CPU散热方式都有哪些？

CPU散热依照从散热器带走热量的方式可分主动和被动散热两种，风冷散热就是一种常见的主动散热形式，被动散热主要依靠散热片进行热量传导，目前cpu散热方式主要包括：风冷散热、液冷散热、半导体散热、压缩机制冷散热、液氮制冷散热等导热散热途径，这里对这些散热形式各自优缺进行简单介绍：一、风冷散热风冷散热是最常见的一种cpu散热方式，指的是cpu发热传导至周围空气中，再由风扇吹走带有热量空气的形式。风冷散热具有成本低、安装使用方便的优点，但散热效果一般，而且在高温环及超频条件下，散热效果明显降低。 二、液冷散热和风冷散热原理类似，液冷散热是指cpu产热先传导至液体中，再通过液体循环装置将热量带走散出的形式。液冷散热相较风冷散热具有噪音小、环境温度影响小、散热效率更高等优点，但其成本高，安装也较为复杂。 三、半导体制冷半导体制冷主要是利用N.P型半导体通电时N中电子、P中空穴反向流动来进行热量吸收、传递。这种cpu散热方式的优点是散热效果好，可以达到室温以下，温度具有可控性，可精确至0.1度，同时半导体制冷不会对cpu产生磨损，使用寿命较长。但半导体制冷会使CPU结露，可能造成短路，另外半导体制冷装置比较复杂，安装生产有一定难度。 四、压缩机制冷日常接触的空调、冰箱等电器都为压缩机制冷，这种散热方式制冷效果很好，但噪音相对较大。

对主动式散热，从散热方式上细分，可以分为风冷散热、液冷散热、热管散热、半导体制冷、化学制冷等等。

风冷

风冷散热是最常见的散热方式，相比较而言，也是较廉价的方式。风冷散热从实质上讲就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低，安装方便等优点。但对环境依赖比较高，例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。

液冷

液冷散热是通过液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，与风冷相比，具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。液冷的价格相对较高，而且安装也相对麻烦一些。同时安装时尽量按照说明书指导的方法安装才能获得最佳的散热效果。

出于成本及易用性的考虑，液冷散热通常采用水做为导热液体，因此液冷散热器也常常被称为水冷散热器。

热管

热管属于一种传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点，并且由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。其导热能力已远远超过任何已知金属的导热能力。

真空腔均热板散热技术

真空腔均热板技术从原理上类似于热管，但在传导方式上有所区别。热管为一维线性热传导，而真空腔均热板中的热量则是在一个二维的面上传导，因此效率更高。具体来说，真空腔底部的液体在吸收芯片热量后，蒸发扩散至真空腔内，将热量传导至散热鳍片上，随后冷凝为液体回到底部。这种类似冰箱空调的蒸发、冷凝过程在真空腔内快速循环，实现了相当高的散热效率。 蓝宝石Vapor-X 真空腔均热板是市场可以见到的产品，有基于GPU和基于CPU两种类型。

双压电冷却喷射

美国通用电气GE公司日前公布了一种突破性散热技术，其体积堪比xyk，可用于下一代超薄平板、笔记本之中。这种散热器名为DCJ（Dual Piezoelectric Cooling Jets，双压电冷却喷射），可以理解为一个向电子设备喷射高速空气的微流风箱，DCJ发出的湍动空气相比常规的对流空气10倍提升了热交换速率。 与现有的散热设备相比，DCJ散热器的厚度只有4mm，减少了50%，而功耗只需有风扇散热器的一半，另外其简洁的架构相比传统散热器也有着更高的可靠性及可维护性。

桑迪亚散热器（空气轴承热交换器）

这种“桑迪亚散热器”(Sandia Cooler)又叫做“空气轴承热交换器”(Air Bearing Heat Exchanger)，最大特点就是让静止不动的散热片高速转了起来。传统CPU散热器中最大的热交换瓶颈就是附着在散热片上的死气(dead air)边界层，而在桑迪亚散热器中，热量通过一个厚度仅仅0.001英寸(25微米)的狭窄空隙从静止不动的底座上高效转移到旋转的散热片结构上。包裹着散热片的空气静止边界层有着强大的离心泵效应，使得边界厚度只有普通情况下的十分之一，从而在更小的空间内显著提升散热效率。高速旋转的热交换散热片也基本不存在“藏污纳垢”的问题，不会像传统散热器那样随着时间的流逝积攒一堆难以清除的灰尘。另外，散热片切割空气的方式也经过了重新设计，从而大大提升空气动力效率，噪音极低。

