Меня все эти сложности не испугали, и я оформил заказ.
Посылка была упакована в коробочку из гофрокартона, доехала за 2 недели.

Полезное содержимое посылки — пластмассовая коробочка, в которой лежат прижимная рамка, 6 винтов для её крепления и завёрнутый в салфетку процессор, и две отвёртки Torx разного размера. Упаковочную плёнку-пупырку я фотографировать не стал:)

Процессор-бутерброд, вид сверху. Кристалл заклеен каптоновым скотчем для защиты от повреждений — не забудьте снять скотч перед установкой кулера.

Он же, вид снизу:

Вот этот усеянный контактными площадками квадратик входит в разъём на материнской плате, а всё остальное там не помещается, почему и пришлось делать специальную рамку. Для сравнения — рядом лежит обычный процессор под Socket 1151:

Установка данного процессора состоит из двух этапов.
На первом этапе выполняется доработка BIOS материнской платы, так как инженерные процессоры требуют корпоративную версию Intel ME и отказываются запускаться на пользовательской(именно поэтому процессорные склейки не поддерживаются системами на чипсетах B360, H310, H370, Q370 и Z390 — они используют ME 12.x, корпоративной версии которого в открытом доступе нет, снизить версию МЕ до 11.х невозможно). По замыслу разработчиков это одна из ступеней защиты от перепродажи таких процессоров на рынке, но прошивки тестовых материнских плат уже утекли в Интернет, расковырены и написаны специальные программы для автоматизации доработки пользовательских прошивок.


Вообще для запуска процессоров Coffee Lake на платах 100 и 200 серий требуется ещё и доработка процессорного разъёма, в котором требуется часть контактов изолировать, а часть замкнуть накоротко, но во внутренней разводке переходника, позволяющего всадить процессор BGA1440 в разъём LGA1151, это уже сделано, так что остаётся только перепрошить BIOS и правильно поставить кулер.
Если Ваша материнская плата довольно распространена — скорее всего, для неё уже есть доработанная прошивка BIOS. Под Gigabyte Z170N-WIFI, например, она нашлась тут.
Если плата относительно редкая (особенно это касается всякой китайской экзотики) — у Вас есть выбор: взять в руки бубен и попытаться слепить прошивку в программе CoffeeTime самому или написать продавцу на Алиэкспрессе в личные сообщения и попросить у него файл(или уже прошитую микросхему, если она у Вас на плате стоит в панельке). Отвечает он быстро, примерно в течение половины дня вопрос с прошивкой решается.
При отсутствии программатора перепрошивку BIOS придётся вести на стандартном для платформы настольном процессоре, например Sky Lake. Если в исходной прошивке материнской платы блокировка регионов не задействована, то особых проблем не будет, хотя материнскую плату с DualBIOS придётся перешивать дважды.
Если при попытке перепрошивки на экране появится сообщение об ошибке 451 — блокировка таки задействована.

Решается эта проблема довольно просто — подтяжкой вывода HDA_SDO на звуковом кодеке материнской платы к шине +3,3В в момент включения. Проще всего это сделать кратковременным замыканием выводов 1 и 5 на звуковом чипе(уточняйте номера выводов перед тем, как их коротить. У Realtek вывод HDA_SDO называется SDATA_OUT, у VIA — SDO. Вывод 3.3 В у Realtek называется DVDD, у VIA — DVDD_CORE):

Я рекомендую использовать для этого пинцет с тонкими острыми губками и перед замыканием заклеить лишние выводы микросхемы(c 6 по 11) липкой лентой, чтобы случайно не закоротить лишнего.
Теперь потребуется немного ловкости рук — одной рукой держим пинцет на выводах, другой нажимаем кнопку включения. Когда прозвучит звуковой сигнал, пинцет можно убрать — до момента перезагрузки блокировка будет деактивирована. Если конструируете прошивку сами — рекомендую отключить блокировку FD locks в настройках CoffeeTime, потому что не факт, что с первого раза всё запустится.
Перепрошили? Отключаем питание от платы(физически, выдёргиваем кабель из блока питания), снимаем кулер, отщёлкиваем прижимную рамку процессорного разъёма.

