CPU散熱器的發(fā)展
往年夏天被視為計(jì)算機(jī)超頻者最害怕的季節(jié),盡管他們的CPU還有被燒毀,但是在玩3D游戲之前,這些人肯定會不自覺地打開空調(diào),或者索性將落地小電扇直接對準(zhǔn)機(jī)箱一陣猛吹。但是今年夏天忐忑不安的人群中已經(jīng)不再是唯超頻者了,ALTHON XP和PENTIUM 4的高主頻版本用戶也時不時地害怕一下。
高主頻難逃的逆論
當(dāng)Intel發(fā)布Pentium4 3.06GHz的時候不得不提出了新的散熱標(biāo)準(zhǔn),而AMD的盒裝ALTHON XP即便升級為BARTON的.13工藝,散熱套件也變得越來越碩大。傳統(tǒng)的Pentium3時代的小風(fēng)扇,甚至slot 1格式早期的單純散熱片都已經(jīng)被沉重的打入了歷史。
在Pentium 4的包裝盒內(nèi)說明書中,指定要求Willamette工藝及以后的產(chǎn)品必須采用銅質(zhì)散熱片和主動散熱方式,而且散熱器的重量不得低于450克,以產(chǎn)生對CPU表面達(dá)到75磅的壓力。如此苛刻的散熱要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過使用者的重視程度。
其實(shí)讓我們看看目前CPU的電壓就能夠知道高主頻的熱能逆論了。Pentium4 1.80GHz(Willamette)為66.1W,采用新Northwood0.13微米工藝的Pentium4 2.0AGHz降為54.3W,但是Pentium4 3.06GHz就達(dá)到了81.8W這樣難以控制的地步。一貫被視為散熱大戶的AMD的ALTHON XP更要加上一個數(shù)量級,而由于BO版本的ALTHON XP太好超頻了,1700 和1800 幾乎一個不落的被拿回家去超頻。
為此INTEL推出了規(guī)范機(jī)箱的ATX 2.03標(biāo)準(zhǔn),就是出于對目前高散熱問題的擔(dān)憂。過大散熱片會因?yàn)樽灾貑栴}而綴壞主板,而高轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇又無法解決強(qiáng)大噪音的問題,而且機(jī)箱內(nèi)部問題過熱也困擾著硬盤、光驅(qū)和顯卡這些高散熱的附件。也正是拜Intel和AMD的所賜,一些列專門設(shè)計(jì)制造風(fēng)冷散熱套件的公司應(yīng)運(yùn)而生。
風(fēng)冷散熱分析
擠壓熱表面,實(shí)現(xiàn)高低不等能量體傳遞能量,這幾乎是目前風(fēng)冷散熱一致性的散熱傳導(dǎo)模式。盡管物理學(xué)上還有對流和輻射,但是能夠依靠大面積的散熱片輻射出去的能量并不多,尤其是面對高熱的CPU和狹小的機(jī)箱空間,而風(fēng)扇對散熱片的持續(xù)送風(fēng),則可以被視為對流傳遞能量??梢园l(fā)現(xiàn)一個小小的風(fēng)冷散熱套件居然將物理學(xué)上的三大熱傳導(dǎo)方式都集于一身,可謂苦心經(jīng)營。不過風(fēng)冷散熱套件仍然是成本最低的模式,相比水冷又更加實(shí)用與安全,畢竟電子設(shè)備與導(dǎo)體水之間的隔閡還是非常大。
目前風(fēng)冷散熱主要的組成部件還是散熱片、風(fēng)扇和扣具三部分,一些新的風(fēng)冷散熱套間還加裝了可調(diào)節(jié)的風(fēng)扇,往往通過一個PCI卡口附帶調(diào)節(jié)按鈕來實(shí)現(xiàn),這要?dú)w罪于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速過高而引發(fā)的噪音危機(jī)。很多人并不重視風(fēng)冷散熱套件,畢竟相比CPU、顯卡等重要部件,一個散熱零件,不論在技術(shù)含量上,還是從價格上,似乎都不值得用戶費(fèi)那么多注意力來關(guān)注。其實(shí)面對后DIY時代,計(jì)算機(jī)零件越來越標(biāo)準(zhǔn)化,可選擇性其實(shí)是越來越小,而散熱問題由于其較強(qiáng)的動手性和可操作性,被越來越多喜愛DIY過程的用戶視為難得的樂趣所在。
散熱片:銅鋁合體的技術(shù)優(yōu)勢
目前普遍使用的散熱材料集中在銅、鋁上,從比熱角度看,鋁的卡/千克*°C為217,銅則為93,也就是說加熱同重量的鋁和銅,要分別輸入217和93卡的能量,從這個角度看鋁的比熱很具有優(yōu)勢,這也是為什么目前大多數(shù)散熱片都以它為主要原料。而熱傳導(dǎo)系數(shù)也是一個不可低估的指數(shù),從CPU到散熱片表面的傳導(dǎo)外,散熱片整體的能量分布如何也是一個很關(guān)鍵的問題。鋁為237W/單位長度卡,而銅則為400W/單位長度卡。此外鋁和銅的質(zhì)量比也是值得我們注意的數(shù)字,銅的質(zhì)量是鋁的三倍,也就是說在相同體積情況下,銅的單位重量將是鋁的三倍。
