清凉一夏──散热总动员 SunShine 吴佳欢 高晨光 2001年 21期 “哇，今天38度呀，看你满头大汗的，赶快来空调前吹吹”。是啊，夏天到了，在房间里吹着凉爽的风，是一件十分惬意的事哦。清爽的风，一会儿就带走了身上的热量，使你有一个好心情。和人一样，我们的“爱机”也需要一个凉爽的环境，才能正常地发挥它的功能。我们知道，PC在使用时会产生大量的热量，这些热量如果不能及时地散发掉，会影响到机器的寿命和正常工作。一般来说，CPU、硬盘、显卡最容易产生大量热量，因此我们也需要想办法使它们的温度尽量低一些，它们才会乖乖地工作。 　　#1理论篇 　　#2 一、散热的几种形式 　　为了降低PC内各部件的温度，目前的散热方法主要有三种：风冷、水冷、半导体制冷。风冷，就是使用风扇，利用空气的对流，将发热物体的热量带走；水冷主要是利用热传导，用水（或其他液体）的流动来带走热量；而半导体制冷片利用电子的特性产生极片两端的温差，可以有效降低CPU温度。其他还有一些如压缩机制冷、液氮制冷等等，由于使用者不多，在此不详细介绍。 　　由于水冷容易发生水管破裂等事件，从而使整台机器报废，因此一般只有一些顶级的发烧友使用；半导体制冷片也存在诸多问题，最突出的就是电源功率、制冷片结露和制冷片自身散热问题，因此采用的不多。而风冷由于设备简单，效果明显，受到了众多DIYer的青睐。以下我们就重点来介绍一下风冷的有关知识。 　　#2二、风扇散热原理 　　我们通常所说的风扇通常由四大部分组成：散热风扇、散热片、扣具、导热介质。通常我们是将导热介质涂在芯片等需要散热的部件上，使得散热器底部与芯片表面接触充分，然后将散热片通过介质与芯片相接触，这样就可以利用散热片将热量释放出来；接下来，使用扣具将风扇固定好，用一定的压力使散热器底部和芯片接触得更紧密，从而充分发挥散热效果；最后是利用风扇将散热片上的热量带走。 　　从上面的散热过程可以看出，风冷散热器的四个部分各有不同，都具有十分重要的作用：无论设计得多么优秀的散热片，在实际的制作过程中总不会达到理想状况，因此不平整的表面必然会在芯片和散热片之间出现空隙，这样就产生了接触热阻，使得散热效果大打折扣，加上扣具的压力不可能完全均匀分布，这样就必须使用导热介质（最常用的就是硅胶，它具有流体性质，填充能力出众）来填充这样小空隙，从而增强散热效果。 　　散热片是风冷系统中的重要组成成员，它把芯片的热量利用热传导吸收过来，并利用空气对流将它散发出去，它的好坏对散热效果的影响很大。散热片的散热能力主要由材质的导热性，散热片接触空气的面积决定（前者决定导热能力，后者决定散热能力）。我们知道，不同的材料导热系数不一样，导热系数大的，热传导能力就强。选择何种金属做散热片，主要考虑成本和导热率两个方面，成本过高使金银等贵金属被排除在外；就导热率而言，铜是0.9，铝是0.503，热传导率铜为398W/（m.K），铝为237W/（m.K）；非常明显，铜的效果比铝要好很多。然而铜价格本身相对较高，又比较软，不能用浇铸成型工艺，而只能用“拉拔”或机加工方式制造，由于制造困难，市场上的铜制散热片大多不是纯铜，而是底部覆铜或是镀铜，但是两种金属混接会降低导热效率，造成导热不均。纯铜的散热片也有缺陷，容易氧化变黑，表面不光洁。前者难免会让追求完美的玩家皱眉，而后者，则需要研磨后均匀涂抹散热胶方能解决。 　　#2各种常见金属材料的导热系数： 　　材料名称 导热系数 　　银 411W/（m.K） 　　铜 398W/（m.K） 　　金 315W/（m.K） 　　铝 237W/（m.K） 　　此外，散热片的设计也十分重要，刚才我们说过，散热面积决定了散热能力（图1）（^21030501a^）。根据热传导理论，导体的厚度越厚，传热截面越大，意味着单位时间内传递的热量就越多，就可增大传热量。换句话说，要使热量很快从CPU传到散热片，就要求散热片一方面要有较大的传热截面积，另一方面要有较大的厚度，使热容增大。但散热片的尺寸不能无限制扩大──插座周围有很多像小烟囱般林立的电容，所以在CPU和散热片之间有很好的传热接触面情况下，对厚度也有一定要求，这就是为什么现在1GHz以上处理器散热片如此厚的原因。 　　