cpu散热器冷却技术的研究动态

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1、CPU散热器冷却技术的研究动态摘要:随着计算机工业的迅猛发展,CUP的运行速度越来越快,发热量也越来越高,CPU散热器发展迅速。为对CPU散热器具有更多的认识,本文阐述了CPU的发展历程以及CPU散热器的发展背景,叙述了CPU散热器的散热方式、现状和未来发展趋势。一CPU散热器的应用背景及研究意义伴随着CPU性能的不断提高,其发热量较以前有了大幅度的提高。那么,CPU的冷却问题就越来越突出,据有关资料显示,对于包括CPU在内的电子设备,现在的失效问题的50%都是由于过热引起的[2]。早期的CPU芯片功率不足10W,不需要用散热器,上个世纪90年代中期以后,随着CPU主频和集成度大幅度提

2、高,CPU的功率和发热量明显提高,到2004年Intel公司推出的Pentium4主频为3.6GHz的CPU功率更是达到115W。如此大的功率严重威胁到CPU的工作和发展,而CPU必须借助散热器才能工作,虽然Intel在2006下半年推出酷睿双核心将功耗降低近一半,每个核心的功耗只有30W至35W,与上一代英特尔台式机处理器产品相比,英特尔酷睿2台式机处理器在提供1.4倍的CPU计算性能同时,能耗降低了40%,但是对于现在一些四核的CPU来说,功率仍然很高。为适应CPU发展过程中功耗的不断变化,CPU散热器也有了长足的发展。从近期CPU的发展来看,Prescott核心CPU的频率还会不

3、断提升,其发热量更让人担心,目前全铜、高密度鳍片以及采用热管技术发展趋势虽然还能够应付一时,但显然还不能适应更高的发热量,如果这种态势继续下去,未来散热器的发展趋势是什么?市场追求的是高性价比,产品主要还是以风冷散热器为主,水冷散热器随着价格的不断下调,将占有越来越大的市场份额,随着热管散热器的工艺成熟和成本控制,它将是未来发展的热门。另外,新材料的研发可能导致散热器的变革:用具有极大散热面积的泡沫金属做肋片将大大增强散热效果,相信不久的将来在市场上可以看到;随着导热率高而且密度小材料的出现,如人造金刚石、石墨、碳纳米管复合材料等用其作散热片,CPU散热器将极大的增强散热效果。可以肯定

4、的说,制作质量轻、体积小、噪音小、散热效果好的CPU散热器将是业界继续追求的焦点。过去的三十年见证了现代电子工业的个人电脑及其服务器的日新月异。同时，由于增加的热流体的散热问题严重阻碍了超级高性能的CPU的发展。目前，传统的冷却技术，如风冷，水冷和热管依然在散热领域扮演着主要的角色。这主要归因于这些技术，结构简单，冷却效率高以及低成本。除此之外，一系列的新的和更高级的冷却技术正在涌现，比如说，微通道，离子风，压电式翅片，磁性极化纳米流体，以及微包裹体相变流体等。这些令人欣喜的策略具有独一无二的优势以及一些甚至能够处理极端高热流体的条件。然而，对于大部分散热的方式来说，一些技术问题，比如

5、复杂的制造工艺，高成本，以及可靠性问题，离大规模的商业使用依然有很大的提升空间。在许多的新创意中，液态金属冷却技术迅速成为了近年来最吸引人的散热技术。它最典型的优势在于，液态金属的高的热物性以及它独一无二的电磁驱动特性。目前，基于金属镓的合金被认为是最好的可用于该技术最好的材料。该合金的有低的熔点（<10℃），高的导热率，无毒，高的沸点，因此有了优秀的冷却能力和高的可靠性。二CPU散热冷却方法分类及存在问题散热分为被动与主动两种,被动散热是通过散热片将CPU产生的热量自然散发到空气中,其散热的效果与散热片的面积成正比,这种散热方式简单且安全可靠,但散热效果不理想,难于适用当前CPU散热

6、的需要;主动式散热是利用风扇或泵体等设备将散热片上的热量以强制对流的方式带走,这种散热方式散热效率高,是目前CPU散热的主要方式。现今我们所了解的散热方式有如下几种：风冷、水冷（液冷）、半导体制冷、相变制冷（相变系统制冷、干冰+乙醇制冷(固态二氧化碳)和液态氮气制冷(LN2)）。2.1风冷散热目前,CPU散热器市场份额占有率最大的是风冷散热器,其散热原理即通过与发热物体紧密接触的金属散热片,将发热物体产生的热量传导至具有更大热容量与散热面积的散热肋片上,再利用风扇的导流作用令冷空气快速通过散热肋片表面,加快散热肋片与空气之间的热交换,即强制对流散热。风冷属于主动散热方式,而与之相对的就

7、是被动散热,最直观的区别就是散热器上是否存在风扇。与其他散热形式相比,风冷散热器有着自己不可替代的重要性,而且拆装非常方便,但对环境依赖比较高,例如气温升高以及超频时其散热性能就会大受影响。风冷是最常见的散热方法，就是用一块导热性能比较好的散热片（一般是铝或铜）通过特殊的介质（通常是导热硅脂）紧贴住发热量很大的芯片，然后再在散热片上固定一个风扇，不停地产生强劲的风力，把散热片上的热量带走，从而达到对芯片散热的目的。Dell计算机专用的散热风斗。