台式机非专业独立显卡选购经验 篇三:显卡风冷散热

2014-12-19 10:26:19 275点赞 848收藏 144评论

你是否在选显卡时面对看上去都差不多的双奶罩+热管散热器无从分辨、最后只好根据品牌+预算随便选一个?是否被厂家宣传的豪华散热种草?本篇“肉眼看(Ba)散热(Cao)”就是写给你的。本篇楼主改变方法,对比真实例子,为选购提供经验弹药。

显卡散热器的好坏直接影响显卡寿命长短、是否容易故障、运行噪音大小、机箱内整体温度等,很重要。而且显卡散热很容易用肉眼大致判断,尤其所有在售的显卡多多少少都能在网上找到几张图片,更别说给媒体送测的推广型号了,高清拆解图大把。

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先看一张这段时间很多广告的某品牌GTX980的散热宣传图,提出一个问题

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根据厂商介绍,这个散热由3部分组成:最内均热板、其次6根热管、再次散热片(可更换水冷模块)、最外3风扇。用来对比的配角也是GTX980,5根热管和2风扇的普遍配置。先不说主角颜值如何,至少特肌肉。那么问题来了:不考虑价格的话,你对这样的散热如何评价?

不太明白名词也不要紧,接下来楼主会介绍主流显卡散热方案和判断要点,看完全文后再回到这张显卡。这个问题,相信你一定能有自己的判断。

先用几句简单的话介绍显卡哪里发热(哪些地方需要散热)

显卡需要散热器散热的地方主要是:GPU核心、显存、MOSFET。实际上并非所有显卡厂商都会给显存和MOSFET安装散热片,主要原因有二:发热密度不一样,耐热能力不一样

·关于发热密度,回想小时候的自然课实验:放大镜对着阳光,让焦点落在白纸上,一会儿白纸就黑了,再一会儿就燃了。GPU核心就是典型的高密度发热物体,几百平方毫米的核心表面下面堆积几十亿个晶体管,只靠风扇直吹核心的话,估计不到一分钟就冒烟了。所以即便是入门显卡,厂商也要安装散热片将热量迅速传导到更大的面积,再散热——如何高效的传热和散热是散热器设计(均热板、热管、铝挤、导流罩等等)试图解决的根本问题。

·关于耐热能力,展开讲就太理论了,而且要大量查阅资料,举一图流例子吧。通常MOSFET比较耐热(100°C以上),而显存比较不耐(100°C以下)。

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延伸阅读:下面红框的“worst-case process corner”。这是设计师参考的重要指标之一,直接影响成品率。有的朋友应该听过“电子迁移”的说法,大概是长期高温使用会导致芯片内部电子发生迁移,当量变积累到质变时,就发生故障——还没印象的话楼主说几个关键词:超频缩肛、芯片漏电增加、默频温度破百、用着用着显存花屏……显卡风冷散热 长期高温使用导致电子元件逐渐坏掉的例子太多了,所以搞好散热是必须的

【经验1】说到这里,已经有一条评判散热设计是否合理的要点出来了:显存不耐高温,如果厂商给MOSFET加装了散热片,而显存颗粒却裸露,心里先打个问号。


很多显卡评测里都有红外测温枪成像图,可以方便玩家直接看到散热是否OK——这是一个重要信息,因为显卡拷机时散热器正在工作。如下图是华硕ROG POSEIDON GTX780背面的成像图。

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发现了什么?最高温88.8°C出现了区域2的显存背面PCB板上,区域2的显存和区域1的供电模块温度超过81.7°C,同为显存,区域3就凉快的多。综合显卡布局和热成像图,有以下推论:

1、呈一字型密集排列的MOSFET是重要的发热源,导致了靠近它的部分显存温度大增。

2、一般散热器都在显卡正面,背面容易积温,因此显卡装箱后,一定要设计好风道,适当照顾显卡背面(尤其是背面焊有显存的显卡)。

3、这张热成像图是风冷散热的结果,此显卡支持水冷,切换成水冷后温度表现理应好转。

【经验2】就算没有热成像数据,根据显卡布局也能大致判断工作时哪些地方会燥热(比如供电靠近I/O处自然烤I/O一侧的显存),然后看散热器设计是否照顾了这些地方。

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前面主要介绍了发热源,接下来把目光集中到散热器本身,介绍主要散热设计

