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走近相变制冷系统

晨怡热管 2007-2-20 1:12:05

我们今天要为您介绍的一种时下比较极端的散热系统:相变制冷系统……

大家还记得今年CeBIT上华硕展台的这套将P4-3.2E GHz超频到5GHz的系统吧?这套系统所使用的制冷系统nVENTIV—Mach II GT就是我们今天要为您介绍的一种时下比较极端的散热系统:相变制冷系统。

时下流行的几种散热方式及各自优缺点

  在说相变之前首先解释一下相变的概念和时下流行的散热方式。

  常温常压下水是液态,氧是气态,钢是固态。这些固态、液态、气态统称为相态。

  物质所具备的物理特性,很大程度上取决于它的相态。我们平时所喝的液态水,当温度在0℃下结成了固体冰;钢在常温下是固体,而在1400摄氏度的高温下钢铁,熔成铁水。流水成了坚冰,钢筋铁骨成了钢水铁水,这种相态的变化就叫做相变,液体的蒸发、固体的升华、固体的熔化等都是相变。
现今我们所了解的散热方式有如下几种:风冷、水冷(液冷)、半导体制冷、相变制冷[相变系统制冷、干冰+乙醇制冷(固态二氧化碳)和液态氮气制冷(LN2)]。

  风冷:

  不用多说,以成熟的型材切割及抛光技术、低廉的价格现在正被大家广泛的应用到PC内部的各个角落。但由于风扇的转速、风量、散热片材料等诸多原因,目前风冷散热设备的散热效果与噪音的平衡点问题一直是众超频玩家口中的诟病。

  水冷(液冷):

  以低噪音和还算不错的效率填补着风冷市场的空白。不过需要较强的动手能力和水冷散热设备的密闭性问题也吓退了不少DIYer,其高价相对风冷来说也基本没有可比性,这些劣势也就是它目前仍没有被广大用户所认可的重要原因。

  半导体制冷片:

  “N.P型半导体通过金属导流片链接,当电流由N通过P时,电场使N中的电子和P中的空穴反向流动,他们产生的能量来自晶格的热能,于是在导流片上吸热,而在另一端放热,产生温差”——这就是半导体制冷片的制冷原理。只要高温端的热量能有效的散发掉,则低温端就不断的被冷却。在每个半导体颗粒上都产生温差,一个制冷片由几十个这样的颗粒串联而成,从而在制冷片的两个表面形成一个温差。利用这种温差现象,配合风冷/水冷对高温端进行降温,使得制冷片的散热效果出奇的好……但是让制冷片全速运作的前提是供电必须要稳定,也就是说你的电脑需要一个好电源,或者你需要为制冷片单独设立一个供电设备,这样额外的花费有增加了许多,而且如果高温端的散热不到位的话会适得其反。

  相变制冷:

  干冰制冷和液态氮气制冷:这两种都是非常极端,非狂人级人物不可及的散热方式。它们的共同特点都是利用相态变化来带走CPU表面的热量(干冰-升华->二氧化碳、液氮-气化->氮气)。虽然这两种相变制冷方式的效果都非常的好(干冰可将温度降至零下70摄氏度以下,液氮最低可以降到零下100度左右),冷媒价格也非常便宜,但由于干冰和液氮的的不易存放性(十公升的液氮在常温下十分钟就蒸发没了),而且在实际操作过程中很容易会使操作者冻伤,以及操作的烦琐(包括开放式环境、存放干冰/液氮的容器等),使得这两种极端冷却手段只有在某些极限超频的情况下才被委以重用。

  相变系统制冷:与之前说到的干冰和液氮制冷一样,都是利用相态变化来进行降温。不同的是相变系统制冷将整个相态变化过程包含在一个以压缩机为主体的模式组里(其实跟冰箱的道理是一样的),这样既解决了使用空间占用问题,也解决了在实际操作过程中可能会遇到的安全问题。当然,经常浏览我们网站的朋友可能还记得几篇有关国外使用一个或一个以上的压缩机组成压缩机组来进行极限超频的文章,这些都可以算是相变系统制冷的延伸,只不过相变系统是将压缩机包含在机箱内部或与机箱一体。虽然不能将温度降至干冰和液氮那么低,但也能达到零下40-60摄氏度左右的温度并且能够长时间使用,单凭这一点就足以让我们这些超频爱好者心驰神往了~。


