主题 : 散热专家——纵观风冷散热器的发展(有图)
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0 散热专家——纵观风冷散热器的发展(有图)

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多种多样的散热方式
       
    伴随着芯片频率的提高,电脑的功耗及发热量较以前有了大幅度的提升。为了能够保证系统的稳定运行,散热器在不停的升级换代。

    通常我们将散热分为主动与被动两种。市场份额占有率最大的风冷散热器,其散热原理即通过与发热物体(就我们的情况而言即CPU、GPU等半导体芯片)紧密接触的金属散热片,将发热物体产生的热量传导至具有更大热容量与散热面积的散热片上,再利用风扇的导流作用令空气快速通过散热片表面,加快散热片与空气之间的热对流,即强制对流散热。风冷属于主动散热方式,而与之相对的就是被动散热,最直观的区别就是散热器上是否存在风扇。与其他散热形式相比,风冷散热器有着自己不可替代的重要性。安装简易,令玩家可以非常方便的拆装平台;售价低廉,无论对于厂家还是用户而言,生产与购买的费用都不高,便于接受,更新换代也不会肉痛。

液冷散热器正逐步为广大玩家接受,市场占有率也在不断提高,除了在散热效能上较风冷散热器强一些外,还有一个吸引用户的地方,那就是静音。液冷在散热过程中表现稳定,不过费用方面就比风冷散热器要高出一些。但对于使用多硬件液冷套装的朋友来说,由于使用同一个水循环,大大降低了对单个硬件进行散热的成本。如果对于不同硬件使用多个水循环系统,效能是上去了,但成本的增加也是非常可观的。目前在市场上销售的液冷散热器有两种,一种是厂家提供的水冷套装,而另一种就是DIY套件的组装。但是液冷散热器普通存在一个缺点,就是容易漏液。今年3、4月份,笔者的几个朋友都因为液冷漏液导致了硬件损毁。分析其原因,由于北方的季节温差明显,胶管接头的密封在温差大的环境中失效的概率大幅增加,因此发生漏液事故。再次提醒液冷用户,一定在换季时节要做好密封处理。

    从理论上讲,不管是风冷还是液冷,热量散发的最后途径都是发散到空气当中,只是其中的导热介质有部分不同。因此从广义角度看,风冷、液冷虽然同属于主动式散热,但与被动式散热器也并无本质区别,都无法将被散热对象的温度降低到低于环境温度的程度。为了加强散热效果,实现将芯片温度降低到环境以下的目的,这就要用到制冷手段。

做工精美、效能强劲,而且售价不靡的ZALMAN水冷套装


工作原理示意图

  半导体制冷方法很早就已经出现,但始终没有得到推广,近年来也逐渐为玩家所知,使用人群在极其缓慢的增加。虽然半导体制冷的效能非常强劲,工作时冷端最低温度可以达到零下,但由于同时在热端会产生巨大的热量,极易损坏,而且耗电量惊人,所以还是没有得到玩家的一致认同。有厂商层小批量的推出过采用半导体散热器的显卡,但由于返修率问题都没有大量出货。

还有相变制冷,那些就是被称之为“BT”的干冰、压缩机以及液氮制冷,采用这些方式的玩家多数为骨灰级别,他们把玩硬件的目的就是向WR(World Record,世界纪录)冲击。从效能来看,它们在几种散热形式中最强,差距明显,但对于玩家以及硬件来说还是存在着一定危险。不过,出于冲击纪录的目的,仍为玩家钟爱。使用干冰可以达到零下70摄氏度左右,使用压缩机可以达到零下100摄氏度左右的温度,使用液氮可以达到零下120摄氏度左右,借助物质相变时吸收大量热的特性使散热器迅速降至极低温度。在使用角度上来看,除了压缩机可较长时间工作外,干冰与液氮的使用时间都很短,费用与液冷相比并不会高,甚至更低,但安装复杂,只在硬件极限OC圈内得到推崇。


干冰制冷

液氮制冷

压缩机制冷

风冷散热的发展历程
       
    从以上的回顾中可以发现,最实用的散热器仍然仅是风冷这一种,因此所有散热器厂商都以风冷产品的研发为重点。芯片频率在不停增加,发热量也随之提升,但散热器的体积却被机箱容积限制,那么风冷散热器会不会出现技术瓶颈呢?让我们先来一起重温风冷散热器的发展历程吧。

