《cpu散热处理》PPT课件.ppt

CPU散热解决方法 时至今日，自从第一台计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)于1946年2 月15日诞生以来，IT技术已经取得了长足的进步 ，昔日庞大无比，需要塞满几十间房间的晶体管 计算机早已被取代，现今甚至一台小小的手机都 比曾经的巨无霸强大上几百几万倍，表面上看起 来，我们已经可以自豪地表示我们已经迈入了新 的科技纪元，计算机技术的高速发展必将会将人 类带入一个更加进步的新世纪。是的，表面上看 来确实是如此。 然而时至今日依然有许多困扰着无数工程师与科 技人员的问题，正是因为有这些问题的存在，才 制约了今日的电子技术的发展。我认为这些问题 主要分为以下三个方面：散热问题，能源问题， 以及材料强度问题。其中，能源问题主要集中在 电池容量方面，我们尴尬地发现，随着各种移动 设备对数据运算量的要求越来越大，相应的功率 要求也越来越提升，然而电池容量方面的科技研 究却没有本质的提升，核电池的民用化依旧遥遥 无期，无线供电也不知何时才能普及。即使是目 前应用最广泛的锂电池，也坚持不了普通手机一 天的使用消耗，以至于万恶的移动充电宝依旧占 据着大量的市场需求。 而材料强度问题主要集中在航空航天这一 块，因为在宇宙等极端环境下对电子元器 件的工作环境要求十分严苛，所以也不得 不考虑各种设备的耐性上限。但这些和我 们日常生活的关系看起来并不太大，虽然 也很重要，但此处略过不提。本文主要着 眼于讨论CPU的散热方面，这才是我们需 要关心的。下面就让我们进入正文吧。 CPU为什么要散热 首先，我们需要了解一下CPU的工作原理 中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是 一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算 核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。主 要包括运算器（ALU，Arithmetic Logic Unit）和 高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系 的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。 它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O） 设备合称为电子计算机三大核心部件。 CPU为什么会发热？这要分好几种情况。 第一种是电流通过连接cpu里面微原件的时 候产生的热量，这种是焦耳热，跟电流的 平方成正比 第二种是通过容性或者感性原件的时候产 生的热量，这种热量比较少， 第三种是两导线之间漏电，即通过基片时 候产生的热量，和电流的平方成正比 第四种就是电流通过pn结的时候释放的热量， 这个热量占大多数，通常和频率成正比，和电 流的平方成正比，等效一下就是跟电压的平方 成正比，所以cpu超频的时候，频率上升，第 四种消耗增加，而且频率加快，cpu总体等效 电阻降低，电流增加，功耗也会增加，如果增 大电压，除了这些之外漏电情况增加，发热量 也会增加。顺便一提，电线一样会发热，只不 过马上就会被发散出去而已，所以有时候也会 出现散热不良导致电线被烧掉的事故发生，本 人就有这种惨痛的经历，不得不防。 总体来说，因为CPU内有无数的晶体管， 每个晶体管都有电阻，电流通过电阻时， 就会发热。虽然晶体管十分小，热量有限 ，但上亿个晶体管一起发热，也会十分可 观了。这也是CPU如果不用散热器，就会 被烧的原因。 现今CPU的集成度做得越来 越高，对散热的要求也就越来越严苛了起 来。 CPU的散热方式有多少种？很多种。风冷 ，液冷，半导体制冷。压缩机，干冰，液 氨制冷，以及石墨导热，液态金属导热等 。然而真正有效的有几种？没有哪种可以 称得上是完美的，全都存在着各种各样的 缺陷。服务器端的散热方式暂且不谈，这 里主要讨论笔记本的CPU散热模式，目前 能真正普遍被普通平民接受的，也只有风 冷和水冷这两种方式而已。 风冷散热 风冷散热是目前最普遍的一种散热方式，也是最 廉价，能为普通用户接受的一种散热方式。一般 来讲，风冷散热并不是将风扇直接对准CPU芯片 吹风的，而是利用散热片将CPU的热量传导出来 ，然后再利用风扇加速散热片的热量的传递。为 了大家有一个更直观的印象，我们这里采用 Xbox360 单65版作为说明。Xbox360单65版是微 软早期的主机版本，虽然比起单90版本有所改进 ，但依然充满了很多缺陷，死机几率高达33.3% ，从作为风冷散热的一个实例来讲解方面而言非 常合适。 