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热管散热器cpu热管散热器原理

添加时间:2019-08-29

  目前主流的散热器标配多是四根热管,其中的代表如玄冰400、暴雪T400、SE-214、铜虎C400等等一系列散热器。不过是不是追求越多热管就越好呢?那么不同数量的热管 ,对CPU散热的影响究竟有多大,今天我们就来做个简单实验。

  先来看看热管的一些基本常识,热管散热是一种利用相变过程中要吸收/散发热量的性质来进行冷却的技术,率先由IBM最初引入笔记本中。热管的出现已经有数十年的历史,而在计算机散热领域被广泛采用还是近些年的事,但发展迅猛。小到CPU散热器、显卡/主板散热器,大到机箱,我们都可以看到热管的身影。

  热管散热器工作原理

  热管的工作原理很简单,热管分为蒸发受热端和冷凝端两部分。当受热端开始受热的时候,管壁周围的液体就会瞬间汽化,产生蒸气,此时这部分的压力就会变大,蒸气流在压力的牵引下向冷凝端流动。蒸气流到达冷凝端后冷凝成液体,同时也放出大量的热量,最后借助毛细力和重力回到蒸发受热端完成一次循环。

  因此热管具有热传递速度极快的优点,安装至散热器中可以有效的降低热阻值,增加散热效率,具有极高的导热性,高达纯铜导热能力的上百倍,有“热超导体”之美称。工艺过关、设计出色的热管CPU散热器,将具有普通无热管风冷散热器无法达到的强劲性能。目前的CPU散热器中,绝大多数都采用了热管技术。

  热管的传热效率和直径、结构、工艺等都有关,目前中高端热管散热器中多采用6mm的热管,也有个别用的是8mm产品。台湾某研究所给出了一组参考数值,直径为3mm的正品热管,2.8个标准热传递周期中只能传递15W的热量,而直径为5mm的热管,在1.8个热传递周期最大热量传递达到了45W,是3mm热管的3倍!而8mm的热管产品只需0.6个周期就可以传递高达80W的热量。如此高的传热量,如果没有良好的散热片设计和风扇配合,很容易导致热量无法正常发散。

  显然,热管的直径对传热有很明显的影响,直径越大则效果越好,但并非一味直径大就能造出很好的产品,中间涉及到热管的组合、排列、结合方式及成本等,但是对于CPU散热器来说,因为需要传递的热量并不是很大,瓶颈并非在热管的性能上,更而是在热管与鳍片的传递效率上。

  要怎么测试?没错,就是锯热管

  我们要怎么测试热管数量对性能的影响呢,最简单的方法莫过于测试同一款散热器不同热管组合下的散热能力,但市面上基本上不存在这样的产品,所以就想了个简单的方法:找一款四热管的散热器,然后分别锯断其中的一根、两根、三根、四根热管,并测试对应情况下的散热性能,因为热管锯断后,该热管就失去作用了。

  感谢ID-Cooling为此次实验提供了SE-214散热器,这是一款定位百元级的散热器,其做工和用料都相当的符合这个价格的定位。

  ID-Cooling SE-214

  SE-214散热器采用了同价位中标配的配置,一共4根热管,并采用热管直触的方式与CPU结合,配备了一把12cm的红色LED风扇,不过它的扣具并没有采用市面上比较流行的压力式扣具,而是用了螺丝扣具,安装更加的方便并且安装更加结实。

  测试平台包括Intel Core i5-7600K处理器,搭配了华擎Z170 OCF主板,CPU散热器用了ID-Cooling的SE-214,内存则使用了芝奇DD4-2800 8GBx2。显卡方面选择了微星的GTX 1060 6G GAMING X显卡,硬盘则使用了超极速S335 120GB的固态硬盘,电源是先马金牌500W全模组电源。

  四根热管全被锯断

  具体的测试方式:使用AIDA 64中的稳定性测试,只选择FPU烤机20分钟记录CPU温度曲线以及温度数据,然后每锯掉一根散热器都测试一次,一共记录五组数据,并且进行最终对比。测试时我们将保持室内温度在25℃。

  所以在我们这次评测中,用锯刀把热管一根一根锯断,每锯断一根热管做一次烤机测试,记录温度曲线及稳定后的温度,这样大家就可以从数字上看出同一个散热上不同热管对散热效能的影响到底有多少。

