好的CPU散热器百里挑一，究竟是什么最终决定散热器的性能？

对于PC硬件玩家来说，CPU散热器肯定不会陌生，因为要让CPU维持“冷静”，散热器可以说是至关重要的。不过要说到什么因素对于散热器的效能影响最大，那很多玩家恐怕也只是“知其然而不知其所以然”。因此今天我们就一起来，如此常见的CPU风冷散热器中究竟蕴含这多少学问。

其实影响CPU风冷散热器散热性能的因素很多，比如材质的导热系数、鳍片面积、鳍片间距、底部厚度、接触面积、流体流向等，这是一个完整系统的研究课题，当中包含的学问非常丰富，这次我们也只是讲解一二，更多内容留待以后再进行深入讨论。

散热器的分类：有热管与无热管，塔式与下压式

这类无热管散热器就算能有颜值优势，在效能上也是无法与热管散热器相比的

如果让我们先给风冷散热器分个类，那么我们会按照有无热管分为热管散热器和无热管散热器，前者是目前各种第三方散热器的主流结构，而后者则多见于英特尔和AMD的原装散热器，以及部分不讲究效能的第三方散热器。从效能上来说，前者基本上是碾压后者的，为此现在英特尔也仅仅是在不能超频的CPU产品上配置散热器，解锁倍频的产品直接不提供原装散热器，AMD方面也仅在入门级的CPU产品上提供无热管的原装散热器，高端产品基本都配置了带热管的原装散热器。

由于这种无热管的散热器由于效能偏弱，在市场上已经不能称之为主流，因此这次我们就不详细解说了，重点放在目前主流的热管散热器身上。目前的热管散热器大体上分为两种，一种是塔式结构，又叫做侧吹式结构，另一种则是下压式结构，也可以叫做下吹式结构。

采融的Samuel 17是一款经典的下压式散热器

首先我们来看看下压式结构，顾名思义它是一种散热器“躺在”CPU上，然后风扇自上而下送风的结构。这种结构的好处一般有两个，第一是高度比较矮，可以适应各种机箱，特别是空间有限的Mini-ITX机箱，大多数都只能采用下压式的风冷散热器；第二是它可以利用风流给CPU周边的元件散热，如供电电路和内存等，可以避免这些元件出现热量累积的问题。

然而这样的设计也有很大的劣势，一来不利于机箱内部的风道，容易引起机箱内部乱流，第二是风扇中心下方有风力盲区，散热效能难以最大化；第三是部分气流会被主板反弹，影响风流的走向，使得热交换效率进一步受到损失，因此下压式散热器很难做到很高的散热效率，这也是为什么其慢慢退出主流的原因。

采融Basic 83散热器是典型的塔式散热器

而塔式结构的首要好处就是可以解决风力盲区的问题，气流平行通过散热鳍片的，气流截面的四条边上的气流速度最快，而CPU的发热点正好位于一条边上，另外一个好处是没有反弹的风压，热交换效率要高于下压式散热器；同时塔式散热器也有利于机箱内部风道的建设，可以引导风流尽快从机箱后部的散热口排出。

当然塔式散热器也是有缺点的，就是不能直接吹到到热源，也无法给主板周边的元件进行散热。因此塔式散热器的效率很大程度上要依赖热管的传热效率，同时主板上的其他元件也要作出相应的优化，例如供电电路应该加上散热片，以确保自身不会过热等等。

热管：热量的超导体

在讲热管散热器之前，我们先来看看热管的一些基本常识，热管散热是一种利用相变过程中要吸收/散发热量的性质来进行冷却的技术，单讲技术的话已经有数十年的历史，但是直到近些年才被广泛用在PC散热领域中，随后的发展也非常迅速，不仅是CPU、显卡以及主板的散热器，我们甚至在机箱上都可以看到热管的身影，可以说已经是相当成熟的技术了。

典型的热管是由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽到的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据需要可以在两段中间布置绝热段。

热管的工作原理很简单，热管分为蒸发受热端和冷凝端两部分。当受热端开始受热的时候，管壁周围的液体就会瞬间汽化，产生蒸气，此时这部分的压力就会变大，蒸气流在压力的牵引下向冷凝端流动。蒸气流到达冷凝端后冷凝成液体，同时也放出大量的热量，最后借助毛细力和重力回到蒸发受热端完成一次循环。

