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摘要:随着芯片制造技术的进步和人们对计算机性能要求的不断提升,CPU也在朝着集成化、小型化的方向发展。CPU作为计算机运行的核心,承担着非常重要的计算和数据处理的任务,在CPU在运行过程会产生较大的能耗和热量,热量的积存会导致其性能的下降,严重时会直接造成计算机的宕机、重启等问题,严重影响用户使用体验,对CPU进行散热是非常有必要的。本文以计算机CPU散热为切入点,首先阐述了CPU散热的重要性,而后就常用的散热技术进行了深入分析,旨在为计算机领域相关研究人员提供一定的启发作用。
关键词:计算机;CPU;散热技术;重要性
近些年来,科技的不断进步,有力的推动了我国电子产品市场的发展,电子计算机的普及程度也越来越高,已经成为人们生活、工作中不可缺少的重要工具。在此期间,芯片设计与制造技术的不断成熟,使得计算机CPU性能和集成度也不断提高,虽然极大的满足了人们对计算机性能的要求,但同时计算机运行过程中的功耗和发热量也不断增加,CPU散热问题也成为人们关注的重要问题。因此,出于提高计算机CPU工作效率及用户使用体验方面的考虑,依然有必要就CPU散热的重要性与常用技术进行分析。
1.CPU在计算机中的作用及发热原理分析
CPU又被称之为中央处理器,在计算机中扮演非常重要的角色,是整个计算机运行的核心所在。CPU由运算器、控制器、寄存器、算术逻辑单元等几部分组成,其主要功能在于处理计算机中的数据,进行时间控制,解释并执行程序指令等。CPU在计算机中有着决定性的地位,其重要性等同于人类的大脑,一旦CPU运行出现问题,那么整个计算机系统将无法运转,从而产生宕机等现象[1]。CPU运行过程中需要不断进行计算,这些计算过程涉及到电子活动,会进一步引起热量的产生,而CPU有其适宜的工作温度区间,过高的温度会导致CPU过热,直接影响CPU性能及稳定性,这就需要配备散热装置来有效的散发CPU所产生的热量。
2.计算机CPU散热的重要性
2.1保证CPU的正常运行
CPU属于计算机的核心组件,各种指令和任务都需要CPU来执行,若是CPU存在散热不良问题,会导致局部积热,轻则造成CPU降频运行,影响CPU性能,重则会导致计算机出现宕机、重启等问题,严重情况下,还会导致CPU核心烧毁,无法正常工作。因此CPU散热是保证CPU正常运行的关键所在。
2.2提升计算机性能
计算机性能很大程度上依赖于CPU的运算,而CPU的运算能力与温度密切相关。当CPU面临过高的温度环境时,会触发CPU的保护机制,促使CPU降频运行以降低热量的产生。特别是在散热方案效率不足的情况下,这种问题尤为明显。因此对计算机CPU进行散热,是提升计算机性能的根本需求。
2.3延长CPU寿命
众所周知,高温是导致电气元器件老化和损坏的主要原因之一,计算机CPU也不例外,若是CPU长时间在高温状态下运行,会加速其内部硅芯片的老化,使得CPU的寿命大大缩减。相反,通过良好的散热,可以有效维持CPU工作在适宜的温度区间,则能提高其使用寿命。因此对计算机CPU进行散热,是延长CPU寿命的基本需要。
3.计算机CPU散热的常用技术分析
3.1被动散热技术
被动式散热技术属于传统散热技术的一种,其主要是通过加装被动散热装置的方式,来增加CPU的散热表面积,从而将CPU所产生的热量通过散热装置,散发到空气中。被动散热最大的特点在于其不会使用风扇等主动冷却设备,而是通过与空气的直接接触,利用自然对流来进行散热。被动散热技术适用于低功耗、低热量的计算机设备,主要形式包括以下几个方面:
3.1.1散热片