散热器工作分两个步骤:导热和散热。对风冷散热器而言,导热主要是底座、热管、均热板、散热片的干活,散热主要是奶罩(风扇)的干活(散热片自身的热辐射忽略不计)。

从低端到高端介绍吧。

一、铝块/铜块和压固。(无需纠结铝块/铜块是挤制还是压铸工艺)

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上图罗列了几种常见的低端散热器。

·A和B是铝块散热器,区别在于设计的风道方向、形状和散热面积、风扇参数。A是公版GTX750TI散热器,B是影驰GTX750黑将的散热器

·C是Intel以前的CPU散热器,因为铜比铝导热效率高,因此把铝散热片设计为中空,塞一个铜柱进去,以快速导热。

·D是一个超老的设计,现在看来很坑爹,好在几乎绝迹了。它的亮点在于全铜,但是散热片并非一次成型,而是弯折后粘在底部。楼主曾经玩坏过一个这样的散热器,直接把铜片扯下来了,拉成一根长面条….. 需要注意的是:并非金灿灿的散热片就是纯铜,还可以是铝阳极化处理,可以通过官方资料判断,官方资料缺乏的话通过散热器重量判断(铝<铜)。

·E是10年前很流行的压固散热器,原理是把很多个形状一样的散热片中间大力挤压成一块儿,然后铣成平面,压在核心上。楼主印象中最早是韩国思民搞出来的,便宜高效,国内有几个散热厂商就是靠山寨压固设计起家的,后来还引发了和思民的专利官司…再后来,国内那几个就发展壮大了,发展过程中和其他一些对手**,主题仍然是抄袭。显卡风冷散热

【经验3】这类散热器通常设计给TDP<75W的显卡,即无需外接供电的显卡。选购这类显卡时要注意:

1、 散热片分叉设计(和导流罩)是否引导风吹过显存和供电模块

2、 风扇参数。普通消费者可以不管轴承类型、额定电压和电流,但最好看一下厂家标称转速和供电线。简单的讲:含油轴承(及改良的磁悬浮轴承、液压轴承等)噪音较低,但容易被灰尘和温度影响,容易积灰导致噪音增大,容易在冬天遭遇低温冻结润滑油、冷启动转不动。滚珠轴承寿命长,表现稳定,噪音相对高一些。显卡散热器供电线一般是4Pin、3Pin、2Pin三种。4pin定义分别是火线、零线、信号(测速)、PWM调速,这是很好的设计,玩家可以通过软件看到转速并设置智能转速策略。3Pin分别是火线、零线、测速。2Pin是低端卡常见的设计,红色火线,黑色零线,如果无法通过风扇电压电流估算转速,那么买来全速鼓风机就坑爹了。

*注:2Pin和3Pin理论可以通过调电压线性降速,很多主板3pin接口支持,显卡楼主不太清楚,请清楚的朋友讲一下。


二、热管

先纠正一个常见的错误认识:热管数量越多散热能力越强。热管的作用就是快速导热,本身几乎不具备散热能力,100条热管加一片散热器能散热吗?热管效能和类型、数量、直径相关。下图是一个思民的设计,本来是用来压制低端核心的,可由于样子比较唬人,而且国内也有厂商推出类似的设计,一些显卡品牌就用在中端核心上,于是杯具。

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杯具1:思民龙骨全铜散热片,某牌龙骨铝片散热,不考虑风扇因素,铜铝导热差异前面已经讲了。

杯具2:思民龙骨散热片和热管连接方式为焊接,某牌龙骨在应焊接的地方采用了穿FIN。

杯具3:小散热器强压中端核心。

看不懂杯具2不要紧,先简单看下热管的基本工作原理

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翻译过来就是:①从散热底座/GPU核心吸热,②导热介质在毛细作用下从内壁向冷端移动,带走热量,③热量交换给散热片和风扇,导热介质冷凝,④回流。4个阶段任何一个出了问题,这根热管的散热能力就几乎废掉。

