夏天玩游戏死机咋办?从散热原理了解如何选购显卡 _ 游民星空 GamerSky.com
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大脑是人体最重要的器官,对环境温度有着非常敏感的要求,当人体温度高出正常水平,比如发高烧,就可能会把大脑"烧坏",所以民间有着"烧傻"的说法。

同样对于显卡而言,GPU核心就相当于"大脑",如果温度过高,GPU也可能会"烧坏",不过NVIDIA和AMD为了避免这种不可逆的硬件损毁,都对GPU核心设置了安全阈值:当GPU核心温度超过一定范围之后,GPU核心会通过降低工作频率来减少发热,以确保硬件安全。但GPU核心频率降低的后果就是显卡性能下降,这也是为什么很多长时间高负荷工作的显卡性能表现低于正常水平的原因,所以对于显卡产品而言,散热至关重要,散热系统的优劣会直接影响显卡的性能表现。
当GPU核心温度超过阈值后,核心频率就会开始下降,显卡性能也随之减弱
除了个别显卡产品采用水冷散热系统之外,主流显卡都采用了风冷散热模式。相比水冷散热,风冷除了价格便宜之外,还有便于安装的优点,这两点也是为什么水冷散热显卡一直无法成为主流的主要原因。
水冷显卡
抛开水冷散热系统,我们只看主流风冷散热。决定风冷散热效能最直接的因素就是散热风力的大小:风力越大,单位时间内可以带走的热量越多。而增大风力的最直接方法就是增加风扇转速,风扇转速越快,风力越大。看似问题已经解决,但随着风扇转速的增加,噪音越随着越来越大,试想一下:身边放一台开启的吹风机,你还有兴趣玩游戏吗?答案是否定的,所以增加风扇转速是一条不可行的路。
没人会喜欢在吹风机旁玩游戏
不能增加风扇转速又想获得更强的风力,还有其它方法吗?有,而且不止一种!
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- 第1页:散热影响显卡性能
- 第2页:散热风扇数量
- 第3页:散热风扇直径
- 第4页:热管和鳍片
- 第5页:工业设计
- 第6页:公版涡轮散热
散热风扇数量
比如增加风扇数量!一个风扇不够就用两个,两个不够就用三个!例如技嘉的GTX 1070Ti GAMING就是这么一款采用三风扇散热的显卡。
技嘉GTX 1070Ti GAMING
技嘉GTX 1070Ti GAMING显卡采用的技嘉自主设计的风之力3X散热系统,3X顾名思义就是指三个散热风扇:三枚8cm直径风扇,可以提供更多的风量,扇叶上凸出鳍片能够加强风力,相比传统风扇提供更强的风力。更多+更强,毫无疑问就在较低的风扇转速下,为显卡提供了更为强劲的散热风力。
风之力3X散热系统
除了风扇之外,技嘉GTX 1070Ti GAMING显卡还将散热鳍片设计成了三段式,分别针对供电、显存和GPU核心三大高发热区域进行点对点的零距离热传递,并利用两根热管将热量均匀的传递到散热鳍片的各个部位,以实现显卡整体的优秀散热效能。
三段式散热鳍片设计
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散热风扇直径
除了增加风扇数量之外,还有一种增强风力的方法,那就是加大风扇直径。如果说多风扇是以量取胜,那大直径风扇就是以质取胜。而且随着风扇数量的增加,显卡也会变得越长:单风扇直径为8cm,三个就是24cm,再加上风扇间隙等空间,显卡长度就直奔30cm而去,这就要求玩家的机箱有足够的深度可以容纳显卡。考虑到机箱的兼容性,所以更多显卡选择了配置大直径散热风扇,比如影驰的GTX 1070Ti大将。
影驰GTX 1070Ti大将
影驰GTX 1070Ti大将采用的是影驰自主研发的天鹰座MAX+散热系统,拥有两个直径为10cm的超大风扇。我们来做一道简单的数学题:两个10cm直径的风扇面积为50π,三个8cm直径风扇的面积为48π,假设风扇轴承面积均为a,风扇单位面积有效风力相同,那么双10cm直径风扇可以提供的有效风力的风扇面积为50π-2a,而三8cm直径风扇为48π-3a。显然两个10cm直径的风扇可以比三个8cm直径风扇提供更强劲的散热风力。
10cm直径散热风扇
然而决定散热效能的不仅仅是散热风扇的风力大小,还有显卡的有效散热面积,也就是散热鳍片的面积大小。和技嘉GTX 1070Ti GAMING显卡三段式鳍片设计不同,影驰GTX 1070Ti大将则采用了一整块全覆盖PCB的散热鳍片,并利用四根纯铜镀镍热管将GPU核心产生的热量均匀的传递到散热鳍片的各个区域,这样才能发挥出双10cm直径散热风扇的大风力优势。
散热鳍片面积足够大才能体现出出双10cm直径风扇的性能优势
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热管和鳍片
在介绍技嘉GTX 1070Ti GAMING和影驰GTX 1070Ti大将显卡的散热系统时,除了风扇还提到了散热鳍片和热管,它们在整个散热系统中同样起着决定性的重要作用。
热管和鳍片也决定散热效能
