风冷散热还能坚持多久--谈CPU散热器的发展

往年夏天被视为计算机超频者最害怕的季节，尽管他们的CPU还有被烧毁，但是在玩3D游戏之前，这些人肯定会不自觉地打开空调，或者索性将落地小电扇直接对准机箱一阵猛吹。但是今年夏天忐忑不安的人群中已经不再是唯超频者了，ALTHON XP和PENTIUM 4的高主频版本用户也时不时地害怕一下。
高主频难逃的逆论

当Intel发布Pentium4 3.06GHz的时候不得不提出了新的散热标准，而AMD的盒装ALTHON XP即便升级为BARTON的.13工艺，散热套件也变得越来越硕大。传统的Pentium3时代的小风扇，甚至slot 1格式早期的单纯散热片都已经被沉重的打入了历史。在Pentium 4的包装盒内说明书中，指定要求Willamette工艺及以后的产品必须采用铜质散热片和主动散热方式，而且散热器的重量不得低于450克，以产生对CPU表面达到75磅的压力。如此苛刻的散热要求远远超过使用者的重视程度。
其实让我们看看目前CPU的电压就能够知道高主频的热能逆论了。Pentium4 1.80GHz(Willamette)为66.1W，采用新Northwood0.13微米工艺的Pentium4 2.0AGHz降为54.3W，但是Pentium4 3.06GHz就达到了81.8W这样难以控制的地步。一贯被视为散热大户的AMD的ALTHON XP更要加上一个数量级，而由于BO版本的ALTHON XP太好超频了，1700 和1800 几乎一个不落的被拿回家去超频。
为此INTEL推出了规范机箱的ATX 2.03标准，就是出于对目前高散热问题的担忧。过大散热片会因为自重问题而缀坏主板，而高转速的风扇又无法解决强大噪音的问题，而且机箱内部问题过热也困扰着硬盘、光驱和显卡这些高散热的附件。也正是拜Intel和AMD的所赐，一些列专门设计制造风冷散热套件的公司应运而生。
风冷散热分析
挤压热表面，实现高低不等能量体传递能量，这几乎是目前风冷散热一致性的散热传导模式。尽管物理学上还有对流和辐射，但是能够依靠大面积的散热片辐射出去的能量并不多，尤其是面对高热的CPU和狭小的机箱空间，而风扇对散热片的持续送风，则可以被视为对流传递能量。可以发现一个小小的风冷散热套件居然将物理学上的三大热传导方式都集于一身，可谓苦心经营。不过风冷散热套件仍然是成本最低的模式，相比水冷又更加实用与安全，毕竟电子设备与导体水之间的隔阂还是非常大。
目前风冷散热主要的组成部件还是散热片、风扇和扣具三部分，一些新的风冷散热套间还加装了可调节的风扇，往往通过一个PCI卡口附带调节按钮来实现，这要归罪于风扇转速过高而引发的噪音危机。很多人并不重视风冷散热套件，毕竟相比CPU、显卡等重要部件，一个散热零件，不论在技术含量上，还是从价格上，似乎都不值得用户费那么多注意力来关注。其实面对后DIY时代，计算机零件越来越标准化，可选择性其实是越来越小，而散热问题由于其较强的动手性和可操作性，被越来越多喜爱DIY过程的用户视为难得的乐趣所在。
散热片：铜铝合体的技术优势
目前普遍使用的散热材料集中在铜、铝上，从比热角度看，铝的卡/千克*°C为217，铜则为93，也就是说加热同重量的铝和铜，要分别输入217和93卡的能量，从这个角度看铝的比热很具有优势，这也是为什么目前大多数散热片都以它为主要原料。而热传导系数也是一个不可低估的指数，从CPU到散热片表面的传导外，散热片整体的能量分布如何也是一个很关键的问题。铝为237W/单位长度卡，而铜则为400W/单位长度卡。此外铝和铜的质量比也是值得我们注意的数字，铜的质量是铝的三倍，也就是说在相同体积情况下，铜的单位重量将是铝的三倍。