处理器散热系统

谨行 《电脑爱好者》2019年第1期 2019-05-10 14:03专题 标签:处理器 散热系统

处理器风扇,或者说散热器是电脑噪声的主要来源之一,越新型、越高端的处理器结构越复杂、频率越高,发热量常常就越大,处理器散热系统的能力也随之不断提升,其中最常见的方法当然就是增加散热风量,以吹除越来越多的热量,但因此带来的常常就是越来越明显的噪声。要想处理这部分的噪声,多从两个方面下手,一是降低风扇噪声,二是改变传统的设计思路。

1. 静音风扇

散热器风扇提升风量的方式有两种,一是增加风扇转速,加快气流速度;二是加大风扇直径,加宽气流“通道”。其中增加转速的方式中,风扇自身高速运转和带来的快速流动、冲击元件的气流,都会产生更大的噪声;而加大风扇直径则可在获得同样风量的前提下,降低风扇转速和气流速度,因此噪声更低一些,是静音式风扇的主要选择。

但需要注意的是,加大风扇直径的时候,必须对应地加大散热片受风面积,因此在采用下压式风扇设计的散热器中,为了使用大直径风扇,常常不得不使用V型散热片,即底部面积较小,上部鳍片分散为较大的受风面积(图1)。这种设计虽然原理简单,但面积过大的处理器散热片难免影响到周边元件设计和配件安装,例如常常紧挨处理器接口的内存插槽就很可能被遮盖起来,甚至连散热片自身的安装卡笋或螺丝都会被遮蔽起来,难以使用(图2)。

 

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其实要让风扇增大风量、提升效率,同时更加安静,还有一些其他的方法,例如涵道式设计、优化扇叶形状、使用引流式设计等。简单地说,它们就是通过将风扇“包裹”起来避免气流向四周扩散、使用更符合空气动力学的扇叶安静地“切割”空气、利用风扇气流引导周围空气流动而非强行推动空气等。这些设计和理念大都已经隐含在了各种新的静音风扇设计中,这里就不一一赘述了。

需要注意的是,很多厂商喜欢着重宣传自己的风扇轴承技术。理论上讲,滚珠轴承风扇虽然耐久,但运转噪声略大,油膜轴承的寿命略显不足,如果资金足够的话,建议选择磁悬浮轴承产品,可以综合两者的优点。但具体到某一款风扇的实际噪声,则会因为转速、扇叶设计、风道造型的不同而有着巨大差异,因此并不能仅凭风扇轴承来确定风扇的实际噪声水平。

2. 转速控制

在实际挑选产品的时候,大家还必须注意一个非常重要的因素,那就是转速控制。由于处理器散热器的风扇能力是以满足高端高负载处理器的散热需求为目标,但实际使用中,大部分时间则应对的是中低负载和中端主流处理器,其实并不需要以最高转速运行,提供最大的风量,所以很多厂商会为其增加转速控制功能。

一款最高噪声达到30dB以上的风扇,如果支持转速控制的话,很可能大部分时间实际噪声都不到20dB(图3)。而一些转速控制并不好的风扇即使最大噪声仅有25dB,但一直以最大转速运行,使用体验可能还不如前者。

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性能强悍、最高噪声比较明显的风扇,通过转速控制,最低运行噪声仅有9dB

目前的主板大都可以支持自动转速控制,但最好使用4pin接口的风扇。3pin风扇接口使用pin1~pin 3接口,未连接专门的转速操控功能(PWM)针脚(图4),不具备直接调速功能,虽然可以使用电压来控制转速,但在控制精度、效果方面要差得多。

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3. 优化散热片设计

随着对散热风量的进一步追求,12cm甚至14cm直径的风扇也出现在处理器散热器上。这些风扇及相应散热片已经难以使用下压式风路设计,否则会遮盖太大的主板面积,所以一种新设计快速兴起,那就是让散热片“立”起来,充分利用主板的上部空间。这种设计还带来了一个额外的好处,那就是可以更方便地使用双风扇(图5)设计,进一步提升散热风量。

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立置式散热片配合热管是目前的一种主流设计,这种设计可以在支持较大散热片的同时,为底部的内存、供电电路散热片等留下一定空间。热管的传热效率也比直接使用金属块、片更高,且重量轻得多。

此外散热片还可以通过选择导热快的鳍片材质来加快散热速度、使用更薄而多的鳍片来提升散热面积、设计更符合散热风路的结构等方式来提升散热效率,并适当降低气流噪声。

4. 与机箱一体化的散热设计

很多立置式散热器都可以很方便地装卸风扇,根据需要安装单、双风扇,甚至能调节散热风路状态,选择双风扇对吹或一吹一抽。后者可在对处理器散热的同时向主板上需要加强散热的方向吹风,能加强主板的散热能力,或将散热气流更好地融入机箱整体风路中。

需要注意的是,如果散热能力已接近极限,例如使用了发热量很高的处理器或进行极限超频时,排出的气流温度很高,则要改变思路,将散热气流排向主板低温区域而非本身发热量就较大的区域。此时如能与机箱形成一体式散热风路,充分利用机箱内气体循环甚至直接将这部分热风排出机箱,都是不错的选择(图6,图7)。

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一些机箱会在侧板上增加开口,可将处理器散热气流抽出或者为处理器散热提供外部冷空气

其实利用与机箱的散热一体式设计,完全可以构建无风扇的处理器散热系统,或将整机热量集中处理,仅使用一两个大型风扇进行热量吹除,例如现在典型的笔记本散热系。当然这样的设计很难在使用量产商品的DIY系统里实现,一般都出现在品牌机或者高度定制化的MOD作品中。

5. 水冷散热器

在本刊2018年24期的《淡季寻好价 体验水冷散热》一文中,还着重介绍了目前主流的水冷技术特色及产品。水冷同样适合追求低噪声散热系统的用户,不过这里必须要指出的是,水冷散热系统的噪声除了风扇噪声(一般会注明),还有水泵噪声(大部分产品的噪声标注中已包括),在非常安静的环境中,其实还能听到水流声。相对于机械噪声和风声,水流的声音对有些人来更难以忍受,因此在购买水冷散热器的时候必须考虑到这一点。