相变系统原理图:压缩机->冷凝器->毛细管->蒸发器(CPU降温部分)再回到压缩机

  其实早在2000年的时候丹麦的Kryotech就在COMPUTEX Taipei 2000上展示自有品牌的相变制冷系统:SuperG,在当时也只有它能让超频到1GHz的Athlon稳定运行。但由于造价不菲,摩尔定律的加速导致CPU价格降低Kryotech并没有红起来:“这些年CPU价格降得太快,我们刚开始卖SuperG-Athlon1000系统的时候价格是$1000,而现在一块Athlon XP 2600+的价格不过才$300”——Jonh R.Levchuk(Kryotech产品部经理)于2002年9月份在对喜欢支持Kryotech-SuperG系统的人解释为什么他们停止生产SuperG和开发SuperG2。而当时与Kryotech联合推广SuperG系统的SYS——专门提供整机出售的一家美国公司也放弃了合作,现在改与我们将要介绍的nVENTIV合作推出基于Athlon 64 FX的相变制冷整机。

制作相变制冷系统的两家公司及其产品

  现在市场上仍然在制作这种相变制冷系统的两家公司一个是以生产Mach II相变制冷系统为主的nVENTIV,一个是生产WaterChill系列水冷和VapoChill系列相变制冷的Asetek。

  nVENTIV

  位于丹麦的nVENTIV成立于2000年,原名Chip-con,2002年与丹麦一家冰箱大厂——Elcold达成战略伙伴关系,这项联合使得Chip-con向世界进军迈进了一大步。同年春天,Chip-con开始生产基于相变制冷的CPU散热设备——Prometeia Mach,主要销售对象是欧洲和美国。同年年末,Chip-con将总部迁至丹麦北部的城市Hobro,并于2003年初研发出了相变制冷系列产品的第二代:Prometeia Mach II。同年9月正式更名为nVENTIV,并将所有的销售和市场活动转移至在刚刚在德国建立的公司。

  早期的Prometeia Mach II和现在与台湾著名机箱生产厂家:LianLi合作生产的Mach II ST/GT。


Mach II系列内部的组成
 

使用优质高效的Danfoss压缩机
  软件方面也非常的人性化,用户可以通过系统附带的监控软件对整套制冷系统的工作状态和LCD显示进行监控和设置。
  可以对制冷部分的散热风扇转速进行调节,以达到用户所要求的静音与效率的平衡点。

在Driverheaven的测试中,Mach II 可以将运行在CPU的温度控制在零下44摄氏度,并将P4-3.4C超频到4300MHz:  

  TrueExtreme的测试中,Mach II GT将P4-3.2E(ES)@4705MHz-1.552V:

台湾ComputerX 2003上ASUS展示的Mach II –P4 4379MHz系统 :  

   CeBIT2004上ASUS展示的P4-3.2C G (ES)超频至5GHz的系统:

Asetek  
  同样位于丹麦的Asetek成立于1997年,当时Asetek的CEO——André Eriksen建立Asetek的初衷是因为受到了一群电脑游戏玩家的挑战:“我们要更快的电脑!”,在而后两年的时间里以一百万欧元的资产组成了现在的Asetek公司,并在2000年获得了由丹麦政府颁发的“丹麦最有创新的公司”称号。2001年1月,公布了世界第一台运行在2GHz的电脑,并于华硕达成了商业伙伴关系。2002年,Asetek又将CPU频率突破了3GHz,并在CeBIT上与华硕合作展出了基于3GHz的工作站主机。2003年拥有6年制作经验的Asetek在CeBIT上公布了其旗下水冷产品WaterChill的样品。

Asetek的旗舰产品:VapoChill

  与Mach系列不同的是,Asetek选择将压缩机的位置放在自行研制的机箱上部,看上去整体感觉更好。

与Mach系列同样适用Danfoss的压缩机产品
 

适合于各种架构的CPU


通过软件可以实现Windows下的监控和调节


在HardOCP的测试中,Vapochill XE能将工作在4GHz的P4-3.0C GHz CPU保持在零下10度左右,而在X-bit Labs的测试中也将一颗运行在4.05GHz的P4-3.2C保持在零下5摄氏度。  

  东西倒都是好东西,不过售价么……nVENTIV目前最新的Mach II GT系统能提供200W的制冷功率,售价为622英镑,折合成人民币就是7300多元,而Asetek的VapoChill XE版能提供180W的制冷功率,售价也不便宜:859美元,折合成人民币也7千多……

结语

  随着CPU集成晶体管数量的越来越多,频率越来越高,功率越来越大,CPU的发热已经不是简单的靠风冷能够解决的问题了。但水冷散热器目前的优势仍然只体现在低噪音上,况且再好的水冷也不可能将CPU的工作温度降到零度以下,更别说极限超频了;制冷片大功耗让它提早成为了过气产品;干冰和液氮也不是寻常百姓可以驾驭的。那……重任真的就落在相变系统身上了么?可在我们这个仍处于发展中的国家,加上整台电脑过万的价格真不是一般的人能接受得了的。我们只能期待技术的革新,成本的降低,或者能在CPU发热发展到我们无法忍受的高温之前再出现一种以上的散热解决方案,我们能指望CPU频率的提升速度减慢么?不能!所以我们能做的呢……只有等待。

 

责任编辑: banye 参与评论
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