C7c87f89f8564e50fc26c1d7cbdfd990 目前電腦內的解熱機制大致上分為空冷還有液冷,其中空冷就只分為2種,主動式或是被動式,而液冷的形態就較多元,除了我們常見的水冷,還有油冷,甚至是無風扇的水冷,其中玩家之間使用最大量的為水冷,而油冷則是處理上較為麻煩而不常見,那麼水冷與空冷之間到底差在哪呢?

材料導熱係數之間的大小,造成巨幅差異

散熱器的材料我們大致上可以分為銅、鋁,其中銅的部份大多常見於與核心接觸面的部位,另外還有所謂的熱導管,我們分析一下空冷散熱器的結構,大致上可以初步歸納出幾種接觸方式,熱導管採用包夾式,由大面積銅基座與核心接觸,這種方式熱導管以焊接方式與銅基座結合,本質上絕對會出現熱阻增加的現象,但好處為對付核心面積較小的產品能夠有效達到熱導管利用率,而不造成閒置,尤以高發熱量的小核心最有效,如Kepler核心,Hawaii核心,都是小核心,但是發熱量卻高的嚇人。

而另一種則是HDT,熱管直觸技術,選擇將熱導管銑平取代包夾式的大面積銅基座,能夠直接與核心接觸,達到熱阻最低的條件,但是對於小核心就會出現熱導管冗餘的狀況,出現熱導管並沒有辦法直觸核心,造成整體傳導效率不佳的情形。就上面2種接觸方式大致上已經囊括市面是9成散熱器的結構,尤以顯示卡目前只有幾種方式解熱,而其中還有水冷散熱器,又為目前解熱效率最高的產品,但安裝方式,解熱模式又與空冷不同。

水冷散熱器採用的是大面積紫銅做為與核心接觸的部分,而上蓋則是大多採用壓克力、塑鋼等材料,甚至是紫銅,不過紫銅單價較高,不常採用,其中塑鋼又為常用材料中最堅硬的材質,能夠確保水壓過高時仍不變形。

由目前已知的熱導係數中來看,熱導管大致有20,000W/m ·K、銅為401 W/m ·K、鋁為237 W/m ·K,若是以接觸材料來看的話,HDT能夠擁有最好的導熱係數、而紫銅次之,包夾式最差,但是又必須要考慮到真正在做熱交換的部位,如空冷散熱器的熱交換裝置為鋁散熱片,水冷則是採用冷排,其中又必須要考量到材料之間的差異,如鋁、銅,甚至是熱導管與鰭片之間的接合方式,穿Fin、回流焊,還有熱導管所做的處理,如壓扁、彎折,這些都會降低熱導管的效率,所以其實也並非熱導管就是目前最強的材料。

比熱容差異造成均溫時間快慢

材料比較完後,接著還必須要檢視比熱容之間的差距,當比熱容越小,越容易造成環境均溫升高,在密閉的機殼環境中,均溫上升越快,越容易造成解熱困難的現象,原因在於解熱的過程中並非毫無瓶頸的狀況,當環境溫度達到一個上限後,散熱器將會無法將溫度做有效的降低,這也是為什麼冬天的時候所運作的溫度,遠比夏天要低上幾度的最主要原因。

空氣的比熱容為1030J(焦耳),而水的比熱容則是4200J,這也代表著水遠比空氣還要難因環境溫度上升而快速變化,也就是代表均溫會較慢達到飽和現象,在將核心部位的熱量由水帶至冷排後,能夠因更大面積的與鰭片密度做更有效的熱交換機制,常見的冷排大小為1D、2D、3D,分別為120mm、240mm、360mm,遠比一般空冷散熱器的面積要大,且因材質大多為銅,加上厚度上大多為25mm~60mm,不管在長度、厚度上都有著壓倒性的優勢。

水冷空冷解熱元件差異

空冷與水冷除了溫度變化之外,另外還有一個較重要且是空冷目前技術上沒有辦法突破的問題,解熱元件數量上的差異,一般空冷散熱器的解熱元件大多就只有核心,少部分會有供電迴路,但絕非一起包含,而是順便加裝散熱片進行解熱,會有這種情況最根本的原因在於散熱器並沒有辦法做量身打造,甚至因元件高低差所造成散熱器必須要放棄部分元件的接觸可能性,如低階散熱器就會出現只有核心有接觸,其餘部分皆是採用被動式的吹拂,僅能依靠主動式風扇下吹帶走熱量,這種情況在高階顯示卡中又特別容易造成溫度上限問題。

▲空冷最常出現的狀況為僅核心可以接觸到散熱器解熱。

而水冷則是沒有這種困擾,原因在於結構上的不同,水冷採用整片銅質金屬CNC切割出,能夠按照顯示卡上的元件高低差做出變化,如我們常見於顯示卡上的元件除了核心之外,還有記憶體與供電迴路,其中又以供電迴路最需要解熱,其根本原因在於MOSFET的發熱量巨大,採用空冷仍然會成為全部元件中最高發熱量的元件,反而不是繪圖核心最高,這一點常會被一般人誤解顯示卡只需要照顧到核心即可,反而忽略了最常故障的供電迴路。

