热管、风扇、鳍片 轻薄本散热三要素谁更重要?



如今很多童鞋在选购笔记本时都更加倾向于主打轻薄且引入了窄边框元素的产品,也就是我们常说的“轻薄本”。此类产品的硬件都已升级到英特尔八代酷睿处理器,注重性能的产品还会额外搭配MX150级别的独显。

问题来了,配置相似的几款轻薄本,它们的散热效果为什么可能存在非常大的差距呢?

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轻薄本认准15W处理器

针对轻薄本,英特尔目前主打的处理器平台包含Kaby Lake-Y(七代酷睿M,4.5W TDP,如酷睿M-7Y30)和Kaby Lake-Refresh(八代酷睿,15W TDP,如酷睿i5-8250U)两大平台。

从性能的角度来看,只有后者才能满足重度办公和娱乐的需求。因此,除非你只是希望购买一部用于轻办公的“备用机”,否则还是请认准搭载15W TDP处理器的产品。

问题来了,都说4.5W TDP的酷睿M可以无风扇运行,那15W TDP的八代酷睿是不是特别“热情”,必须要风扇的辅助呢?

首先我们需要了解轻薄本散热模块的基本结构:风扇+热管(铜)+散热鳍片,以下内容都是围绕这三个组成部分讨论的。

先从New Surface Pro 谈起

微软New Surface Pro(2017年上市,又称Surface Pro 5)是一款非常具有典型意义的产品。

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它提供七代酷睿M(4.5W)、七代酷睿i5和i7(都是15W)三种处理器可选,其中酷睿M和酷睿i5版本都采用了无风扇设计,只有搭载酷睿i7的高配版才配有额外的散热风扇。

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从New Surface Pro的设计上我们不难得出结论,酷睿i7的发热量要远高于酷睿i5,而酷睿i5在合理散热结构的优化下,是有机会摆脱风扇而稳定运行的。

从New Surface Pro的拆机图分析,这款产品为处理器准备了2根又长又粗的热管,其中1根为波浪型,另外1根为U型,它们将CPU产生的热量散布到更大的面积上,让整个金属材质的后盖都充当了“散热鳍片”的角色。

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通过用户的实际反馈来看,酷睿i5版New Surface Pro在全速运行时,后盖有明显热感但不至于烫手,分布十分均匀,CPU并无明显降频。

可见,当热管和散热鳍片(金属后盖)面积足够大时,它是足以“取缔”风扇,满足酷睿i5级别处理器的散热所需的。

然而,在轻薄本领域像New Surface Pro这般完全借助底盖散热的产品却非常罕见,最多就是利用金属底盖(或在塑料底盖内部贴上石墨散热片)“略微”起到一些辅助散热的效果。

为什么轻薄本离不开风扇

作为PC平板二合一形态的New Surface Pro在散热优化上给轻薄本提供了一个很好的优化思路,但为啥没有轻薄本采用类似的设计呢?

答案很简单,导热效率高的全金属后盖成本不低,想像New Surface Pro向四个方向延伸的热管(避免热量集中在一点),需要对PCB主板重新设计,优化热管行进路线且不会因导热而影响到周围的电子元器件。与其投入这方面的研发,反而不如遵循传统,采用风扇+热管+散热鳍片的经典组合呢。

既然用后盖散热不现实,那用面积足够大的鳍片取代风扇不就结了?可惜,如今的轻薄本都在想尽一切办法“减肥”,从引入窄边框、采用板载内存颗粒、取消2.5英寸硬盘位等角度,已经将较大屏幕塞进了小一号的模具中,根本没有多余的空间去安置更大面积的鳍片。

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现实中,轻薄本的“空间危机”已经非常严重,散热鳍片的面积更是越来越小,甚至沦落到与热管一样宽,长度也只有40mm左右。

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因此,为了尽快让传导至鳍片上的热量可以在短时间内散发出去,从而提高它对源源不断传递过来热量的吸纳率,就必须通过风扇向其“吹风”。

问题又来了,散热鳍片从材质来说,既可以是纯铝,也能是纯铜,哪个更好?

有关散热鳍片材质的争议始终没有停歇过,如果可以解决铜质热管与鳍片之间的热阻问题,那铝质的散热鳍片要优于铜,因为前者的热容远大于铜,相同面积可以吸收更多热量,而这也是为什么高端台式机散热器都会采用大面积的铝鳍片,并使用大量热管均匀地插在铝鳍片的不同位置上。

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然而,轻薄本内的散热鳍片面积很小,想提升热管和铝鳍片的热阻,就必须让热管完全包裹(覆盖)铝鳍片的一面或多面,这样会增加风阻影响出风量。因此,轻薄本的散热鳍片,理论上还是纯铜要好过纯铝,利用铜的导热性比铝大的特性,只需热管与其很少的接触面积就能完成热量的传递,而不会影响风道。

