散热入门

热系统的重要性

中央处理器(CPU)、显卡、硬盘等集成电路元件都会发热,并可能因此而影响性能及导致元件受损。较早出现故障的过热元件会带来一些故障,导致系统死机或损毁。

Thermal image of a laptop
笔记本计算机热力图像。
Windows system failure screen
Windows系统故障画面。

早期的计算机

自现代计算机在1940年代面世以来,散热就成了设计方面的重大挑战。早期的计算机(例如约在1946年面世的埃尼阿克(ENIAC)计算机)因电子管加热器及要承受大部分热量,而经常在启动和降温期间发生系统故障。

US Army photo of ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
美国军方提供的埃尼阿克(ENIAC,电子数字集成器和计算机)。
Back view of ENIAC, showing vacuum tubes
ENIAC视图。图中可见其超过17,000个电子管中的一部分。

摩尔定律

摩尔定律描绘了计算机硬件发展史的长远趋势:集成电路使用的晶体管数量每隔两年就增加约一倍,而且成本並不昂贵。这个趋势持续了超过半个世纪,估计更会延续到2015年或之后。计算机和电子设备的功能不断加强,其产生的热量也越来越高,因此需要更高效的散热功能。

CPU transistor counts 1971 - 2008 and Moore's Law.  Inset photo: An Osborne Executive portable computer, from 1982, and an iPhone, released 2007.
图表 – 1971年 – 2008年期间的中央处理器晶体管数量及摩尔定律。 小图 - Osborne Executive便携式计算机(1982年)和iPhone(2007)。

散热技术

散热器– 目前在电子行业最常见的散热技术是金属散热片(带有或没有风扇)。其最大的局限在于尺寸受限;若散热需求增加,散热装置的表面面积和高度也要相应增加。


An active (fan cooled) heat sink used for processor cooling in the consumer PC market.
在个人计算机处理器散热方面使用的主动散热器(风扇散热)。
A passive heat sink on a graphics chip.
显示卡芯片上的被动散热片。

热导管 – 热导管是装有传热液体的空心导管。液体蒸发会把热量传送到导管冷凝区,凝结后再返回导管蒸发端。虽然热导管的热传导能力远高于实心材料,但散热效果却低于新型均热板技术。

Schematic of a heat pipe cooler and its thermal cycle.
Schematic of a heat pipe cooler and its thermal cycle.

水冷散热器 – 相比散热片采用的各种金属,水的散热能力更强。水冷散热器除了可能出现冷却剂渗漏(并导致短路)外,其制作、安装及维护操作也更为复杂。

PC water cooling setup showing pump, CPU water block and the typical application of a T-Line.
个人计算机水冷设置显示了水泵、中央处理器水箱及T-Line的典型应用。

均热板散热器 - CT Electronics利用我们的专利均热板冷却模组,革新热力冷却市场的发展。这些模组的空心底座采用真空密封,并加入少量液体,从而令其冷却效率高于一般同类产品。

Heat sink with vapour chamber at the base.
底座设有均热板的散热器.
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