我们可以看到，正方形芯片中间的黑色物 体就是CPU，就是它负责了计算机的绝大 部分的计算功能。周围的一圈银白色物体 是导热胶的残余，它是热的良导体，散热 片就通过它来与CPU相连的。 如图所示，这是xbox360的主板，中间两个 巨大的白色块状物就是散热片。仔细看可 以看到，散热片是由一个一个的铁片排列 在一起组成的，这是为了便于加速散热的 设计。 当然，并不是所有的散热片都是如此，如 同所示，笔记本的CPU运算量不算大，所 以相应的发热量也不算太高，所需的散热 片也就不需要太大的体积。图中黄色的绕 成一圈的铜片就是笔记本的散热片围在中 间的就是风扇。 图中的是两个并排的散热风扇，通过吹进 外部的气流来进行对流换热。风扇不断向 散热片吹入冷空气，流出热空气，完成热 的散热过程，这就是风冷散热的原理了。 水冷散热 水冷散热与风冷散热其本质是相同的，只是液冷 中利用循环液将CPU的热量从水冷块中搬运到换 热器上再散发出去，由于换热器的散热面积和散 热环境远远要好于一般的风冷散热器，所以液冷 的降温效果非常明显。一套水冷散热系统是由散 热器、水管及一个水泵组成。配合不同的扣具， 各种CPU都可以使用。水冷散热器有一个进水口 及出水口，散热器内部有多条水道，这样可以充 分发挥水冷的优势，能带走更多的热量。这就是 水冷散热器的基本原理。 水冷的特点 优势 因为减少了风扇的数量，所以也减少了风扇所产生的振动 及噪音。 散热效果比风冷系统高出许多。 劣势 水冷散热器所需的用具非常庞大，占用了一定的空间。 价钱比风冷系统较高。 因为结构比风冷系统复杂，还多加了一级的工质，所以可 靠性也较差。 若组装过程不慎或材料不佳时，会出现漏水，有可能会损 害电脑零件。 一套水冷（液冷）散热系统必须具有以下 部件：水冷块、循环液、水泵、管道和水 箱或换热器。 水冷块是一个内部留有水道的金属块，由 铜或铝制成，与CPU接触并将吸收CPU的 热量，所以这部分的作用与风冷的散热片 的作用是相同的，不同之处就在于水冷块 必须留有循环液通过的水道而且是完全密 闭的，这样才能保证循环液不外漏而引起 电器的短路。 下面这张图就是一种网友土法制作的水冷 块，我们可以看到它相当的粗制滥造，接 头处用防水胶来防止漏水。虽然很丑但管 用就行。 看到了吗图中的白色卫生纸？卫生纸采用 木制纤维制作，具有良好的吸水性，可以 有效吸取无意中渗透出来的水分。并且其 蓬松的体积与CPU的热度更加促进了水分 的蒸发，形成了有效的良性循环。 循环液的作用与空气类似，但能吸收大量 的热量而保持温度不会明显变化，如果液 体是水，就是我们大家熟知的水冷系统了 。 如同，管道中流淌的就是循环液。 水泵的作用是推动循环液流动，这样吸收 了CPU热量的液体就会从CPU上的水冷块 中流出，而新的低温的循环液将继续吸收 CPU的热量。 如图，左上角的是水箱，右 下角的盛着深绿色不明液体的就是水泵。 水箱用来存储循环液，回流的循环液在这里释放 掉CPU的热量，低温的循环液重新流入管道，如 果CPU的发热功率较小，利用水箱内存储的大容 量的循环液就能保证循环液温度不会有明显的上 升，如果CPU功率很大，则需要加入换热器来帮 助散发CPU的热量，这里的换热器就是一个类似 散热片的东西，循环液将热量传递给具有超大表 面积的散热片，散热片上的风扇则将流入空气的 热量带走。 根据经验而言，一般如果你玩最新电脑游 戏大作的话，两个小时之后水箱里的水就 热到可以端去洗脚了。而且好的水冷起步 价就是3000元以上，何况其体积笨重耗电 量大，一般都是一些追求极致游戏享受的 人才会配置，并不适合普通用户。对于一 般的用途而言，有风冷就足够了。甚至目 前的许多平板电脑和手机都已经舍弃了风 扇散热，这也是人们在用手机玩大型游戏 ，或者看高清视频一段时间后会觉得手机 非常热的原因。 展望未来 未来的笔记本会变成什么模样？我们现在还无法断言，但 英特尔最新公布的14纳米移动处理器会给你一些启迪：笔 记本很可能变得跟iPad mini一样轻，性能更强，而且，它 不需要装散热风扇。一切神奇的源泉，就是英特尔自家的 14nm FinFET半导体工艺，它打造出了一颗性能媲美桌面 CPU，而功耗只有4.5W的处理器，同时处理器的封装面 积还减小了50%。这是一个良性循环功耗低，对供电 需求就低，主板能省掉大量复杂昂贵且占空间的供电电路 ；功耗低，散发的热量也减少，去掉笨重的风扇之后，平 板电脑的重量、厚度也能大大降低。同时，低功耗还能带 来更长的续航时间，厂商们也不必费劲心机在设备中塞入 大量电池。 从今年10月份开始，英特尔将在美国亚利