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采用铜质鳍片的散热模块设计,从颜色可以辨别鳍片材质

当然,理论就是理论,现实中由于铜鳍片的成本更高,而铝鳍片的效果也凑合着够用了。因此,至少在轻薄本领域,采用铜质散热鳍片的产品并不多见,小小的鳍片材质体现的还是厂商的良心。

有关热管你必须知道的事

讨论完鳍片,接下来就是热管登场了。热管是一种纯铜打造的扁平且中空,里面填充着冷凝液的“金属管道”。它工作原理是:在真空状态下冷凝液的沸点很低,当热管一端受热时(蒸发端),管内的液体蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下会流向另一端放出热量凝结成液体(冷凝端)。液体再沿着由毛细多孔材料构成的热管内壁,靠毛细力的作用流回蒸发端,如此循环不熄。

不同的轻薄本,在热管的设计上都是由数量、形状、方向、长短和粗细等关键词构成。

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对轻薄本而言,热管的数量并非越多越好。影响热管导热效率的关键还是横截面积,采用1根12mm宽的热管,其导热效率与2根6mm宽的热管相差无几。

此外,哪怕你给轻薄本准备了3根12mm的热管,但如果没能同步增加鳍片面积和风扇功率,对实际散热效果的改善并不明显。换句话说,热管数量够用(轻薄本2根)就好,再多了就不经济了(厂商应该很乐见这个观点)。

对配备了独立显卡的轻薄本而言,还需面对一个很头痛的问题:热管是同时贯穿一端的CPU和GPU而过?

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还是将CPU和GPU分列在鳍片两端?

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又或是为CPU和GPU单独各准备1根热管呢?

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理论上讲,CPU和GPU独立热管的设计,可以降低轻薄本日常待机时的发热;热管贯穿CPU和GPU的设计,可以提升满载时热量的传递效率,各有优点。

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热管以最短的直线与鳍片相连的效果最好,本图来自贴吧网友

至于如何设计,还要取决于厂商在主板设计上的技术水准,一般来说热管应该遵循CPU和GPU应该尽量靠近风扇和鳍片,减少热管的长度和弯曲程度,中途不要靠近SSD和内存等其他发热源的设计理念。

风扇是“万能调和剂”

在笔记本的散热模块中,风扇可以充当“万能调和剂”的角色。热管又细又长还弯?鳍片面积不够大?这些问题都可以通过风扇进行“调和”。比如,同时安装2个风扇,那就意味着散热鳍片的面积×2,风量×2。

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此外,轻薄本为了保持身材,其内置风扇的厚度普遍只有游戏本的1/3到1/2,有些甚至只有4mm厚。而我们都知道,风扇扇叶越宽,同等转速下风量也就越大。

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为了弥补超薄本风扇扇叶过薄的缺陷,业内普遍的做法是改用金属扇叶、增加扇叶数量、提升风扇马达功率等手段,提升超薄风扇的风量来帮助鳍片散热。

还有谁在影响轻薄本的散热

除了上述风扇+热管(铜)+散热鳍片“三大件”以外,轻薄本出风口的开孔位置也非常重要。为了尽可能实现瘦身,如今轻薄本大都采用下沉式转轴,周边接口布局在机身两侧,而出风口就只能放在转轴内侧了。

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此时,散热孔对应转轴的角度,屏幕下端会不会影响排风,这些细节也都会影响到轻薄本实际的散热效果。理论上,对轻薄本来说还是散热孔侧置或后置(避开转轴)效果最好。

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此外,轻薄本通常会在D面对应芯片、风扇、内存和硬盘位置留有散热孔,这些开孔是否密集,总面积是否够大,这些也会影响冷热空气的交换效率。

同时,我们使用笔记本的环境温度,对轻薄本的散热更是影响巨大,空调屋和没有冷气的阳光房,二者满载温度可能相差10摄氏度以上。

在用轻薄本玩游戏时,用书本将笔记本后部垫高,提升底部散热孔与桌面之间的距离,往往可以起到意想不到的功效。

需要注意的是,每一款轻薄本在出厂前,厂商会结合具体的配置、定位和对稳定性的预期,为CPU和GPU设定不同阈值的温度墙和功耗墙,有些产品还能在BIOS或系统软件中开放对风扇转速的自定义调节,这些因素同样会影响一款轻薄本的实际散热表现。

小结

对“寸土寸金”的轻薄本而言,如何在有限的空间里采用最合理的风扇+热管(铜)+散热鳍片组合,这是一件非常考验技术功底和诚意的答卷。一些轻薄本跑分虽高,但玩游戏时经常遭遇卡顿,往往就是散热不过关而触发了CPU/GPU的降频引起的。

作为消费者,我们需要做的就是合理利用网上已有的试用、体验、拆机文章资源,对感兴趣的价位和配置相似的产品进行内部设计的剖析,找出实际散热效果最好的那一款,在日后的使用中才能100%甚至120%地释放应有的全部性能。



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