笔记本散热系统工作原理及厂商加强散热手段详解

日期: 2024-12-27 13:39:21|浏览: 21|编号: 89683

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对于笔记本来说,散热系统是非常重要的一部分。它直接影响笔记本CPU/GPU的性能以及是否能够持久使用。那么笔记本的散热系统是如何工作的,厂家又会过关吗?采用什么方法来增强散热,什么样的散热系统才是好的散热系统? (详情请观看下面视频)

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我们知道,笔记本的CPU(处理器)和GPU(显卡)几乎决定了一款产品的性能和定位。虽然只是一块小小的芯片,但在运行时也会产生大量的热量,而且在追求轻薄的趋势下,笔记本的内部空间被压缩得越来越小,散热就显得尤为重要。如果没有散热系统,它们就会“砰”的一声!

开玩笑,它们不会爆炸,顶多会燃烧,而且烧伤的情况很少见。无论是CPU还是GPU,都会有过热保护机制。如果温度太高,就会停止工作,就会出现。蓝屏、死机、重启情况。为了避免这些情况,笔记本厂商会根据产品的散热能力设置相应的“温度墙”或“功耗墙”,这意味着他们会不同程度地限制CPU或GPU的性能,以避免温度过热。 ,这也是为什么一些相同配置的笔记本电脑也存在性能差距的原因。

另外,散热的好坏也会影响使用的舒适度,即使用过程中C面(键盘)和D面(底壳)是否会很烫。总之,对于笔记本来说,散热系统非常重要。环,产品的性能越高,对散热的要求就越高。那么笔记本电脑的散热系统包括哪些内容,它是如何工作的,厂商又采用什么手段来加强散热呢?换句话说,什么样的散热系统才是好的散热系统呢?这些就是我们今天要解密的内容。

我们先来看看冷却系统的组成部分。从笔记本内部来看,一般包括均热板、热管、散热片和风扇。从外面看,还包括笔记本的进风口和出风口。这些都是“硬冷却”。其实散热系统还应该包括“软散热”,也就是我们刚才提到的“温度墙”或者“功耗墙”。具体来说,就是CPU和GPU的性能释放和发热量的差距。我会把调整机制一一分解,无论是激进的、平衡的还是保守的。我们先从硬散热开始。

在整个冷却系统中,与“热源”接触最密切的是热导体。它通常是抛光且非常光滑的铜金属板。它的任务是快速散发芯片(CPU/GPU)产生的热量。其实导热片和芯片之间直接有一层介质,就是硅脂。其作用是填充导热片与芯片之间的间隙,使两者的接触面积最大化。

硅脂也有好坏之分,主要与导热系数的高低有关。一般笔记本出厂时都不会使用很好的硅脂,所以有的玩家会自己更换硅脂,以提高散热效果。当然,也不乏一些比较良心的厂家。工厂使用的是较好的硅脂。但硅脂只是散热系统的一部分,而且是比重比较低的部分。你不能指望改变硅脂就会对散热产生很大的影响。

导热铜片周围通常会有一些金属均热板,因为除了CPU和GPU之外,主板上的其他器件,包括显存、芯片组、电感器等也会产生热量。良好的冷却系统将使用尽可能多的热量。大面积均匀加热板甚至覆盖整个PCB主板区域。

这些组件与金属板(包括固态驱动器)之间的接触表面通常附有导热硅胶垫片。有些产品还会附有这样的导热垫片,一些高端产品还会用金属覆盖固态硬盘。保暖背心。因此,提醒一些新手朋友,在清洁散热系统时,不要随意取下这些导热垫。如果不小心掉落,最好多买一些并粘在上面。

热量从导热板导出,下一步传至热管。热管一般由纯铜制成。由于笔记本内部空间有限,热管一般都是扁平的。为了美观和抗氧化,大多数产品都会带有热管,包括整个散热模块。油漆多为黑色,少数产品会使用一些个性化的颜色。例如宏碁系列就会采用蓝色。

