风扇的发明可以说彻底改变了人类的生活:炎热的天气人们用风扇乘凉,各类装置设备通过风扇来散热。风扇已经从最早的通过涡轮、齿轮和发条驱动的笨重机械设备发展为了今天由电动机驱动的各类风扇。它的用途非常广泛,成为了人类生活中不可或缺的装置设备。
风扇的工作原理非常简单,即电机带动扇叶转动,扇叶高速转动便会产生风流。在夏天,除了空调之外,电风扇同样为我们消暑的物件之一。当然对于PC DIY用户来讲,风扇同样是PC中必不可少的配件。
为何PC中需要风扇呢?我们知道PC需要电力供应才能运转,而电能在驱动PC工作的同时还会转化成相当数量的热能。组成PC的硬件众多,每个都会散发出热量,为了保证PC长时间能够稳定运行不至于积压太多热量,用来辅助散热的风扇必不可少。
而性能越强的硬件功率也会越高,这样它们所转化成的热能也会更多,需要的散热设备也会越强。就拿风扇来说,PC用风扇直径规格一般为9cm、12cm以及少量14cm甚至20cm、22cm。为了满足高端用户的需求,主板上风扇接口也越来越多。
一般来讲,机箱内用到风扇的地方都有:机箱前置面板,机箱上方,机箱背部,CPU散热器,显卡及电源等,而高端DIY还会用到更多风扇。粗略数数,PC里的风扇还真不少,它们为硬件的散热的确做出了不少贡献,但与此同时,这些风扇也生成了令我们厌恶的一样东西:没错,就是噪音。
什么样的声音算得上是噪音?一般比较广泛的认知是75dB便是人耳舒适度的上限,而到了80dB以上则会让人感到不悦,比如嘈杂的办公室以及高速公路上的声音。20dB为人们窃窃私语的声音,50dB就到了大声说线dB,而在高转速下它的噪音会更大。
在安静的情况下,PC机箱内的噪音会变得更加明显,特别是我们在需要安静的时候,这些噪音会扰乱我们的心情。
因为构成硬件的半导体必须工作在一个适宜的、较为凉爽的温度下,而运行所产生的热量会让半导体温度急剧升高,造成运行的不稳定,影响性能并缩短寿命。就拿CPU来说,如果CPU的核心温度达到很高(80℃、90℃甚至更高),CPU会采取降频措施以便能够继续正常运行,而在高温下CPU的运算性能也会出现下降。这就是为什么PC内部的硬件需要散热。
上图为一套裸平台运行中的温度检测,其中安装了原装散热器后CPU区域温度为30-40℃,较为可观。而
一般来讲电脑硬件中两个发热大户为CPU及GPU(显卡),而像MOS管及芯片组芯片等尽管也会散发出热量,但被动式的金属散热片完全可以满足需求,甚至很多厂商宣称自家主板产品的MOS管部分和芯片组连被动散热都不需要仍可以维持在可接受的运行温度。
在PC整机中,机箱起到了很多作用。首先,所有硬件及配件都被安装在机箱内,这才使得散落的零件能够组成一个整体;其次,机箱为裸露的硬件提供了一个庇护所,将它们保护了起来,免受外界侵害;最后,良好的机箱结构不但能够为硬件的安装提供便捷,还会提供最科学最高效的风道,让整机的散热效果更上一层楼。
当然,机箱所安装的风扇并非必须,就好像仍然有很多用户并不使用机箱而是采用“裸平台”的方式来使用PC。归根结底,机箱内部风扇所起到的只是辅助散热作用,换句话说如果你的CPU及显卡本身散热已经相当不错,那么你甚至没有必要安装机箱风扇。
拿普通中塔机箱举例,其前方、后方及上方一般来讲标配风扇或提供了风扇位。如果将原配风扇卸下或不在预留位安装风扇,
如果说机箱内风扇只起到了辅助散热的功能,那么起决定性因素的风扇无外乎以下几个:CPU散热器,显卡散热器以及电源。
需要说明的是,我们讨论次问题的前提是一般情况,而诸如内存散热器风扇以及内部辅助散热装置由于应用很少因此不再讨论范围之内。
CPU作为整台PC中的发热大户,散热问题不容忽视,而同时CPU散热器也是各大散热器厂商所研发的重点对象。同样为发热大户,显卡的GPU芯片同样会散热出很高的热量,不过显卡散热器的形态较为固定,且显卡厂商也均已配送。最后,电源为整台设备提供了电力支持,内部的线圈和元件在高功率输出状态下也会放出大量的热,一颗风扇必不可少。
