噱头还是技术？ 小编详解显卡散热器的构造

吸血大魔王

       近年来，GPU技术不断进步，小小的核心上晶体管数量每年都在成倍的增长，已经超越了CPU成为电脑里的第一发热大户。对于那一年更新换代一次的速度，不少厂商都头痛不已，公版散热器那低效能在这个温室效应逐步严重的夏天里已经抵挡不住GPU那庞大的发热量，加上DIY市场日益萎缩，各大显卡厂商们都必须寻求特色产品来开辟出路，于是，各种奇形怪状五花八门的显卡散热器就出现了。

　　这些散热器的作用究竟如何？鲨鱼、海螺、金刚轮这些好听的名字背后蕴藏着什么秘密？这些散热器的实质又是什么？今天小编就为大家带来夏天显卡散热宝典系列之显卡散热器的鉴别，到底什么样的才是好散热器。

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       按目前的主流显卡的散热器来说，无非由三种构成：风扇、散热片、热管，因为风冷散热安装简便、成本较低、散热效果明显、适应性强、产品更新换代灵活，这些特点让风冷成为当今散热技术的主流。

风扇、热管、散热片是显卡风冷散热器的主要组成部分

　　风冷散热器主要由散热风扇、散热片、扣具、导热介质四部分构成，高端的显卡散热器会具备热管，热管可以帮助散热片更好地传递热量。
　　导热介质：此前的硅脂横评中我们已经介绍过，导热介质主要作用就是填充散热器与芯片之间缝隙，使散热器与芯片两个不平面的热传递可以得到最大化。常见的主要导热介质是硅脂，在显卡的显存或供电部分MOS管上一般用的是导热硅胶片。
　　散热片：负责吸收芯片所发出的热量，并将吸入的热量放出，一般由铝或铜或两者合金组成。
　　扣具：主要用来固定散热器，常见的显卡散热器一般只需核心背部的四颗螺丝即可固定。扣具可以利用压力确保散热器底部与芯片表面可以良好接触，使接触面的面积固定，充分发挥散热效果。
　　风扇：提供一定风量、风压的气流，在气流与散热片表面之间进行强制对流散热，通过空气把传递到散热片的热量及时带走。
　　热管：充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力比所有金属都要强，但由于生产成本过高，对技术工艺的要求较高，一般只有中高端的显卡上才会出现。

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为什么散热片是铝或铜？　　无论采用什么样的散热方案，散热片总是其中必不可少的组成部分，常见的散热片材质主要有铝或铜两种，那为什么只有这两种？这就是金属导热系数的概念。

常见金属导热系数一览（单位W/m·K,越大越好）

　　从上表中可以看到，在常见的金属中，银的导热系数最高，其次为铜，金的价格虽然比铜的高，但导热效果还不如铜，其次是相对较廉价的铝，所以铝和铜自然就成了散热器中的常客，在工艺差距不大的前提下，采用铜的散热片效果是一定要比铝要好的。

　　越大越好，越密越好，越厚越好

　　散热片的任务就是将芯片的热量吸去，同时提供换热面积，在风扇的配合下，就可以把从芯片处吸来的热量及时散发到空气中去，这个就是散热片的基本作用原理，负责散发热量的主要是散热片的鳍片部分。对流换热面积越大，则换热量越大，意思就是在其他因素相同的前提下，越厚越大的散热片，散热和换热的效果就越好。

厚实密集的散热片

　　底部厚度与鳍片数目的关系

　　散热片底部的功能是要将热源的热量大量吸走，如果底部厚度不足，散热片的热容量就不足，影响吸热效果，传热量也会受到限制，因此一个好的散热器必须具备一定厚度的底座。

单薄稀疏的散热片

　　当热量经由散热片底部向四周进行热传导时，热量会随着随距离的增加而递减，传热量与传导距离成反比关系，因此减低热流距离，可以增加传热量，但散热面积会受影响，这时增加鳍片厚度及数目，就可以有效地提升传热量，达到将热量大量吸走的目的。

