高溫對計算機CPU性能影響分析及散熱技術

歐陽寰

（武漢理工大學藝術與設計學院，湖北 武漢 430070）

盡管CPU看上去只是一個小小的芯片，但是在計算機設備當中卻是最為重要的一種硬件設備，CPU芯片的使用性能直接關乎整個計算機設備的運行狀態(tài)，并控制著整個計算機的系統(tǒng)工作，其重要性可見一斑。在計算機的運行過程當中，CPU始終處于一種持續(xù)運轉(zhuǎn)工作的狀態(tài)，從而實現(xiàn)計算機用戶的網(wǎng)絡活動需求，無論是辦公、網(wǎng)頁瀏覽、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)查找分析及傳輸，還是進行網(wǎng)絡游戲及網(wǎng)絡社交等娛樂活動，都離不開計算機CPU的高速運轉(zhuǎn)支持，因此，其在不斷的運轉(zhuǎn)過程中必然會產(chǎn)生大量的熱量，并且隨著人們使用效率的提高，其熱量能耗也會越來越大，若不能及時采用有效的散熱技術加以處理，將會嚴重影響計算機的運行效率。

1 高溫對計算機CPU性能影響的相關原理

CPU作為計算機設備的運行“心臟”，其性能的好壞將對整個計算機系統(tǒng)的運行狀態(tài)造成直接的影響[1]。由于在計算機運行的過程當中，CPU在持續(xù)的高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)之下會產(chǎn)生大量的熱量能耗，因此極其容易導致溫度過高問題的產(chǎn)生，從而給CPU的使用性能及使用壽命帶來嚴重的不良影響。影響原理嚴格意義上來說其實就是一種電子學物理原理，通常情況下，CPU在高速的運轉(zhuǎn)當中，熱量的產(chǎn)生必然引起“熱電子”的遷移活動，“熱電子”又通過定向流動及遷移，來進一步對CPU芯片載體當中的金屬原子進行撞擊，從而導致CPU金屬原子的移動。由于CPU內(nèi)部運行電流的強度相對較高，因此，金屬原子一旦遭到碰撞便容易產(chǎn)生移動甚至脫離金屬表面，進而造成金屬表面出現(xiàn)坑洼的現(xiàn)象，長此以往，最終致使CPU硬件受損及毀壞，帶來不可挽回的“致命性”影響。

2 改善CPU高溫問題的要點

2.1 完善省電措施

如上所述，解決計算機CPU的散熱問題是保障計算機穩(wěn)定運行的重中之重，因此，要想更好地改善計算機CPU的高溫問題，就要加強對省電技術的改進及完善。計算機設備的運行往往與設備的用電能耗有著密切的關系。相關研究表明，高頻的電量消耗將會直接促使計算機CPU處理系統(tǒng)溫度的上升，從而引發(fā)相關的高溫現(xiàn)象，而省電技術的應用，則能夠有效地對其進行緩解，通過采取相關的省電措施，能夠減少計算機運行當中所產(chǎn)生的熱量，從而提高CPU的使用性能，尤其是在筆記本電腦當中，其效果更為明顯。

2.2 改善散熱系統(tǒng)

除了對省電技術加以利用之外，還可以通過改善計算機設備的散熱系統(tǒng)來緩解計算機CPU的高溫問題。因此，在對計算機CPU溫度進行控制及改善的過程當中，相關的技術人員要加強對計算機散熱系統(tǒng)的改進及優(yōu)化，并結(jié)合實際，不斷地研發(fā)及創(chuàng)新更加科學的散熱處理系統(tǒng)及散熱技術，從而提高計算機CPU運行效率，確保CPU的長期使用性能[2]。為此，以下接著對相關的計算機CPU散熱技術進行探討。

3 計算機CPU的散熱技術

從散熱方式上來看，CPU的散熱技術主要分為主動式和被動式兩種，主動式散熱主要是利用熱輻射將CPU在運行當中所產(chǎn)生的熱量傳出，而被動式的散熱方式則主要是利用散熱板、散熱孔以及計算機鍵盤等，促使CPU的運行熱量與外部氣流形成自然對流，從而將熱量排出。由于被動式的散熱方式需要利用相關的制冷機構(gòu)，實現(xiàn)對計算機CPU的降溫降熱，因此在實踐當中，該方式起到的散熱作用往往更大，且應用價值更高。當前，在我國計算機領域，絕大部分人員都是采用被動式散熱方式來實現(xiàn)對計算機CPU的降溫及散熱處理。

3.1 風冷散熱技術

通常情況下，風冷散熱技術主要被應用于臺式計算機設備的CPU散熱處理當中[3]。在實際的應用當中，它主要是通過利用大量的散熱片，來將計算機CPU運行當中所產(chǎn)生的熱量通過熱傳導的方式導出，并利用風扇的轉(zhuǎn)動，從而促使其熱量與空氣之間形成對流，加速計算機CPU運行所產(chǎn)生的熱量流動，進而使得散熱片上的熱量得以迅速散播出去，降低計算機CPU的整體運行溫度。由于其工作當中需要借助外部的空氣因素，因此，為了進一步提高熱傳導的熱量流動效率，一般都會通過使用散熱器裝置來進一步擴大計算機設備的散熱面積，從而提高熱量與外部空氣間的流通交換速度，保證計算機內(nèi)部的高溫熱量得以及時排出，而外部的低溫空氣得以順利地送入。

