註冊時間: 2004-02-05, 13:32
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散熱一直是 CPU 所面臨的首要問題，尤其對於要超頻的人，幾乎常常與改善散熱脫離不了關係。綜觀目前 cooler 的設計，也推陳出新相當快速，這似乎要感謝 AMD 推出更熱的 CPU，也因此需要更高效能的 CPU 散熱器。
如今連全銅 Cooler 也問世了，可說無所不用其極。若從歷史觀點來看過去 cooler 與現在的 cooler，實可以帶給我們一起寶貴的經驗。
CPU 散熱基本模型
對於 CPU 之散熱，只談到 cooler 其實是比較狹隘的。以 CPU 散熱的過程來看，DIE 發熱，傳導到散熱片，最後透過空氣將熱帶走。仔細看，這包含兩個熱交換之過程。
第一道戰線--CPU DIE 與散熱片之熱交換
DIE 與 cooler 底部之接觸通常都是不平整的，崎嶇不平，必須透過散熱膏來加以填平之間縫隙，增加導熱能力。
第二道戰線--cooler 散熱面積與空氣之熱交換
以能量觀點來看，能量的轉移是透過碰撞來達成。空氣與 cooler 碰撞的次數越多，則散熱能力越好，所以一般認為，更大的表面積和更強勁的風扇與散熱能力成正比。
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兩種散熱途徑
簡單來說，CPU 散熱的兩大主流，一個就是 cooler 本身，另一個就是傳導介面，因此，要降低 CPU 之實際溫度，事實上可以從這兩處去加以改善。
因此在看待 CPU 之散熱，這部份應該放大範圍去思考，而非僅著重於 cooler。
而兩者則有順序性，導熱介面為第一道防線，因為熱沒有很好傳上來，裝上史上再好再強的 cooler，效果也會大打折扣。若將熱想成是水，傳導介面當作水管，那麼水管阻塞，水自然流不出來，這也是現今使用者在 CPU 散熱上常面臨到的實際問題。
導熱介面重要性大增
最早 486/586 CPU 時代，導熱介質並不是那麼重要，譬如散熱膏，隨便塗有塗沒塗都不是差那麼多，跟 cooler 之重要性比可能是 1:9。
但是現在 CPU DIE 接觸面小，加上發熱量越來越恐怖(這當然是指 Athlon 成份居多)，熱密度過於集中，因此現在兩者可說已發展成為 5:5 同等重要之地步，因此對於這熱通道一定要格外的處理好。有的 Athlon 主機板甚至標明"請務必塗抹散熱膏"，由此更可見一般。
cooler 效能已達極限
以目前的 cooler 設計來說，廠商們會大量採用銅，也驗證了一個事實，那就是鋁擠已經達到一個極限，因此一窩蜂採用銅。當然另一方面是市場的需求，且價格好，因此儘管製造上過程繁複成本高，市面上也出現了好
幾種全銅的散熱器。
但是全銅並非所向無敵，實際上比起鋁擠並沒有太壓倒性的效能優勢，所以未來 cooler 發展進步空間可能有限。但導熱介質還有很大的發展空間。
現在也有人發展高速導熱材料，可以說是散熱膏的幾十倍傳導效率，未來可能進入到這個時代。heat pipe 熱管是最古早的技術，必須作成管狀，據說現在已經發展到第五代，未來若發展到 2 GHz 或數 GHz 以上(可能是公元 2006 年吧！)，熱密度必然更嚴重，或許高速導熱材料會大量流行，大量且低廉的應用在 CPU 散熱之場合。
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兩種散熱途徑之實際方式
既然以上提及 CPU 散熱有 cooler 及導熱介面這兩種方式，那我們就來提提他們實際的方式，以及在這兩種過程當中，cooler 的演進，並從中了解現今所面臨的問題。
