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芯片散热发展历程泡泡网散热器频道11月18日最近一段时间接到了不少大品牌送测产品，看着这些体型庞大、设计奇特的散热器不免想起曾经家里的那台老电脑，简简单单的铝制贴片散热加上一个乒乓球大小的风扇，无论是CPU还是显卡都完美解决。纵使你改频率加电压也毫无压力。如今的散热器蜿蜒曲折价格昂贵不说，甚至占据了机箱中绝大多数空间，俨然一副唯我独尊的架势。 散热器行业什么时候有的？早在上个世纪中期国内就有，只不过当时的散热主要是工业上的。PC行业中的散热领域则是随着芯片的发展而变化，不知不觉中发展成如今的规模。 Intel 4004是可以追溯到的第一颗微处理器，上面这颗是后续作品8008处理器，之后有衍生了我们熟悉的8080、8086等等，八零后喜欢DIY的朋友应该听说过他们的大名。在之后就是80286、386、486那个年代计算机的命名基本用CPU型号代替，上小学的时候报名学电脑就是用的386。那个时代芯片运算能力很低，所以不需要单独散热。与多媒体一同腾飞486处理器上出现散热器 八十年代末九十年代初，Intel CISC架构的80486处理器面市，也就是i486。这款处理器的结构有极大突破，集成了120万个晶体管，时钟频率由25MHz逐步提升到50MHz。但是由于频率越来越高本身制程工艺不行，阻碍了处理器的进一步发展，这其中就包括发热量高的问题，因此在部分486上出现了散热片的概念，这应该就是CPU行业中最早散热应用了吧？Intel 486 dx2 overdrive Intel 486 dx2 overdrive上就应用过散热技术，只不过当时的发热量并不夸张，所以散热片也很简单，一个金属薄薄的金属贴片利用空气的自然流通就能解决。没想到这一应用开始之后就一发不可收拾了。 Intel Pentium系列处理器上开始广泛引入散热概念，为了保证散热需要同时不增加处理器负担，将散热片做成了散射式的“梳子”，中间正好可以安装一颗风扇。现代风冷散热器的理念基本成型。 Slot1接口的时候散热器不用自己安装因为都是出厂就装好的，散热片比较大而且有风扇。那个时候CPU很好安装，跟现在装内存没什么区别。小编倒是觉得更像是小时候玩FC换卡。只不过第一次安装的时候心情万分激动。显卡上的主动散热 显卡上GPU核心应用散热器比CPU要晚的多，最初RIVA TNT和Voodoo3 1000上广泛应用，当时是被动散热器和486一样只需要一个金属贴片即可搞定。 TNT2开始带风扇的散热器被广泛应用，当时TNT2买的最热门，这个系列绝大多数GPU配备了带风扇的主动散热器，除了部分TNT2 M64。小编拥有第一台属于自己的电脑就是在那个时代，第一块显卡是TNT2 M64，花了六百大元和一条64MB内存的价格相同。GPU上贴着一片只有两三毫米厚的黑色铝片，一颗1.5吋风扇扣押住。从此开始了DIY这条不归路。随着芯片一起壮大毒龙让大家重视散热 随着处理器频率越来越高，运算能力大幅提升，当然热量就成为不得不重视的一点。当时CPU市场基本上变成两家对阵的局面。最具传奇的产品就是AMD毒龙系列，Intel赛扬虽然超频幅度很大但是本身性能一般，毒龙性能不错唯一的不爽就是发热量太高，据网络戏言不装散热器五秒钟之内烧掉，不过花了那么多钱买到的宝贝U，谁也舍不得这么玩。和同学一起装机，我用的赛扬II566，超频到733Mhz，他的毒龙750不超频要快很多。 总之毒龙系列处理器的出现让CPU散热成为不可忽视的存在。因为，芯片散热不再像以前那样随便，稍有不慎就会造成损失。散热器品牌化需求化 伴随硬件水平发展厂商开始对散热器供应商提出了更多需求，因为不同硬件发热主要位置和量不一样，所以不能一概而论，传统的铝片加小风扇可能无法满足。 订制化散热器出现，散热器针对不同硬件特性运作，以保证最佳利用率。在NVIDIAs GeForce4 Ti 4200上体现尤为明显，不同的频率芯片发热不一样而且显存散热问题突出，各种样式各种方式的散热器出现，甚至出现了给显存颗粒用的散热贴片，这一散热方式沿用至今。 另外，由于市场上出现了大量散装CPU并不配备风扇，所以零售散热器行业开始兴起。俗话说有需求就有市场，这话一点也不假。上面这张图片是现在著名外设品牌Thermaltake的成名之作Golden Orb，这一时期基本奠定了散热器作为DIY行业中独立产品线发展的基础，从此开始了风雨十年路。尺寸与材质上的角逐 风冷散热器发展初期产品之间的区别还很明显，无外乎两种：材质上和尺寸上。铜铝成为最后赢家 散热器的材质构成上现在最主流的就是铜和铝，在这两种材料没有最终确定的时候人们进行了很多尝试。其中就包含各种合金，甚至有人制作了含有大量金属银的超级散热器，的确从金属特性上看，银是作为散热最佳的材料，兼顾了铜高效导通特性，也兼顾了铝的高储热与发散能力。但是明眼人都能看出来，这东西完全没法量产，价格估计要比整机还贵。 