▲水冷因CNC架構,可以針對各個元件的高低差進行微調。

實際產品見真章

或許用形容的可能不是非常直觀,編輯部這邊也準備了2張顯示卡,我們可以藉由實際產品比較出空冷、水冷間的差異,藉由實際產品的解說,能夠讓讀者更直接且直觀的了解到兩者之間的差距。

水冷與空冷的散熱器在顯示卡上其實差異並不會非常多,除了基本的顯示卡核心覆蓋外,大致上就是差在有沒有風扇在上面,當然風扇的部份水冷是移往冷排上,而空冷則是維持在顯示卡上,風扇上的大小也因顯示卡面積所受限,並非水冷能夠有較多的選擇性,如120mm、140mm,甚至是200mm還有使用前後雙風扇的方式,在變化性上,水冷具備更高的可塑性,而空冷除了更換成第三方協力廠的產品外,並沒有太多可能性。

▲水冷散熱器本身不需要在顯示卡上有任何風扇。

▲空冷散熱器需要因顯示卡面積而調整風扇大小,影響解熱效率。

拆掉散熱器後其實可以看到顯示卡上的元件幾乎大同小異,肯定會有核心、記憶體、供電迴路這三項,當然有些顯示卡可能還會增加一些Feature(特色)功能的晶片,當然那些並不在我們需要特別進行解熱處理的元件,藍卡的部份我們可以看到左上有2相記憶體迴路,中間為核心與記憶體,右側為核心供電迴路,而黑卡則是左側為核心供電迴路,中間為核心與記憶體,右側則是2相記憶體迴路,其中左側又有一片較小的散熱片,當然這個部分的用途為增加解熱能力,但是僅只有使用一片鋁擠散熱片,效果其實並不大。

▲顯示卡基本組成元件為供電迴路、記憶體與最重要的核心。

▲空冷散熱就必須要針對供電迴路部分加強解熱能力。

水冷散熱器的接觸面除了核心之外,記憶體部分還有供電迴路皆有做直接的接觸,這邊也就展現出水冷頭的CNC方式能夠因顯示卡的各種元件高低差做出相對應的變化,而空冷部分則是僅有核心接觸,其餘元件都只能透過風扇穿透鰭片所吹拂,效率還必須要因元件上的封裝材質而減低。

▲散熱片底下就是多相供電迴路,但解熱效果其實有限。

水冷頭拆解,循環方式簡介

空冷大致上不需要特別拆解就能了解其解熱模式與方向,但水冷就比較複雜,因水道都是包覆在蓋子下,也較難為人所知,編輯部這邊也直接拆解水冷頭,簡單介紹水冷的水道與水路循環過程。水冷頭大致上由塑鋼上蓋與銅質2片金屬組成,藉由螺絲與密封圈做水的阻隔方式,由螺絲將上下蓋擰緊,而密封圈則是做為防止水滲漏的作用,這麼做就可以使水在內部不致於洩漏出來,當然還必須要搭配一個循環水道才能夠將水導入與導出。

所以水冷頭中的水道大致上都只有單一方向,由拆解的水冷頭中可以看到上面有2個孔,但之間並沒有連通,而是分隔開來,中間的部分則是核心的部分,有額外切割出微水道,增加水流通過的接觸面積,能夠比起平面更有效率的將熱帶走,右邊則是供電迴路的部分,兩者之間並沒有直接相連,而是使用上下蓋之間的高低差形成一個水道,將水導入,再導回水冷頭本體再排出,因原本這個部分為電容的部位,並沒有辦法做直接的溝通,而必須要繞開。 

▲水冷頭結構大部分都是分為上蓋與下蓋,另外還有溝通2個水冷區域的水路。

▲冷頭內部還會額外銑出微水道,增加接觸面積。

▲上蓋材質通常為塑鋼,同時也會CNC出水道,增加水流量。

水冷複雜、空冷簡單,高階更適合水冷

簡單介紹後大多數人都可以理解到空冷與水冷間的差異,不僅僅只是解熱元件的多寡之外,還存在材質內容上的差異,加上能夠加強解熱的能力差異化,空冷目前為大多數的廠商所使用,而水冷則是存在於玩家之間,直到AMD Radeon R9 295X2做出第一次的水冷嘗試,不過編輯這邊認為,那種一體式水冷其實並不能夠稱上好的水冷產品,原因在於發熱量更高的供電迴路僅使用空冷做處理,並非一氣呵成,當然供電迴路所採用的元件都是採用耐高溫的元件,不過當長時間運作在90度甚至100度以上的環境,難保不會因此而壽命縮減,不過低階產品因價格上的限制,且消費習慣並不會花費鉅資為廉價產品打造專屬水冷,這也是為什麼水冷頭大多只存在於高階產品,尤以一體成形的水冷頭僅出現頂級產品,甚至是公板卡中。

延伸閱讀

2500 元玩散熱,平價水冷 vs.頂級空冷,你選哪一個?