虽然铜的比热没有铝好，但是它可以在较小的面积上实现更高的密度，如果简单用铝的比热217和三倍它的铜的比热93*3=279计算就会发现，铜在相等面积上的优势，而且铜的热传导系数又高达400W/单位长度卡，几乎是铝的一倍，所以目前散热片往往铜的效果更好。但是这并不代表铜将一统天下，铝仍有自己的位置，除了低端产品仍然使用铝外，即便是铜散热片，也离不开铝的参与。因为铝的质量轻，如果整个散热片都是用铜，那无疑极度沉重，很难做出大的表面积给风扇作热对流，而铝小质量大面积，热传导性能也不错的特性，使得铝往往成为铜的配角。所以铜铝合体的散热片成为了两个集合的优化组合。
此外散热片的散热鳍片也是一个颇具学问的部位，铝几乎是散热鳍片的绝对材料，除了能够增大散热表面积外，便于塑注也是很重要的原因，因为铝是最普遍和方面的被添加其他材料作为铝合金的材料，所以为了增强散热片的硬度，往往在其上加入一些铁或者铅，虽然铝的纯度不再是100%，但是1%的杂质并没有过多的降低散热的热传导性能。却能够大大增强铝的延展性和可切割性。这令散热鳍片可以做的千奇百怪。根据散热片锻造工艺压注法的不同，鳍片做成多种立体形状，除了表面积的考虑外，如何令风扇送风覆盖平均，不出现热能回流是设计中非常具有学问的。
在于cpu直接接触的表面，很多厂商往往贴上一个半金属的副垫，因为金属散热片接触点不能保证100%平滑，如果有一个触点没有与cpu碰到，结果将只有烧毁cpu，所以很多厂商往往贴上半金属的副垫。但是副垫的效果还是不够理想，良好的硅胶仍是最佳的选择。硅胶就像腻子一样抚平每个细小的点，令cpu与散热片能够真正的100%接触。
风扇：转速、噪音与无聊的闪灯
评判风扇的好坏，将直接影响整套散热系统的效能。比较重要的指标还是看风扇的风量与风压，这两个指标将直接影响效能，而不仅仅是风扇的转速，此外如何在转速、噪音与何种轴承之间寻找一个平衡点也是很重要的问题。ALTHON XP2600 和PENTIUM 4 2.80GHz几乎成为了一道难以逾越的分水岭，在这里，所有用户能够忍受的噪音与散热效果这个平衡点将遭受极大的挑战。此外这里也将是散热风冷系统价格的画档线，70元以上和70元以下的不同风扇就此分开。
实际上转速高的风扇并不等于散热效果好的系统，因为风量和风压这两个直接效果指标将受到来自于风扇扇叶本身尺寸、角度和厚度的影响，只要搭配合理，即便2500转的风扇效果并不比4000转的低，而且风扇扇叶的增加也是一个捷径的解决方案，扇叶的增加意味着风量的增大。但问题又出现了，风量的增加对应的风压会降低，所以平衡点在风扇上将体现得无处不在。此外受风的散热片和其繁多的鳍片的布局也是很重要的，不然高压风吹进鳍片的流动不畅，也会增大磨耗和噪音。因为风扇的标准大小是60*60mm，所以制造商们往往在厚度上下功夫，越大噪音也大的规律虽然不能一棒子打死，但整体趋势确实如此。
此外轴承也是一个值得重视的部件，很多不必要的噪音都是来自于此。目前比较流行的是单滚珠轴承、双滚珠轴承、油封轴承和液压轴承，而磁悬浮、汽化轴承等则造价高昂。不同的轴承对于风扇的转速略有影响，但并不大，更多的是涉及噪音问题。液压轴承噪音最小，以此类推将是油封轴承、双滚珠轴承、单滚珠轴承。但是液压轴承和油封轴承都受到严重的寿命困扰，油封轴承几乎可以肯定寿命超不过2年，自然的挥发将是不可避免的。所以在购买之前都是需要考虑的问题。
最近散热风扇跟随机箱一起，开始流行使用发光二极管营造色彩，虽然夜里看炫目多彩，但是计算机作为实用主义的东西，尤其是风扇这种消耗品，过多的在其上增加二极管并没有什么真正的意义，甚至有可能影响风扇的转速。从这里我们似乎又看到了后DIY时代华而不实的风格。