散热鳍片面积大小决定了显卡整个散热系统的有效散热面积,如果散热鳍片面积足够大,甚至可以不用散热风扇的辅助仅靠被动散热,也能让功耗仅为180W的GTX 1070Ti显卡在中、低负荷状态下稳定运行。当然这前提是GPU核心产生的热量能均匀的传递到散热鳍片各个部位,这就需要导热管的辅助。
微星GTX 1070Ti GAMING显卡拥有非常强大的被动散热效果
打个比较形象的比方,导热管就像人体的血管一样,只不过它传送的不是营养,而是显卡发热部件产生的热量。常见的导热管有烧结热管和沟槽式热管,其中以烧结热管导热效率更佳。导热管内的液体吸收热量气化,再在远离热源的热管部位冷凝为液体,被管壁毛细作用回到热源区域,反复循环以实现热传递的目的,所以热管的数量和直径就直接决定了显卡的导热效率,简单说就是热管越多、直径越大,显卡的导热效率越高。
导热管工作原理示意图
微星GTX 1070Ti GAMING红龙显卡毫无疑问就是充分散热鳍片和导热管的典范。微星GTX 1070Ti GAMING红龙显卡除了配置了2个10cm直径刀锋4风扇之外,还配置了非常紧密的散热鳍片和5根烧结热管:紧密的鳍片提供了更大的散热面积,1根8mm+4根6mm直径烧结热管能迅速将GPU核心产生的热量均匀传递到散热鳍片的各个区域,为显卡提供了强大的被动散热能力,这也为微星显卡可以实现低负载风扇零转提供了硬件基础。
微星GTX 1070Ti GAMING
除了这些传统散热系统配置之外,微星GTX 1070Ti GAMING红龙显卡在供电和显存模块区域还额外添加了散热装甲和鳍片,进一步增强供电和显存模块的散热能力。
额外的散热装甲和鳍片
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工业设计
虽然导热管的数量越多直径越大导热效率越高,但如何将GPU核心产生的热量有效的传递到每根热管上就成了必须研究的课题:GPU芯片的面积决定了最多可以直接接触到3根导热管,再多数量的导热管就无法直接从GPU芯片上吸收热量。为了能够充分发挥多根导热管的优势,导热底座就必不可少:导热管紧密的镶嵌在导热底座中,再由底座与GPU芯片直接接触将热量均匀的传递到每根热管上,以实现最佳导热效果。如影驰GTX 1070Ti大将、微星GTX 1070Ti GAMING红龙,都是采用了导热底座+多热管的方式,索泰GTX 1070Ti至尊PLUS同样才是采用了纯铜散热底座+5热管的导热结构。
盲目追求热管数量并不能提高导热效能
多热管需要和散热底座搭配只用才能达到最佳散热效果
不过索泰GTX 1070Ti至尊PLUS并没有把自己局限在已有的散热设计思路里,而是脑洞大开的进行了一系列奇妙设计:采用两种形状不同的风扇正反旋转搭配,不仅增强了风力,还有效降低了风阻,让风扇在高速转动下噪音更低;另外还在PCB背面额外增加了一个小的散热风扇,单独为PCB背面进行散热。
索泰GTX 1070Ti至尊PLUS
正反风扇设计,既增强了风力也减少了噪音
关于显卡的PCB金属背板,虽然在早期的宣传上,很多品牌都宣传金属背板除了可以保护PCB之外还可以提升显卡PCB散热效能,但事实上,金属背板并不能提升PCB的散热效能,甚至还会妨碍空气流动,影响PCB散热。而索泰的第4个散热风扇就很好的解决了这个问题。
PCB背板后面可以按照第4个散热风扇,理论上可以安装第5个
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公版涡轮散热
如果只单看显卡的散热设计,无论是增加风扇数量还是加大风扇直径,都是非常不错的设计思路,但放在电脑机箱这个相对封闭的环境中,效果就未必能令人满意。
在封闭的机箱内部,显卡散热系统未必能达到最佳效果
一套电脑主要有三大发热源:CPU、显卡和电源,其中电源拥有相对独立的散热空间,而CPU和显卡则共用机箱内部的主要空间和空气,换句话来讲,主流风冷显卡产生的热空气会有相当一部分被CPU的风冷散热器二次使用,甚至会出现循环利用的最坏状况,这对电脑的整体性能表现并不是一件好事。
公版涡轮散热系统工作原理
在这方面,小编就更加推崇NVIDIA和AMD的公版涡轮散热设计。公版涡轮散热系统在吸入空气之后,利用相对密封的导风罩所形成的单方向风道,将散热鳍片上的热量直接排出电脑机箱外部,减少杜绝了显卡产生的热空气对CPU散热的二次影响,玩家也就不用过多的去思考构建机箱内部风道问题。
公版涡轮散热系统会有较大的噪音
不过因为吸管吹气原理,公版显卡内部的气压略大于外部气压,空气在导风罩内部会与散热鳍片互相碰撞而产生较大的噪音,这不得不说是一个遗憾。
NVIDIA公版显卡
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AMD公版显卡
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结语:随着挖矿热潮的褪去,显卡市场价格逐渐恢复正常态,而且NVIDIA也即将发布新一代的GTX 11系显卡,想必大家在了解了不同显卡的散热系统差异之后,能够更清晰的明白自己应该如何挑选和购买显卡了吧。
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