散熱器之演進
更大的散熱面積與更強勁的風扇
從 486/586 時代到現在，cooler 本體從最初的 4x4/ 5x5 CM 之大小，發展到縱向 6CM(扣具方向)，橫向最長達到 8CM。
而散熱片之剖溝數也最高分割到 24 根散熱柱，以增加其散熱表面積，增加與空氣接觸的機會。有些 cooler 採用冷鍛或鰭片堆疊的方式也是為了達到相同的目的。
而風扇大小也由 5x5 CM 到現在 6x6CM，未來也將有 7x7CM 問世。而為了提高效能，提高風扇轉速所帶來的噪音，也由台達的 7000RPM 6x6CM 風扇，達到登峰造極之地步。
也因此，在大部分使用者的觀念中，更大的散熱面積與更強的風扇一般被認為跟 cooler 散熱效果成正相關。
這大原則其實是沒有錯的。但是加大切割面積，未必然帶來好處，在 6CM 長的長度內，目前最多可以開 24 根散熱片，但是切割太細，乍看之下，表面積加大了，但卻帶來潛在問題。例如散熱片之間的縫隙縮小，風不易導入，吹進去的風風壓太小，吹到最底部，風壓也更加削減，而底部是最熱的。
事實上，也正因如此，很多廠商的鋁擠也來到一個瓶頸，因此往銅 cooler 的領域發展，但其實，銅也有他實際的缺點，其導熱速度快，但比熱大，散熱不易。
我們將也有實際測試鋁擠的效能極限以及多款銅 cooler 以茲說明。
導熱介面--投資報酬率高
導熱介面對於 CPU 之散熱有著絕對的影響，有的 cooler 乍看之下，效能真的不錯，但是測起來卻沒有實際的好，這通常都是接觸面出了問題，而問題的來源，有可能是使用者安裝錯誤，或者是 cooler 扣具本身設計不良，壓力不足或重心有所偏移....等等問題。
而用更好的 cooler 只能降低 2-3 度，但是換更好的散熱膏就可以降低 2-3 度的 CPU 溫度，當 CPU 熱度越高，效果越好。
由此可見，在導熱介面上下工夫，投資報酬率是比較高的。
且當你已經使用了最強的銅 cooler，要將效能再提高，那麼也只有往導熱介面努力一途。
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導熱介面的實際改善方法
這方面其實一直很少人注意到，若是這方面處理不好，cooler 再大顆全銅也沒用，這方面的改善方法包括，散熱膏的品質，cooler 底部的平整，扣具的重心，以及扣具的壓力大小是否足夠，甚至於散熱膏的塗抹技巧都會影響到 cooler以及導熱片的使用，都可以加強傳導效果，簡述如下:
1.使用更好的散熱膏
經過實驗證實，使用了更好的散熱膏可以降低 CPU DIE 溫度達 2-3 度以上，一般所謂的"好" 通常是指"傳導係數"較高，但應用在 CPU 場合，散熱膏本身顆粒大小事實上也有所影響。有些散熱膏導熱係數很強，但顆粒過粗的散熱膏並不適於用於 CPU DIE 之場合。有的會導電，也不甚安全。對於市面上的數款散熱膏效能差異，我們也將有實際的測試。
2. 散熱膏塗抹技巧
一般認為散熱膏越多越好，但是其實，散熱膏的用途是為了填平 CPU DIE 與 cooler 底部之間的縫隙。有就好了，但不要多。
在塗抹的過程中，散熱膏會被 sink 壓力擠出，但若散熱塗太多，來不及擠出來，造成散熱膏厚度太厚，就會造成散熱效果沒有最佳化。
所以散熱膏是越少越好，充分扮演好"傳球員"的角色。所以散熱膏的塗抹技巧自然也需要相當的去注意它。
3. cooler 底部之平整
此項因素也與上有關，理論上拋成光滑鏡面，如此在安裝時，DIE 與 Cooler 接觸面將多餘的散熱膏擠出，會有最佳的效果，或許在低頻率之下感覺不到太大的差異，但是在高頻率高熱如 1.4G 之上會有更明顯的效果。反過來說，有的 cooler 底部太過粗糙，也影響了其傳導效果。
