关于显卡的散热问题

关于显卡的散热问题

10-19 19:35:57  浏览次数:516次  栏目:电脑显卡
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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中关村在线显卡


  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:中关村在线显卡
  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


自设计铝挤散热器中



  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

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  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。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”。

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