散热那些事 篇三十七：扇叶上的“金属风暴”！那些奇特散热器们

​​时至今日，风冷市场已然成熟，但千篇一律的塔体外观有些让人审美疲劳。遥想十余年前，在那个散热厂商还没有充分了解“风道”概念的年代，消费者们也乐意让自己的电脑“霸气侧漏”，彼时的风冷市场可谓百花齐放，奇葩辈出。

本文中所介绍的散热器，它们或外观独特，令人印象深刻；抑或原理创新，令人眼前一黑；更有甚者，能够兼具二者之长，让人哭笑不得。本系列文章里，我们就将盘点那些在造型结构上创新的奇葩散热器们。

自从诞生以来，风冷散热器的原理都没有发生太大变化：热管将热量传递至鳍片之上，随后由风扇产生气流。空气吹过鳍片，最终带走热量。

然而，随着人们的探索逐渐深入，传统原理的弊端也日渐凸显。为了压榨风冷散热器的潜力，必须要克服重重阻碍。其中，一大影响效率的因素便是“附面层”。

具体来说，由于流体存在黏性，鳍片表面的空气将受到粘滞。距离鳍片越近，空气的流速便会越慢，甚至趋于静止。最终，形成一道附面层。

离物体表面越近，代表流体速度的箭头越短

散热器的性能与空气流速息息相关，而附面层却将鳍片与高速气流相阻隔。毫无疑问，这会降低散热器的效率。

有什么方法能够减小附面层的影响呢？人们构思了许多设计，其中包括但不限于：

分体式鳍片

猫头鹰的分体鳍片散热器，2016年ComputeX

在鳍片上设置一些凸起

BeQuiet的散热器鳍片有部分凸起

以及……加速旋转的离心叶片！

这不是陀螺！

没错，借助离心效果，确实可以将“附面层”的厚度削减至最低。那为什么不让鳍片化作风扇，自行带动气流，在此过程中为自己散热呢？

抱着这样的想法，一群发明家们研究出了散热领域的“金属风暴”。

Sandia Cooler

桑迪亚散热器

2011年，美国桑迪亚国家实验室研发了一种新型散热产品，并将其称之为“改变电子产业散热格局的希望”。

这种散热器的学名是“Sandia Labs Air Bearing Heatsink（桑迪亚实验室 空气轴承散热器）”具体说来，它利用了“加速体上方的边界层更薄”的理论，通过高速旋转的铝制叶轮进行散热。

也正因此，原型机的铝制叶轮足有150克重。它在工作时的转速高达2500RPM，是一个高度危险的“绞肉机”。但在惊人的效率面前，这一切都是值得的。

由于附面层被大大削薄，散热效率得到了突飞猛进的提升。桑迪亚实验室宣称，与传统散热器相比，“空气轴承散热器”的 单位鳍片面积传热量 足足增加了30倍，堪称散热器设计史上的“技术革命”！

不仅如此，这样的设计还有诸多优点。由于没有传统意义上“静态”的散热鳍片，这是一款“免疫灰尘”的散热器，对积灰有着天生的抵抗力。

灰尘也许会附着在鳍片的表面、堵塞住散热鳍片的缝隙，但很难阻止“散热叶轮”的转动。而高速旋转的叶轮，也能将浮尘一扫而空，大大降低了灰尘对散热的影响。

更令人兴奋的是，由于不需要额外的鳍片阵列，桑迪亚散热器的噪音也大大降低。传统风冷的很大一部分噪音，是由于风扇产生的气流吹过高阻力的“静态”鳍片导致的。如今没有了它们的阻碍，风扇自身成为了散热主体。桑迪亚散热器不仅高效，更是安静。

正在调试原型散热器的实验人员

毫无疑问，旋转的铝制散热叶轮带来了多方面的好处。然而，“桑迪亚散热器”没有传统意义上的热管导热，热量又是怎样传递至铝制叶轮上的呢？

将原型机翻过面来，我们不难得到答案：桑迪亚散热器的底部是一整块纯铜均热板，中心则有一个强大的无刷电机。而叶轮与下方结构间仅有一条极微小的空气间隙——在叶轮高速旋转时，这条缝隙约为0.2mm。

CPU与散热器底座之间之所以需要硅脂导热，正是由于它们的接触面积太小，LGA1151处理器的顶盖面积仅有1400mm^2。

但在“桑迪亚散热器”上，一切截然不同。当叶轮直径为100mm时，空气间隙的面积便已高达7000mm^2！

尽管空气是热的不良导体，在如此微小的间隙上、如此巨大的面积间，所起到的阻碍也是有限的。似乎是在挑战人们的传统认知，没有结构物理接触，桑迪亚散热器就这样完成了热量传导。