除此之外，散热片的开孔方式、形状设计等都会影响到散热效果，一般来讲，如果散热器鳍片顺着空气流动的方向设计，会更加有利于散热。 　　散热器的扣具是施加压力的工具，理论上说，扣具的重心（就是底部弯折的部分）会随着长短边的张力不同而发生轻微变化，因此最理想的是扣具的重心和芯片核心在同一竖直线上。因此我们应尽量注意让弹片两边的挂钩沟槽深度一致，这样散热片底部才比较平，不会造成受力不均。不同的CPU的受力强度不一样，因此不同的扣具应该将自己的压力控制在一定范围内，以达到最佳效果。 　　散热风扇的设计主要取决于：风扇转速和扇叶设计（包括大小，形状，材料等等），与之相关的指标有两个：风扇运行功率和单位时间内的风量大小。功率越大说明风扇干活的力气越大，散热效果相对也较好。功率计算方法为：P=UI（P：功率，U：额定电压，I：工作电流） 　　风扇风量的大小在一定程度上决定了散热能力的大小，有的工厂采用提高转速的办法去追求高风量，其实这是一种误区，风量越高，带来的是高噪音，任何消费者都无法忍受噪音的伤害，而且风量高，并不代表通风能力强，因为风量越高，风阻加大，风压会降低。 　　#2三、CPU风扇 　　我们可以在风扇表面找到额定电压、工作电流等字样，通过简单的计算，就可以大概地算出风扇的功率，从而判断其散热能力的好坏。需要注意的是，CPU与风扇的功率没有必然的需求与对应关系，与风扇的风量却有一定的需求关系。而对于同一型号的风扇的功率与风量有一定的关系，在风量满足散热需求的前提下，功率应越小越好，即工作电流越小越好。这样可减小风扇内部马达的发热量，对于含油轴承风扇而言，这样还可缓解润滑油的挥发，从而提高风扇寿命。 　　#2四、显卡和硬盘风扇 　　一般说来，正常使用显卡，用厂商配给的散热方式就绰绰有余。但为了享受“自己动手”的乐趣，很多DIYer也给显卡加上了风扇。显卡的散热分为三种：给显示芯片散热（这是最多的），给显存散热，给显卡全身散热。 　　显卡的显示芯片又分为三种情况；裸露的，有散热片，有散热片加风扇。第一种去市场买个“显卡风扇”，它自带导热胶的，很容易就可以粘上。第二种情况，就要根据显卡上散热片的大小，买一个匹配的风扇，但固定比较麻烦，而且一定要小心，若大意失手，轻则保修没了（划花了散热片），重则卡毁人伤。最后一种，往往是比较高端的显卡，还是请三思而行，毕竟拆卸原装风扇散热片的风险是很大的…… 　　给显存散热的方式，就是给裸露的显存上贴上散热块，如果买不到，购买CPU散热片，再根据显存大小和显卡布局进行切割，粘上就可以了。 　　最后是显卡整体散热，这种配件市场上还不多见，散热效果也有待检验，不过它非常有创意，它是在一块固定在PCI槽的板卡上面装上风扇，插在显卡相邻的槽中，它就会对着整块显卡吹风。 　　同样，在一些高速的硬盘（7200转以上）中，为了降温，也有DIYer使用风冷散热器（^21030501b^2），不过这种散热器基本上只是由多个风扇组成，其严格性和科学性都比不上给CPU散热。 　　#2五、机箱风扇 　　机箱电源是整台PC运行的动力源泉，同时由于机箱内发热物体的增多（显卡，声卡等），也需要一个或多个风扇进行散热。目前我们使用的大部分是ATX结构的机箱，ATX电源内部风扇的风向依照不同版本也有不同。所有的AT结构电源内置的风扇都采取将电源内部的热空气向外抽的方法。在ATX 1.0规范的制定中人们想通过改变传统风扇的位置和风向进一步提高散热效果，由于ATX结构将CPU和内存设计在电源出风口后部，希望能更有效地起到降温作用，同时CPU和其他设备也能受益，所以将风扇从机箱后部移往靠近CPU的机箱内侧。但不久人们发现这种做法的效果并不明显，而它的副作用十分令人头痛。因为大部分家庭和办公室的环境远达不到专业机房洁净要求，风扇向内送风的同时大大提高了电源以及CPU周围灰尘积聚的速度，要求用户定期清扫电源内部和主机板是不现实的，所以在ATX 2.0规范制定以后又将电源风扇安置在原先的机箱后部位置并保持向外排风。 　　