2023年筆記本用散熱硅脂及相變材料理論性能對比與推薦
前言
????????本文成文于2023年的5月中旬,Intel,AMD及Nvidia廠商的新一代筆記本CPU與GPU芯片都已經(jīng)基本鋪開賣了??傮w來說,這代筆記本芯片,特別是CPU的散熱壓力,相比之前,又有了巨幅的提升。這種壓力一方面來自于半導體制程逐漸提升后,芯片在更小的面積下發(fā)出了更大的熱量,即熱密度的增加。另一方面則來自于為了爭奪移動處理器頭把交椅的I和A兩家,不約而同下放桌面端的旗艦CPU到移動端的競爭策略,這代移動端旗艦CPU烤機瞬間都功耗接近或超過了150W。雖然大多數(shù)筆記本廠商還在使用傳統(tǒng)的硅脂散熱方案填充筆記本裸die芯片和散熱器間的空隙,但是玩家普遍抱怨這方案在高強度工作或者玩游戲的情況下,散熱能力衰減的很快。
????????另外一個推進散熱材料研發(fā)的因素來源于對于AI算力的追求,2023年由于ChatGpt的出現(xiàn),AI的話題突然又重回熱搜榜一,與之相配套的AI芯片也同時大賣。而這些芯片也恰巧存在和前文所述筆記本芯片一樣的散熱困境,同樣的發(fā)熱大,同樣的裸die,同樣的制程先進但是熱密度極大。共同的要求催生著同樣的產(chǎn)品。今年各大散熱材料大廠也都發(fā)了新品,其中不少也就是從這些新增需求上進行研發(fā)的。
????????這次參與對比的硅脂有陶氏化學的TC-5888,TC-5550(新品),信越化學的7921,8117(新品)。而參與對比的相變材料有萊爾德780,霍尼韋爾的7950,泰吉諾的Fill-PCM800(新品)以及漢高的THF 5000UT(新品)。以上要么是幾個散熱材料領(lǐng)域的老牌大廠,要么是難得靠點譜的國產(chǎn)新星,他們的水平大概率就是現(xiàn)有筆記本芯片散熱方面的最優(yōu)解。
????????下面就先用表格來對比下上述散熱硅脂及相變材料的性能,各個性能都摘取自廠商的datasheet上,進行了單位的統(tǒng)一,但是測試數(shù)據(jù)的實驗條件方面,有些廠商在標準條件以外,可能有所不同。如果廠商有特定標注的話,會下面在對比點評環(huán)節(jié)的時候會做一定的解釋,如有疏漏,希望大家在評論里指出。
筆記本用散熱硅脂及相變材料性能對比表
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????????各個對比項目中最優(yōu)表現(xiàn)的數(shù)據(jù)都用黃底紅字來進行強調(diào)了。
各散熱材料數(shù)據(jù)資料對比與點評???
????????在總結(jié)數(shù)據(jù)前必須先簡單了解下散熱材料的參數(shù)的大概意思。
熱傳導率:表示傳熱的能力,越大越好
熱阻:和熱導率差不多的意思,越小越好
粘度(25°):表示膏狀體自身好不好散開,約小越好涂到散熱器上。
重工性:即材料重新工作的特性。主要指其對散熱器是否有腐蝕性,以及常溫下芯片和散熱器是否好分離。
Dry out:受熱后基質(zhì)的揮發(fā)情況。
Pump out:高熱密度芯片后硅脂偏移的情況
耐久性:廠家對自身產(chǎn)品耐久性的測試條件
保存時間:硅脂或者相變材料必須生產(chǎn)后6-24月內(nèi)使用,要不然性能會有所下降。
????????從上面不難看出,筆記本上芯片的散熱需求是,高傳導,低熱阻,低粘度,可重工,不會dry out,不會pump out,并且還通過足夠的耐久性測試。
????????以此標準就可以開始考察各個材料在筆記本上的適應(yīng)性了。
????????TC-5888和7921這兩款經(jīng)典硅脂可以放在一塊說,它們本身都是經(jīng)受過很多次考驗的成熟老將了。它們的技術(shù)還是更注重提升材料的防御Dry out的性能,對于裸die的大熱密度芯片,顯得有些力不從心。玩家普遍反映衰減的比較迅速。特別還有7921這種第一代無溶劑散熱材料伴隨的高粘度問題,讓其在2023年已經(jīng)顯得不太夠看。
????????對應(yīng)上述經(jīng)典的升級款,陶氏和信越不約而同的選擇以加強Pump out能力作為突破口,開發(fā)出來了TC-5550與8117硅脂。明顯它們兩家化學大廠,也還是想在這波AI芯片大賣的熱潮中分一杯羹的,不過受制于本身硅脂特性的限制,加之傳熱能力本身就比不上頂級相變材料,這兩硅脂可能在AI芯片或者筆記本GPU那種die面積較大,積熱問題較輕的應(yīng)用場景下,才能有比較好的發(fā)揮,在核心面積更小,熱密度更好的CPU上,需要更多的數(shù)據(jù)進行驗證。另外值得注意的是,7921難涂的問題,信越解決了,但沒有完全解決。第一次安裝時,硅脂粘度能維持在80這個特別好涂的數(shù)值,但是在此之后,硅脂會在常溫下有接近700的粘度(甚至是7921的2倍),看來已經(jīng)完全不考慮重工性了。
????????在散熱壓力最大的筆記本CPU散熱應(yīng)用方面,相變材料還是保持了其優(yōu)勢的,這次的4位參與者都值得說道說道。