    由于半导体的特性,只要通电工作就会有大部分的能量转换为热能,因此散热器很早就伴随着电脑出现,也许朋友们都还记得以前的CPU散热器,其实应该是散热片,采用铝质材料被动散热,结构简单,一样可以保证处理器正常工作。但随着晶体管线宽的缩减与频率的上升,单位面积晶体管数量的巨增,简单的散热片已经不能满足需要,就这样,带风扇的主动式散热器出现了。


带风扇的PENTIUM II处理器

盒装PENTIUM III处理器的散热器,规模大了不少

盒装PENITUM IV处理器(SOCKET 478)的散热器,对于架构的原因,纯铝已经不能满足散热需要了,就通过中间塞铜来提高散热效能

盒装INTEL处理器(LGA 775)的散热器,针对不同频率的处理器风扇略有不同

  盒装散热器的发展可以讲与时俱进,当然,那些专业散热厂商也不断更新,推出更加强劲的个性散热器。这些高端产品考虑的角度多样化,除了保证处理器的稳定工作,还让用户为其可以感受处理器OC的快感或静音来买单。

奔四时期以性能卓著而闻名的ALPHA 8942T,重量达到了534g,已经超过了一斤

  “八仙过海,各显神通。”这些专业厂商纷纷开发出独有的加工工艺,目的就是为了能够在风冷散热器市场站稳脚跟,只是当时的市场竞争太过激烈。当INTEL处理器使用NETBURST架构时,处理器惊人的热量造就了一批散热器精品,同时也推动散热器向着“更大更沉”方向发展,但随之也带来诸多问题。散热器表面积虽然大幅增加,但是在不提升热传导率的基础上,更大的散热器面积并没有带来成正比的散热性能。为了能进一步降低散热器的热阻值提高热传导率,最重要的技术进步产生了,这就是在工业中广泛使用的热管出现在了台式机CPU散热器上。

最佳导热介质——热管
       
    THERMALRIGH(利民)是最早将热管技术应用到CPU散热器上的厂商,在当时看来不惜工本的外观设计、制造用料以及焊接工艺大大降低了热管与鳍片之间的热阻,令热管导热效能发挥到了极致,奠定了THERMALRIGH成为高端散热器厂商的基础。从营销角度上看,THERMALRIGHT是一家非常聪明的公司,只要使用过这家公司产品的朋友都知道,他们在风扇的使用上面非常谨慎,只会做出推荐,而不会随自家散热器提供标配风扇。因为他们非常清楚,风冷散热器特别是热管与鳍片结合的产品,空气流动与散热效能的关系,风扇的选择将直接影响到散热器工作时的发挥,于是就有“零噪音”完全被动散热的产品出现。无论这款产品在机箱内外的效能如何,THERMALRIGHT都可以表明这与用户选择风扇的性能相关,或者与机箱风道的形成挂钩。不可否认的是,THERMALRIGH的产品每一款都堪称“精品”,被相当多的用户追捧。

由于热管的相关介绍已经非常多了,因此这里也就用图示简单说明一下它的工作原理,请见下图。

需要注意的是,热管只是导热介质,其本身并不具备散热的作用,它只能用很快的速度将热量从一端传至另一端,而最终的散热还必须依靠金属材质的底座与鳍片。在散热器中最常见到的金属材质只有两种,铜与铝。因此散热底座与鳍片的材质也就只有这两种。这取决于铝与铜特性以及其他一些因素,如热传导系数,加工延展性,甚至资源的取用便利情况等。

    随着热管应用技术在散热器上的逐渐成熟,风冷世界的王位之争愈演愈烈,始终没有出现以绝对优势领先于其他产品的散热器王者,这个现象随着2005年夏季一款新品的推出,终于名花有主,这名王者就是由台湾SUNBEAM(尚斌)旗下子品牌TUNIQ推出的TOWER 120。