水冷系統的6大元件,身為水手要有的架構、組裝觀念

使用 Facebook 留言

小白
1.  小白 (發表於 2014年5月11日 11:04)
講解得真好,目前我還是使用空冷的解決方案,等銀子賺夠了再

來踏入套裝水冷的領域來感受一下那強大的解熱效果。
賣女孩的小火柴
3.  賣女孩的小火柴 (發表於 2014年5月11日 22:57)
台灣的網站模板對於我們大陸人來說回應起來有點感覺不適應啊,樓主話說偷懶了哦怎麼不發個測試溫度的軟件測試報表什麼的╯-__-)╯比如可以上個Geeks3D Furmark的溫度圖啊看看風冷和水冷的溫度差異啊
qhua
4.  qhua (發表於 2014年5月11日 23:04)
※ 引述《賣女孩的小火柴》的留言:
> 台灣的網站模板對於我們大陸人來說回應起來有點感覺不適應啊,樓主話說偷懶了哦怎麼不發個測試溫度的軟件測試報表什麼的╯-__-)╯比如可以上個Geeks3D Furmark的溫度圖啊看看風冷和水冷的溫度差異啊

http://www.techbang.com/posts/16827-efficiency-optimized-gpu-temperature-frequency-monitor-temperature-limited-the-effectiveness-of-critical-computer-king-115-special-report-2-authors-hong-guan-hua?page=2

其實以前有做過這種測試,或許之後可以再做一次這種比較,當然拿出來的玩具會比之前還要來的多。
賣女孩的小火柴
5.  賣女孩的小火柴 (發表於 2014年5月11日 23:05)
哎╮(╯_╰)╭,還以為解封了。到頭來只能在這版塊發言白高興一場。管理們幫忙解下封啊我其他版塊被禁言了,發了EMAIL給你們也沒回復我囧rz作為一個大陸人我容易嗎
qhua
6.  qhua (發表於 2014年5月11日 23:07)
※ 引述《賣女孩的小火柴》的留言:
> 哎╮(╯_╰)╭,還以為解封了。到頭來只能在這版塊發言白高興一場。管理們幫忙解下封啊我其他版塊被禁言了,發了EMAIL給你們也沒回復我囧rz作為一個大陸人我容易嗎

你在其他版面是為什麼被禁言呢?

明天會幫你詢問mis這個狀況。
賣女孩的小火柴
7.  賣女孩的小火柴 (發表於 2014年5月11日 23:08)
<( ̄︶ ̄)>終於遇到個和我搭話的了※ 引述《qhua》的留言:
> ※ 引述《賣女孩的小火柴》的留言:
> > 台灣的網站模板對於我們大陸人來說回應起來有點感覺不適應啊,樓主話說偷懶了哦怎麼不發個測試溫度的軟件測試報表什麼的╯-__-)╯比如可以上個Geeks3D Furmark的溫度圖啊看看風冷和水冷的溫度差異啊
>
> http://www.techbang.com/posts/16827-efficiency-optimized-gpu-temperature-frequency-monitor-temperature-limited-the-effectiveness-of-critical-computer-king-115-special-report-2-authors-hong-guan-hua?page=2
>
> 其實以前有做過這種測試,或許之後可以再做一次這種比較,當然拿出來的玩具會比之前還要來的多。
賣女孩的小火柴
8.  賣女孩的小火柴 (發表於 2014年5月11日 23:08)
萬分感謝<( ̄︶ ̄)>
※ 引述《qhua》的留言:
> ※ 引述《賣女孩的小火柴》的留言:
> > 哎╮(╯_╰)╭,還以為解封了。到頭來只能在這版塊發言白高興一場。管理們幫忙解下封啊我其他版塊被禁言了,發了EMAIL給你們也沒回復我囧rz作為一個大陸人我容易嗎
>
> 你在其他版面是為什麼被禁言呢?
>
> 明天會幫你詢問mis這個狀況。
賣女孩的小火柴
9.  賣女孩的小火柴 (發表於 2014年5月11日 23:17)
前天晚上在我們大陸搜索引擎度娘的指引下來到了貴網站,本來想看看台灣網站和我們的網站有什麼不同處的,我也不了解台灣網站的禁忌,可能我的留言不經意間觸犯了你們的禁忌吧,但我沒有發辱罵,色情等不健康留言哦。只是有為台灣的網友說他的主機板驅動CD丟失了找不到驅動,我在留言的時候發了個我們大陸解決此問題的網站,其中介紹了一個我遇到此問題常用的軟件,可能這就違規了吧。

發表回應

謹慎發言,尊重彼此。按此展開留言規則