以這個散熱觀點來看，AMD Athlon 刻字在 CPU DIE 之正面並不是一個妥當的方式，破壞了 DIE 接觸面之平整，對於散熱之阻礙有其一定之影響。
4. 扣具壓力及設計問題
AMD 有規定扣具壓力需大於一定程度，當頻率越高熱量越多時，扣具壓力真的需要特別注意。
譬如跑到 1.4G 時，有的 cooler 看起來都可以應付這麼高的熱量，但是怎麼用起來卻一點也超不上去，這通常都是這方面出了問題，尤其以非標準造型之非標準扣具居多，我們也將有實際的說明。若您覺得扣具壓力不足，我們也有一個特別的方式，可以達到稍微增加壓力的目的。
5. 散熱保護片
此東西最初的想法是保護 AMD CPU DIE，因為實在有太多人壓壞或是至少 DIE 缺角的。這個套件可以在安裝時，避免 DIE 的邊緣承受過大的瞬間壓力。
另一方面有的散熱保護片也具備了加強散熱能力，這理由說來很單純。既然 DIE 面積這麼小，那麼何不加大呢？且 DIE 的裸露面積事實上還有側面沒利用到，如利用到，加上有一部份熱會傳到陶瓷上，或許還可以再降低 CPU DIE 溫度達 2-3 度之多，當您已經使出渾身解數時，束手無策之時，這可能是最後出奇致勝的一招。當頻率越高，效果也更顯著。我們也將介紹各個散熱保護片之設計與實際效能。
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其他改善 CPU 散熱之方法
1.降低 Case 內部溫度
空冷是靠空氣去散熱的，因此空氣溫度越低，CPU DIE 溫度也越低，兩者差不多呈現一個等距的關係，也就是說，如果空氣溫度提高 5 度，DIE 的溫度也提高 5 度。
一般大家都是在開放環境下超頻或測試，但裝到 Case 後，內部的空氣溫度將提高 5-10 不等，因此自然也影響到 CPU DIE 之平衡溫度，所有有的人超到 1.4G 或 1.5G，僅止於"戶外"，如果裝到 Case，馬上就面臨當機邊緣，因此如何調校出一個最佳值，以及如何改善 Case 內部之散熱，也是一個需注意之處。
"導風管"可能是一個最佳的主意，將，但市面上哪裡可否買到這些材料，以及如何做，我們也都將有專文介紹之，讓各位創造一個最佳的 CPU 散熱環境。
2.水冷之使用
水冷的效果依舊是優於空冷的，不過現在的水冷器大都有扣具不緊或之問題，由於對於超高頻率的使用者，底部平整還有扣具壓力更是令人最傷腦筋之處，若沒處理好，用起來有的還比空冷還差。
噪音之降低方案
眾所皆知，Athlon 效能很不錯，價格又便宜，但是缺點就是太熱，風扇噪音太吵，譬如跑到 1.4G，大多是至少使用到 YS.TECH 以上等級的風扇，甚至不乏台達 7000RPM 風扇，所以又要超頻，又要要求安靜，簡直就是要馬兒肥，又要他不吃草，那有可能呢？
但其實這是有辦法加以達成的，跑 1.4 或 1.5G 還有辦法讓所產生的噪音又可以很小，這在 PCDVD 的場合是更為實用的，不然在欣賞 DVD 時，還要忍受風扇聲嗡嗡翁的，令人情何以堪呢？在追求高效能的同時，這也是一個另外一個努力的方向。
至於實際的方式，我們也在接下來的文章中有清楚的介紹，敬請期待。
結語
儘管闊別已久，但我們將以技術觀點來看現今 cooler 之設計，也希望讓大家能夠掌握到 cooler 的精髓之處，成為一個快樂的超頻族。
對於不超頻的人，至少也能成為一個快樂的使用者，不要因 CPU 過熱而當機。
因為現在 CPU 降價再降價，實在不需要太過於過度超頻。但夏天到了，讓我們一起迎接酷夏的來臨。
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