CPU散热器如何工作.doc

CPU散热器如何工作 电流会产生热量，这点确实有些讨厌。但正是因为这一物理定律，你才能以飞快的速度运行你的PC机处理器。 热即是动能，不能被创造也不能被湮灭，你可以做的是移动它或变换它。冷却处理的技巧在于吸收能量，并将其迁移至足够远，以不至于产生任何损害。 多数PC机内的冷却技术复杂得令人难以置信，在CPU顶部有一个简单的散热器和风扇，这一装置决定了CPU能跑多快。 散热片和风扇 最基本的冷却形式是散热片，因为不涉及功率消耗，它属于被动冷却方式。散热器其实就是与处理器接触的一种高热导材料（通常为铜），处理器将热量传给具有更大质量更大表面积的散热片，热量最终由散热片传给周围空气，该过程的进行有赖于通过对流保持空气流动。 下一步就是在散热片上添加一个风扇，考虑到空气是热的不良导体，这样可以使空气流动起来。让更多空气在更大的空间流动能够改善冷却效果，但实际中PC机内的空间有限。该冷却方案已足够应付大多数情况，但对于高性能设备这还不够。 散热片的下一步发展方向是使用更好的材料。使用碳的想法已经有一段时间，无论是作为沿长度方向导热性很好的碳纤维纳米管、石墨或是泡沫碳，这些材料的导热性都能轻松达到铜的一倍半或更多，而且它们可以被制造成具有更大的表面积。虽然碳纳米管在散热器上有这样的应用前景，铜目前仍然是很好的材料而且非常便宜。 热管 一个简单但有效的办法是采用热管传递大量的热量。当材料经历由气体到液体或由液体到气体这样的相变时，大量的热量被吸收或释放。 例如，当水分沸腾变成水蒸汽时，大约需要2260焦耳/克的热量，即所谓的汽化潜热，这与水每加热一度要吸收4.18焦耳的热量不同。水在相变过程中并不变热，它只吸收热量。 由气体变成液体会释放出同样多的热量，如果你周围的系统到处存在这样的机制，你就拥有了一个热泵，这和冰箱的基本原理相同。 PC机散热器内的热管由少量液体（通常为蒸馏水）密封，以在低压状态下降低沸点（这就是为什么你在珠穆朗玛峰上不能煮一杯像样的茶）。热管里面有一层内衬，起到芯、金属筛网或烧结铜（将来很可能是泡沫铜）的作用。 水在热源端加热沸腾，蒸汽扩散到热管的冷却端，并在那里凝结成液体，在芯的毛细作用下液体又流回热源端。只有很少量的液体在移动，但相变所需的巨大能量意味着大量焦耳热的转移。该过程无需电力及维护。 蒸发室是热管的一种变体，出现已有一段时间，但尚未被广泛接受。这里不再采用一组管道穿过散热片的方案，整个热管被拉平和改形以安装在处理器上，散热器的其余部分安装在最顶上。 液体冷却 PC机液体冷却系统的工作方式和汽车散热器几乎相同。水流过处理器顶部的冷头，然后被泵送至散热片，热量在这里被传导到鳍片和周围空气中。 液体冷却的早期尝试显然是有成功也有失败的自发性试制。现在你可以购买现成的架式冷却器，它并不比常规的散热器更难安装和运行。水冷是非常有效的，与空气相比，水有更合理的热导率，这意味着处理器的热量被吸收得更快，再加上水的大比热容使得水本身就是一个非常好的散热器。 热交换的最后一个环节散热片，仍然是相当低效的。但至少如果你需要的话，可以安装一个带多个风扇的大型散热片，而且可以安装在远离热源的位置。鉴于其较高的热导率，水银会是更好的工作介质，但健康和安全部门的那些矫情的慈善家又会担忧了。显然，水银是有毒的。 热电冷却（TEC） 现在我们开始接触一些新事物。热电冷却器利用Peltier效应将热量从材料的一端传至另一端，它由两块不同的半导体构成的夹层结构组成。对该夹层结构通以电流会导致热量从一端传至另一端。改变电流的极性即会使热流反向。 除了使用电子之外，热电冷却的工作方式和热管类似。热电冷却的效率不算很高（大约是热管的50%左右），但它采用固体材料，且无需维护。TEC冷却器同样可以在环境温度以下制冷，但散热片就做不到这一点，但TEC冷却器有过冷凝结的缺点，这是在PC机中不希望出现的情况。 TEC目前还没有流行起来，一个重要的原因是酷冷至尊V10全负荷运行时制冷量可达70W。还有一个问题在于，TEC并不将热量传到很远处，热量仅是穿越半导体层的厚度而已，这意味着你还要采用传统的设计将热量耗散掉。 采用TEC散热仍然是一个昂贵的专家级选择。联合使用TEC和液冷方式散热完全是一个极品创意，并且会产生很好的效果，这种方式使用TEC来冷却芯片或散热片（这样更安全些）。 其它方式 当然，总是有一些强力坚持认为把空调上的实际工作单元蒸汽压缩单元安装到PC机上。对于家庭使用来说，这种方法有些浪费，而且它还会带来冷凝问题。 其它一些夸大其词的方案包括把整台计算机浸入非导电液体中，但根部不切实际。 保持CPU冷却看起来像是一件挺简