半导体制冷

半导体制冷就是利用一种特制的半导体制冷片在通电时产生温差来制冷，只要高温端的热量能有效的散发掉，则低温端就不断的被冷却。在每个半导体颗粒上都产生温差，一个制冷片由几十个这样的颗粒串联而成，从而在制冷片的两个表面形成一个温差。利用这种温差现象，配合风冷/水冷对高温端进行降温，能得到优秀的散热效果。

半导体制冷具有制冷温度低、可靠性高等优点，冷面温度可以达到零下10℃以下，但是成本太高，而且可能会因温度过低导致CPU结露造成短路，而且半导体制冷片的工艺也不成熟，不够实用。

化学制冷

所谓化学制冷，就是使用一些超低温化学物质，利用它们在融化的时候吸收大量的热量来降低温度。这方面以使用干冰和液氮较为常见。比如使用干冰可以将温度降低到零下20℃以下，还有一些更“变态”的玩家利用液氮将CPU温度降到零下100℃以下（理论上），当然由于价格昂贵和持续时间太短，这个方法多见于实验室或极端的超频爱好者。

提高散热片的热传导能力　无论采取哪种散热方式，都要首先解决如何高效地将热量从热源如CPU快速转移到散热本体上的问题，如对风冷散热而言，其需要将CPU产生的热量以热传导转移到散热片，然后由风扇高速转动将绝大部分热量通过对流(包括强制对流和自然对流)的方式带走；对液冷散热同样如此。在这个过程中，辐射方式直接散发的热量是极少的，而起决定作用的则是第一步，提高热传导的效率，将热量带离热源。

要提高热传导的效率，根据“Q=K×A×ΔT/ΔL”的公式，热传导能力与散热片的热传导系数、接触面积和温差成正比，与结合距离成反比。我们下面逐一对此进行探讨。

散热器材质　注：在此部分我们所讨论是与散热器传导能力有关的部分，即一般意义上的散热器底座，而非整个散热器。尤其在探讨风冷散热时这比较容易混淆，因为对风冷而言其底座与鳍片大多为一体，但这二者所承担的功能与技术实现是完全不同的：散热片的底座是与CPU接触，其功能在于吸收热量并将其传导到具有高热容量导体即鳍片，而鳍片则是传导过程的终点，通过巨大的散热面积与空气进行热交换，最终将热量散失到空气中，这是两个相互独立的部分，当然，如何恰当地将二者结合起来便是厂商的功力所地了。

CPU的Die通常不到2平方厘米，但功耗却达到几十、上百瓦，如果不能及时将热量传导出去，热量一旦在Die中积聚，将会导致严重的后果。

对散热器来说，最重要的是其底座能够在短时间内能尽可能多的吸收CPU释放的热量，即瞬间吸热能力，这只有具备高热传导系数的金属才能胜任。对于金属导热材料而言，比热和热传导系数是两个重要的参数。

散热就是热量传递，而热的传递方式有三种：传导、对流和辐射。传导是由能量较低的粒子和能量较高的粒子直接接触碰撞来传递能量的方式，CPU和散热片之间的热量传递主要是采用这种方式，这也是最普遍的一种热传递方式。对流是指气体或液体中较热部分和较冷部分通过循环将温度均匀化，目前的散热器在散热片上添加风扇便是一种强制对流法，电脑机箱中的散热风扇带动气体的流动也属于"强制热对流"散热方式。辐射顾名思义就是将热能从热源直接向外界发散出去，该过程与热源表面颜色、材质及温度有关，辐射的速度较慢，因此在散热器散热中所起到的作用十分有限（辐射可以在真空中进行）。这三种散热方式都不是孤立的，在日常的热量传递中，这三种散热方式都是同时发生，共同发挥作用的。

任何散热器也都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧重有所不同。对于CPU散热器，依照从散热器带走热量的方式，可以将散热器分为主动散热和被动散热。前者常见的是风冷散热器，而后者常见的就是散热片。进一步细分散热方式，可以分为风冷，液冷，半导体制冷，压缩机制冷，液氮制冷等等。