????????首先是玩家們最初的選擇——萊爾德780,作者查詢到,甚至貼吧大佬在17年就有人將其用于臺式CPU散熱了,算是打響了抗散熱硅脂衰減的第一槍,實驗效果也是特別明顯的。但是這個老將在2023年也疲態(tài)盡顯,780對比其他3個新同事,可以說是全方位的落后,傳熱性能差,熱阻大,重工性差,甚至筆者的筆記本的銅管差點因為780的粘性太大而掰彎了。除此之外,萊爾德公司最耐久的相變硅脂其實是tpcm910,但其測試條件仍只有霍尼韋爾的一半。技術(shù)方面,萊爾德確實沒太跟上。
????????第二個是現(xiàn)有王者7950,毋庸置疑。國際大廠不說,其測試數(shù)據(jù)的翔實,讓作者這個工程師真的感受到賞心悅目。除此之外,玩家們的實驗數(shù)據(jù)也和理論基本貼合,現(xiàn)在的大賣是很有道理的,除了稍微貴了點,幾乎可以無腦上。
????????第三個是國產(chǎn)新秀泰吉諾的Fill-PCM800,我在研究完其datasheet后,發(fā)現(xiàn)其性能有點超乎我對國產(chǎn)的想象。其各項參數(shù),只是略輸7950,大部分場合應(yīng)該可以充當7950的平替,顯著優(yōu)于萊爾德的780。該款材料已經(jīng)有散熱領(lǐng)域的大UP在開展詳細測試了,初步結(jié)果應(yīng)該快出了。不過我建議在測試結(jié)果出來后,普通網(wǎng)友還是等一波發(fā)燒老哥的長期測試再下決定買不買。因為此產(chǎn)品的datasheet頁面對于測試效果和粘度信息有所缺失,這個算是國產(chǎn)產(chǎn)品的通病吧,有些測試數(shù)據(jù)得和廠商一起積累。從該公司頁面里其他產(chǎn)品線的測試數(shù)據(jù)來看,該公司的研發(fā)風格還是比較扎實的。當然無論泰吉諾這產(chǎn)品是不是真達到了參數(shù)頁面里的高度,還是希望它把相變散熱材料的價格打下來吧。
????????最后一個是膠水大佬漢高的THF 5000UT,它也是這個月才發(fā)的新品,它對于AI的裸die芯片的考慮比其他家更深入,其主要賣點是性能略優(yōu)于7950,并且其達成低熱阻的情況時候,需要的壓力值更小,降低了散熱器的安裝要求。對于AI的大型裸die芯片來說,較大的壓力值可能傷害芯片的基板,從而讓芯片失效,雖然筆記本上的芯片尺寸都不大,但散熱器在筆記本上也無法施加很大的壓力。此相變硅脂的特性確實很適合筆記本。除了熱阻這一核心性能外,其發(fā)布ppt內(nèi)可靠性測試條件,重工特性測試視頻的翔實程度,也讓人用起來更加放心。當然,由于此產(chǎn)品還沒有在廣大玩家手里鍛煉過,現(xiàn)在對其的估計是上限很高,謹慎樂觀,希望價格能做到7950的等級,如果能做到如此,明年的最適合筆記本CPU的散熱材料之王可真不好說。
????????總結(jié)來說,作者對散熱材料的適應(yīng)性做了個主觀排名:
????????THF 5000UT≈7950>PCM800>780>5550>8117>5888≈7921
購買建議及注意點
0.????? 第一個建議是比較主觀的私貨,是經(jīng)驗之談,沒啥理論。一個散熱模組本身是有壽命的,筆記本上的更是如此,特別考慮到有些散熱模組的螺絲還比較難買,不好替換的情況。在本子5-6年的使用周期下,最好把拆裝模組的頻率降低到1年一次左右,建議每年夏天前處理弄一次就好,其余時候還是以清灰為主(特別是鰭片),壓縮氣體是個好東西。
1.????? 硅脂及相變材料都有其保存期,從半年到2年不等,過了保存期的性能廠商無法保證,所以硅脂或者相變材料都應(yīng)該隨用隨買,圖便宜的囤積毫無意義。除此之外,盡量買銷量大的店鋪的東西,圖材料的貨真價實是一方面,另一方面,材料的實際到玩家手上的保存期也能短一些,避免因為過期而降低性能的情況。
2.????? 從作者本人使用萊爾德的780sp及霍尼韋爾7950sp的經(jīng)驗來看,相變材料在使用過一次后,即使特地的把針管堵上,整個針管內(nèi)的材料也會在1個月內(nèi)迅速粉末化。所以和建議1一致,膏狀的相變材料更要注意隨買隨用,按照本次的用量來就行。
3.????? 萊爾德的780在2023年已經(jīng)是性能相對較弱的相變材料了,無論是壽命,散熱能力都全方位的落后于其他3家(如果國產(chǎn)沒虛標的話)。但是絕對性能并不差,特別是耐用性方面比硅脂還是有明顯優(yōu)勢,所以如果能以在硅脂和其他相變之間的價格購買的話,才值得考慮。
4.????? 考慮到40系顯卡的不錯的能耗比,硅脂產(chǎn)品在筆記本上的GPU上使用尚可,但是不建議在將其用在筆記本的CPU上,即使由于價格和方便涂抹的特性,也更建議陶氏和信越的新一代產(chǎn)品,畢竟它們對于Pump out問題做了特定的優(yōu)化。(它倆比的話,肯定更推薦陶氏,信越新一代產(chǎn)品的700粘度,估計不加熱的話,散熱器都扯不下來)
在現(xiàn)有條件下,霍尼韋爾的7950仍是最穩(wěn)妥的筆記本CPU選擇,但是今年來的2個挑戰(zhàn)者應(yīng)該實力都不俗,漢高產(chǎn)品的上限可期,泰吉諾產(chǎn)品的性價比可期,但都還需要各種玩家的長時間實驗結(jié)果匯總才能出正確且