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    热管直触技术究竟怎么了?

      说到热管直触技术,不得不提超频三,在2006年推出了DTH(Direct Touch Heatpipe)创造性设计的东海散热器,成为后来曾风行一时的热管直触散热器的雏形。


    超频三东海散热器底座

      所谓热管直触技术,是指热管直接与热源(CPU/GPU表面)接触,而不是包夹在底座中。这样的好处是可以减少底座与热管之间的热阻,理论上传热效率更高


    热管直触式与热管包夹式的简单比较

      传统的包夹式热管散热器都是热源将热量传递给底座,再由底座传递给热管,这样在热源与热管间一共有三层热阻,即热源与底座之间的硅脂热阻(Ψ1)、底座的热阻(Ψ2)、底座与热管间的介质热管(Ψ3),而直触式热管就直接多了,只存在一层硅脂热阻(Ψ1),在效率上会有不错的提升。

      超频三在随后的南海系列散热器继续延用热管直触技术,也成为这一技术的典型代表,在2009年前后,热管直触散热器非常流行,众多品牌均推出了类似设计的产品。


    九州风神的CTT技术(Core Touch Technology)(冰刃至尊)


    Tuniq的CCT技术(Core-Contact Technology)(T120 Extreme)


     Xigmatek的HDT技术(Heat-Pipe Direct Touch)(Thor's Hammer)

      像OCZ、Tuniq、Evercool、Xigmatek、Thermaltake和九州风神等均有相关散热器上市,只是各自的叫法不一样,或CTT或CCT或DCT或HDT。

      然而时过境迁,在今天,采用热管直触技术的散热器已大大减少,众多消费者对这种技术充满了质疑,就连倡导者超频三也在最新的旗舰散热器南海6中改用传统的铜底包夹式热管设计。

      看似很美的热管直触技术到底存在什么样的致命缼陷呢?

      答案:热管的硬度

      其实这个很容易理解,做成热管直触的底座,首先热管需要一定的形变进行压扁,然后再铣一刀,将热管铣成平面,与底座上的铝块保持在同一水平面上。由于普通的热管壁厚只有0.3mm左右,再铣一刀后就变得更薄,这部分的硬度大大下降。


      当热管被削薄变软后,会引起很严重的问题,最主要的有两个:


    某直触式热管使用一年后已明显内凹(点击放大)

      一是当热管长期受外力挤压(来自CPU或GPU表面的压力),起初它会与铝底在一个平面上,但是由于它的硬度不如热管旁边的铝块,继而逐渐整体内陷,一方面CPU表面也非平整,另一方面填充的硅脂也会让它变形,慢慢的它与CPU/GPU的接触吻合紧密度会下降,并与日俱增,填充的硅脂层也会变得更厚,热阻增加。


    底部热管太薄容易变形

      另一个问题是,散热器的频繁拆装过程中,很容易引起底部热管明显内凹,相信有很多网友有所见识,比如说,长时间使用后硅脂硬化,需要比较强的力量才可以除掉,这时候就很容易让薄薄的热管不堪重负产生很严重的变形,或者其它小小碰撞,杯具就容易诞生。

      在我们论坛上曾有网友发帖叙述其热管直触技术的散热器底部热管发现有凹陷的情况,虽然这只是个别案例,但这种技术的缺陷却已经显现。

      热管直触式散热器盛极而衰也不是没有道理的,当厂商想以比较低的成本生产出一个高性能散热器时,却发现并不容易,要把这种散热器做好,需要更高的技术,更好的材料,与初衷完全背道而驰,还不如改用传统的设计来得简单容易

      可以说,热管直触技术并不是存在不可挽救的问题而没落,更多是对成本上的妥协。它的硬伤在于铣过后热管的硬度不够,只要让它“硬”起来,这个问题就好解决了。


    地球最强显卡华硕Mars II

      在一些重要产品中,今天我们依旧能看到热管直触散热器的身影,比如号称地球最强显卡的华硕Mars II,它的散热器是标标准准的热管直触式。


    Mars II采用的散热器

      华硕在板卡领域的声誉,相信他敢称第二没人敢称第一。作为一家对品质要求卓越的领军企业,又是自己最顶尖的形象产品,难道他们不知道热管直触技术的问题所在?还是他们胸有成竹,对自家的技术信心爆棚?



