Notebook散热技术最强剖析

1Notebook散热技术最强剖析第1页：序言：性能配置之外的角逐散热各位早，又是周五，快周末了。为大家推出本周的重头文章：笔记本散热技术最强剖析。其实关于笔记本散热的问题网上讨论的已经很多，但都不是很到位，希望这篇文章可以将你心中的疑惑一并解答。另外大家希望在下期看到什么方面的文章也可以在读者评论中讨论一下，只有贴近用户想法的文章才会真正受到欢迎，而我们才能写着更带劲哦。随着笔记本计算机的降价风潮，我们身边的笔记本使用者也越来越多。而笔记本电脑的一些设计上的不足，也在使用者越来越多的情况下被暴露出来。所以我们也时常能听到某些朋友抱怨：“我的电脑好热！”诚然，在笔记本计算机性能进步的同时，越来越多的热量正在被散发出来，如果对此处理不好，很容易导致使用者的舒适度进而影响机器的稳定性。虽然随着CENTRINO和即将推出的SONOMA技术的流行，笔记本厂商对热量控制的压力比P4-M小了很多，但即使在相同的平台上，但是我们还是能在实际的使用上得出区别。234567笔记本中的各类散热技术是不是让你看的眼花缭乱？比如某款机器用起来不热，一夜BT下载后也仅仅是温温的感觉，而某款机器可能平时打打字，做做文字处理就开始热的让你手心冒汗。8而这就是由笔记本的散热系统的不同而造成，本文就旨在通过分析散热技术的方方面面来考量在笔记本的设计过程、以及使用者的实际感受中，散热技术的发展和其重要性。第2页：让我们感受烘烤和噪音的笔记本坚决不要曾记得在移动PC刚推出的时候，我们曾看到一个关于台式机处理器到底是否能够在笔记本电脑中使用的争论，而这个争论存在的关键，笔者认为并不在其功耗，而在于其散热系统的有效性。如果考虑到它其低廉的价格，或许我们能接受在电池状态下只能用一个小时的笔记本电脑；但我们不能接受一个让你在仅仅使用WORD的时候就让你忍受烘烤和风扇呼呼噪音的笔记本；更不能接受一个由于散热系统不良导致系统不稳定的笔记本。9三条导热铜管，为mP43.2GHzCPU提供散热现在主流的笔记本电脑处理器都消耗多于20W的电力，BANIAS在20W左右，而DOTHAN应该会在23W左右，更新的YOHAH会在31W或者更高。虽然现在的处理器都有一些智能功能，以期达到功耗/性能的最佳平衡，但如果在热量控制上设计不当，也会严重使用者的使用舒适度，在极端情况下会导致机器的不稳定。但我们也不要认为处理器是笔记本电脑中发热量最大的部分，事实上处理器所散发的热量仅占内部整体发热量的7%左右。之所以强调处理器的散热方式是因为它是一个集中散热的产品，如果散热处理不当则有可能导致整机报废（处理器烧毁），所以我们将笔记本电脑的散热性能好坏集中在处理器上。10早期散热结构，著名的IBMThinkPad240散热单元(散热片)早期处理器能耗较低（Pentium时代），不需特殊处理散热部分，只要简单采用被动散热即可满足处理器的散热需要——即采用散热片足矣。11第3页：发热大户CPU的散热演变历程在进入PentiumⅡ时代后，这种方式显然不能有效降低处理器核心温度，于是主动散热方式开始使用在笔记本电脑中。早期的主动散热依然局限在风扇+散热片的组合，该组合热效率低且体积、功耗都偏大。上图为600X（上）600E（下）的散热器，主要是风扇+散热片的组合（有一根很细的导热管做辅助散热）在进入高性能的PentiumⅢ处理器时代后各种新的散热设计进驻笔记本电脑内部，比如导热管。12如今的散热结构，著名的IBMT22的散热单元(风扇+导热管+散热片)当然，到了今天，功耗巨大的GPU（显示单元）也成了发热大户，一些厂家不得不在显示卡上加装散热器。13为华硕WIN搭载的ATIMobilityRadeon9600加装的散热器14长久以来，散热问题一直是笔记本电脑最大的技术瓶颈，因为它关系到笔记本电脑的稳定度，许多不明原因的死机都是因为散热问题无法解决。在笔记本越做越小，越做越强的同时，散热难这个不容忽视的问题也紧随而来，成为让笔记本电脑制造商最头疼的事情。第4页：散热的基本知识：风扇＋热管＋散热板散热，相信不少DIYER对他已是再熟悉不过了，花上百元买一个好一点、安静一点的风扇是DIYER们首先要做的。在台式机中很普通的一个铜制风扇，就不要妄想笔记本狭小空间中可以使用了。而在笔记本中，由于空间狭小，配件不通用，所以我们对其DIY的范围不可能太大。最多不过是诸如把IBMT22的风扇换到IBMT20上去罢了。15图为IBMTHINKPADT20的散热器，一般在升级T20的CPU后可换用T22的风扇以加强散热效果。在笔记本中，风冷散热是主要的散热方式，不过由于它的空间的局限性，热管散热技术也被普遍应用到笔记本电脑中。因此，在如今的笔记本中，绝大数的散热方式是：风扇＋热管＋散热板。16第5页：辐射型风扇是具有更优异的散热效果风扇是起着强制对流的作用，属主动散热方式。目前风扇的基本上可以分为两种类型：轴向型风扇Axial(fan)和辐射型风扇(离心鼓风机)(Centrifugal-blower)：轴向型风扇轴向型风扇，技术成熟，成本较低，可以通过调节RPM来调节风量，气流有涡流，机壳的阴影效应，占用体积大，存在气流的耗尽层。在台式机上基本都采用这种方式。在寸土寸金的笔记本的应用上并不多见，主要在PII时代的本子上。17图为IBMTHINKPAD600系列的风扇另外也记得笔者曾用过的FUJITSUFMV6266也采用轴向型风扇，可惜早已无照片为证了，呵呵。辐射型(离心鼓风机)辐射型(离心鼓风机)风扇具有薄的叶片，没有涡流，气流方向性好，气流密度较高，点用体积小（主要是可以做的比较薄），技术较新，成本相对高。