「散熱效率提升1700%,CPU溫度降低15℃」,當第一次聽到這組測試數據時,同事以為耳朵出現了問題。
沒錯,這便是液態金屬散熱,在遊戲筆記本行業初露鋒芒的它似乎一上來便欲將「老前輩」矽脂狠狠地拍在「沙灘」上。
液態金屬散熱,簡稱液金散熱,2019年初在遊戲本市場初登場,應用於高端遊戲本散熱體系中,目前已應用品牌主要包含華碩、惠普和機械師等PC品牌廠商,是一項存在已久的「新」技術。
採用液態金屬散熱的遊戲本雙烤機散熱實測PingWest品玩了解到,液態金屬散熱晶片散熱方法最早由中國科學院理化技術研究所於2002年提出專利申請,隨後不久,美國Nanocooler公司也向美國專利局提交了類似的專利申請。
在2005年E3遊戲展和臺北國際電腦展上,著名顯卡製造商藍寶石(Sapphire Technology)率先展示了旗下液態金屬散熱顯卡,而這項在當下看起來仍然十分前衛的散熱技術便來自於Nanocooler公司。
測試數據顯示,液態金屬散熱系統令彼時的最強顯卡RADEON X850XT PE工作溫度冷卻至12℃,同時其導熱效率也要比當時的水冷散熱快65倍或以上。
機械師戰空F117 Plus拆機圖隨後的日子裡,液態金屬散熱便成為了DIY大神秀功力、DIY愛好者「找刺激」的絕佳途徑。對於DIY大神而言,i7開蓋矽脂換液金似乎成為了家常便飯。
然而,液態金屬散熱卻始終沒有成為DIY臺式機和遊戲筆記本領域的主流應用,究其原因主要包含兩方面,一方面是高昂的成本,PingWest品玩打開電商平臺搜索後發現,德國知名廠商Kryonaut暴力熊液態金屬最便宜也要60元/g,而相比之下矽脂則僅需18元/g。
暴力熊矽脂18元/g
暴力熊液態金屬59.6元/g另一方面,則是其商用上的技術性難題,而這才是關鍵。
「難點主要在於液態金屬流動性及強腐蝕性的特點,這對於工廠組裝、售後維修都有很高的要求」,國產遊戲PC製造商機械師產品總經理李安東在接受PingWest品玩專訪時表示。
機械師產品總經理李安東而另一位在PC行業摸爬滾打十餘年的從業者則表示,「液態金屬會腐蝕CPU頂蓋和散熱器底部,稍有不慎發生洩露便會毀了主板、CPU、或顯卡。」
目前,液態金屬導熱劑主要分為鎵基合金與鉍基合金兩種,前者一般為常溫液態,後者一般為常溫固態,而機械師等PC廠商應用於散熱的主要為常溫液態的鎵基合金,這便導致液金散熱在實際應用中難度極大。
「事實上,液金散熱在遊戲筆記本中應用的原理與普通矽脂散熱是一樣的,即填補主板晶片(GPU/CPU等)跟散熱模組中間的縫隙,起到導熱功能」,李安東向PingWest品玩解釋道。
「然而,由於液態金屬腐蝕性比較強,我們在散熱模組銅質上有做一些特殊處理(塗上一層化鎳,確保防腐效果)」,李安東隨即補充道。
塗抹液態金屬「另外,不同於普通矽脂,液態金屬是具有流動性的,我們在晶片以及銅塊四周增加了一圈保護牆,以防止金屬洩露。我們在方案設計之初便做了非常充分的驗證,採用的防護設計是全方位的,無論運輸還是翻轉都可避免液金外漏,確保安全可靠。」
簡單來說,機械師將液金進行了嚴密的密封,令其不會因為意外而溢出,以保護主板、CPU、和顯卡等重要元器件,而網上諸多DIY玩家加裝液態金屬散熱後致使主板顯卡損壞便是由於密封不嚴而引發液金洩露。
據了解,這是由於液態金屬的主要材料鎵基合金會與鋁製品產生互溶現象,其產生的新合金熔點降低,引發鋁脆現象,這便限制了其在很多設備上的應用。目前,鋁製散熱是無法作為液態金屬散熱器(主機)的,而純銅或鍍鎳銅底是可以的,但是為確保安全長久,仍需做好防護。
鋁脆現象(圖片來自網際網路)因此,筆吧創始人豬王則指出,「對於普通用戶,我是不建議自己去上液金的,液金很危險,很容易把電腦弄壞,但是如果出廠上液金便會很安全。」