由于热管具有热传递速度极快的优点，安装至散热器中可以有效的降低热阻值，增加散热效率，具有极高的导热性，高达纯铜导热能力的上百倍，因此其有“热超导体”之美称。工艺过关、设计出色的热管CPU散热器，将具有普通无热管风冷散热器无法达到的强劲性能。

烧结式热管

沟槽式热管

目前热管可以按照内部结构分为烧结式和沟槽式两种，烧结式热管的内部是通过高温下铜粉烧结制造而成，而沟槽式热管则是热管毛细结构中制造相对简单的一种，采用整体成型工艺制造，成本是一般烧结式热管的三分之二，但缺点十分明显，其对沟槽深度和宽度要求很高，而且方向性很强，当热管出现大弯折的时候，沟槽式方向性的特性就成了致命缺点，会导致导热性能大幅度下跌，因此目前主流的散热器都会采用烧结式热管，而沟槽式热管仅少部分的入门级产品有在使用。

目前主流的是6mm热管

相比于热管的内部结构，热管的传热效率其实更受直径的影响，有数据显示，在工艺水平基本一致的前提下，直径为3mm的热管要传递15W的热量需要2.8个标准热传递周期，而直径为5mm的热管在1.8个热传递周期中，热传导量就达到了最大45W的水平，而8mm热管产品只需0.6个周期就可以传递高达80W的热量。

显然热管的直径对传热有很明显的影响，直径越大则效果越好，但并非一味直径大就能造出很好的产品，中间涉及到热管的组合、排列、结合方式及成本等，因此大部分的散热器都是采用多根6mm热管组合的方式来进行热量传递，只有少部分产品会采用8mm或以上级别的热管。

底座：铜底与热管直触的竞争

在常见的金属材料中，银的导热系数最高为420W/m·K，但它的成本昂贵，铜的导热系数为383W/m·K，比较接近银的水平，但加工工艺复杂而且太重，纯铝的导热系数为204W/m·K，价格低廉、加工特性好、表面容易处理，性价比较高，因此目前主流风冷散热器的材料一般都会选用铝合金。

镀镍铜质底座

有研究表明，当散热器采用铜底座铝鳍片结构时，在CPU接触处的温度为44.876℃（特定测试环境下的数据，下同），散热效果良好；当散热器的底座与鳍片均采用铜材料时，接触处的温度为44.636℃，与铜座铝片的情况相差无几，但重量却翻了一倍；当散热器的底座与鳍片均采用铝材料时，接触处的温度上升到49.861℃，导热能力下降很多。因此目前大多数中高端散热器采用了铜质底座与铝制鳍片的组合，可以在成本与散热效能之间有良好的平衡。

热管直触工艺

而除了铜质底座外，目前还有一种常见于主流级散热器的底座构成，那就是热管直触技术。热管指出是指热管直接与热源接触，而不是包夹在底座当中。理论上这种设计可以减少底座与热管之间的热阻，热管利用率可以大大提高，堪称是追求极致效能的技术。

然而这只是理论上的事情，由于CPU表面并不是真正意义上的平面，存在着很多我们肉眼难以识别的凹凸，在压上散热器后还会带来二次形变，因此散热器的底部要与CPU表面吻合，本身就是一件不容易的事情。热管直触技术需要在热管上铣一刀，会让原本硬度就不是很够的热管变得更加容易形变，会进一步影响了CPU与热管之间的热传导效率，而铜底对于非完全平面来说有比较大的误差接受度，在接触吻合度上要胜过热管直触。

因此目前散热器领域中都有一种普遍的共识，那就是热管直触技术能做出性价比很好的散热器，但不能做出顶尖性能的产品，这也是为什么绝大多数的高端风冷散热器都采用传统的铜质底座，而非理论上效能更好的热管直触技术的原因。

散热鳍片：散热面积、间距与厚度之间的平衡艺术

在底座和热管结构相同的情况下，想要提升散热器的效能，增大散热面积无疑是最直接的方式，而增加散热面积的方式无外乎二种，第一种是通过增大体积的方式添加更多或者更大的散热片，另外一种则是通过缩小散热片间距、降低散热片厚度等方式，在体积不变的情况下增加更多的散热片。