雖然銅的比熱沒有鋁好,但是它可以在較小的面積上實(shí)現(xiàn)更高的密度,如果簡單用鋁的比熱217和三倍它的銅的比熱93*3=279計(jì)算就會發(fā)現(xiàn),銅在相等面積上的優(yōu)勢,而且銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)又高達(dá)400W/單位長度卡,幾乎是鋁的一倍,所以目前散熱片往往銅的效果更好。但是這并不代表銅將一統(tǒng)天下,鋁仍有自己的位置,除了低端產(chǎn)品仍然使用鋁外,即便是銅散熱片,也離不開鋁的參與。因?yàn)殇X的質(zhì)量輕,如果整個散熱片都是用銅,那無疑極度沉重,很難做出大的表面積給風(fēng)扇作熱對流,而鋁小質(zhì)量大面積,熱傳導(dǎo)性能也不錯的特性,使得鋁往往成為銅的配角。所以銅鋁合體的散熱片成為了兩個集合的優(yōu)化組合。
此外散熱片的散熱鰭片也是一個頗具學(xué)問的部位,鋁幾乎是散熱鰭片的絕對材料,除了能夠增大散熱表面積外,便于塑注也是很重要的原因,因?yàn)殇X是最普遍和方面的被添加其他材料作為鋁合金的材料,所以為了增強(qiáng)散熱片的硬度,往往在其上加入一些鐵或者鉛,雖然鋁的純度不再是100%,但是1%的雜質(zhì)并沒有過多的降低散熱的熱傳導(dǎo)性能。卻能夠大大增強(qiáng)鋁的延展性和可切割性。這令散熱鰭片可以做的千奇百怪。根據(jù)散熱片鍛造工藝壓注法的不同,鰭片做成多種立體形狀,除了表面積的考慮外,如何令風(fēng)扇送風(fēng)覆蓋平均,不出現(xiàn)熱能回流是設(shè)計(jì)中非常具有學(xué)問的。
在于cpu直接接觸的表面,很多廠商往往貼上一個半金屬的副墊,因?yàn)榻饘偕崞佑|點(diǎn)不能保證100%平滑,如果有一個觸點(diǎn)沒有與cpu碰到,結(jié)果將只有燒毀cpu,所以很多廠商往往貼上半金屬的副墊。但是副墊的效果還是不夠理想,良好的硅膠仍是最佳的選擇。硅膠就像膩?zhàn)右粯訐崞矫總€細(xì)小的點(diǎn),令cpu與散熱片能夠真正的100%接觸。
風(fēng)扇:轉(zhuǎn)速、噪音與無聊的閃燈
評判風(fēng)扇的好壞,將直接影響整套散熱系統(tǒng)的效能。比較重要的指標(biāo)還是看風(fēng)扇的風(fēng)量與風(fēng)壓,這兩個指標(biāo)將直接影響效能,而不僅僅是風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,此外如何在轉(zhuǎn)速、噪音與何種軸承之間尋找一個平衡點(diǎn)也是很重要的問題。ALTHON XP2600 和PENTIUM 4 2.80GHz幾乎成為了一道難以逾越的分水嶺,在這里,所有用戶能夠忍受的噪音與散熱效果這個平衡點(diǎn)將遭受極大的挑戰(zhàn)。此外這里也將是散熱風(fēng)冷系統(tǒng)價格的畫檔線,70元以上和70元以下的不同風(fēng)扇就此分開。
實(shí)際上轉(zhuǎn)速高的風(fēng)扇并不等于散熱效果好的系統(tǒng),因?yàn)轱L(fēng)量和風(fēng)壓這兩個直接效果指標(biāo)將受到來自于風(fēng)扇扇葉本身尺寸、角度和厚度的影響,只要搭配合理,即便2500轉(zhuǎn)的風(fēng)扇效果并不比4000轉(zhuǎn)的低,而且風(fēng)扇扇葉的增加也是一個捷徑的解決方案,扇葉的增加意味著風(fēng)量的增大。但問題又出現(xiàn)了,風(fēng)量的增加對應(yīng)的風(fēng)壓會降低,所以平衡點(diǎn)在風(fēng)扇上將體現(xiàn)得無處不在。此外受風(fēng)的散熱片和其繁多的鰭片的布局也是很重要的,不然高壓風(fēng)吹進(jìn)鰭片的流動不暢,也會增大磨耗和噪音。因?yàn)轱L(fēng)扇的標(biāo)準(zhǔn)大小是60*60mm,所以制造商們往往在厚度上下功夫,越大噪音也大的規(guī)律雖然不能一棒子打死,但整體趨勢確實(shí)如此。
此外軸承也是一個值得重視的部件,很多不必要的噪音都是來自于此。目前比較流行的是單滾珠軸承、雙滾珠軸承、油封軸承和液壓軸承,而磁懸浮、汽化軸承等則造價高昂。不同的軸承對于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速略有影響,但并不大,更多的是涉及噪音問題。液壓軸承噪音最小,以此類推將是油封軸承、雙滾珠軸承、單滾珠軸承。但是液壓軸承和油封軸承都受到嚴(yán)重的壽命困擾,油封軸承幾乎可以肯定壽命超不過2年,自然的揮發(fā)將是不可避免的。所以在購買之前都是需要考慮的問題。
最近散熱風(fēng)扇跟隨機(jī)箱一起,開始流行使用發(fā)光二極管營造色彩,雖然夜里看炫目多彩,但是計(jì)算機(jī)作為實(shí)用主義的東西,尤其是風(fēng)扇這種消耗品,過多的在其上增加二極管并沒有什么真正的意義,甚至有可能影響風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。從這里我們似乎又看到了后DIY時代華而不實(shí)的風(fēng)格。