最终成功“生存”下来的材质是铜和铝，当然都是并不是纯金属，是进行过抗氧化处理的合金。两种材料相比其它金属更具价格优势，而且产量高材料源头有保障。铝制特点是轻盈、价格相对低廉，具备良好的导热效果与储热效果，容易加工。铜也类似不过导热效果更好，而且单位体积下质量高，储热量大所以更稳定。 为了兼顾两者特性，混合材料散热器诞生了，这是一颗Intel原装散热器，采用铜铝结合的方式散热，整体思路还是用风扇主动吹凉铝制金属片，但是接触CPU的芯是铜制。其实这一举动也不难理解，充分利用两种材质各自特点，让散热效果在体积不变的情况下更上一层楼。事实证明这种设计非常成功，当前主流PC散热领域仍在使用。尺寸在控制范围内增加 早期芯片散热器的尺寸非常小甚至比处理器本身还小，但是之后越来越大，通过下面一组图片就能看出来，这组图片分别是不同时期CPU散热器的尺寸。散热器比处理器小到散热器改过处理器散热器比处理器小到散热器改过处理器 散热器的尺寸不停增加，从下压式吹风变成了站立式的侧吹风，从一个高耸的鳍片变成了两个高耸的鳍片（双塔结构）。高度和宽度甚至重量不停增长，但并不是无限制增长，散热器有两个极限不能超过，第一是主板的承重力，第二是机箱的容纳尺寸，也就是说在保证可以安全稳定的安装在机箱里的前提下，散热器厂商减开始了“大胖子”赛跑。主流结构与未来发展热管鳍片是当前主流 热管散热器其实也是一种铜铝结合的设计，上面这款散热器是最标准的塔式侧吹结构，采用铜底座和铜热管配合铝制鳍片散热的方式散热。另外还有下压式的，两者设计原理相同只不过气流方向不一样。（由于散热器外壳经过了镀镍处理，所以看上去都是一个颜色的）热管的导热效率很比同尺寸铜管强40倍以上，所以这一设计目前无法逾越。热管的种类和优势在帮你了解散热器(二)：散热片结构类型中有介绍，有兴趣的朋友可以查看。一体化水冷散热器 水冷散热器为什么会盛行？它的造价高昂，对机箱和使用平台非常挑剔！尽管有着诸多问题，水冷散热器利用了液体流动导热原理，充分体现出主动散热概念，因此散热基础更好。 早期水冷散热器只在部分发烧用户中流通，原因很简单，水冷散热器的组成部分有以下几种：水泵（用来导流）、水冷液（承载热量的载体）、水冷头（吸收核心发热并传递给水冷液的中间介质）、水排（水冷液降温部分）、水冷管（水冷液流动通道）、水箱（承载水冷液并保证循环安全的重要部分），部件如此多不说，还需要自己动手一点一点安装，不小心漏一滴水冷液就可能导致平台报废。而且使用过程中还需要注意水冷液水位和水管密封情况，甚至定期检查水冷头的腐蚀情况，比养车还要麻烦自然没什么人愿意用。 之后一体化水冷散热器出现，这种散热器对机箱没太多要求，只要机箱后面或顶部有相应的散热口就能安装（大多数机箱都有）。由于出厂的时候整个产品已经密封妥当，不存在漏液不需要添加水冷液，所以省去了水箱的部分，它的安装难度和普通风冷散热器相比没什么区别。所以现在市场上提起水冷大多是这种一体化设计的产品，其中最著名的要数Asetek，给众多知名散热品牌代工，合作方包括Intel和AMD。但是一体化水冷毕竟造价不低，价格仍然是它普及道路上最强大的敌人。前进道路上的勇敢尝试 无论是风冷还是水冷现阶段只是在不断调试，通过寻找更佳的平衡点取得进步，不如尝试热管排列方式等调整、风扇扇叶构造等。技术上鲜有突破。尽管如此国际顶尖研发者们还是在不断尝试勇敢创新。半导体制冷示意图 半导体制冷是由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N、P之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最后由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如右图所示，看起来像三明治，这样的散热器可以提供零下40的低温，但一般功耗也较明显，市售TEC模块的功耗大都在几十到上百瓦。总之，你可以理解为利用物理学原理，运用直流电特性加速热量导出。最典型的例子就是酷冷至尊V10，市场上价格最昂贵的CPU散热器。可惜由于诸多原因它的性能并不理想，而且无人问津，但是没有尝试和谈创新！此举还是值得钦佩的。 另外还有液态金属，它们在常温下是液体，可以像水一样自由流动，但却拥有金属的特性，其导热能力和比热容（吸纳热量的能力）都远大于传统的甲醇、水等导热剂，是散热器的理想传热介质。但是这种技术当前面临三个重大问题，第一是成本控制，不能稳定价格的产品寿命很难长久；第二是金属互溶，液态金属与承载它流动的容器之间相互腐蚀的问题怎么解决；第三是液体金属只有在高温度高热量下才能发挥优势，低负载的时候如何体现其价值？综上所述，这种技术的前途还很渺茫。散热技术前途为卜22nm工艺处理器已经现身 反过来想想，散热器只是芯片的衍生行业，既然遇到了如此多的技术问题势必证明芯片行业的发热量已经到了不能很好控制的地步。好在处理器厂商造就意识到了这一问题，一方面继续增加处理器的运算能力，另一方面开始着手研发新工艺并控制发热量。从32nm工艺开始处理器的