有关散热的一些瞎叨叨
流石Lee先辈
2025年11月02日 07:10

有关“风冷散热器中热管直触型利好于AMD cpu”,或许是测的过程中实践出来的,或许是结合一些资料信息后得出的结论,如果一定要找些什么依据的话我主观推测其来源依据之一可能有这个视频:https://www.youtube.com/watch?v=7H4eg2jOvVw&t=2021s

B站也有搬运【【猛男快报】曝AMD曾考虑为锐龙7000上均热板顶盖!散热提升不大被否决了】 网页链接​

这里提到的主要问题是,cpu的IHS,即顶盖并非一味减薄或增厚,就可以得到相应单调递减或递增的性能表现。减薄一些,可以获得提升,但继续减薄性能可能迎来一个劣化的拐点。背后的原因有:

  1. 顶盖本身或多或少要扮演“热缓冲”角色,也就是大家常说的热容问题;

  2. 该情景下的热传导要分两个方面考量,一个是在平面上的扩散;二个是在垂直方向上的传递。通俗讲就是热既要到达顶盖表面,也要向四面延伸。

而CPU里面的core(无论是英特尔的core还是amd的ccd),其投影面积非常小:

  • 单颗ccd的投影面积大概在35mm^2;

  • 各家旗舰的core总和投影面积在70mm^2左右。

相比之下顶盖的垂直截面积是约40x40=1600mm^2左右——其中以LGA1700和AM5为例,具体分别是37.5x45和40x40。

在这种热源-顶盖面积悬殊的情况下,一味减薄顶盖,一方面热会因为横向截面积过小而来不及向四周扩散,这会导致下游的散热器底座与顶盖之间有效的热交换面积远小于目视的大小;另一方面会因为热过于集中+铜量下降(热容不足),导致很考验下游的瞬态响应能力——结果很可能你的散热器在常规的策略设置下就像得了哮喘一样,CPU一跑热量会立即体现在温度上,最后温度过山车。而一味增厚顶盖,虽然热容和横向扩散都得到了改善,但是热沿垂直传导的路径变长了。

这里顺带提一嘴热传导的公式相关:

  • 功率=截面积x热导率x温度梯度,单位W

  • 温度梯度=温差/距离,单位K/m

这里有一种简化思路:当材质不变的情况下,研究单方面热传导(平面传导或垂直传导),已知热导率一定、截面积一定、距离一定,有关系式:

  • 功率/温差=截面积x热导率/距离=热导,单位W/K

  • 热阻=1/热导,单位K/W

不难看出,热导的参考价值在于,知道温差就能知道通过的热功率;反之,热阻则是知道目标功率就能知道需要多大温差才能满足。这里如果把距离视为单位量,就能进一步得出,随热导随距离减小,热阻随距离增大。

那么回到顶盖的问题,热在顶盖中是同时沿着平面和垂直两个方面传导的;要稍微复杂地去想象的话,它的热流近似一个截锥体。这里面的一些关联关系:

  1. 横向/平面热阻随顶盖厚度增加而减小;

  2. 垂直热阻随顶盖厚度增加而增大;

  3. 顶盖的系统换热表现是1和2的某种关系叠加;

思路点在于:

  • 1的热阻减小可以让垂直截面的热流密度/热通量随垂直传导而减小——大家熟悉的均热能力,这在不考虑2的情况下对顶盖与底座的换热是一种增益;

  • 1的增益对2而言是一种减益;

那么由它们作为变量的累加值就一定会有一个拐点(最大值),即便我们不去详细计算拐点在哪里。这也能与视频中AMD的热实验室工作人员的实验发现及观点契合。

那么再回到热管直触的问题上,已知:

  1. ccd投影面积贼小;

  2. 同期英特尔顶盖2.5-2.7mm的样子,AMD则是3.5-3.7mm的样子;

  3. 热知识,散热器底座和铜管壁也算厚度(只是分析起来会更复杂);

不难猜测,在AMD顶盖已经厚了不少的情况下,继续增加散热器底座厚度,可能会使它越过拐点下滑得越来越远。

*题外话,网上有人通过打薄顶盖,性能得到了一些提升;但由此得出的“继续打薄还能获得相应的提升”,对此我是表示怀疑的。

除上述的厚度因素之外,还有一种可能性是具体型号散热器的热管与高发热区,即core或ccd在平面投影位置上的重合度。这里或许可以提一嘴“偏移扣具对部分型号cpu的性能改善”作为一种依据。

而一些非直触方案的底座则可能因为与热管之间的焊接不佳使得悄悄增加了一层劣质热界面材料。

如果一定要总结的话,我怀疑,尽管AMD热实验室的工作人员弄明白了这件事,但是他们可能在确定顶盖规格时低估了“用户装的散热器的厚度”这件事的影响。

之前在别人那儿想着借机心血来潮评论一通,结果可能是人家那儿过于热闹了,或隐藏或关评了,导致我这一通相当于白讲。所以索性就再费点儿力气发自己这儿。

其实我说的也未必就很正确,但在我看来,重要的是这么多年来庞大的评测数据中应该建立起一些用于推论的模型,预测不准没关系,我们可以持续修正它。最怕的是辛辛苦苦评测了很多数据出来,却始终看山只是山、看水只是水,山山水水无穷尽也。