ATX机箱气流如下（图3）：（^21030501c^） 　　我们可以看出，风向流动是从机箱前面板进入，从侧面板也可以进入，经过各种板卡（主板、显卡等），由机箱后部抽出，因此我们将电源风扇放在这个位置，可利用空气对流而达到最好的散热效果。 　　#1实战篇 　　#2六、CPU风扇的安装 　　俗话说，实践是检验真理的唯一标准。前面讲了这么多理论，下面就让我们来看一看如何安装好CPU风扇，从而使得“心”跳正常。 　　首先我们需要在CPU表面涂上硅胶，这种东东一般在电脑市场上就可以买到，也不贵。拿一根牙签，粘一点硅胶，均匀地涂抹在芯片表面（要是嫌一根牙签不过瘾，也可以就用手指，虽然有点……但是我们要发扬一不怕苦，二不怕死的精神……）。 　　接下来，将风扇安装在CPU上，风扇两边扣住以后，将散热片左右移动一下，尽量使它在芯片中间，覆盖大部分的面积。要注意的是：在装风扇的过程中，需要用力均匀，因为有些芯片（如毒龙）的核心比较脆弱，用力过大容易损坏CPU。如果散热器的一边扣好后上另一边比较困难，这时不要用蛮力，应该试着将散热器换个方向试试。然后检查一下散热片各个边是否与CPU插座平行。 　　现在的风扇大多使用三针插头，这种插头带有防插反装置，安装一般没有大的问题。前面我们说了，接触面积的大小会直接影响到风冷散热器散热的效果，在实际中，很多时候由于扣具设计或散热片本身制造的误差，导致散热片和芯片之间的接触并不是那么好。因此，我们在安装CPU风扇时，可以透过它们的结合部观察光源，如果只有一条比较均匀的细缝，说明安装基本到位，可以放心使用了。至此，CPU风扇的安装算是大功告成。 　　值得注意的是，目前主板上很多测试CPU温度的探测头，测得的大多是加上散热风扇以后，周围空气的温度，大家千万不要以为这就是CPU里面的温度，事实上，这个温度与CPU内部温度差距比较大，在一般的条件下，我们是无法测得CPU内部温度值的。 　　#2七、散热案例之改造机箱加强散热 　　下面我们就来看看对机箱散热的一个实例吧：电脑主要配置为磐英8KTA2，雷鸟750 1.8V，这颗高发热芯片（功率大约在40W～50W），使用了其他大侠提供的散热方法，用原装风扇散热时，温度仍在41.8℃（6553r/min），100%负荷下温度升高到45.4℃（6553r/min）（室温：20.4℃，软件：WIN98SE，CPUCOOL，机箱排气风扇8cm×8cm 12V 1.8W）。总觉得不很理想，要是到夏天，CPU非冒烟不可，所以我决定为CPU降温。 　　打开机箱，检查机箱排气风扇和CPU风扇，工作正常，但是CPU周围的空气温度较高。我拿了一段蚊香，测试了气流方向，发现CPU风扇不但吸入冷空气，而且吸入热空气，而加装的风扇排出的是大量未经利用的冷空气，为提高散热效率，决定对我的机箱加以改造。 　　第一步： 　　思路：给CPU风扇顶部加了一个“烟囱”，隔离散热后的热空气，增加进入的冷空气。 　　工具：剪刀、卡纸、胶带、直尺 　　做法：取一张卡纸，或纸制包装盒（不要太厚太薄）。裁成长为CPU风扇外圈的周长，宽为CPU风扇到机箱距离的一半的矩形，折成方形或圆形（视CPU风扇外壳的形状而定）。折好后，套在CPU风扇上，用胶带固定（如图4）。（^21030501d^） 　　第二步： 　　思路：给机箱排气风扇加一个导流板，使它吸入经过散热片的热空气，强制把热空气排出机箱，使机箱内的气体有序流动，提高冷却效率（如图5）。（^21030501e^） 　　工具：剪刀、卡纸、胶带、直尺 　　做法：取一张卡纸，裁成长为X=X1+X2（X1：机箱排气风扇到CPU的水平长度，X2：风扇底到电源的垂直长度），宽为CPU对面的机箱挡板到CPU风扇的水平距离。把导流板在水平长度与垂直长度分界线处折成90度角，水平长度一端用胶带固定在机箱排气风扇外壳的下端，另一端固定在电源壳上，并且使导流板的左端紧靠机箱外壳，利用它挡住冷气流，而靠主板的一端留出CPU和CPU风扇的高度作为入气口，迫使机箱排气风扇所吸入的空气是经过CPU和主板加过温的热空气，达到我所需要的散热效果。 　　