Снимаем процессор. Берём отвёртку побольше из прилагающихся к процессору, выкручиваем три винта крепления прижимной рамки и снимаем саму рамку.

Укладываем процессор в разъём.

Накрываем его прилагающейся рамкой. Мне приехала рамка старой ревизии, новые оставляют открытым только кристалл.

Вставляем в отверстия крепёжные винты, прилагаемые к процессору и затягиваем их второй отверткой.

У меня эта процедура особых сложностей не вызвала, просто не надо закручивать винты до хруста текстолита. Если BIOS дорабатывался самостоятельно — скорее всего, в незапуске свежесобранной системы будет виноват именно он.
Выполняем сброс BIOS(где-то понадобится переставить на несколько секунд перемычку на штырях, где-то замкнуть металлическим предметом контакты на плате), подключаем питание и снимаем защитный скотч с кристалла. Наносим на кристалл термопасту и накладываем на него временный радиатор, который можно позаимствовать от старой видеокарты или чипсета. Его задача — отводить тепло на время первоначальной проверки, поэтому крепление и обдув ему не обязательны, достаточно просто контролировать его температуру пальцем.
Жмём кнопку включения. Первый запуск будет достаточно длительным, плата будет несколько раз перезагружаться, останавливая и вновь запуская кулер. Если всё было сделано правильно, то одиночный звуковой сигнал и появление изображения на экране произойдут до того, как радиатор нагреется до невозможности держать на нём палец, и на этом моменте можно отключить и переходить ко второму этапу сборки — установке кулера. Если звука и изображения нет — всё равно отключаем питание и смотрим, что не так сделали при доработке прошивки, вносим правки, после чего повторяем предыдущие шаги.
Так как процессор QNCT и ему подобные изначально предназначен для ноутбуков, металлической крышки у него нет для уменьшения толщины изделия и снижения его себестоимости — кристалл расположен открыто на текстолите. Кулеры с прямым контактом тепловых трубок такому противопоказаны, но они сейчас заполонили всё и хороший кулер, лёгкий и с цельнометаллическим основанием уже стало сложно найти.
Впрочем, решение есть — можно использовать кулеры от старых процессоров. QNCT — процессор холодный, для его 45 ватт тепловыделения хватит с лихвой кулера от Socket 478 самой первой ревизии — со сплошными продольными рёбрами.
.
Он крепился к плате за пластмассовую рамку, окружающую процессор:
.
Точки крепления, естественно, у Socket 478 и Socket 1151 не совпадают, поэтому переставить рамку на новую материнскую плату не получится:

Поэтому вырезаем из стальной пластины толщиной 2 мм крепёжные лапки и прикручиваем их к радиатору винтами М3 с потайной головкой.
После нескольких итераций подгонки напильником по месту радиатор приобретает следующий вид:

Крепиться к плате он будет четырьмя подпружиненными винтами. Да, шайбы и гайки крепления тоже пришлось подпилить.
Пружинно-винтовое крепление в сборе выглядит так:

Если Вы решите использовать боксовый кулер для Socket 115x, то его тоже придётся дорабатывать, заменяя пластиковые пины подпружиненными винтами — штатное клипсовое крепление не обеспечивает нужного прижима радиатора к кристаллу.
Данное пружинно-винтовое крепление не свободно от недостатков — оно требует равномерной затяжки винтов при установке кулера на кристалл.
Можно ли как-нибудь от этого избавиться?
Можно. Аналогичное конструктивное решение с открытым кристаллом характерно для видеокарт, а учитывая ограничения по размеру, кулер для них просто должен быть компактным. К примеру, фирма Zalman когда-то выпустила модель VF700.
Существовала она в двух вариантах — VF700-AlCu с радиатором смешанной алюминиево-медной конструкции массой 180 грамм и VF700-Cu с полностью медным радиатором массой 270 грамм.

