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故事那能构建出少年老成套0分贝主机,可轻巧强逼32核霄龙和RTX

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完全0噪音主机是许多玩家的梦想,有需求当然就有市场。不过此前市面上的被动式CPU散热器一般只能镇压50W以内的TDP,再高就别想了。至于高端GPU被动散热,这个是真没有!

风扇的发明可以说彻底改变了人类的生活:炎热的天气人们用风扇乘凉,各类装置设备通过风扇来散热。风扇已经从最早的通过涡轮、齿轮和发条驱动的笨重机械设备发展为了今天由电动机驱动的各类风扇。它的用途非常广泛,成为了人类生活中不可或缺的装置设备。

不过现在Turemetal公司推出了一款被动散热产品将打破你的认知,这是一款采用全被动散热设计的机箱,可以同时压制32核的霄龙处理器+RTX
20700独立显卡。

风扇的工作原理非常简单,即电机带动扇叶转动,扇叶高速转动便会产生风流。在夏天,除了空调之外,电风扇同样为我们消暑的物件之一。当然对于PC
DIY用户来讲,风扇同样是PC中必不可少的配件。

如上图所示,CPU和GPU底座都配备了均热板,并采用了4条热管连接。为了方便热管走线,GPU被旋转了90度放置。机箱的三面都覆盖了厚重了铝制散热片,一共是3片,单个重量为2.5kg,散热器总重7.5kg。

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根据Turemetal的YouTube频道报道:在搭配AMD的32核EPYC 7551处理器和NVIDIA
RTX
2070显卡时,使用FurMark将CPU和GPU同时满载并持续运行了22小时,最终GPU的温度为88度,CPU的温度则为88度,室温是24度。

为何PC中需要风扇呢?我们知道PC需要电力供应才能运转,而电能在驱动PC工作的同时还会转化成相当数量的热能。组成PC的硬件众多,每个都会散发出热量,为了保证PC长时间能够稳定运行不至于积压太多热量,用来辅助散热的风扇必不可少。

而性能越强的硬件功率也会越高,这样它们所转化成的热能也会更多,需要的散热设备也会越强。就拿风扇来说,PC用风扇直径规格一般为9cm、12cm以及少量14cm甚至20cm、22cm。为了满足高端用户的需求,主板上风扇接口也越来越多。

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一般来讲,机箱内用到风扇的地方都有:机箱前置面板,机箱上方,机箱背部,CPU散热器,显卡及电源等,而高端DIY还会用到更多风扇。粗略数数,PC里的风扇还真不少,它们为硬件的散热的确做出了不少贡献,但与此同时,这些风扇也生成了令我们厌恶的一样东西:没错,就是噪音。

什么样的声音算得上是噪音?一般比较广泛的认知是75dB便是人耳舒适度的上限,而到了80dB以上则会让人感到不悦,比如嘈杂的办公室以及高速公路上的声音。20dB为人们窃窃私语的声音,50dB就到了大声说话的级别。

机箱内12cm风扇的运转噪音为21-27dB,而在高转速下它的噪音会更大。此外诸如显卡的涡轮散热扇在满载下甚至会达到50-60dB,这已经相当于人们大声说话的级别。试想一下,机箱内有如前文所提到的那么多个风扇,其噪音绝对不容小窥。

在安静的情况下,PC机箱内的噪音会变得更加明显,特别是我们在需要安静的时候,这些噪音会扰乱我们的心情。

PC为什么要散热?

首先我们应该搞清楚PC为什么要散热。笔者曾在前文提到,PC需要供电,大量的电能供给硬件的同时还会转化成热能,而功率越高电能所转化成的热能也就越多。热量在不同场合出现的意义也不同,但毫无疑问的是当过多热量出现在运转中的PC硬件上时,这绝对不是一件好事。

因为构成硬件的半导体必须工作在一个适宜的、较为凉爽的温度下,而运行所产生的热量会让半导体温度急剧升高,造成运行的不稳定,影响性能并缩短寿命。就拿CPU来说,如果CPU的核心温度达到很高(80℃、90℃甚至更高),CPU会采取降频措施以便能够继续正常运行,而在高温下CPU的运算性能也会出现下降。这就是为什么PC内部的硬件需要散热。

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上图为一套裸平台运行中的温度检测,其中安装了原装散热器后CPU区域温度为30-40℃,较为可观。而在芯片组区域即使已经配备了一颗金属散热片的情况下,其温度仍然为66.6℃,可想而知如果没有这颗散热片,芯片组是否能够正常工作以及其寿命如何都是值得担心的。

一般来讲电脑硬件中两个发热大户为CPU及GPU(显卡),而像MOS管及芯片组芯片等尽管也会散发出热量,但被动式的金属散热片完全可以满足需求,甚至很多厂商宣称自家主板产品的MOS管部分和芯片组连被动散热都不需要仍可以维持在可接受的运行温度。

一般来讲哪些风扇是必须?