  四热管下散热测试

  在原始状态下(四热管),SE-214散热器的表现也是挺不错,Core i5-7600K的温度很容易就压制下来,整个过程下来CPU的温度基本维持在59℃,风扇转速维持在1500rpm,声音也不大,待机下CPU温度为28度。

  原始状态(四热管)温度曲线

  原始状态温度数据记录

  三热管下散热测试

  根据之前我们对热管导热原理简介可以知道,其实热管内的密封空间一旦被破坏,它的超级导热能力就会立马丧失,所以小编锯断了一根热管(最侧边的一根)后整个散热器的状态就几乎等于三热管的散热器了。小编利用锯片费尽九牛二虎之力把第一条热管锯断,确实有点难度,不过熟练了以后第二条应该会简单不少。

  那么在缺少了一根热管后,CPU的温度是不是会有很大的变化呢?答案是否,在锯掉了一根热管后,CPU的极限温度提升了接近2℃,通过温度曲线看到其实升温速度和四热管下并没有太大区别。

  三热管状态温度曲线

  三热管温度数据记录

  两热管状态散热测试

  经过了锯掉前一根热管的经验,这次动手就相对容易得多,这次算是相对轻松的就锯掉了第二根热管,不过不是顺序的锯下去,而是另一侧的第一根热管。

  第二根热管DONE!

  在锯掉了第二根热管后从温度曲线图和数据上看来变化还是很有限,CPU的温度维持在62℃,只提升了1℃,待机温度方面也没有很大的变化。到了这里小编开始对4热管的必要性抱着一个怀疑的态度了,因为在锯掉最外侧的两根热管后CPU的温度变化不是十分的明显。

  两热管状态温度曲线

  两热管温度数据记录

  单热管下散热测试

  经过了之前两根热管的经验后,原本以为第三根下手会相对容易,谁知道第三根热管并不能从外部解决,只能穿过之前一根已经锯掉热管的缝隙下手,还是有那么点难度,我依然成功了。

  第三根热管DONE!

  在剩下最后一根的热管状态下,CPU的烤机温度直线上升了5℃了,这对于散热器来说已经是中端到低端的差距,待机温度也有一定的升高。目前主流的低端散热器都用上了双热管,测试到了这里基本上可以肯定双热管几乎是必须的了。

  单热管状态温度曲线

  单热管温度数据记录

  全部锯断,无热管状态测试

  接下来小编将锯掉最后的一根热管,经过前3根热管的洗礼,我的刀片已经不再锋利,而且下手位置发力并不方便,所以整个过程相对有那么点长,不过还是坚持了下来。

  而在锯掉最后一根热管后,我基本上已经预估到这个散热器已经基本没什么用了,CPU待机状态下的温度已经飙升到48℃,而当我们进行FPU烤机测试的45秒后,CPU温度就飙升到95℃,见此现状,只能截图保存数据然后就立马关掉软件。

  无热管状态温度曲线,爆了~~

  散热测试结果汇总

  整个测试下来我们可以看到,其实从原来的四热管到二热管的测试结果看来,最外侧的两根热管对温度的影响甚微,而到了单热管状态下就可以看出影响还是比较的大,已经从量变到质变了,仅一根热管的话还能勉强用之,但是全锯断后散热器基本就没用了,烤机温度已经不在可以控制的范围。

  总结:2根热管基本够用,4根锦上添花

  从测试情况来看,4根热管下烤机温度为59度,2根热管下烤机温度为62度,这个温度变化较小,当只剩下1根热管时,CPU烤机温度升到了66度,从性价比的角度来说,2根热管能达到最大化。

  通常来说,6mm热管传热功率在50W左右,8m热管的传热功率在85W左右,对于现在的CPU散热来说,其要求的散热器热功耗设计都不高,少数的超过100W,大多数在100W以内,比如我们测试用的i5-7600K其TDP为91W,因此从理论上说,两根6mm热管的传热能力足以应付了,尤其是在中低端平台上,两根热管的散热器完全能胜任。

  事实上,两热管的散热器少之又少,最多的是四热管散热器,也有一部分6热管的,堆积热管数量简单粗暴,同时也能让消费者显性地见识到该产品的深厚功力,也就更愿意为之买单了。其实小编要说的是,对于大多数CPU,两根热管就足够了,所以你在选择散热器时不用纠结热管的数量(毕竟现在是四热管起步),你更需要在意鳍片的设计、鳍片与热管的结合方式、风扇等,当然还有价格了。

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