Равномерность теплоотвода нам важнее экономии 90 грамм массы, поэтому VF700-AlCu с его узкой медной полосой в центральной зоне радиатора, на которую пиходится меньше 1/3 площади теплоотдачи, нам не подойдёт:

VF700-Cu когда-то достался мне с проблемной GeForce 6600GT, на практике оказался способен справиться с процессором Athlon64X2 3600+. Хотя на такое применение никогда не рассчитывался и напрямую на процессор его поставить не получится, но когда это нас останавливало?

Одной из особенностей разъёмов процессоров AMD, начиная с Socket 754, является развитый пластмассовый бэкплейт, к которому крепится пластмассовая же рамка, за которую крепится непосредственно сам кулер.
Процессоры при этом снабжены теплораспределительной крышкой, которая защищает кристалл от механических повреждений, поэтому установка кулера Zalman VF700 на них очень проста — просто снимаем окружающую процессорный разъём пластмассовую рамку, измеряем расстояние между точками её крепления по диагонали, удлиняем плечи пружины-коромысла и притягиваем их к бэкплейту винтами от родной рамки:

Точность исполнения удлинителей пружины и центровки кулера на процессоре особой роли не играет — теплораспределительная крышка процессора нивелирует ошибки в несколько миллиметров. С открытым кристаллом процессорной склейки такой фокус не пройдёт — кулер должен прижиматься к нему как можно равномернее, поэтому нам придётся изготовить специальный адаптер.
Сначала берём в руки линейку или штангенциркуль и промеряем процессор:

Находим описание креплений системы охлаждения для Socket 115x и привязываем к чертежу то, что намерили:

Если центр кристалла штаного процессора находился находился точно на пересечении диагоналей квадрата, образованного центрами отверстий для крепления системы охлаждения, то у процессорной склейки QNCT он смещён на 2 мм к северу и 3 мм к востоку, и это надо учесть при изготовлении адаптера — он будет ассиметричен.
Берём кусок дюралевого листа толщиной 4 мм.

Размечаем.

Керним.

Сверлим отверстия диаметром 2,5 мм.

Пилим.

В двух отверстиях посередине нарезаем резьбу М3 и раззенковываем их под винты с потайной головкой, отверстия по углам рассверливаем до диаметра 3,0-3,2 мм.
На этом моменте остатки краски можно удалить металлической щёткой.

Из гетинакса толщиной 5 мм изготавливаем 8 шайб с внутренним диаметром 3 мм и наружным около 10 мм.

Толщина шайб определяется высотой компонентов материнской платы, расположенных рядом с разъёмом процессора — лежащая на стопках шайб рамка не должна их касаться.
В половине шайб отверстие раззенковываем сверлом на 4,0-4,2 мм, чтобы шайба налезала на крепления бэкплейта и плотно прилегала к текстолиту материнской платы:

Винты я использовал М3х14 с широкой плосковыпуклой головкой.

Они несколько коротковаты, но М3х16 не нашлось.

Закручиваем в резьбовые отверстия рамки винты М3х12 с потайной головкой, устанавливаем шайбы на точки крепления бэкплейта, кладём на них сверху рамку и затягиваем винты её крепления.

Смазываем кристалл тонким слоем любой термопасты, которую не жалко(можно даже зубной), и насаживаем кулер на торчащие из рамки винты:

Потом снимаем его и смотрим на отпечаток термопасты на подошве. Если он выглядит так:

То это значит, что кулер не стал в расчётное положение. Отвинчиваем рамку, берём плоский напильник и снимаем с верхних краёв выреза фаски со стороны VRM, пока отпечаток не примет следующий вид:

Протираем кристалл от контрольной пасты, наносим рабочую:

Насаживаем кулер на винты и закрепляем его. В комплекте Zalman VF700 есть пара красивых ребристых гаек(слева на фото):