「同時,如果你的電腦很高級,本身便是液金散熱,請千萬不要自己拆散熱,沒有『換矽脂』這一說法。」
一位DIY愛好者則在貼吧上吐槽,「液金降溫確實明顯(接近20度),某些遊戲可以開高效不降頻。問題是一搬動,洩漏出來,毀了我的顯卡,過保維修,2000塊,還要等好久。」
為了讓液金散熱體系更加安全可靠,一些PC品牌廠商推出了自己封裝方式。日前,知名PC廠商華碩便對外公布了其半自動化的液金塗抹流程,主要包含兩步。
第一步是利用機械手臂控制矽膠刷子反覆刷17次,塗抹材料包含液金和基層材料。據悉,17次是華碩多次試驗後得到的理想值。
第一步(圖片來自網際網路)第二步則是由機械手臂控制不鏽鋼注射器向兩個固定點注入更多液金,注入劑量會被精確控制。據了解,第一步初始塗層產生的表面張力會有利於第二部順利完成。
同樣為了避免洩露,華碩還在周圍區域加設了僅有0.1毫米厚度的定製隔板。目前,該液金塗抹和防護技術僅適用於英特爾第十代酷睿移動處理器。
第二步(圖片來自網際網路)眾所周知,導熱性能的好壞是由導熱材料本身的固定參數——導熱係數決定的。
對此,李安東表示,「機械師選用的是暴力熊液金,其導熱率(導熱係數)高達73w/(m·K),是傳統矽脂導熱率4w/(m·K)的18倍以上,導熱效率提升約為1700%。」
「在實測過程中,我們將CPU功耗設定為70W,使用傳統矽脂CPU的溫度為91℃,而使用液金散熱CPU溫度則降至83℃,散熱效能更好,溫度降低10°左右,約10%,可實現更強勁的熱量運輸能力。」
採用液金散熱的機械師戰空F117 Plus同時,華碩近期公布的官方測試數據也顯示,液金散熱會令不同的CPU溫度降低10~20℃。
目前,搭載液態金屬散熱的遊戲筆記本價格主要集中在2萬元以上,其中惠普幻影精靈X(i7-9750H+RTX2080 8G獨顯+144Hz屏幕)版本價格為23999元,而較為便宜的機械師戰空F117 Plus也要13799元起。因此,目前液金散熱體系僅應用於高端遊戲本。
採用液態金屬散熱的惠普幻影精靈X儘管目前遊戲筆記本價格萬元以上已經成為一種常態,CPU、顯卡、高速固態硬碟、以及高刷新率屏幕的是其漲價主要原因,但是液態金屬散熱也的確在一定程度上增加了其成本,要知道1g液態金屬就要六七十元。
「成本增加是一定的,但絕對物有所值,相應帶來散熱效率提升、以及性能持續穩定高效輸出的效果是非常值得肯定的」,李安東解釋道。
暴力熊液態金屬至於液金散熱是否會成為未來高端遊戲本的主流配置,李安東表示,「我認為秉持為用戶提供更優質產品體驗的品牌,在接下來的高端遊戲本系列上,大多數會去嘗試液金散熱這樣的方案,畢竟經過驗證效果還是很不錯的。如果整個行業發生了這樣的改變,我相信方案成本也會進一步優化,最終受益的是我們的玩家用戶。」
「隨著遊戲筆記本性能的快速增長,遊戲本廠商需要更高效的散熱方案技術,才能將遊戲筆記本性能充分釋放。與此同時,玩家用戶對於性能+便攜產品的需求也越來越強烈,這便激勵著PC品牌廠商的不斷創新和技術探索(比如液金散熱),以為用戶提供更優質的產品體驗」,李安東總結道。
參考文獻:
1、遲來的巨人,液態金屬如何改變散熱行業:http://vga.zol.com.cn/672/6728223_all.html
2、中科院理化研究領跑液態金屬晶片散熱研究:http://www.elecfans.com/emb/app/200603131048.html
3、拯救手殘黨,華碩發明電腦CPU液態金屬散熱專利工藝:https://new.qq.com/omn/20200409/20200409A0F0UO00