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改造散热器 论证散热对显卡性能的影响

http://www.sina.com.cn 2007年12月05日 11:21  太平洋电脑网
作者:Neoy整理

  各位是否相信?VGA产品的散热技术、散热管理等的设计,其重要性正与日剧增中,有愈来愈多的显示卡在设计时必须要考虑到热的问题,但同样的应用设计在过去却没有问题,或是使用简单的追加设计就能解决,如今却无法用相同的作法来打发。

  另外,从今而后的散热设计也愈来愈艰困,过去的散热设计主要在于保护性,保护产品在运作时不致发生过热,或在过热之前加以因应,而今这只是散热设计的最初步,现在则有更多的取向、因素必须去满足。

  今日我们要讨论显示卡散热设计:

  显示卡散热模组的设计必须顾及系统的使用环境、使用条件、系统所允许的操作温度(operation temperature)、亮丽的外观等,故显示卡散热模组的设计工作是需要产品设计师(designer)、热传分析师(thermal engineer)及可靠度工程师(CR engineer)等工作人员密切配合来完成的,含括产品设计、流场分析以及系统可靠度测试等诸多学问。例如一片新的显示卡散热器的开发,首先由可靠度工程师订定使用环境的需求条件,产品设计师考虑环境限制来设计产品,热传分析师进行产品的散热分析,最后再回到可靠度工程师来进行验证的工作,以确保显示卡的散热设计符合需求。

改造散热器论证散热对显卡性能的影响

  只有外观与性能并重的散热器才能征服玩家的心.显示卡散热模组设计,所面临的问题我们大约可以区分如下:

  空间的限制:显示卡散热模组的空间被限制在2 Slot以内。

改造散热器论证散热对显卡性能的影响

  显卡散热器的高度最多只能占用两个主板插槽的空间热密度问题:制程再更缩密后,裸晶的发热位置将更缩小、集中,如此芯片封装的散热技术就更重要。

改造散热器论证散热对显卡性能的影响
Geforce3 Geforce7800 G92

  芯片的面积越来越小,导致散热器与核心的界面热阻抗越来越高,以前的散热设计很难迅速将热量从核心带走

  成本问题:显卡更新换代很快,各品牌显卡间的价格战愈演愈烈,在保证显卡散热OK的情况下合理控制成本,才能为玩家们提供最具性价比的显卡,这也是我们不得不认真考虑的问题。现在我们以近期最热门的G92(8800GT)的散热设计来谈一下我们如何完成一款新的显卡的散热设计:

  在设计的初期,我们手上会有一些官方提供的G92的资料,从而得知其TDP以及版型和元件位置的相关资料。我们会同时设计好几款散热器,以满足业务的不同需求,同时在其中一个设计不能满足要求时可以尽快拿出备用方案。设计方案完成后,我们会使用一些模拟软件进行模拟分析,以评估此设计是否可以满足散热需求。

  在nVidia完成G92的公版的时候,我们很快就拿到几片公版,并进行测试。为了保证产品的高可靠度,我们的测试要求是在温度53℃,湿度45%的环境中进行烧机,GPU芯片不能高于100℃,非常严苛。G92在使用公版散热器时开始测试不久,温度就升到了100℃,然后GPU进行自动降频,pixel shader的帧数也由开始的六七百fps降到三四百fps。在更新BIOS之后,G92在温度升到100℃时不再降频,但是GPU的温度却一直升到109℃。

改造散热器论证散热对显卡性能的影响
G92公版散热器温度测试曲线图。

  由此可见,该公版散热器并不能在我们的测试环境中将G92控制在合理的温度范围之内。

改造散热器论证散热对显卡性能的影响
公版散热器(含3根热管)

改造散热器论证散热对显卡性能的影响
自设计铝挤散热器

  接着测试我们自己设计的散热器,首先是一款铝挤太阳花散热器。也许有人会想,这种铝挤散热器怎幺比得上公版的热管散热器?没关系,我们测测再说。经测试,在同样的环境下,这款铝挤散热器可以将G92的核心温度压制到95℃,比公版热管散热器要低了十多度,且噪音还更低。

改造散热器论证散热对显卡性能的影响
自设计铝挤散热器温度测试曲线图

  为什么这款看似普通的铝挤散热器的性能要强过公版的热管散热器?奥妙就在于设计。首先,我们使用了一种性能很好的ThermalPad,同德的RD在多种高端PAD中进行严格的测试和筛选,最终才选定了这种PAD,它可以比其他一般的PAD更快的将热量从GPU芯片上传导到散热器上,从而降低了散热模组的整体阻抗;接着,我们看看这颗铝挤,它是最常见的太阳花造型,太阳花的好处在于,中心的柱体可以将热量迅速的传导到鳍片,而柱体周围的鳍片又可以提供较大的散热面积,这颗太阳花体积较大,可以容纳和散掉更多的热量,鳍片的厚度、长度、间距,中心柱体的大小,甚至包括风扇槽的深度,风扇的选择,都经过细心的考虑,并分不同种情况制作了样品进行对比测试,最后才确定了这颗太阳花的所有重要尺寸,将铝挤太阳花的性能发挥到了极限。

  由此看来,散热器的设计是很重要的,具有优秀设计的铝挤散热器可以强过一般的热管散热器,那幺有没有设计优秀的热管散热器呢?

改造散热器论证散热对显卡性能的影响

  上图这颗散热器的底座采用CNC精密加工,可以与GPU接触的更完美,GPU发出的热量传到铜底上,很快又会被两只热管带走,并传至上方的散热片,而这颗散热器的最新颖之处就在于风扇的使用,它使用的是一颗8015的直吹风扇,这种风扇风量很大,它通过吸风的方式给上方的散热片散热,在保证散热效果的同时降低了噪音(注:噪音向来是吹风方式散热的主要副作用之一)。吸入的风再吹向PCB板,又对板上的其他元件进行了散热,达到了一个“整体散热”的目的。在我们的严苛测试中,这颗散热器可以把G92的温度压制到91℃,在玩家们的实际使用中,它的温度还会低很多,有了它,G92可是凉到心里去了:->
玩家朋友们,现在应该对散热器有更深的了解了吧,其实散热器的学问还远不止这些,很多东西因为技术机密的原因,不便在这里向大家讲述,但是请相信,我们会尽最大的努力,设计出最优良的散热器,让大家在畅玩游戏的时候还能让显卡有颗清凉的“芯”。

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