Но они неудобны, потому что резьба М3 в них не сквозная, и в исходном состоянии её глубины недостаточно.
Можно, конечно, сделать проставки из трубок или насадить на каждый винт стопку шайб, но мне было влом, поэтому я просто нашёл в запасах крепежа пару алюминиевых стоек для крепления печатных плат(справа на фото) — в них глубины резьбы как раз хватило. Ещё хорошо подходят крепления от процессорных узлов PowerMac G5(на фото в центре) — но они выступают над кулером вверх, да и вообще вещь довольно экзотичная по нашим временам.
На подопытной плате Z170N-WIFI добиться точной центровки кулера на кристалле добиться не удалось из-за конструктивных особенностей платы — лепестки кулера без их подрезки упираются в выступающие над текстолитом экран разъёма RG-45 и плату WiFi-адаптера:

Итак — пуск!
Стресс-тест:

При температуре воздуха в комнате 27 градусов процессор нагревается до 30-31 градуса в простое и до 74 градусов при полной нагрузке. Учитывая размеры кулера, результат можно считать хорошим, но достигнут он ценой довольно высокой шумности — низкопрофильный 80-мм вентилятор работает на полной скорости вращения 2880 об/мин, и с этим надо что-то делать.
Все современные материнские платы умеют управлять скоростью вращения процессорного кулера при помощи PWM. Cигнал управления скоростью вращения вентилятора #CONTROL имеет амплитуду 5 В и частоту около 22 кГц, снимается с вывода типа «открытый коллектор» с подтягиванием к +5 В…
Но вентилятор кулера Zalman VF700 не имеет входа PWM-сигнала управления скоростью вращения, а материнская плата Gigabyte Z170N-WIFI не умеет управлять скоростью вращения вентиляторов с трёхконтактным подключением.
Чтобы подружить их между собой, воспользуемся специально обученным блоком управления.

Он обеспечивает питание вентиляторов постоянным током, напряжение которого зависит от коэффициента заполнения управляющего сигнала. При этом сохраняется корректная работа встроенного таходатчика.
Детали блока управления:

Маломощные биполярные транзисторы VT1, VT2 — типа MMBT3904 (маркировка 1N, *1A, 1AM, pO4, wO4) — можно снять со старых материнских плат.
VT3 — P-канальный МОП-транзистор (p-MOS) на 25-30 В в корпусе SO-8. Я использовал TPC8126 — можно снять с платы контроллера АКБ ноутбука.
Диод VD2 — Шоттки SS12 (1 А, 20 В). Конденсаторы C1 и C2 — 47-100 мкФ 16-20 В, желательно малогабаритные, танталовые,.
Дроссель L1- гантелька, на 500 мкГн, рабочий ток не менее 1,5 А и сопротивлением по постоянному току не более 0,5 Ом — можно найти на плате старого струйного принтера или в слаботочном канале блока питания АТХ.
Предохранитель F1 SMD исполнения на ток срабатывания 1,5..2 А, можно снять со старой материнской платы.
Плату я решил выцарапать резаком из ножовочного полотна. Но есть и шаблон для ЛУТ.

Оказалось важным не переборщить с индуктивностью дросселя, иначе управление работать не будет.
Готовая плата:

Приклеиваем плату к рамке-адаптеру двухсторонним скотчем:

Зависимость напряжения на вентиляторе(голубая линия) от сигнала управления скоростью вращения(жёлтая линия):

Зависимость напряжения питания вентилятора от коэффициента заполнения PWM сигналу управления скоростью вращения.

Стресс-тест с адаптивным управлением скоростью вращения вентилятора:

Температуры несколько повысились, но стало заметно тише.
Итак, система охлаждения в разобранном виде:

А теперь переходим к тестам производительности.
Отчёт CPU-Z:

В однопоточной производительности процессор примерно соответствует AMD Ryzen 5 1600, в многопоточной — Intel i7-7700K:

Неплохой результат для процессора с TDP 45W и стоимостью 70 долларов.
Видеоядро — UHD 630. Патченный драйвер для Windows 7 лежит тут.

Сборная солянка Cinebench версий 11.5, 15, 20, 23:

Тест кэша и памяти AIDA64(одноканальный режим):


Выводы: процессор совмещает хорошую производительность с низкими тепловыделением и ценой, а предлагаемый мной адаптер — простоту установки системы охлаждения с её компактностью. Если не пугает перспектива немного поработать напильником — к покупке рекомендую.