    解读热管直触技术DirectCU

      当热管直触散热器慢慢淡出时,华硕却在全线显卡产品中使用这一类型的散热器,不得不令人刮目相看,我们也对号称DirectCU的华硕热管直触技术充满了好奇。

      所谓对症下药需良方,既然是铣了一刀后的热管硬不起来,那最简单的方法就是在热管上下功夫,不就是削薄了吗?那把削薄的部分补回来,使用更厚更粗的热管

    关键字:厚

      普通热管采用的铜管壁厚一般在0.3mm左右,铣薄部分在0.1-0.2mm左右,因此容易变形。华硕DirectCU在选材上先作文章,其采用的热管直径壁厚比普通热管增加50%以上,达到0.5mm+,即使是铣一刀后,壁厚也有0.3mm以上,硬度大大加强,不再是小姐身子那么柔弱。


    DirectCU热管(上)管壁厚度与普通热管(下)管壁厚度比较

      另外,虽然加大了热管壁厚,但热管內径没有明显变化,也就是只加厚管壁,内径空间保持在相同水平,基本不会影响散热效率。

    关键字:粗

      我们都知道,热管越粗传热能力越强,对于热管直触式设计来说,不仅仅是如此,还有着增大与热源接触面积的作用,或者从另一个角度说,同样接触面积下,8mm热管比6mm热管更硬,因为它需要铣平的部分少,管壁相对就更厚了。

      华硕DirectCU全面采用8mm直径热管,与普遍使用的6mm热管相比,在单位时间内导热量更大,在热源同样的情况下,可以更快速带走热源的热量。


    华硕HD6790散热器热管直径为8.1mm

      可能大家对热管直径和散热能力没什么直观的感觉,说个大概数字吧,同等条件下,直径3mm的热管传热功率只有6W,5mm的传热功率为20W,6mm的可以达到30W,而8mm热管的传热功率可以突破100W以上,完全是几何级的增长。

    关键词:无氧铜

      华硕DirectCU非常注重热管材质,尤其是铜管上的选择。普通热管使用的是韧炼铜管,纯度为99.90%,这种铜管在进行热管烧结(700-900℃)时,其韧度和寿命都会下降。

      DirectCU热管使用的是无氧铜,其纯度达到99.96%,理论上导热系数要比韧炼铜高,并且韧度高不容易断裂,在高温下不易发生氢脆化,寿命更长。

      所谓氢脆,是指金属材料在加工、冶炼、热处理、酸洗和电镀等过程中,材料由于吸氢或氢渗造成机械性能严重退化,比如屈服强度、极限强度,疲劳寿命明显缩短,冲击韧性值显著降低。

      一般当温度超过300℃,韧炼铜就有可能产生氢脆这种腐蚀缺陷,尤其是高温条件下,无氧铜则有着很明显的优势。

      从华硕DirectCU散热器的选材上看,这是很明显的“对症下药”,或许我们想问,既然能解决热管硬度的问题,其它厂商为什么不跟进呢,很多时候是有心无力,或因为技术实力或因为成本原因等等。

      然而不是说材料NB了,散热器也就一定会NB,制造技术与工艺同样重要,这是个相辅相成的过程,缺一不可。

    关键词:平整度

      散热器底部的平整对整个散热能力的影响是不言而喻,散热器底部与GPU(或CPU表现)吻合度越高,接触热阻越小,效率越高,这是一个很简单浅显的道理。


    华硕HD6790搭配的DirectCU散热器底部

      对于DirectCU来说,平整度(物理表面不会绝对平整,所不平与绝对水平之间所差数据,就是平整度)体现在底部接触GPU的热管打磨工艺上,其平整度控制在0.05mm以下,考虑到一根头发有0.1mm粗,我觉得这样的平整度虽然算不上绝伦,但对于显卡散热器来说已经是足够了。

      由于缺乏专业的仪器来验证,以上数据由华硕提供,从我们肉眼目测来看,DirectCU散热器的底座还是相当的平。

    关键词:穿Fin

      DirectCU中的热管与鳍片间使用的是穿Fin技术,实际上我们不止一次说过,只要穿Fin技术过关,完全可以达到甚至超过焊接水平。

      在理想状态下,完美的穿Fin技术可以让热管与鳍片达到无缝接触,铝片与铜管间不存在介质热阻,而焊接工艺还存在锡膏这道热阻,锡的导热系数为67W/mk,远远低于铝(237W/mk),更别说热管的铜管了(401W/mk)。


    DirectCU采用穿Fin技术

      焊接在制造中需要预留0.1-0.2mm的间隙,插入热管后,再利用回流焊等手段来填补这空隙,其制造过程稳定容易,物料成本高。而穿Fin时热管的外径要比鳍片的孔径大1.5mm左右,使用精密的仪器,用110吨的力道瞬间整齐的塞入,物料成本虽低,但对工艺要求更高。