热管是一根充满冷凝水的空心金属管。其基本工作原理是在热管的高温端(芯片端)和低温端(散热翅片端)形成冷凝水蒸气⇌冷凝的流动循环,反复循环。热传递的形成,详细可以看这个示意图,我就不再罗嗦了。

如何加强热管部分的散热是显而易见的。最简单的办法就是增加热管的数量或者增加单根热管的截面积,也就是更宽的热管。例如,大多数轻薄笔记本都采用2根甚至1根热管,而游戏笔记本一般采用3根或更多热管,有的甚至采用5根、6根甚至更多热管。

除了数量之外,热管的布局也会对散热效率产生影响。一般来说,热管的长度和弯曲程度应最小化。即CPU和GPU应尽可能靠近散热片和风扇,以减少热传导和曲折的距离。热管肯定会阻碍热传导效率。这很容易理解。此外,热管应远离其他热源,例如内存和固态硬盘。

另外,有人会争论热管是同时贯穿CPU和GPU,还是CPU和GPU采用独立的热管?其实各有各的优点和缺点,没有绝对的好或坏。独立热管可以减少待机热量,贯通式热管可以在CPU和GPU高负载时提高导热效率。目前轻薄本大多采用贯穿CPU和GPU的热管,而游戏本则往往采用主热管贯穿CPU和GPU,然后为CPU和GPU配置独立热管,以达到均衡导热的目的。 。

此外,还有少数产品采用比热管更高效的解决方案,例如联想采用的真空室均热板解决方案。当然,这种方案的成本比热管要高很多。另外,Intel最近提出了均热板+石墨片散热方案,不过短期内你看不到。总之,热管仍然是大多数笔记本使用的导热器件。

热量通过热管到达的下一站是散热鳍片,散热鳍片通过密集的鳍片与空气接触,以对流的形式将热量散发出去。作为被动散热元件,散热鳍片的面积越大越好。然而,随着笔记本向轻薄化方向发展,散热鳍片的“尺寸”被压缩得越来越小。

因此,目前提高散热片导热效率的方法往往是增加散热片的数量和叶片密度。当然,即使这样,仅靠散热片被动散热也远远不能满足笔记本的散热需求,所以需要风扇的帮助。另外,关于散热鳍片的材质,通常为铜或铝。至于哪个更好,也是很多人会争论的一个点,因为铜的导热性很好,而铝的热容量很好。一般来说,铜的吸收性比铝好。加热速度很快,铝比铜散热更快。

台式散热器多采用铝翅片制成,因为它的翅片面积比较大,机箱空间比较大,而且与空气接触。铝具有很强的自然散热能力。当然,铝也比铜便宜。在笔记本电脑上,正如我们刚才提到的,鳍片的面积很小,与热管的连接部分几乎完全被热管覆盖。与空气的接触面较小,散热片上积聚的热量几乎全部被风扇吹出,因此能够快速从热管传导热量的铜更适合笔记本电脑。但由于成本原因,一些低端笔记本仍然采用铝鳍片。

我们来看看风扇。台式机散热器的风扇是轴流式结构,实际上是一个小型电风扇,而笔记本散热器则是涡轮式结构,更像是鼓风机。从操作上来说,台式机散热风扇更像是“散点”,而笔记本电脑散热器则更像是“点射”。从某种意义上说,笔记本电脑风扇更“暴力”,因为如前所述,它们积聚在散热片上。大部分热量被风扇吹散。

那么风扇的风量就显得尤为重要。增加风量的方法有3种简单粗暴的。 1.增大风扇和叶片的尺寸。不过笔记本空间有限,也大不了多少。当然,游戏本的风扇尺寸一般都比轻薄本大。大。 2、增加风扇数量,轻薄本一般为一到两个,游戏本至少为两个。 3. 提高风扇速度。轻薄型笔记本电脑大多采用5V电压的风扇。一些游戏笔记本电脑使用 12V 电压和高速风扇。然而,高速度带来高风量,同时也会产生更大的噪音。

