轻薄本散热能力怎么看

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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(图2),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(图3),只有搭载酷睿i7的高配版才配有额外的散热风扇。



  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(图4),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。
  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,当散热鳍片面积足够大时,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(图5)。
  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(图6)。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?







  有關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(图7),并使用大量热管均匀地插在铝鳍片的不同位置上。
  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。



  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(图8),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”。它的工作原理是: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,如此循环不已。
  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。
  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(图9),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(图10),还是将CPU和GPU分列在鳍片两端(图11),又或是为CPU和GPU单独各准备1根热管呢(图12)?
  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。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(图13),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(图14)。





  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。为了彌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(图15),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(图16)。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(图17)。
  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。
  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,这是一个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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