TOWER 120在最初上市时并未引起重视,因为SUNBEAM对于内地市场来讲还是一个非常陌生的品牌,但随着测试结果放出,TOWER 120才一展王者风采,一时间卖到脱销。而使用者对于这款产品无不称道,从SOCKET 478平台到LGA 775,从SOCKET 754到939,TOWER 120一路过关斩将,以较大优势取得冠军王位,成为了名符其实的“风冷之王”。

正如处理器的频率一样,当发展到了一定的阶段,由于多种原因接近极限后,必然会有所转向,而现在的风冷散热器发展已经非常接近性能极限,TOWER 120的推出可以讲促进了极限的早日到来。尽管如此,散热器厂商仍坚持不懈的努力着,不停的推出新产品。但就目前来看,除了在热管数量、鳍片面积方面有所变动,并无太大的突破,而众多新品的效能也非常接近。已经开始有厂家将机箱内的散热引向机箱外,尽管这可能是一个解决的办法,但你不觉得现在硬件上需要加强散热的产品太多了吗?厚此薄彼,会有一种手忙脚乱的感觉,今天为芯片加一个散热,明天为MOSFET设计个热管+鳍片……

    愿意去感受极限冲击的玩家与广大的电脑用户相比,毕竟还是少数,部分散热器厂商现在开始寻找新的重点,对于塔式散热器而言,重量、体积、安装方式都需要得到进一步的发展,如果只是一味的向着重、大、繁琐发展,势必丢失更多的用户群。“以人为本”的设计理念在产品上正逐渐得到体现,随着网络资源共享内容的不断增加,长期开机不关的人数在大幅上升,静音(ULTRA-SILENT)慢慢的受到了重视,随着个性化、可视化机箱的涌现,外观YY、视觉效果好的产品也开始多了起来,散热器现在已经不仅仅是一个硬件,也可以发挥出装饰平台的作用。

    主动散热作为风冷应用的主要形式,一直以来风扇的安装有两个位置,我们统称其为顶置式(风扇位于散热器顶部),风向有向上抽(ALPHA为典型代表),向下吹(主流形式),以及侧吹/中置式(风扇固定于散热器的周边或中间)。由于这两种安装方式带来的效果不同,各有利弊,顶置式向下吹风不仅能够为处理器散热,还可以为处理器周围的电子元器件散热,包括芯片组以及内存,而侧吹式除了可以照顾到处理器外,也可以照顾到空气流动另一侧的电子元器件,如MOSFET等。万变不离其宗,这两种风扇的安装方式仍将长期存在下去,以满足不同用户的需要。

    性能与其他主要因素的平衡是最难以达到的,一款产品是否能够在满足玩家的需求时又可以让用户接受,这就需要厂商广开思路,理由非常明显,风冷散热拥有的用户群仍是最大的。液冷散热,安装复杂,品牌套装价格高昂,而DIY的组件又容易出现漏液等不安全的现象,短时间内将难以占据主导地位;半导体散热,冷端的效果的确不错,但凝露问题无法得到根除,而且热端产生的热量如何散去还需要花费更大精力去解决,类似这种为达到一个目的,却产生更多问题的方案无法得到认同;至于其他BT散热方式,仍将是特定人群采用的主要方式,有些井水不犯河水的感觉。

    只有在设计理念上获得新概念,引进新的设计元素,开发出新的制作材料,以保证平台稳定工作为前提,针对用户提出不同的需要而设计生产出不同的产品,符合市场发展趋势,这样的产品才会为玩家接受。人的思维是无限的,让我们期待更多的个性风冷新品出现在市场上。
    尽管它拥有近一公斤令人咋舌的体重,身材达131mm(W)×108mm(H)×153mm(D),但瑕不掩瑜,玩家看中的还是它的超强散热性能。王位的确定,也引来了众多的挑战者,没想到竟纷纷落马,TOWER 120仍屹立不倒,两年时间过去了,TOWER 120面对众多新品,还能保住“风冷之王”的称号吗?这次散热器横向对比评测绝对有令你想不到的结果出现,敬请仔细阅读本专题之具体评测文章。

  风冷散热器的未来
       
    风冷散热器发展到现在,采用热管与鳍片结合的方式已经成为主流,而为了能够拥有更大的鳍片面积以获取最好的散热效果,散热器越做越大,体积与重量呈直线上升,“塔式”这个原来用于机箱的名词现在也出现在了散热器的介绍中。

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