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突破传统技术 桑迪亚散热器初探

2012-09-05张建武《微型计算机》2012年8月下

它隶属于能源部门;它研究出的东西多是些给人感觉高高在上的次世代产品;它为核武器开发外围技术,它就是桑迪亚国家实验室。若干光环让我们感觉它太遥远,而现在,它打算在公众面前也露露脸——一款号称突破传统技术,能改变当前技术格局的散热产品正在桑迪亚酝酿。

突破传统技术 桑迪亚散热器初探

这款从核武试验室走出的散热器究竟会是个什么样子?

它是否能像原子弹那样带来足够震撼的效果?

我们的日常生活能有机会接触到这样“尖端”的散热产品么?

让我们现在就来一窥究竟。

它叫The Sandia Cooler 

The Sandia Cooler(桑迪亚散热器),这是桑迪亚试验室对它们新散热产品的称呼。桑迪亚散热器并非是脱离当前散热体系自成一派的散热产品,从原理上讲,桑迪亚散热器依旧属于风冷散热系统。但有别于传统风冷产品,它并不是在散热片密度、散热片材质或者风扇规格等传统因素上的改进。而是彻底改变了当前依赖风扇加散热鳍片的传统热交换方式,试图解决热阻、死气和噪音等传统风冷散热难题。

三大问题一个对策

实验室的研究人员称,目前风冷散热器真正的热交换瓶颈不是热管或金属的热传递效率,而是附着在散热片上的一层静止不动的空气,桑迪亚国家实验室研发人员将这层空气称之为“死气”(dead air)边界层。在这个“死气”区域内,扩散是热传导主要机制,而用扩散方式在气体间散热是相当缓慢的。使用风扇进行主动散热,这个死气层也依然存在,而且厚度足以严重影响整个散热器的热交换效率。

从最早的铝挤压散热底座,到后来的热管、均热板等材料的引进,风冷散热虽在不断进步,但从未改变过基础散热结构—传统风冷产品无不由一个散热底座(散热鳍片)加风扇组成。都依靠底座吸热,再由风扇带动气流,加快底座(鳍片)与空气的热交换。

从最早的铝挤压散热底座,到后来的热管、均热板等材料的引进,风冷散热虽在不断进步,但从未改变过基础散热结构—传统风冷产品无不由一个散热底座(散热鳍片)加风扇组成。都依靠底座吸热,再由风扇带动气流,加快底座(鳍片)与空气的热交换。
从最早的铝挤压散热底座,到后来的热管、均热板等材料的引进,风冷散热虽在不断进步,但从未改变过基础散热结构—传统风冷产品无不由一个散热底座(散热鳍片)加风扇组成。都依靠底座吸热,再由风扇带动气流,加快底座(鳍片)与空气的热交换。

另一个长期存在的问题是,随着时间推移,传统风冷散热产品底座(鳍片)内不可避免地“藏污纳垢”。空气中的颗粒物和其他污染物会逐渐堆积在散热器表面和散热器鳍片中间。导致降低风扇产生的风压,减缓散热器和空气的热交换。同时也变相减少了散热鳍片面积,增高了热阻值,使发热源的热量更容易堆积,出现散热阻塞。

传统风冷散热器第三个问题则是气流量和噪音的矛盾。风扇产生的气流量和工作噪音成正比,热交换的气流量越大,工作噪音越大,我们也称风扇或者散热系统散热的机械效率越低。小型和中型散热风扇机械效率相对都较差,高噪音成为这些散热器满足系统散热需求的非生产性开支。若降低风扇转速降低噪音,那又将对散热性能产生明显副作用。

桑迪亚散热器上,你已经看不到风扇的影子,它不是当前所谓的Fanless产品这么简单,而是采用了鳍片自转技术。
桑迪亚散热器上,你已经看不到风扇的影子,它不是当前所谓的Fanless产品这么简单,而是采用了鳍片自转技术。

桑迪亚散热架构,则通过一种被称之为“空气轴承式热交换”的技术,巧妙地消除了传统风冷散热系统以上的3个缺点。该技术能让桑迪亚散热器的边界层(死气)厚度数倍减少,对散热器污垢添加内在免疫力,并且大幅减少噪音。从外形和结构上来看,传统风冷散热系统当中,吸热装置如铜片、热管往往是放置在散热器底部和发热表面接触,同时顶部还有片状散热鳍片增加和空气的热交换面积,提升散热效果。最后依靠主动风扇,提升空气热交换速度,将热量从鳍片上带走。而根据研究人员拿出的桑迪亚散热器原型来看,桑迪亚散热器则由底座、旋转马达和旋转散热鳍片组成,没有了传统的风扇部分。

桑迪亚散热器底座内建一个高效率的无刷电机,用来旋转散热器叶轮结构,转速可以达到数千转每分钟。散热器叶轮结构底部为一个平面,可以很好地嵌入到固定不动的底座当中。在桑迪亚散热器工作状态下,空气被吸入散热器圆形中间没有鳍片的部分,然后以圆点为中心,空气呈放射性散开,被离心力抽离到密集的散热鳍片当中,然后带着热量离开散热器。

同样没有风扇,但很明显,桑迪亚散热系统有别于传统Fanless概念,区别的关键就是这个可以旋转的结构。这个旋转结构,将传统散热片功能和离心叶轮功能结合起来。在工作状态下,旋转结构高速逆时针旋转,产生强大的离心力。借助流线型设计,散热鳍片在离心力的帮助下,能将包裹在散热片周围的死气层撕裂、压缩。虽不能完全消除,但能将死气层厚度控制到当前散热产品1/10,甚至更薄的程度。这能将散热鳍片和空气的热交换效率提升到当前技术难以到达的高度,以更少的热交换面积达成理想的散热效果。

此外,由于散热片高速旋转,完全消除了散热片之间“藏污纳垢”的问题。这有点类似我们在传统风冷散热器上看到的情况,相同操作环境当中,散热底座或散热鳍片已经被灰尘覆盖,但是风扇扇叶却没有多少灰尘,因为风扇在高速旋转。而鳍片自身能高速旋转,则能像扇叶一样有效避免污垢的沉积。

至于噪音问题,因为新结构不存在风扇单元,规避了传统散热系统高速风扇的切风噪音和风压啸叫等噪音问题。由电机提供的旋转动力,直接让散热片和周围空气产生相对运动,这种高效的“直接驱动“方案,只会产生电机的转动噪音(无刷电机的噪音相当低,对人耳来说基本忽略不计)。相比传统结构,迪亚散热器的工作噪音源明显较少。这让它的整体工作噪音相对传统结构大幅降低。

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用户评论

共有评论(5)

  • 2012.09.06 13:37
    5楼

    就一问题,制造工艺带来的成本问题。0.02mm的间隙。。。。再我的风道怎么排 这个玩意四处排风的。

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  • 2012.09.05 16:27
    4楼

    我先看价格是不是可以承受再考虑别的

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  • 2012.09.05 16:27
    3楼

    我先看价格是不是可以承受再考虑别的

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  • 2012.09.05 15:20
    2楼

    采用硬盘的悬浮技术,那是不是对震动很敏感呢?机箱晃动会不会导致散热片因摩擦而停转呢?

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  • 2012.09.05 15:04
    1楼

    这么好的技术,散热器领域的革命啊,期待实装……

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