　　散热片的方向也有讲究

　　底座够厚了，散热片也够多了，吸热和传热已经到位，此时还要考虑的是如何把这些热量散发出去，如果散热器鳍片顺着风扇的风量所流动的方向，热气流会迅速被吹走；如果方向不顺，则冷热气流之间会互相碰撞，反而不利于热气流及时排放，导致热量散发变慢，因此鳍片方向要尽量与气流方向相同。不少高端显卡的公版散热风扇大多采用了侧装式，就是为了气流方向与鳍片方向相同。

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        在一些高端显卡的散热器中，除了散热片外，我们往往还能见到另外一个物体--热管。热管技术是上世纪中期美国科学家发明的一种称为的传热元件，经过半个世纪的发展，热管技术已经非常成熟，应用范围也非常普遍，约在5-6年前被率先使用在电脑上，高端的CPU、主板和显卡，甚至某些电源上，都可以看见热管的身影。　　热管工作原理及种类
　　热管是一个封闭的装有某种工作流体的金属壳体。当蒸发段受热时，芯网中的液体蒸发成气体。蒸汽在管内中空部分流到管子另一端，将热量传递给冷凝段。蒸汽在冷凝段中被冷却，重新变为液体，渗透到芯网中，然后由于毛细作用从芯网中流回蒸发段，完成工作流体的循环。

　　热管按结构主要分三种：热熔渣结构、沟槽结构及多重金属网孔结构。
　　热熔渣热管的内部结构就像是烧焦的蜂窝煤或是热炉渣，看似粗糙的内壁中，遍布各种细小的孔洞。热管内的液体会在这些小孔中穿梭，形成强大的虹吸力量。热熔渣是铜粉经过高温加热的物质，非常坚固。这种制程和结构的热管制造成本较高。

热熔渣热管

热熔渣热管内部构造

       沟槽热管的内部结构设计就像是一条条平行的沟渠一样。回流的液体通过这些沟槽迅速在热管中进行传导。开槽的精密细腻情况，制程的工艺水平和沟槽的方向等会对热管的散热造成很大的影响。这种热管的制造相对简单，更容易制作，制造成本相对低廉，但是对于热管沟槽的加工工艺要求更高。从理论上来说，不如前者的散热效率高。

沟槽热管

沟槽热管的内部构造

       应用更多更普遍的是这种多重金属网孔设计。这种热管内部使用的是一种由铜线制作的金属织物，细小的铜线之间存在许多空隙，但是织物的结构又不会让织物错位阻塞热管。这种热管的内部结构相对简单许多，制作起来也更加简单。仅需一只普通铜管，填充这些多重金属网孔织物即可。从理论上来说散热效果不如前面二者。

多重金属网孔热管

多重金属网管内部构造

　　热管十字诀：能直就不弯，能圆就不扁

由于热管是靠气体流动来达到传热目的的，因此热管的弯曲必然会使导热能力受到损失，由于在实际应用中的安装环境限制，又不得不对热管进行弯曲。热管的弯曲程度很重要，弯曲的半径直接决定受影响的程度，通常在显卡上都被无奈地弯曲成了180度的U形。除了弯曲外，受制于工艺和成本和实际安装环境，热管往往还要被压扁，这些都是不利于热管传热的。

被压扁的热管

新型高效导热方式--均热板

       均热板是近年来新兴的一种导热技术，和热管技术较为相似。就是一个内壁具有微细结构的真空腔体，通常由铜制成。均热板对于工艺的要求较高，成本也非常高，所以目前只有少数的高端显卡上才能看到。

高端显卡上才会出现的均热板技术

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工艺才是王道有了好的热管和散热片，如果把两者结合在一起也是一门技术，而且是非常重要非常艰难的一项技术难题，热管与散热片之间的结合不好，热管很有可能就成了摆设，即使是再多的热管数量也没有用，目前使两者融合的方法主要有两种：穿FIN和焊接。