散热片由金属制成,通常为导热性良好的铜或铝,其通过与CPU的直接接触,实现热量向散热片的转移,而后借助于散热片较大的表面积,将热量散发到空气中。
3.1.2散热管
散热管属于通道散热,利用其内部热传导原理实现散热效果。其也是由铜或铝制成,通过与CPU的直接接触,将CPU所产生的热量传导至散热管的另一端,再借助于风扇等主动散热装置,将CPU产生的热量转移走[2]。
3.1.3散热垫
散热垫是一种软性材料,常见形式为导热硅胶片,拥有不俗的导热系数,能够实现良好的热传递效果。常被用以配合主动散热,放置在散热器和CPU之间填充空隙,提高散热效果。
3.2风冷散热技术
风冷散热技术属于应用广泛且常见的一种散热技术,其通过风扇的转动来带动空气对流,提供散热效果,被广泛适用于台式计算机CPU散热处理中。其主要技术原理在于,通过导热装置将CPU所产生的热量传导至散热器的散热鳍片上,而后经由风扇转动,带动空气流动,将散热鳍片上的热量散发到空气中,实现散热效果。风冷散热器常见的形式有下压式散热和侧吹式散热等,其中下压式散热将CPU热量压向主板方向,通过机箱侧面散热孔将热量排出;侧吹式散热则通过单向侧吹的方式进行散热,将热量直接通过机箱后面散热孔吹出去,散热效果更好。实际应用中,风冷散热器为保证与CPU良好的热传导效果,通常还会在CPU和散热器之间涂抹硅脂,以填充空隙
[3]。
3.3水冷散热技术
水冷散热技术属于一种相对成熟的散热技术,其基本原理在于构建水循环系统,通过水泵来带动水循环,从而促使水在流动过程中,将CPU所产生的热量一起带走,起到散热的效果。相较于传统的风冷散热技术,水冷散热技术静音、高效,能够实现对CPU温度的有效控制,避免其超出正常的温度区间。水冷散热器包括水泵、水冷头、管道等几部分组成,散热过程中,水冷头与CPU直接接触进行热量的传导,冷却液则通过泵的驱动在管道中循环带走热量,实现散热效果。尽管水冷散热技术优势明显,散热效率和效果较好,但在实际应用中,由于水冷散热器体积的限制,使得其面临着安装不便的问题,同时还存在一定的漏水风险,容易导致计算机出现短路问题。
3.4热管散热技术
热管散热技术属于新型散热技术,其利用“热超导管”来传导CPU所产生的热量,实现散热效果。其中热管由导热系数较高的材料制作而成,一般为铜质材料,将其内部抽成真空后,注入特殊的工作流体[4]。工作时,热管一端与CPU直接接触,其内部物质会受热蒸发而向冷却端移动,通过散热器冷却后,其会重新冷却成为液态,再次回到CPU端,形成往复循环的热传导系统,不断将CPU热量传递至冷却端,实现散热效果。热管散热技术有着极为优秀的导热性能,适用性也比较强,能够持续对计算机CPU温度进行控制,应用价值非常高。
结束语:
计算机CPU散热问题一直都是计算机领域的核心话题。CPU作为计算机的核心部件,承担着非常重要的处理数据等方面的任务,在其运行过程中所产生的热量,必须要采取合理的散热技术进行散热,以避免影响计算机的性能和稳定性。被动散热、风冷散热、水冷散热、热管散热是计算机CPU的常用散热技术,应根据实际散热需要,选择合理的散热技术进行应用。
参考文献:
[1] 庞桂蓉. 计算机 CPU 芯片的散热技术分析[J]. 信息周刊,2019(39):0233.
[2] 欧阳寰. 高温对计算机CPU性能影响分析及散热技术[J]. 科技与创新,2018(15):80-81.
[3] 李俊. 计算机CPU散热的重要性与常用技术[J]. 电脑迷,2018(3):37.
[4]欧阳寰. 计算机CPU散热的重要性与常用技术分析[J]. 科技与创新,2018,(14):99-100.