杯具2里提到了焊接和穿FIN,这是目前散热片和热管连接的两种模式。简而言之,焊接是用金属(如锡)将热管和散热片接触面填满,导热效率高、而且有加固作用。穿FIN就是粗棒穿小洞(过盈穿插)显卡风冷散热 ,靠力的作用增加导热效率。穿FIN的缺点是不牢固(快递一路就可能抖松),因此主流厂商都是在热管/散热片 90°角度时才穿FIN,同时通过折边工艺固定散热片间距,以低廉的成本强化结构。如何分辨焊接和穿FIN,见下图。

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【经验4】焊接从工艺上比穿FIN可靠,但合理穿FIN性能也不差(厂商要考虑效能、成本的平衡)。焊接水准主要看焊料是否饱满(要是在热管和散热片连接处看到空洞,散热器效能至少要打个问号)。穿FIN较难上网搜图片判断(个体差异、暴力快递影响很大),观察实物请目测散热片间距是否均匀,有条件用手拨一下看是否牢固,出现问题赶紧联系卖家退换。

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再回过头来看某牌龙骨的杯具2和3,揭晓答案:

·根据热管工作原理,热源太强大时足以烤干整个热管,此时热管失效,无法导热。龙骨是单热管,强压中端核心,一旦热管失效,后果不堪设想

·龙骨热管被弯折成弧形,而某牌龙骨在弧形表面玩穿FIN显卡风冷散热 ,相比传统90°插入,导热性能大家自行脑补。接触不良会导热困难,加重热管负担。

·热管上放射状散热片看似壮观,其实散热面积小的可怜,对付发热量高的核心实在力不从心。

P.S. 当年喜欢用某牌龙骨的厂商一个是某驰,另一个是某通。

接下来是一个近期的现实案例,某牌迷你版GTX750TI(半高,双槽),厂家为这个满载70W的显卡设计了4热管散热器!显卡风冷散热 照例拿一个对照卡,仅仅采用普通铝挤散热片+风扇。

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没想到吧,4热管+纯铜底座输给了普通铝挤。对于这个现象,楼主的看法是:4热管多此一举,虽然热管之间和纯铜底座都是焊接,但整个散热器看上去效率一点都不高——这么低功耗一张卡,弄这么多噱头,各种材料凑在一起,反而不如一个“整体的”散热片。热管并未穿过散热片(这么点散热片也没法穿),仅仅是打扁了并肩排列(打扁热管会导致效能损失)。回想热管工作原理,再看这个散热器,请问热端在哪里,冷凝端在哪里?如果还是不太清楚,那么看看传统散热器怎么利用热管的吧

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【经验5】并非堆砌热管就是好散热,看到一款热管散热器的时候,请目测预估一下设计是否合理,免得多花钱买来一个“情怀”。

再看那个4热管排列的散热器底部,有的朋友应该已经想到更好的方案了,没错,均热板显卡风冷散热


三、均热板

楼主最早了解均热板,是通过蓝宝石的Vpour-X,其第一款产品是旗舰系列ATOMIC HD3870。均热板原理和热管一样,是“二维热管”,通常设计在散热器底座,与发热核心直接接触,因此这部分楼主把散热器底座一起介绍了吧。

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均热板是个很富有创意且高效的设计,和传统热管相比,由于两面都是平面,更容易和散热片结合,且结合面积大于几根热管(热管也不能无限堆积吧)。那么,怎么判断是均热板还是实底呢?首先,它有略大的厚度;其次,它有个“小尾巴”,就像热管末端一样;最后,一旦使用均热板,厂商一定会宣传。

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【经验6】均热板和热管原理一样,采用均热板设计的第三方散热器通常不会再配备很多热管,能有效减少散热器体积(或把热管占用的空间变为散热片增加散热面积)。受限于均热板的设计(空心),它抗压能力较弱,选购前要想好装箱后的方向,不要让均热板长期被散热片自重压变形。

下面是部分其他散热器底部设计:

1、均热板·改:不是说均热板不耐压吗?那我把均热板做到底部背面,再加散热片总行了吧?于是从内到外依次是 GPU-散热器铜底-焊接均热板-焊接散热片-风扇。这样的改良是极好的。

2、纯铜/铝底:最常用的设计,主流热管散热器的底部较厚以穿插热管,通常会采用焊接工艺,而且负责任的设计焊料饱满到溢出(因为散热片主体和底部全靠热管连接,这里要是导热不良,整个散热器就是垃圾)。

