同德专家：散热对于显卡性能上的影响

    作者介绍:

Palit机构研发部主管 许仁俊 先生

    台湾省云林县人，于风扇散热领域超过十五年经验, 并成功开发出超过二十几项风扇机构专利。

经历:
    1.现任: Palit 机构研发部主管
    2.鼎沛电子股份有限公司研发处经理
    3.奇鋐电子股份有限公司NB事业处研发经理
    4.隆腾电子散热事业处协理
专利名称:
    1. Chipset保护结构
    2. 散热器固定结构
    3. 散热鳍片固定结构

散热对于显卡性能上的影响

    VGA产品的散热技术、散热管理等的设计，其重要性正与日俱增。有越来越多的显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越来越艰困，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。

今日我们要讨论显卡散热设计：

    1.显卡散热模块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，故显卡散热模块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。

   
只有外观与性能并重的散热器才能征服玩家的心

    例如一片新的显卡散热器的开发，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，以确保显卡的散热设计符合需求。

    2.显卡散热模块设计，所面临的问题我们大约可以区分如下：

    A.空间的限制：显示卡散热模块的空间被限制在2 Slot以内。 

显卡散热器的高度最多只能占用两个主板插槽的空间

    B.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。

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。

    C. 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的数据，从而得知其TDP以及版型和组件位置的相关数据。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%的环境中进行烤机，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℃。

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。

公版散热器（含3根热管）                

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，这种铝挤散热器怎么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。

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，它可以比其它一般的PAD更快的将热量从GPU芯片上传导到散热器上，从而降低了散热模块的整体阻抗。

    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，那么有没有设计优秀的热管散热器呢？

    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，又对板上的其它组件进行了散热，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”。<