风冷散热是最常见的，而且简单易用，就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低，安装方便等优点。但对环境依赖比较高，例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。

液冷 是使用液体在泵的带动下强制循环带走散热器的热量，与风冷相比具有安静、降温稳定、对环境依赖小等等优点。液冷的价格相对较高，而且安装也相对麻烦一些。同时安装时尽量按照说明书指导的方法安装才能获得最佳的散热效果。

半导体制冷

“N.P型半导体通过金属导流片链接，当电流由N通过P时，电场使N中的电子和P中的空穴反向流动，他们产生的能量来自晶管的热能，于是在导流片上吸热，而在另一端放热，产生温差”——这就是半导体制冷片的制冷原理。只要高温端的热量能有效的散发掉，则低温端就不断的被冷却。在每个半导体颗粒上都产生温差，一个制冷片由几十个这样的颗粒串联而成，从而在制冷片的两个表面形成一个温差。

利用这种温差现象，配合风冷/水冷对高温端进行降温，使得制冷片的散热效果强劲，但是让制冷片全速运作的前提是供电必须要稳定（一版要几时W的功率），或者你需要为制冷片单独设立一个供电设备，这样成本较高，而且如果高温端的散热不到位的话也比较危险。

优点:能使温度降到非常理想的室温以下；并且可以通过使用闭环温控电路精确调整温度，温度最高可以精确到0.1度；可靠性高，使用固体器件致冷，不会对CPU有磨损；使用寿命长。

缺点：CPU周围可能会结露，有可能会造成主板短路；安装比较困难，需要一定的电子知识。比较保险的方法是让半导体制冷器的冷面工作在20℃左右为宜

压缩机制冷：压缩机制冷其实已经是我们比较熟悉的方式了。在日常生活中，冰箱，空调等制冷设备都是采用压缩机制冷方式。应用在个人电脑上，主要是将吸热部分集中在CPU区域。压缩机制冷一般可以维持在零下100摄氏度左右。相对液氮的温度要高了不少，并且通过妥善的安装，电脑硬件可以长期稳定的在机箱中运行，虽然噪音可能不小。

干冰、液氮制冷：干冰与液氮制冷都是依靠压缩或冷却气体在常温下气化，迅速吸收大量的热来制冷。这两种极端的散热方式可以带来最为顶级的散热效果。是骨灰级超频玩家降温的必用手段。但同时这种方法也是非常危险的。因为快速的温度下降导致的温差会发生结露，容易导致主板等短路。

石墨导热 ：由于具备了等向性（anisotropic）的特性，石墨在导热时是根据一定的方向来流动的。其实在这样的特性下，石墨就很好区别于一般风冷材质的铜和铝，因为这两种金属都不具备这种属性，所以也无法用它们来控制热的传输方向。所以是使用石墨散热技术制造的产品就可以按着需要的方面来依次的进行热传导。

优点

散热片体积更小更轻

一片具有d性而且可以定型小小的石墨片，经过了切割之后几乎可以应用在各种设备上。它的最大传导系数为500W/mk（比热管要低）。而重量比铜轻了80%。并且比铝也轻了30%。

缺点：

石墨的脆弱性

虽然石墨散热技术可以用铝箔包裹以保持其外形，但是脆弱本身是无法消去的。由于我们在使用电脑和拆装一些电脑配件的时候，经常也不小心的将电脑配件撞击。这样的意外承受压力也是产品本身需要考虑的。

成本问题

对于任何产品来说，成本问题都无法解决。我们之前所听说过的石墨散热技术，一般是来自于比较昂贵的医疗器材上。石墨技术无疑是一个不错的医疗散热材料。但由于应用于这些非常昂贵的医疗器材上也意味着其昂贵。

液态金属导热：这种冷却新技术利用镓和铟的混和液体作为散热剂，混和金属在10度时为液态。这种冷却剂导热性能比水高65倍，比空气导热性高1600倍，因此液体金属吸收热量效率极高。

虽然液态金属导热性极佳，但是其吸收的热量难以向外接释放，虽然液态金属能够带来散热效率提升，但是远低于预期。

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