      很多人肯定会说,穿Fin的鳍片长时间使用后可能会松动,很多散热器确实如此,但是这完全取决于品质把控,穿Fin也有像AVC拿破仑这样做工经典的产品。对于华硕DirectCU来说,鳍片都需要经过20kg的拉拔力测试才能出货,所以说物料成本虽低,但DirectCU的整体成本并不低。


    ◆ 破坏性测试:吃豆豆

      纵然讲的天花乱坠,也要是骡是马拉出来溜溜才能让人信服。关于热管硬度的测试,找不到什么很好很有效的方法,只好走走偏门。


    零食青豆

      上面这个绿绿的是一种叫青豆的零食,比较脆,今天是要请热管来吃豆豆,看它的牙够不够硬。以下测试请勿模仿,损坏了你的热管我可不负责。


    某品牌热管直触式散热器


    DirectCU散热器(华硕HD6790配备的散热器)

      测试方法很简单,用上面两个散热器将青豆用力压碎,为了好识别清楚,用黑色圆圈的位置去压,在压之前,这两个圆圈内的热管还是很平整的。


    某品牌散热器先上阵,好像有点杯具


    DirectCU上阵


    某品牌的热管直触散热器果然杯具,硬度不够出现明显凹痕


    DirectCU基本上看不出什么痕迹

      从吃豆豆来看,DirectCU热管的硬度比普通的热管直触式散热器明显要硬朗得多,加厚的管壁和选材看来起了作用。这种硬度也是有一定程度的,和那种铝底铜底相比自然还是有所不如。




    ◆ 散熱测试:与铜板的战斗

      老实说,要像跑分那样定量去测试DirecCU的优劣有些困难,这需要在实验室通过精密的仪器去作非常细致的研究。但我们仍然试图通过一些简陋的方法来表现出DirectCU与传统方式散热器的不同。


    热成像分析(左为DirectCU,右为传统包夹式)

      关于热管直触技术的好处在前面作了理论上的分析,理论上它传热更迅速,可以更快的将热量从热源转移到散热鳍片上去,从上面的热成像分析大致可以看出这中间的差别。

      通过华硕HD6790显卡,来作一些简单测试,这款显卡采用的是标准的DirectCU散热器,三根8mm热管,热管与底座过盈装配在一起,实现无间结合。

      测试用FurMark让显卡高负载运行,让显卡的发热达到极致,作为对比,我们专门定制了一块小铜版,1mm厚度,模拟传统的包夹式热管设计:


    用小铜板+DirectCU模拟传统的铜底热管包夹式散热器

      一起来看看这两种状况下GPU温度的变化,记录了软件开始运行后1分钟、3分钟和GPU温度稳定后的情况,这个测试是在半小时完成的,室温的影响几乎可以不考虑,均为封箱测试。


    1分钟后GPU温度对比

      在传热伊始,DirectCU的优势比较明显,起始温度只有38℃,而加了铜板后的起始温度则有42℃,热管直触的作用凸现,一分钟后,GPU温度分别为59℃和61℃,多了一层铜板,在传热速率上确实有所下降,或者说DierctCU的传热速率要快。


    3分钟后GPU温度对比

      3分钟后传热趋于平衡态,两者的差距也减小,只有1℃的差别,当然还是DirectCU强些。


    稳定后GPU温度对比

      经过12分钟的拷机,GPU温度已经非常稳定,DierctCU下的GPU温度为71℃,最高72℃,增加一个铜板后的GPU各要高出1℃,这应该是两者之间的真实差距。

      考虑到铜板是用的硅脂来作介质的,如果是直接焊接在底座上,效果可能会更好点,按测试的结果看,最多也就是和稳定后与DirectCU持平,而在传热开始阶段,DirectCU的作用明显要好。

    DirectCU,不一样的热管直触

      前面说过,热管直触技术的致命伤在于热管的硬度,当这个问题得到解决并辅助更好的制造工艺,热管直触技术又重新回到我们的视野。

      华硕DirectCU,相比传统的热管直触式散热器,采用了更厚(管壁增厚50%,大幅增加热管硬度)、更粗的热管(8mm,提供更好的散热能力和热管硬度)、更好材质的铜管,再加上优秀的制造工艺,华硕打造出品质出众的热管直触散热器,颠覆我们对热管直触技术的一些片面认识。

      从我们简单的测试来看,DirectCU热管确实够硬了,散热性能也有可取之处,完全具备与传统设计散热器一较高低的水准,甚至超出。那么热管直触技术会借华硕之力再创辉煌吗?

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    • 我匿名了  2011-11-21 14:48

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