桑迪亚散热器的研发成果一经发表，立刻引发了轩然大波。诸多散热厂商注意到了这一新颖的成果，很快向桑迪亚实验室申请技术授权。

酷冷至尊& CoolChip

Kinetic Cooling动能冷却

在沉寂了一段时间后，与“桑迪亚散热器”相似的概念产品如雨后春笋般浮现。在2015年的CES展会上，Coolchip公司率先发布了与酷冷至尊联合研发的“动能冷却”散热器。

Coolchip公司与桑迪亚实验室的“许可和技术转让部门”签署了商业化许可。然而，眼下这款“动力散热”并非是技术原型的简单仿制。在具体的实现方式上，这款产品进行了诸多改进。

如前所述，原型“桑迪亚散热器”通过叶轮与主体结构间的空气间隙传导热量，因而间隙的面积越大，传导效果越好。Coolchip公司在二者的表面刻上了一道道沟槽，大大增强了各自的表面积。

不过，一些“桑迪亚散热器”存在的缺陷，直到考虑量产时才格外明显。Coolchip公司或许对原型产品的性能过于乐观，事实上，“动能散热”还存在着不少问题亟待解决。

相比于普通的轴流风扇，金属叶轮并不像看上去那样美好。由于自身要兼做“散热片”，金属叶轮无法产生与同尺寸普通风扇相提并论的风量。消除附面层的优势固然明显，可它本身的散热面积也实在太过有限。

因此，为了弥补散热效能，Coolchip公司不得不在外围添加了传统散热鳍片与热管，以充分利用金属扇叶的气流。然而，这也让桑迪亚散热器的“抗尘”优势不再突出，还可能带来额外的风噪。更像是在“画蛇添足”，却也透露出效果不及预期的无奈。

与此同时，由于叶轮采用纯金属打造，其重量同样不容忽视。在超过2000RPM的高转之下，叶轮的轴承至关重要。不幸的是，直到产品展出时，Coolchip还没有考虑好使用何种轴承。如果使用普通液压轴承，叶轮的寿命必然相当有限。

归根结底，这款产品还有着太多不成熟的地方。意料之中，在CES展台上昙花一现后，“动能散热”便石沉大海。而当“桑迪亚散热器”再一次出现在世人眼前，又已是2年之后的2017年了。

Thermaltake（耀越）

Engine 27

在“闭关修炼”六年之后，“动能散热”终于在老牌厂商Tt手下修成正果。Thermaltake推出了ENGINE系列散热器，以此致敬那酷似引擎的外观。

在结构设计上，Thermaltake ENGINE27更像是“动能散热”进一步成熟的产物。

侧面的“静态”鳍片被重新设计，结构更加合理。原本的热管也借机去除，整个散热器的高度进一步降低。“桑迪亚散热器”的核心——中部的金属散热叶轮依然存在，但是面积已经小了很多。

归根结底，桑迪亚散热器还是有先天不足。由于热量传导完全依赖那道空气间隙，叶轮与底面的间隙必须尽可能小。因此，桑迪亚散热器对加工精度的要求相当高。同时，金属叶轮的运转也必须异常平稳。

如果要发挥散热器的性能优势，就必须要有更大的散热面积。可是加工大尺寸、高转速的金属叶轮谈何容易，材质稍有一些不均匀，叶轮的动平衡便会成为灾难。

ENGINE 27的具体参数，金属扇叶的风量仅有9CFM。图片来自CHH

在最终的Tt ENGINE27成品上，金属叶轮的直径仅有60mm，散热面积自然相当有限。消除附面层的效率虽高，却没有足够大的空间令其施展。

由于自身对精度的高要求、金属叶轮的大自重，相对同等性能的常规散热器而言，ENGINE 27的制造成本相当高。为了带动叶轮达到2500RPM的高转，Tt不惜应用了八极电机。

也正因此，Tt对这款散热器的定位相当明确——扬长避短。借助独特的结构设计，降低整体高度、大幅增强兼容性。而为了在极小的体积内增强散热效能，小尺寸的“金属散热叶轮”方才派上用场。

最终的成果堪堪令人满意。在27mm的极低高度下、ENGINE 27的效能勉强超越了INTEL的原装散热器。不过，原本的“抗尘、低噪”等等优势，也消失得无影无踪了。

由于采用8级电机，Tt的转速读数是实际转速的2倍。图片来自CHH

后记

一款技术从实验室走向实用化，必将历经无数考验。对比最初的“桑迪亚散热器”原型，Thermaltake的成品已是面目全非。

而理想与现实的差距更是如此之大，回看“改变电子产业散热格局”的口号，如今的金属叶轮散热器更像是噱头。空有效率，却无面积可供施展。或许，1U/2U平台才是这一原理的归宿吧。

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