散热鳍片

然而这两种方法都有各自的弊端，第一种方法会让散热器的体积变得难以控制，在安装上会带来额外的烦恼；第二种方式会让风道的尺寸减少，风阻增加，鳍片间也很容易淤积灰尘，从而影响散热效果。

曾有研究表明，当鳍片间距从2mm增加到3mm，并且厚度从1mm增加到1.2mm时，散热面积明显减少，CPU接触处的温度从原来的44.876℃上升到52.049℃；但如果鳍片间距从2mm减小到1.5mm，厚度还是保持在1mm，此时散热面积虽有增加，但接触处的温度仅比原来略有下降，为44.423℃，可见风阻增加所带来的负作用也不可忽视。

因此想要提升散热器的效能，一味地追求更大的散热面积是不可取的，散热器的体积和重量，散热鳍片的厚度和间距，甚至是风扇尺寸和类型都要进行细致的考量，这里就很考验厂商的研发实力了，以利民Ultra 120 Extreme Rev.C版散热器为例，其散热面积约6500平方厘米，相比起旧版的7400平方厘米有较大的下降，只是散热鳍片的间距从1.5mm增大到了1.8mm，原理上来说其散热效能应该不如旧版产品，但事实上由于其风流的通过能力更高，在搭配低转速风扇使用时，散热效果反而是优于旧版产品的。

如果说散热鳍片的面积、间距与厚度是一组需要相互配合的参数，那么散热片与热管的连接方式就要简单得多了，毕竟热管传导的热量如果无法快速转移到散热鳍片上，那么再科学的鳍片参数也不过是摆设而已，因此热管与鳍片如何完美结合是非常关键的。

焊接工艺

目前热管与散热鳍片的集合方式主要有两种，分别是焊接(Solder)和穿Fin(Fin Penetration )，焊接工艺的界面热阻值较低，但是成本比较高，比如铝鳍片与铜热管焊接，基本都需要对热管进行电镀处理，方可与铝鳍片焊接到一起，而且焊接对工艺要求也比较高，焊接不均匀或者内部产生气泡，热传导效率都会明显受损。

穿Fin工艺

而穿Fin就是通过机械手段让热管直接穿过鳍片，这种工艺工序简单，但是对技术要求并不比焊接低，因为它要求散热鳍片与热管要有紧密的接触，如果穿Fin不过关，那不仅散热效率会大打折扣，散热鳍片甚至可能会直接脱落。同时为了保证鳍片阵列不变形，穿Fin工艺往往还会配合扣Fin技术使用，就是鳍片的边缘折弯，以卡扣的形式相邻的鳍片结合，用于确保散热鳍片间距不会改变。

从成本上来说，穿Fin工艺的成本是略低于焊接工艺的，而且理论上接触面的热阻比焊接也要略高一点。要识别散热器采用是哪种工艺，我们可以通过观察散热鳍片看出，焊接工艺的都会在散热鳍片与热管的接触位留出焊接孔，而穿Fin工艺则是鳍片直接包裹住热管。

需要注意的是，优秀的穿Fin工艺与焊接工艺相比并不会有明显的性能差距，这与散热鳍片的面积、厚度与间距的结论类似，关键还是要看厂商的工艺水准，不过因为焊接工艺在耐用性和稳定性上都有优势，因此现在高端的散热器多数使用焊接工艺，而讲究性价比的主流级产品则基本是穿Fin工艺。

总结：好的散热器不是有一点突出，而是每一点都能相互配合

热管、底座与散热鳍片，这是目前主流型风冷散热器的三个主要组成部分，每一个部分都对散热器的散热效能都会起到重要的影响，而且三部分也是相互关联的，单纯增强其中一部分未必会给散热器的效能带来质的飞跃，但是有任何一部分没有做好，对于散热器的效能来说却是沉重的打击。

因此一款优秀的风冷散热器，往往不是说在单一方面有什么突出的表现，而是在于各方面都有较好的平衡，特别是现在风冷散热器的轻量化、个性化已经趋向主流，这种平衡的维持就更能突显散热器厂商的实力了。

本文经超能网授权转载，原标题《超能课堂(142)是什么决定了CPU风冷散热器的性能？》，作者：潘靖江，未经允许请勿转载。