更“先进”的方法是对风扇进行更精密的改造,比如增加叶片数量、采用金属叶片、采用仿生设计等。增加叶片数量可以增加风量,但也有一个临界点。叶片之间必须有足够的空间供空气流通,这需要制造商测试平衡性。使用金属刀片也是一种方法。同等条件下,金属叶片比普通塑料叶片具有更大的风量。但制造过程比较困难、成本较高,而且容易变形。因此,在清洁使用金属风的产品时一定要多加注意。不要暴力地这样做。

另一种方法是使用“仿生设计”,例如宏碁 游戏笔记本电脑上采用的“刀片快速冷却风扇”。除了使用金属刀片外,它还根据猫头鹰翅膀的原理,将刀片设计成异形锯齿。在实现更大风量的同时,噪音也得到了一定程度的控制。

风扇肯定有噪音,这是不可避免的。一些新手朋友买了笔记本后,有时会抱怨:“哎呀,噪音怎么这么大?太垃圾了,我被骗了!”事实上,它们都很吵,除非它们设计得像一些具有无风扇被动冷却功能的二合一平板电脑。当然,这些产品的性能比较弱,无法与真正的笔记本相比。目前主流配置的轻薄本噪音在40分贝以上属于正常现象,游戏本50分贝以上也属于正常现象。当然,这是高负载运行时产生的噪音。大多数笔记本电脑会根据CPU/GPU的负载和温度自动动态调整风扇速度。

当待机和运行一些低负载应用程序时,例如浏览网页、上网打字等,风扇转速很低,甚至停止。风扇只有在玩游戏、运行一些专业软件和其他高负载应用程序时才会打开。高速运转。一些产品还将配备用户可控的风扇速度。例如,一些游戏笔记本会配备“一键快速冷却”或“一键加速”按钮。这些按钮也被玩家调侃为“一键起飞”。

因为按下按钮后,风扇转速会调到最大,噪音也会调到最大。感觉就像一架飞机即将起飞。同时,这些按钮往往与笔记本的性能释放绑定。当风扇最大化时,性能也最大化。这将在稍后讨论。让我们更具体地谈谈。由于风扇需要吹出热量,因此出风口的设计也很重要,主要关注出风口的位置和数量。

轻薄笔记本更注重纤薄和便携。为了减少车身厚度,它们常常采用下沉式转轴设计,出风口通常位于后车架上。打开屏幕后,B面底部会遮挡部分出风口,影响散热效率。庆幸的是,轻薄笔记本所采用的CPU/GPU都是功耗比较低的产品,这样的设计对于散热并没有明显的影响。

游戏笔记本电脑则不同。它们产生的热量比轻薄笔记本电脑多得多。为了避免堵塞出风口,游戏本大多采用垂直铰链设计。除了后部出风口外,部分游戏本的左右边框也有开孔。通过创建额外的出风口,您可以增加散热片的数量并更有效地吹出热量。

有空气出来,就一定有空气进来。前面我们提到笔记本风扇是涡轮结构,需要“吸入”空气才能“呼出”空气。笔记本内部还需要与外部形成冷热空气的循环,也就是所谓的“风”。大多数笔记本都会在笔记本的D面设置网格或格栅,以增加进风量。因此,如果底部脚垫的高度不够高,就会影响进风效率。这也是长期以来的“瓶盖法”的由来,通过抬高底部来增加进气量,一些轻薄笔记本所采用的尾部设计也采用了同样的原理。

细心的朋友还应该能够发现,很多笔记本的背面都有长条形的脚垫,实际上是阻挡了从后部吹来的热风反弹到进风口。如果我们仔细观察进风口网格(网格),我们还可以发现,很多笔记本内部都会有一层防尘网,有的产品为了获得更大的进风量,还取消了防尘罩。缺点是比较容易成灰。除了底部进风之外,一些比较高端的游戏笔记本也会在C面配备进风口,从而增加进风量,形成更有效的立体风道。