譬如,我们可以拿硅脂来试分析,已知某品牌官方标称数据有:

  1. 热导率9.8W/(m*K)

  2. 热阻0.05cm^2*K/W

这里用的热阻单位不是K/W,而是包含了“单位面积”的,倒过来成热导会更直观,W/(K*cm^2)。也就说它的意思是,这玩意儿每平方厘米,有0.05K/W的热阻。前面提到的热传导公式相关的内容:

  • 热阻=温度/功率=距离/(截面积x热导率)

截面积是“单位面积”,这里是1cm^2=0.0001m^2),可以算出距离为0.05mm。

也就是说该标称值是基于“涂抹压平压紧后,平均等效厚度0.05mm”这个条件得到的。

该参数表达的意义是,每平方厘米截面积里,每传递1W的功率需要有0.05K的温差。那么假如你要在传递300W的热,它就需要15K的温差。那么当室温为25摄氏度时,硅脂另一侧的平均温度就是40摄氏度。(至于实际顶盖中是多少,因为热不是均匀垂直传过来的,所以它的有效值是个变化量,并不能简单得到)

但是这提醒了我们,硅脂好不好涂抹、好不好压平,填充性能怎么样,就是除了性能参数以外同样值得留意的因素。假如该款硅脂性能参数很强,但非常干、非常难操作,你的扣具可能压力也欠缺;那么某一天你换了一款标称一般甚至拉胯,但偏稀又很好操作的硅脂,结果性能却比之前表现更好,也不用感到特别奇怪了。

如果有的标称数据是0.01K/W,不带有面积单位,那么就需要留意官方是否标注过该数据是在多大面积的测试平台上得出的。毕竟其他条件不变,面积越大热阻越低,但到了CPU这儿,面积多大可不是你说了算的。

这些小知识并不能保证你能化身成为人肉仿真机器,但至少在你遇到一些状况的时候能提供更多的思路。而不是“不行,为什么?”、“行了,但是为什么?”。


最后是一些更多的碎碎念和瞎叨叨。

不要混淆传热和散热;传热(传导、对流、辐射)是材质物理属性,散热是系统/物体综合能力表现,这就跟电阻率和电阻的关系类似。所以你不能在说铜或铝散热好坏的时候真的心底以为这说的是单纯的材质问题,但当你意识到它不是单纯的材质问题时,这其实就成了没意义的说法。

👆举例来讲:

如果积热发生在热管和鳍片之间,那么铜就会有更好的表现,因为它可以更好地把热传导到自身,进而使其有更多的有效面积与空气换热;

但如果积热发生在底座和顶盖之间,那么铝鳍片本身就没啥压力,是CPU的热刚出门就卡住了,你换成铜鳍片不会有满意的改善。

顺带一提,固体材质传热的前提下,物理属性有热导率、热扩散率、热射流率/热响应率、热辐射率,而“铝导热/吸热慢,散热快”在这些物理属性里没有一项能支撑:

  • 热导率:铜约380,铝约240,单位W/(K*m),衡量材质的导热能力

  • 热扩散率:铜约111,铝约97,单位m^2/s,衡量材质的均温能力

  • 热射流率:铜约36900,铝约23700,单位J/(m^2*K*s^0.5),衡量材质与周围接触交换能量的能力

  • 辐射率:铜约0.04,铝约0.1;而钝化后,氧化铜约0.8,氧化铝约0.9,衡量材质以辐射形式释放能量的能力

关于热射流率,可以简单理解为它与其他事物接触时,传递热量的能力,譬如同样环境下,用手摸金属会很凉,用手摸塑料就一般般;

关于热辐射率,且不说强迫对流的散热系统里热辐射的贡献占比才几成。更别提这些对比实验往往是开放系统测的,而大部分强迫对流的风冷散热器都是密集鳍片+外框遮罩的。

另外,热扩散率和热射流率都与热导率正相关;热扩散率与容积热容负相关,热射流率与容积热容正相关;而容积热容是比热和密度之乘积。

其实仔细一想,它吸热慢的话又怎么保证快速从上游的热传导过来呢,所以散热快有什么用,上游的热“堵车”了?

也有人说,“它热容低、吸热升温快,同时还增大了与空气的温差,所以散热降温快”。

那我问你,你的鳍片和热管怎么尖尖的,啊;

那我问你,虽然冷端温差增大有利于鳍片和空气的换热,啊;

那我问你,但同时热端升温变快、温度变高了,是不是鳍片和热管壁的温差减小了,啊;

那我问你,鳍片和热管壁温差减小了,是不是它们之间的传热功率就降低了,啊;

那我问你,传热功率降低了是不是就积热了,啊;

那我问你,是不是就需要通过降低鳍片温度的办法来消除积热,啊;

那我问你,鳍片温度降下去后,“散热快”的优势是不是又没了,啊。

真正的问题在于系统在设计时的匹配关系,得先推测找出可能的积热环节,才能进一步评估鳍片材质更换是否有益于性能。