在PC整机中,机箱起到了很多作用。首先,所有硬件及配件都被安装在机箱内,这才使得散落的零件能够组成一个整体;其次,机箱为裸露的硬件提供了一个庇护所,将它们保护了起来,免受外界侵害;最后,良好的机箱结构不但能够为硬件的安装提供便捷,还会提供最科学最高效的风道,让整机的散热效果更上一层楼。

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当然,机箱所安装的风扇并非必须,就好像仍然有很多用户并不使用机箱而是采用“裸平台”的方式来使用PC。归根结底,机箱内部风扇所起到的只是辅助散热作用,换句话说如果你的CPU及显卡本身散热已经相当不错,那么你甚至没有必要安装机箱风扇。

拿普通中塔机箱举例,其前方、后方及上方一般来讲标配风扇或提供了风扇位。如果将原配风扇卸下或不在预留位安装风扇,那么这一台PC我们可以减掉大约2-6个风扇。前文笔者曾经提到,一个风扇的噪音大概为21dB-27dB,减掉2-6个风扇将会非常显著的降低噪音。

安装风扇的范围已限定至很小

如果说机箱内风扇只起到了辅助散热的功能,那么起决定性因素的风扇无外乎以下几个:CPU散热器,显卡散热器以及电源。

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需要说明的是,我们讨论次问题的前提是一般情况,而诸如内存散热器风扇以及其它内部辅助散热装置由于应用很少因此不再讨论范围之内。

CPU作为整台PC中的发热大户,散热问题不容忽视,而同时CPU散热器也是各大散热器厂商所研发的重点对象。同样为发热大户,显卡的GPU芯片同样会散热出很高的热量,不过显卡散热器的形态较为固定,且显卡厂商也均已配送。最后,电源为整台设备提供了电力支持,内部的线圈和元件在高功率输出状态下也会放出大量的热,一颗风扇必不可少。

如何才能让这三个“罪魁祸首”的风扇消失呢?

强大的设计是保证整机无风扇散热根本

说到底,即使没有风扇,但是散热器也是要有的——换句话说就是让原先有风扇辅助散热的主动散热方式变为被动散热方式。想要让CPU这个发热大户在被动散热的情况下胜任工作,这就对散热器的设计提出了很高的要求。下面请大家一起鉴赏一些强大的散热设计方案吧:

做大体积增加散热面积+分散单位散热

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看见上图这款散热器你是否被吓了一跳?它给我最直观的感受就是一堆张牙舞爪的摩天大楼模型,而事实上它是一款概念性的CPU被动散热器。首先,散热效果和散热表面积直接挂钩,因此高效能的散热器需要在体积上有一定保证,这样它的散热表面积才会足够大。其次,散热鳍片相互分散才会让散热效率更高,因此一般来讲双塔散热器叫单塔散热器的效率更高。而这款概念性的散热器甚至做出了“二十塔”,将分散理念做到了极致。

不过毕竟“二十塔”散热器毕竟是一款概念性的散热器,而目前市面上贩售的较为高效的无风扇散热器就要数利民的HR-22了。尽管它并没有概念散热器那样夸张的设计,但是为无风扇服务的它还是贯彻了两个基本原则:极大的散热面积和分散的散热单位。

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从安装到主板上的效果来看,利民HR-22的体积非常巨大。为了保证散热效率,它采用了高达8个热管的设计,以保证底座所吸收的热量能够迅速通过热管传导到鳍片。此外,刚才我们提到散热单位越分散,散热效果越好,那为何HR-22仍旧采用了单塔设计呢?

首先,无风扇必须保证足够的散热面积,为了保证兼容性机箱内空间本就有限,双塔则会造成空间浪费,因此HR-22的体积远要比其它散热器大;其次,在分散散热单位的做法上,HR-22并非增加“塔数”,而是大大增加了鳍片间的间距。从图中我们可以看出,HR-22拥有比一般塔式散热器大得多的鳍片间距,这也是被动散热效率的保证。

什么是无风扇散热的极致设计?