穿FIN热管工艺

穿FIN：通过暴力手段让热管直接穿过鳍片，这种工艺成本很低，工序简单，但是对工艺本身的技术要求较高，否则很容易使热管与鳍片之间的接触不紧密而导致界面热阻过高。合格的穿FIN工艺加工出来的散热器，热管与鳍片截面热阻几乎完全等同于焊接，但成本却能大幅降低。

较优秀的焊接工艺，焊锡残留较少

焊接：将鳍片和热管直接焊接在一起，特点就是焊接的部分有焊锡等残留物，同时鳍片上有为焊接留下的孔位。焊接的成本相对较高，而且对工艺的要求也较高。

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风扇：直吹侧吹有讲究       说完了散热片和热管后，接下来的当然是散热器最重要的构成部分--风扇。有了散热片和热管传热后自然需要风扇将其热量挥发带到空气，显卡上的风扇常见的主要有直吹和侧吹两种方式。

常见的直吹式设计，只能通过增加风扇来增大风量

直吹式：顾名思义就是将风直接从上往下吹向散热片和热管上，也是散热器上比较常见的一种方式，这种方法最直接实用，也较为廉价。影响直吹式风扇效果的主要有转速和风量两个参数，理论上来说更大的扇叶直径和更高的转速能带来更大的风量，但同时带来的噪音也是不容忽视的。

高端公版卡常用的侧吹式设计

侧吹式：显卡上的侧吹式风扇就是大家常说的涡轮风扇，其实这种说法是错误的，正确来说这种风扇应该称为离心式风机，通常在高端公版显卡上可以见到。离心式风机按叶片的出口角可分为前弯、径向、后弯三种，显卡散热器上常见的主要为前弯和后弯式。离心式风机的特点就是风量大、风压小、效率低、低转速下静音，但显卡上的离心式风扇由于尺寸和直径较小，所以只能靠高转速来弥补，但高转速带来的噪音缺点也是显而易见的，所以只有少数公版的显卡才会采用这种方案。

离心式风机需要背部进风口来提高效率，但这种设计几乎没有

无论是什么形式的风扇，横截面都必须是翼型，就是前厚后薄的形状。风扇的扇叶弯曲也有讲究，常见的风扇扇叶弯曲都是经过长期实验得出来的，某些商家随意改动就冠以一个名号宣称能获得更大的风量和更低的噪音，通常都是噱头。

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总结：散热器抑制显卡发展

　　摩尔定律一直在发挥着作用，这个在GPU业界尤为明显，而且发展速度远超出摩尔定律，由于台积电的制造工艺限制，GPU的架构即使再先进也只能停留在40nm阶段，一个小GPU集成了数十亿晶体管，其发热量可想而知，在GTX480年代，NVIDIA的双芯显卡无法问世也是由于其散热问题无法解决。

号称世界最快显卡的HD6990，散热器也是最杯具的

HD6990“百度”只需两分钟，出现了降频保护

　　散热问题让高端显卡远离玩家

　　由于晶体管数量过多，在炎热的夏天，不少显卡都“热情高涨”，而研发和制造一个好的散热器需要很高的成本，实力不足的厂商都望而却步，只能通过购买第三方的散热器或者只采用廉价的公版散热器，这也是高端显卡不获玩家青睐的重要原因之一。

高端显卡长期90度已是正常

　　风冷技术已达瓶颈

轴流式风机如果能用在显卡上多好

　　热管、均热板、散热片、风扇，风冷技术目前能够应用在显卡上已经达到了瓶颈阶段，顶级显卡早已向水冷转型，但水冷成本高，安装麻烦等缺点也是显而易见的，显卡散热技术也急需新技术来突破。

清冰

买的起好显卡的人不在乎再买套水冷

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清冰 发表于 2011-6-28 09:49
买的起好显卡的人不在乎再买套水冷

问题也在水冷的危险性和非一劳永逸性
还得长期更换水冷液
还要防止漏液的危险
对于普通玩家来说
还算是非入门产品