CPU风冷散热器散热性能分析与研究

　　为了提高运算性能，CPU单位面积内集成的晶体管数量不断增长，导致总的能量消耗以及因此而转换的热量直线上升。若不能有效解决散热问题，系统的稳定性将会受到严重的影响，高密度集成技术就不能被应用，从而成为阻碍CPU发展的一大瓶颈。

　　目前主要的散热技术有风冷散热、水冷散热、液冷散热、热管散热器散热、半导体致冷片散热、压缩机辅肋散热和液氮散热等。其中风冷散热因其安装简便、成本较低、散热效果明显、适应性强、产品更新换代灵活等特点成为当今散热技术的主流。所谓风冷，就是利用空气冷却的一种方式，这种散热方式可以解决通常的散热需要，因此风冷散热是现在为常见且使用率高的一种散热方式。

　　风冷散热器基本结构风冷散热器由散热片、扣具、散热风扇、导热介质四部分构成，再加上环境因素，就形成了影响风冷散热器散热效果的五大要素。

　　散热片：负责吸收热源发出的热量（通过传导方式吸热），并将吸入的热量放出（通过强制对流方式放热）。

　　扣具：固定散热器，用压力确保散热器底部与处理器表面良好接触，保证散热片与热源有一定的接触面积，充分发挥散热效果。

　　风扇：提供一定风量、风压的气流，在气流与散热片表面之间进行强制对流散热，通过空气把传递到散热片的热量及时带走。

　　导热介质：减少或克服散热器底部与处理器表面接触不充分而产生的接触热阻，填充缝隙，增大热源与散热片的接触面积，增大热传导量。

　　环境：提供一定温度、一定压力下的冷流体（空气），将传递至散热片的热量进行对流换热，并散热到空气中。

　　风冷散热器传热原理和传热过程热量传递的基本方式有三种，即热传导、热对流和热辐射。

　　热传导是两种温度不同的物体之间，或同一物体但温度不同的两部分之间，因直接接触而引起的热量交换。热传导的基本公式为“Q=KXAAT/AL*，其中Q代表热量，也就是热传导所产生或传导的热量，K为材料的热传导系数，A代表传热的面积（或是两物体的接触面积），AT代表物体两端的温度差，AL则是物体两端的距离。因此，从公式可以看出，热量传递的大小同热传导系数、传热面积成正比，同距离成反比。热传导系数越高、传热面积越大，传输的距离越短，那么热传导的能量就越高，也就越容易带走热量。热对流指的是流体（气体或液体）与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下，不需要接触，就能够发生热交换的传递方式。对于风冷散热器而言，热传导与热对流是主要的热量传递方式。热源（CPU）将热量以热传导方式传至导热介质，再由导热介质传至散热片基部，由基部将热量传至散热片鳍片并通过风扇与空气分子进行受迫对流，将热量散发到空气中。风扇不断向散热片吹入冷空气，流出热空气，完成整个散热过程。

　　影响散热器散热性能的因素分析合理选择散热器，正确安装和维护，才能保证CPU始终处于良好的工作状态。因此，选择散热器时要充分考虑影响散热器散热性能的因素。

　　材料工艺。散热片选用较高导热系数的材料对提高热传导效率很有帮肋。导热系数越大，导热能力越强。在金属材料中，银的导热系数高，但成本高，纯铜其次。但是，铜的比重比铝大，不符合散热片重量限制的要求；铜材价掐昂责，易氧化；红铜的硬度不如铝合金，某些机械加工（如剖沟等）性能不如铝；铜的熔点比铝高很多，难以挤压成形，导致其加工难度大，加工成本高的问题。另外，与铝比较，铜的热容量更小，也就是说，其本身不能储存更多的热量，这个弱点显示在散热器上，就是当电脑关机，风扇停转后，CPU内积蓄的热量无法很快被铜质散热片带走，这样便会大大缩短配件的正常使用寿命。在风冷散热器中一般用6063T5铝合金，这是因为铝合金的加工性好（纯铝由于硬度不足，很难进行切削加工）、表面处理容易、成本低廉。但随着散热需求的提高，综合运用各种导热系数高的材料，己是大势所趋。部分散热片采用铜铝结合的方式来制造，散热片底部采用纯铜，是为了发挥铜的导热系数大，传热量相对大的优点，而鳍片部分仍采用铝合金片，是为了加工容易，将换热面积尽可能做大，以便对流换热量增大。铜铝的结合应用，既保证了散热器重量不超标，又可控制成本，也取得了很大的效能提升'加工工艺。根据热传导理论，导热量与接触面积成正比，接触面积越大，散热片鳍片越多，散热效果也就会越好。但鳍片的间距不能过密，过密不利于空气的对流，热量不能及时散发。

　　其次，鳍片的高度越高，也可获得更大的有效散热面积。另外，散热片的底部必须保证有足够的厚度，这与高热传递时，散热片的热容量有关。散热片底部的功能是要将热源的热量大量吸走，如果底部厚度不足，散热片的热容量则不足，传热量会受到限制，提高了散热片壁面温度，散热片周围空气温度上升，气流动力粘度因空气温度的上升而增大，导致空气流动受阻，散热片与空气对流换热量将减小，对流换热热阻加大，热源的温度就无法降到理想的程度'扣具。CPU散热器的扣具是固定散热片和CPU插槽，确保散热器底部与处理器表面良好接触的散热器配件。

　　扣具的质量优劣和设计的好坏直接关系到散热器的安装方式、散热效果和芯片的安全，主要包括安装简易性、重心位置、压紧应力和抗震动能力。扣具重心与CPU的DIE的中心重合，才能保证散热器与CPU的DIE充分接触。扣具的压紧应力的大小也必须控制，既要保证散热器底部与处理器均匀受力，也要防止压力过大压坏处理器或压力过小产生间隙，增加热阻。

　　导热介质。由于散热器底部与处理器表面接触不充分会产生接触热阻，存在于这些空隙中的空气对散热器的传导能力有着很大的影响，利用导热介质能填充缝隙、增大热源与散热片的接触面积、减小热流距离、增大传热量。衡量导热介质工作特性的性能参数有导热系数、热阻系数、填充能力、下转第75页）搜索示意图的三维距离为15.427短路径的结果路径搜索除了考虑距离因素外，有时还要考虑可通行性、唪碍物、通行耗费等因素。A*算法同样可以应用到此类问题的求解中。如下图所示，红色的方块代表起始节点；绿色的方块表示目标节点；整个地图有白色，浅灰色和黑色等方块拼接而成的。

　　其中，白色方块代表权重为0，浅灰代表权重为20，灰色表示权重为，黑色方块表示其方块为不可通区域。连接起点和结束点的曲线为运用A*算法后所经过的路经。

　　就此类问题而言，可将评价函数定义为节点到目标点的直线距离。显然，如此定义的可以完全满足评价函数值达到小值的要求，即保证了所寻找到的路径为优路径。

　　4结束语A*算法可以应用到基于规则掐网数据的路径搜索中的。

　　但在实际问题中，路径搜索不仅要考虑高程倍息，还要权衡坡度、障碍、水系等影响因素。对估价函数中的，加权后，可以应用于有不同地形影响因子的优路径搜索中，具有一定的实际