无风扇的极致设计是什么?如果你的思路仅仅限于散热器,那可就真是有点狭隘了:

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上图是利民在2007年的台北电脑展公布的一款概念性机箱,是否再次让你脑洞大开?没错,这款全铝材质的机箱将无风扇理念做到了极致,荷叶式的机箱侧板作为CPU散热器的本体与CPU直接接触,这样CPU的热量便可以被传导到整个铝制机箱中。

将整个机箱作为CPU散热器,体积远远大于传统CPU散热器,效率也高得多。尽管这样的机箱在使用过程中会遇到各种兼容性问题,不过这样极端的设计理念其实是值得肯定的。

最大限度利用空间

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散热器或散热模块的体积对于散热效率相当重要。以ITX迷你平台举例来说,机箱体积往往非常袖珍,在本就不富裕的空间内还要保证CPU的散热效果,如何在有限空间内将散热器的体积最大化就变得非常重要了。

上图为ID-Cooling一款机箱+散热套装,其中机箱两侧为其御用双塔造型散热器留下了空间。该套装的一个设计精妙之处在于可移动的“底座”,这样便可以保证最大灵活性以兼容不同CPU针脚位置的主板。

散热器工艺影响散热性能有多少?

散热器工艺有何不同?

散热器产品数量众多,不光是为了区分设计而满足不同情况下的装机条件,不同的产品制造工艺也不尽相同。或许一般平台在选择散热器方面要求并不甚严格,但对于无风扇平台来说,散热器的被动散热效率必须要高,这就对散热器的制造工艺提出了很高的要求。

那么传统风冷散热器的制造工艺都有什么?最典型的两种就是穿FIN和回流焊。

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上面两张图显示出了穿FIN和回流焊工艺的不同:穿FIN工艺是将热管穿过一层层的鳍片,而热管和鳍片之间仅紧紧贴合。而回流焊顾名思义跟焊接有关,热管和散热鳍片是通过焊料的焊接在一起的。从外观上看,穿FIN和回流焊的最明显区别是回流焊在热管和鳍片接触的地方有一个小孔而穿FIN没有,这个小孔起到了供焊料的作用。

如此看来,似乎焊接方式能够更紧密的将热管和鳍片连结起来,没有因接触不足带来的热传导损失。但实际上,散热的理论最佳效能是穿FIN方式才能实现的,因为回流焊尽管能够让热管及鳍片连结更紧密,但焊锡介质的导热效率并不如热管与鳍片直触的穿FIN更高。

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因此,我们并不能简单的通过穿FIN和回流焊两种工艺来判断散热器的好坏,因为良好做工的穿FIN一样可以达到回流焊的散热效能,而工艺非常先进的穿FIN散热器甚至能超越回流焊带来更佳散热效果。

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一个最好的例子就是利民的HR-02散热器。起初,该款散热器采用的是回流焊工艺,扎实的做工和良好的散热效能在用户中拥有很好的口碑。而随后,利民对该款散热器进行了工艺改造,将回流焊改为了穿FIN。很多用户对厂商这样的行为感到不满,认为利民为了节省成本将回流焊改为了穿FIN工艺。

但实际上,改变为穿FIN工艺的HR-02通过测试证明了自己在散热效能方面丝毫不输给采用回流焊的老版本HR-02。毕竟散热器看的是最终效果,既然穿FIN的HR-02在使用上并不比回流焊的HR-02差,那我们其实也没有必要纠结它到底采用了哪种工艺。

选择散热器,我们并不能通过工艺来判断,更多的是要看产品的实际做工。如果拿到一款穿FIN的产品,我们辨别后发现鳍片与热管结合非常紧密,丝毫没有松动,那么这款穿FIN散热器就是一款优秀的产品,而如果非常松散则表示做工不佳效率较差;如果拿到一款回流焊的产品,我们辨别后发现热管和鳍片接触的地方焊料堆积过多,则证明这是一款不合格的回流焊散热器,反之则优秀。

散热器材质有何影响?

说完了工艺再来说说材料。目前市面上绝大多数的散热器材质均为铝制(鳍片),还有极少一部分是全铜制。论成本来说,铜制散热器无论是材料成本还是制造成本都要高于铝制散热器,那么铜制散热器就拥有比铝制散热器高得多的散热效率吗?

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在讨论究竟哪种材质的散热器效率更高之前,让我们先来思考另一个问题:塔式风冷铝制散热器的底座和热管究竟采用的是怎样的材质呢(除低端廉价产品以外)?没错,无论是底座还是热管,铝制散热器采用的也还都是铜,只不过鳍片是铝制。这究竟是为什么?

这完全是因为铜(紫铜)的热导率远远要比铝高:铜的热导率为\W/(m.K)=407,铝的热导率为\W/(m.K)=238,数字越高导热越快。作为与CPU顶盖直接接触的部分,散热器底座必须以最快的速度将CPU散发的热量吸走,这样才不会导致热量的挤压。同样的,热管也需要以最快的速度将从底座吸收到的热量分散给散热鳍片。

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说到这里就会有人问:既然铜的导热率比铝要高得多,那么为什么鳍片不干脆也用铜呢?这里就牵扯到了另一个问题,那就是散热效率。