而其噪音也比轴向型风扇要来的低。18上图为BENQJB8100和TCLB10使用的辐射型风扇19在笔记本的设计中由于空间的限制，以及噪音、厚度的限制，一般都采用辐射型的风扇。到了PIII以后，你几乎已经找不到轴向型风扇的应用了，这也充分证明了辐射型风扇的优越性。第6页：导热管绝不你想象中的是万能钥匙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，1963年由美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明了，并由IBM最初引入笔记本中。典型的热管是由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽到的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据需要可以在两段中间布置绝热段。当热管的一端受热时，毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。20上图为三星X30和TCLB10散热器上的热导管。导热管技术可以说了笔记本散热的一项技术革命，正是他的出现才能使现在的笔记本在如此狭小的空间做到令人满意的散热效果，而用很小的体积换得超高的导热效率绝对是THERMAL工程师的梦想。不过话说回来，导热管技术虽然具有很高的热传导效率，但如果使用不好，也未必能给机器带来太多的好处。这点我们将在下文中有所体现。第7页：加散热板是最简便有效的方法在笔记本中的北桥和图形显示芯片的发热也相对严重。一般在设计中是在他们上方放置一些散热片来达到散热的目的。由于笔记本内部空间的限制，一般要做到大而薄，这样既能保证充分利用内部空间，又能达到更大的散热面积，提高散热效率。21上图为神舟和优派内部的散热片我们看到有大面积的散热片，在散热片上还有很多突起或者鳍片，以增大与空气的接触面积来达到更好的散热效果。22第8页：笔记本散热示意原理图从前面的介绍，我们可以看到，在笔记本上的基本散热方式。由导热管把热量引导到机器边缘的散热片，并用辐射型的风扇对散热片进行冷却。用上扩展坞垫高底部就不怕热了。而如今越来越多的笔记本为了追求更高的机械强度而使用的铝镁合金，利用其高导热率的特性作为辅助散热。比如著名的IBMX22，利用其铝镁合金的底壳来完成一部分的散热任务，这也是X22机型底部温度较高的原因。23第9页：诸多散热方案孰优孰劣？看了那么多形形色色的笔记本散热器，我想大家可能心中有一个疑问。那么多的散热器，那么多的散热方案，到底谁是最先进的，到底谁是最强的？在这里，站在研发的角度讲，如果能在满足机器温度控制的同时做到成本最低，那么这个散热系统就是成功的。不管是热导管，还是普通的直吹式，也不管是主动散热还是被动散热，只要能把热量尽快的排除机内，那么这套系统技术成功的。笔者是IBM的粉丝，所以就用IBM的一些例子来说明。在IBM刚推出IBMTHINKPADT20/T21/T22的时候，参考前页的图片，我们可以看到他使用了风扇+导热管的设计。而到了更高主频的T23的时候，却使用了无导热管的设计！这实在是令笔者大跌眼睛。24T23的散热器竟然省去了导热管而这样的设计最直接的好处是节省了成本。我们知道，对于含有导热管的散热单元，其导热管的成本占了很大一部分。在T23上，我们看到了更简单而高效的散热方法的典范！在同期的其他品牌的笔记本，无不使用粗长的导热管，就这一点就令笔者对IBM的设计佩服的五体投地。而好戏还在后面！第10页：用最简单手段解决问题就是好方法在IBM距T23后推出的THINKPADT30（采用P4-M的处理器）上，IBM仍然采用了T23的散热方法！T30的散热器是笔者见过设计最精妙的散热器之一。在P4-M高发热的压力下，不使用导热管似乎已经是不可能。但在T30上，IBM成功了。25我们发现，其散热器比T23更加靠近主机边缘，直接接触CPU内核的散热器部分是纯铜，并且用银焊做出鳍片，最妙的是把散热器部分和风扇以及框架用隔热垫分开，减少它们之间的热量传导，再用大口径风扇向散热器猛吹，由于CPU就装在出风口旁边，散发的热量迅速被纯铜散热器吸收，然后立即被风扇吹出机身，什么复杂机构都不需要，看起来倒是很像台式机CPU的散热原理，不过简单而有效。26为了加强风力，T30采用了5V0.3A规格的大口径风扇，功率较以前的机种更高（T2X系列都使用5V,0.2A）。但T30比T23高明的地方在于T30把散热的散热器把鳍片和散热器的框架分开，这样在T23上的鳍片上会产生大量的热量并会传导到风扇外壳上进而向机内辐射的问题在T30上不复存在了。T23和T30的无导热管设计说明了，导热管的设计并非是万能的，在设计精良的笔记本上，无导热管设计一样能工作的很出色。在P4-M平台上绝大多数的笔记本电脑都采用了大口径风扇+粗导热管+大散热器，但在实际使用上又有多少能比得上IBMT30的发热控制呢？越长越好的说法，在导热管上可是说不通的哦事实上，导热管的真正作用是加快热量的传导，导热管本身并不能起到冷却作用，导热管传出来的CPU热量仍需风扇最终排出机身，导热管越长，热量传导越慢，且导热管越长传送途中散失的热量就越多……我们看到的某些品牌的笔记本，使用的导热管横贯机身，导致大量的热量被散失在机内，这样的设计真可谓费钱又费力，还不如设计好PCB的布局，学习一下IBM的散热方案呢！