此種散熱技術是一種比較常見的散熱技術，在一定程度上能夠有效地改善計算機CPU運行當中所產(chǎn)生的高溫問題，但是，其仍然具有相應的局限性，比如金屬散熱器在運行當中，可能由于CPU表面熱流密度的不斷增大，達到傳熱極限，進而降低傳熱效率等。

3.2 水冷散熱技術

在采用水冷散熱技術對計算機設備的CPU運行溫度進行控制的過程當中，主要是利用了水循環(huán)的物理工作原理。其具體的工作流程是通過建立相關的水循環(huán)系統(tǒng)，并利用水的物理流動性促使水在流動的過程當中，將計算機CPU運行所產(chǎn)生的熱量一并帶走，從而實現(xiàn)對計算機CPU運行溫度的有效控制，減少及避免高溫現(xiàn)象的產(chǎn)生。在實踐當中，采用此種散熱技術能夠十分有效地將計算機CPU的運行溫度及時地控制在合理的范圍之內(nèi)，從而在很大程度上改善了CPU運行當中的高溫狀態(tài)，進而有效地避免了計算機系統(tǒng)癱瘓及死機現(xiàn)象的產(chǎn)生。

由于此種技術能夠很好地將計算機CPU的運行溫度加以控制，因此在對計算機CPU運行當中所產(chǎn)生的熱量進行散熱處理的工作當中，能夠更加有效地提高CPU的散熱效率，從而確保計算機CPU系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。然而，該技術同樣面臨著相關的問題，比如水冷散熱系統(tǒng)的體積過大問題及安裝不便問題等，此類問題倘若得不到有效的解決，就會造成其在應用的過程當中出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，從而導致計算機設備出現(xiàn)短路等電路故障[4]。

3.3 熱管散熱技術

熱管又被稱為“熱超導管”，其相關事務熱管理論最早是由美國提出來的，通常而言，熱管都是由具備良好導熱性能的導熱材料構(gòu)建組成的，包括熱管的管殼及端蓋等，其在應用當中，主要是通過將計算機CPU運行當中所產(chǎn)生的熱量進行快速的降溫制冷處理，并在相對密閉的真空管里蒸發(fā)相關的制冷物質(zhì)，從而使得計算機運行中的熱量能夠及時排出，以實現(xiàn)對計算機CPU運行溫度的控制。在具體的工作當中，要尤其注意熱管的密閉性，確保熱管的真空狀態(tài)。為此，要首先將熱管內(nèi)部的氣體進行抽壓排出，然后才能注入易于揮發(fā)的液體物質(zhì)，從而確保熱管能夠充分地對計算機運行所產(chǎn)生的熱量進行制冷及蒸發(fā)處理，并通過順暢的回流，達到散熱的目的。利用此種循環(huán)工作流程，能夠持續(xù)地對計算機CPU的運行溫度進行控制。然而目前我國相關領域仍然對該技術缺乏一定的應用實踐，因此，其應用價值還有待進一步發(fā)掘。

3.4 微槽道熱沉散熱技術

微槽道熱沉散熱技術是一種十分高端的新型散熱技術，其主要是通過精確的光刻技術及切削方法對材質(zhì)比較薄弱的硅片進行加工，形成更加精細化、微小化的槽道，并使得計算機運行當中所產(chǎn)生的相關物質(zhì)在此槽道之中與其他冷卻物質(zhì)進行換熱處理，從而達到降溫散熱目的。

此種微槽道熱沉結(jié)構(gòu)最早也是由外國提出的，通過對其進行利用，能夠更加科學地對計算機CPU的高溫進行迅速的冷卻降溫處理，其散熱性能及冷卻效率遠遠超過熱管，且能耗非常低，因此具有相當高的可行性。然而，同熱管散熱技術一樣，由于技術的限制，該技術在實踐應用上面至今依然缺乏相關的理論研究。

4 結(jié)束語

當前，人們的生產(chǎn)生活越來越依賴于對計算機網(wǎng)絡設備的應用，為更好地提高計算機的運行效率，滿足社會生產(chǎn)工作的應用需求，相關的計算機生產(chǎn)廠商及技術研發(fā)人員就要加強對計算機CPU的性能改造及優(yōu)化。同時，要不斷地對當前的風冷散熱技術和水冷散熱技術進行改進及完善，并加強對熱管散熱技術和微槽道熱沉散熱技術等相關新型技術的研究及開發(fā)，從而減少高溫給計算機CPU性能所帶來的不良影響，提高計算機的應用價值。