经过改造后，CPU散热片排出的热空气和主板产生的热量，被电源风扇和加装的风扇吸走，CPU风扇可以得到更多的冷空气去冷却CPU，使CPU温度有一定程度的降低，并且降低了CPU风扇的转速。通过测试结果来看，CPU 低负荷下的温度降低为35.4℃（风扇转速为5649r/min），100%负荷下的温度升高到38.0℃（风扇转速为6068r./min）。改造后温度分别下降了6.4℃和7.4℃，CPU风扇转速分别下降了904 r/min和485 r/min。完成这一改造，充分发挥了机箱风扇的作用，同时所有花费不足1元（买一张卡纸，和十几厘米胶带），是性价比很高的降温方案哦。 　　#2八、散热案例之老显卡加装风扇 　　除了CPU和机箱需要散热外，显卡同样也要“爽”一下，而1999年陆续推出的TNT2显卡，由于运行频率的提高，所以都安装了额外的散热设备──散热片和散热风扇。不过早期的如TNT、Riva128、9750、9850、SiS6236、Savage等显卡都是没有额外散热设备的，虽然它们发热量低，没有 TNT2系列散热高，但在夏天里也是一个不能忽视的发热源。本文就是想告诉大家，利用手边的设备给显卡增加散热风扇的一种方法。 　　目前市场能看到专门为显卡设计的散热风扇，有这样一些：富士康、TT以及其他的杂牌子。价格也从20几元到40几元不等。以前的老显卡在设计方面，都存在一定的差异。在显示芯片周围，有的老显卡上有不少电容、有的旁边是时钟频率发生器、这些对安装散热风扇提出了不同的安装要求。市场出售的显卡用散热风扇，是针对当前市场的显卡芯片设计的，转速都比较低，而且自带的散热片厚度薄，不少老显卡可能安装不上去。不过，如果能顺利安装的话，那就更好，这样可以使得改造更容易成功。如果没找到现成的散热风扇，那就请参考下面的方法：（^21030501f^6） 　　去找一些老Socket 370/Socket 7 CPU上的散热风扇，或者自己去买一个都可以，10元左右（比显卡专用风扇要便宜）。然后拆去它的散热片，只留下风扇。这时候把你的老显卡拿出来，如果显卡上有散热片的话，那最好。小心地用小刀之类的东西，插在散热片下面，把散热片和显示芯片分离出来。动作要轻，可别划伤了显示芯片。老显卡的散热片一般都比较小，可能也只有这个Socket 370风扇的1/3或1/4大。将散热风扇的一个角，对齐散热片的一个角，把一颗自攻螺丝钉放在上面。然后用螺丝刀使劲往里面上，因为散热片本身并没有螺丝口，我们必须硬钻一个出来。因为整个风扇只能有这一个固定点，钻的时候务必用手扶住风扇，将方向位置摆好，否则上紧螺丝后再去调整角度就麻烦了。 　　笔者的Riva128ZX就是这样改造的，散热风扇的中心是没风的，刚好笔者的散热风扇的一个角固定在了显示芯片上，其他的三个角刚好盖在显存上面，这对显存能起一点降温作用。笔者是就地取材，用的一个以前被淘汰的老风扇。如果你没有，可以去买个小风扇加上去，效果可能会比我的更好。以前我的机器开机后，不是打游戏就是在Photoshop下处理一些图片，关机后摸显卡的背部、散热片以及显存，热量挺大，如果开机时间稍长，就感觉烫手。加了这个散热风扇后，摸上去就没有烫手的感觉了，比以前效果好多了，也更稳定。 　　如果你的显卡上没散热片，你可以去市场上找找。但就笔者所知，单独卖散热片的不多，都是和风扇捆绑在一起的。如果有的风扇对自己的显卡不合适，我们也可以用老散热器上的散热片，用锯将它切割成想要的大小形状，用硅胶粘在显示芯片上，再加散热风扇。此外，还可以用同样的方法，给显存，北桥芯片等设备加装风冷散热和散热片。（^21030501g^7） 　　编后：以上给大家介绍了一些关于风扇散热的基本知识和几个例子。理论篇看起来有点头痛吧？小编在改稿的时候可是把工具书给搬出来，改得也够辛苦。费这么大劲，就是要想告诉大家，DIYer应该“知其然，知其所以然”。有了正确的理论引导，实践起来才会事半功倍。当然，在实际的使用过程中，还存在各种不可预料的因素，因此大家要根据不同的情况灵活处理，这样才能使你的“爱机”运行得更加稳定！