CPU散熱器如何工作

電流會產生熱量，這點確實有些討厭。但正是因為這一物理定律，你才能以飛快的速度運行你的PC機處理器。

熱即是動能，不能被創造也不能被湮滅，你可以做的是移動它或變換它。冷卻處理的技巧在於吸收能量，並將其遷移至足夠遠，以不至於產生任何損害。

多數PC機內的冷卻技術複雜得令人難以置信，在CPU頂部有一個簡單的散熱器和風扇，這一裝置決定了CPU能跑多快。

　　散熱片和風扇

最基本的冷卻形式是散熱片，因為不涉及功率消耗，它屬於被動冷卻方式。散熱器其實就是與處理器接觸的一種高熱導材料（通常為銅），處理器將熱量傳給具有更大質量更大表面積的散熱片，熱量最終由散熱片傳給周圍空氣，該過程的進行有賴於通過對流保持空氣流動。

下一步就是在散熱片上添加一個風扇，考慮到空氣是熱的不良導體，這樣可以使空氣流動起來。讓更多空氣在更大的空間流動能夠改善冷卻效果，但實際中PC機內的空間有限。該冷卻方案已足夠應付大多數情況，但對於高性能設備這還不夠。

散熱片的下一步發展方向是使用更好的材料。使用碳的想法已經有一段時間，無論是作為沿長度方向導熱性很好的碳纖維納米管、石墨或是泡沫碳，這些材料的導熱性都能輕鬆達到銅的一倍半或更多，而且它們可以被製造成具有更大的表面積。雖然碳納米管在散熱器上有這樣的應用前景，銅目前仍然是很好的材料而且非常便宜。

　　熱管

一個簡單但有效的.辦法是採用熱管傳遞大量的熱量。當材料經歷由氣體到液體或由液體到氣體這樣的相變時，大量的熱量被吸收或釋放。

例如，當水分沸騰變成水蒸汽時，大約需要2260焦耳/克的熱量，即所謂的汽化潛熱，這與水每加熱一度要吸收4.18焦耳的熱量不同。水在相變過程中並不變熱，它只吸收熱量。

由氣體變成液體會釋放出同樣多的熱量，如果你周圍的系統到處存在這樣的機制，你就擁有了一個熱泵，這和冰箱的基本原理相同。

PC機散熱器內的熱管由少量液體（通常為蒸餾水）密封，以在低壓狀態下降低沸點（這就是為什麼你在珠穆朗瑪峯上不能煮一杯像樣的茶）。熱管裏面有一層內襯，起到芯、金屬篩網或燒結銅（將來很可能是泡沫銅）的作用。

水在熱源端加熱沸騰，蒸汽擴散到熱管的冷卻端，並在那裏凝結成液體，在芯的毛細作用下液體又流回熱源端。只有很少量的液體在移動，但相變所需的巨大能量意味着大量焦耳熱的轉移。該過程無需電力及維護。

蒸發室是熱管的一種變體，出現已有一段時間，但尚未被廣泛接受。這裏不再採用一組管道穿過散熱片的方案，整個熱管被拉平和改形以安裝在處理器上，散熱器的其餘部分安裝在最頂上。

　　液體冷卻

PC機液體冷卻系統的工作方式和汽車散熱器幾乎相同。水流過處理器頂部的冷頭，然後被泵送至散熱片，熱量在這裏被傳導到鰭片和周圍空氣中。

液體冷卻的早期嘗試顯然是有成功也有失敗的自發性試製。現在你可以購買現成的架式冷卻器，它並不比常規的散熱器更難安裝和運行。水冷是非常有效的，與空氣相比，水有更合理的熱導率，這意味着處理器的熱量被吸收得更快，再加上水的大比熱容使得水本身就是一個非常好的散熱器。

熱交換的最後一個環節—散熱片，仍然是相當低效的。但至少如果你需要的話，可以安裝一個帶多個風扇的大型散熱片，而且可以安裝在遠離熱源的位置。鑑於其較高的熱導率，水銀會是更好的工作介質，但健康和安全部門的那些矯情的慈善家又會擔憂了。顯然，水銀是有毒的。

　　熱電冷卻（TEC）

現在我們開始接觸一些新事物。熱電冷卻器利用Peltier效應將熱量從材料的一端傳至另一端，它由兩塊不同的半導體構成的夾層結構組成。對該夾層結構通以電流會導致熱量從一端傳至另一端。改變電流的極性即會使熱流反向。

除了使用電子之外，熱電冷卻的工作方式和熱管類似。熱電冷卻的效率不算很高（大約是熱管的50%左右），但它採用固體材料，且無需維護。TEC冷卻器同樣可以在環境温度以下製冷，但散熱片就做不到這一點，但TEC冷卻器有過冷凝結的缺點，這是在PC機中不希望出現的情況。

TEC目前還沒有流行起來，一個重要的原因是酷冷至尊V10全負荷運行時製冷量可達70W。還有一個問題在於，TEC並不將熱量傳到很遠處，熱量僅是穿越半導體層的厚度而已，這意味着你還要採用傳統的設計將熱量耗散掉。

採用TEC散熱仍然是一個昂貴的專家級選擇。聯合使用TEC和液冷方式散熱完全是一個極品創意，並且會產生很好的效果，這種方式使用TEC來冷卻芯片或散熱片（這樣更安全些）。

　　其它方式

當然，總是有一些強力 — 堅持認為把空調上的實際工作單元—蒸汽壓縮單元安裝到PC機上。對於家庭使用來説，這種方法有些浪費，而且它還會帶來冷凝問題。

其它一些誇大其詞的方案包括把整台計算機浸入非導電液體中，但根部不切實際。

保持CPU冷卻看起來像是一件挺簡單的事情，而且你可能認為已有一些高科技的解決方案隨時可供使用，但事實上沒有。

在這麼侷促的空間內傳熱仍然不是簡單的事情 — 它需要PC機電源供電，又不產生強磁場、射頻，且在任何情況下都不影響到PC機的運行。