至此,我们基本上对笔记本散热系统中的硬件有了比较详细的了解,包括它的组成、工作原理、改善散热的方法、优缺点等。总之,散热系统的首要任务是确保CPU/GPU长久耐用。它能够及时高效地工作,同时还能保证用户使用时的体温。关于提升机身温度,除了需要高效的散热系统外,还可以通过改变笔记本的设计布局来实现。

比如通过改变主板CPU/GPU的位置,将高温区域尽可能的往上推,远离我们最常用的键盘区域。很多游戏笔记本还采用了“对接”设计,这实际上是为了让热量积聚较多的鳍片区域尽量远离用户经常触摸的区域。但一些采用发烧级硬件或者追求极致轻薄的游戏本,在保证性能的同时很难兼顾表面温度。因此,引入了下沉式键盘设计,也就是说键盘下移到了C面的下部。将C面上部的高温区域留空,这样即使上部再次受热,也不会影响使用感。

既然提到了体感温度和性能释放,我们就来说说前面提到的性能调整问题。事实上,CPU/GPU是比较“耐高温”的,其过热保护机制需要达到100℃左右。我们在做评测的时候,经常会看到一些笔记本在烤箱测试时核心温度达到90℃左右,还是比较稳定的。笔记本厂商往往会根据产品性能、散热、产品定位等情况,设置不同的性能调节模式(温度墙或功耗墙)。

保守的做法是“先惧后战”,设置较低的温度墙。一旦超过这个温度,立即降低CPU/GPU的频率,牺牲性能来保证凉爽的温度。这类产品具有良好的体感和核心温度。但性能释放不足。这类产品有时会出现的另一个现象是,运行分数有时很高,但长时间高负载时,游戏就会卡顿、掉帧。这是因为单次运行时核心温度可能不足以触发温度墙,但长时间高负载时就会触发温度墙,性能释放会出现波动。

激进的做法是“宁热不降频”,优先释放性能。如果核心温度高,就让它高。只要不出现蓝屏死机,无论如何都不会烧坏硬件。如果表面温度热,就让它热吧,只要不烫伤身体就行。只是不要使用它。这类产品其实性能比较好,但是会给人留下散热不好的印象。

当然,最好是采取平衡的方式,“兼顾性能和发热”。借助优秀的散热系统,我们可以找到温度与性能释放的绝佳平衡点。该类型产品的性能释放可能并不是最好的。但已经是比较好的了,核心温度和表面温度也能控制在比较好的水平。

在这三种方法的基础上,衍生出一些“高级”操作,比如为笔记本设置“一键超频”、“一键加速”、“一键睿频”等按钮。用户可以在需要时按下这些按钮。它将进一步释放笔记本的性能,但也会带来更高的温度和更大的风扇噪音。更“高级”的做法是设置多种性能模式。例如,有些产品会有“静音”、“平衡”和“暴力”三种模式。用户可以根据不同的应用场景选择不同的性能模式。

关于笔记本散热系统我们已经讨论了很多。应该是比较全面的。如有遗漏,我们稍后会补充。总之,在笔记本内部狭小的空间内,热量控制比台式电脑要困难得多。这也是笔记本向轻薄化方向发展的主要障碍。它直接影响笔记本CPU/GPU能发挥多少性能以及是否能持续很长时间。例如,在相同配置下,玩某个游戏时,散热好的笔记本可以跑60帧,而散热差的笔记本只能跑50帧,或者瞬间就能达到60帧,但也只是《真男人三秒》,帧数会有比较大的上下波动,或者瞬间的滞后。因此,购买笔记本时只看配置是不科学的。决定产品质量的因素有很多,散热是其中非常重要的一环。

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