说到底,即使没有风扇,但是散热器也是要有的——换句话说就是让原先有风扇辅助散热的主动散热方式变为被动散热方式。想要让CPU这个发热大户在被动散热的情况下胜任工作,这就对散热器的设计提出了很高的要求。下面请大家一起鉴赏一些强大的散热设计方案吧:
看见上图这款散热器你是否被吓了一跳?它给我最直观的感受就是一堆张牙舞爪的摩天大楼模型,而事实上它是一款概念性的CPU被动散热器。首先,散热效果和散热表面积直接挂钩,因此高效能的散热器需要在体积上有一定保证,这样它的散热表面积才会足够大。
不过毕竟“二十塔”散热器毕竟是一款概念性的散热器,而目前市面上贩售的较为高效的无风扇散热器就要数利民的HR-22了。尽管它并没有概念散热器那样夸张的设计,但是为无风扇服务的它还是贯彻了两个基本原则:极大的散热面积和分散的散热单位。
从安装到主板上的效果来看,利民HR-22的体积非常巨大。为了保证散热效率,它采用了高达8个热管的设计,以保证底座所吸收的热量能够迅速通过热管传导到鳍片。此外,刚才我们提到散热单位越分散,散热效果越好,那为何HR-22仍旧采用了单塔设计呢?
首先,无风扇必须保证足够的散热面积,为了保证兼容性机箱内空间本就有限,双塔则会造成空间浪费,因此HR-22的体积远要比散热器大;其次,在分散散热单位的做法上,HR-22并非增加“塔数”,而是大大增加了鳍片间的间距。从图中我们可以看出,HR-22拥有比一般塔式散热器大得多的鳍片间距,这也是被动散热效率的保证。
上图是利民在2007年的台北电脑展公布的一款概念性机箱,是否再次让你脑洞大开?没错,这款全铝材质的机箱将无风扇理念做到了极致,荷叶式的机箱侧板作为CPU散热器的本体与CPU直接接触,这样CPU的热量便可以被传导到整个铝制机箱中。
将整个机箱作为CPU散热器,体积远远大于传统CPU散热器,效率也高得多。尽管这样的机箱在使用过程中会遇到各种兼容性问题,不过这样极端的设计理念其实是值得肯定的。
散热器或散热模块的体积对于散热效率相当重要。以ITX迷你平台举例来说,机箱体积往往非常袖珍,在本就不富裕的空间内还要保证CPU的散热效果,如何在有限空间内将散热器的体积最大化就变得非常重要了。
上图为ID-Cooling一款机箱+散热套装,其中机箱两侧为其御用双塔造型散热器留下了空间。该套装的一个设计精妙之处在于可移动的“底座”,这样便可以保证最大灵活性以兼容不同CPU针脚位置的主板。
散热器产品数量众多,不光是为了区分设计而满足不同情况下的装机条件,不同的产品制造工艺也不尽相同。或许一般平台在选择散热器方面要求并不甚严格,但对于无风扇平台来说,散热器的被动散热效率必须要高,这就对散热器的制造工艺提出了很高的要求。
上面两张图显示出了穿FIN和回流焊工艺的不同:穿FIN工艺是将热管穿过一层层的鳍片,而热管和鳍片之间仅紧紧贴合。而回流焊顾名思义跟焊接有关,热管和散热鳍片是通过焊料的焊接在一起的。
如此看来,似乎焊接方式能够更紧密的将热管和鳍片连结起来,没有因接触不足带来的热传导损失。但实际上,散热的理论最佳效能是穿FIN方式才能实现的,因为回流焊尽管能够让热管及鳍片连结更紧密,但焊锡介质的导热效率并不如热管与鳍片直触的穿FIN更高。
因此,我们并不能简单的通过穿FIN和回流焊两种工艺来判断散热器的好坏,因为良好做工的穿FIN一样可以达到回流焊的散热效能,而工艺非常先进的穿FIN散热器甚至能超越回流焊带来更佳散热效果。
一个最好的例子就是利民的HR-02散热器。起初,该款散热器采用的是回流焊工艺,扎实的做工和良好的散热效能在用户中拥有很好的口碑。而随后,利民对该款散热器进行了工艺改造,将回流焊改为了穿FIN。很多用户对厂商这样的行为感到不满,认为利民为了节省成本将回流焊改为了穿FIN工艺。
选择散热器,我们并不能通过工艺来判。