3、热管直触:大家第一时间就能想到华硕DC。将热管焊接在底部铜块上,然后铣薄直到热管表面成为散热底的表面。均热板的柔软脆弱问题它也有,而且热管直触很容易底面不够平整、热管和底座连接处缝隙大,而且在中高端卡里动辄并排4-6根热管DC,而核心表面只接触到中间的2根热管,边缘热管效能大打折扣——楼主只能认为华硕DC的设计属于热管利用率较低、但设计余量很大,所以性能党满意,外观党也满意。显卡风冷散热

4、热管直触·改:这是玩家自行MOD的产品,DIY一个极薄的铜片用导热硅脂连在GPU和DC之间(返璞归真的感觉),实测核心温度大降。

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*关于底面平整度1:①铣后的底座不太平整,肉眼可直接观察到细小的凹凸,这种以前低端散热器常见,现在越来越少了。②另一种是抛光,即表面光滑,能反射出模模糊糊的影子,目前主流散热器就是这种,非常OK。③第三种是进一步镜面处理,直接当镜子用,增加的是YY度,对效能加成很小——再镜面也得上导热硅脂不是?GPU盖子又不是镜面的对不?

*关于镀层:很多纯铜散热器会镀镍,有的只镀散热片,有的把热管也镀了,有的甚至连底座也镀了。镀层能很好的防止纯铜散热器氧化,以略微的效能代价换取长期的表现稳定,而且样子看上去高档很多,满足YY心理。楼主泼一杯冷水:即便镀镍,如果你用手指直接接触了镀层表面而未处理,过一个月后来看,擦不掉的指纹好明显,YY全无。

*关于底面平整度2:不管CPU还是GPU,某些芯片不是平的,要么略凹要么略凸(拿内存条对着光比划一下就知道),一些散热器底部也会微凸,如果你要更换第三方散热器,请务必注意这一点。

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【经验7】小小的底座藏在散热片下面容易被忽略、却是导热第一重要部分。希望通过楼主的介绍,大家在选购时能留意一下底座是怎样的设计,心里知道优点缺点后再选。

最后一个要点是风扇。说起风扇就太复杂了,楼主也是一知半解,就不讲了。建议:

【经验8】查找国内外网站的相关评测,直接跳到“噪音测试”部分,负责的评测会用软件设置转速策略,然后测试噪音和效能,有极高的参考价值。

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资料片:散热器,买效能还是情怀?

情怀是一个中性词,也是一种需求,媒体的显卡评测往往会极力渲染散热设计如何如何好,实际上走的就是情怀路线。效能党消费者需要擦亮眼睛,免得不小心被引导花钱买了情怀。让我们放飞心灵,指名道姓来几个情怀的例子吧!

1、影驰名人堂系列

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影驰HOF 750TI,不足100W的显卡,3风扇奶罩,情怀满满。然而和下位仁兄比只是小巫见大巫。

2、七彩虹iGAME 九段 GTX780 (Air-Kit空力散热套件)

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就是这个DIY的东东…

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涂抹导热硅脂…

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插入背板,拧紧螺丝… 等等,热管的连接好像是焊接和穿FIN而且是穿散热片而不是背板。这是什么路数?如果背板孔太小,如何手动过盈穿插而且涂好的导热硅脂不被刮出来遗留在外?如果背板孔太大,拧几个螺丝钉又怎么能均匀受力?螺丝钉的防滑措施在哪里呢?而且这个动作,真的不是在(huo)拔(sai)插(yun)销(dong)么…显卡风冷散热

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成品是下面这样的

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张牙舞爪的样子是不是很像加勒比海盗里的大卫·琼斯?

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还是善意推定Air-Kit有效吧,可是为什么要给背板散热?莫非背板是给显卡背部的元件散热的

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看到了吧,这就是情怀!

全文完。

楼主希望务实的读者在选购显卡的时候,通过搜索网上图片或现场看实物,并根据文中总结的8条经验案例举一反三,快速判断散热器的类型、特征、可能的缺陷,再去看看关于温度和风扇噪音的评测数据,就不容易撞到地雷、也不容易被引导着花钱买情怀了。


显卡风冷散热 回到文章开头的问题,你有自己的判断了吗?显卡风冷散热


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