不同种物质拥有不同的比热容,比热容表示物质每千克温度升高1℃所需要的能量。铜的比热容是0.39×103J/(kg·℃),而铝的比热容是0.88×103
J/(kg·℃),这就表明相同质量的铜升高1℃,要比相同质量的铝所需要的热量更低——换句话说就是同样温度的铜和铝相比,铜散发热量要比铝更慢。

散热器底座和热管之所以采用铜制,是因为它们要最快速度的将CPU所产生的热量带走。而散热鳍片之所以采用铝制,为的是将吸收自热管的热量最快速度的散发出去,因为铜尽管能够最快吸热,但铜制鳍片并非能最快的将热量散发出去。由此看来,铜制底座与热管和铝制散热鳍片的搭配可以说是一个黄金搭配。

那么全铜制散热器难道就是一个滑稽的出现吗?实际上也并非如此,因为尽管相较于铝,铜的散热速度要稍慢一些,但是如果拥有足够强的风力,这就成了变数。毕竟铜的密度是铝的3.29倍,在比热容已知的情况下,相同体积的铜要比铝所吸收的热量更多。

如果风扇的风量足够大,我们可以认为铜质散热器的热量能够瞬间被风扇吹走,效率自然要高于铝制散热器。不过这个风量我们无法通过简单的计算得出临界值,因此我们自然也不能断定铜制散热器一定比铝制散热器强。

在非常极限的情况下铜制散热器或许更强,但铝制散热器由于其易用性和泛用性成为了当之无愧的主流散热器。所以,大家切勿迷信铜制散热器。

如何才能合理设计无风扇PC

刚才笔者用了一整页的内容叙述散热器工艺及材质的问题,这是为了给用户在选择CPU散热器的时候提供参考,毕竟无风扇平台对于散热器的要求还是很高的。但如果你所要搭建的是低功耗的入门级平台,那么这些问题则完全不用考虑。就拿Intel桌面级平台的Bay
Trail-D来说,主板配备的被动散热片就完全可以满足散热需求。

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如何才能挑选到合适的CPU被动式散热器?首先我们要注重CPU散热器的散热表面积,表面积与体积大小息息相关。其次,鳍片间的间距也非常重要,鳍片越大被动散热的效率越高。

此外,既然选择了被动散热,那么在CPU的选择方面我们应该避免“带K”处理器,毕竟超频所带来的发热量是远远高于默频的。如果空间允许,我们可以选择高性能CPU搭配体积较大的散热器来组建无风扇平台,而如果机箱空间狭小,还是建议大家选择TDP较低的处理器,与此同时也要最大限度的在有限的空间内选择散热面积大的散热器。

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当然,为了加强无风扇CPU散热情况下平台的稳定性,我们也有必要尽可能的减小CPU压力。在BIOS内,CPU节能及EIST选项应该开启,这样在负载较低的情况下,CPU的电压和频率都会较低,发热自然也会降低。

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全被动散热显卡

与CPU相比,显卡的被动散热达成条件似乎就要低一些了,毕竟显卡在配备散热器的体积上拥有比CPU大得多的优势。市面上,我们可以买到很多被动散热显卡,当然了,绝大多数都是低端入门级。需要大家正视的问题是,如果想要显卡无风扇运作,则GPU性能势必有瓶颈——也就是说高端GPU型号是确实无法做到无风扇散热的。

永利皇宫赌场4233,有很多散热器厂商生产了无风扇的三方散热器产品,它们最多也仅仅在中端显卡上能够实现无风扇应用。当然,为了消除显卡的噪音,我们当然还可以使用CPU的集成显卡来彻底杜绝这一问题。

如果你解决了CPU和显卡散热的问题,那么接下来的“电源无风扇”就算得上最让人头疼的了。不过这并非完全不可能,只是需要用户做一定的妥协。

首先,我们可以选择电源板来实现电源无风扇,但是由于电源板结构简单功率较小,因此我们必须注意平台的整机功耗,类似的我们还可以在整合一体平台采用外置变压器。

而采用特定高端ATX标准电源同样也可以达到“无风扇”的要求,但是这实际上是个伪无风扇平台,毕竟这些电源配备了风扇,那么它们为何可以达到“无风扇”的要求呢?拿高端电源海韵X系列及海盗船AX系列来说,其电源负载在30%以下时,散热风扇处于完全停转的情况,这就好比一颗1000W的电源在负载350W以下时都可以实现风扇停转。而即使电源负载超过30%非满载,其风扇的转速也是非常之低的。

在能吃饱肚子后,人们就开始想着如何能吃好。在能将散热做到很优秀的时候,PC
DIY的用户们就开始琢磨如何才能搭建无风扇平台,毕竟噪音会让人非常不快。得益于芯片厂商越来越先进纳米级工艺制程,以及机电散热器厂商越来越强的制造水平和科技含量,无风扇平台的搭建变成了可能,也越来越容易。

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