在瀏覽散熱器的宣傳頁面時(shí)，我們常常能看到一些玄乎其玄的名稱與概念。“逆重力熱管”或許正是其中之一。

所謂“逆重力熱管”，它的工作方向難道一直與重力相反嗎？在這令人暈頭轉(zhuǎn)向的概念之內(nèi)，重力對散熱效能的影響又有多大呢？

本期文章將以實(shí)測重力對散熱效率的影響，并分析“逆重力”熱管的技術(shù)原理。

熱管原理

電腦散熱器所使用的，一般是毛細(xì)熱管。

1963年，航天器的散熱需求與日俱增，傳統(tǒng)材料導(dǎo)熱能力此時(shí)已不能滿足需求。而當(dāng)時(shí)的“熱管”是借助重力工作的，在太空中無能為力。

為解決航天器在微重力環(huán)境下的散熱問題，NASA同LosAlamos實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合研發(fā)了能在微重力環(huán)境下工作的導(dǎo)熱材料——毛細(xì)作用熱管。

毛細(xì)作用在生活中相當(dāng)常見。將細(xì)吸管插入水中，我們將會看到吸管中的液面高于水面，這其中便發(fā)生了毛細(xì)作用：使管內(nèi)液面逆于重力的力量正是毛細(xì)力。這正是熱管內(nèi)冷卻液的回流原理。

抽成負(fù)壓的銅管中注有冷卻液。當(dāng)有溫度差存在時(shí)，冷卻液在靠近芯片的銅底一端受熱蒸發(fā)，內(nèi)部的氣壓帶動(dòng)它流到冷凝端。

冷凝端裝有散熱鰭片，因此溫度較低。冷卻液在此遇冷，凝結(jié)放熱，從而將熱量傳導(dǎo)。

隨后，冷卻液通過毛細(xì)作用，沿?zé)峁鼙诹骰剌^熱的蒸發(fā)端，這種循環(huán)是快速進(jìn)行的，熱量可以被源源不斷地傳導(dǎo)開來。

可以看到，當(dāng)熱管的蒸發(fā)端低于冷凝端時(shí)，冷凝液的毛細(xì)回流方向與重力方向相同。此時(shí)熱管的效率會有所提升。

而當(dāng)熱管的蒸發(fā)端高于冷凝端時(shí)，冷凝液的毛細(xì)回流方向與重力相反。此時(shí)熱管的效率會一定程度下降，這便是所謂的“逆重力”工況，熱管越長，重力造成的影響就明顯。

可以看到，無論是生活中常見的毛細(xì)作用，還是散熱器熱管所使用的毛細(xì)回流原理，它們本就能夠“逆重力”進(jìn)行。而“逆重力熱管”的改進(jìn)之處，便是提高熱管所產(chǎn)生的毛細(xì)力，提高其對抗重力干擾的能力。

那么，在實(shí)際使用情況下，重力究竟會對熱管效能造成多大的影響呢？就讓我們在具體的測試中探討答案。

測試平臺

本次測試使用了大陸利民的單塔Ultra120 eXtreme Rev.4，即U120EX。

這款散熱器號稱使用了AGHP“逆重力熱管”技術(shù)，通過全新的“工藝制程”，能夠“解決熱管受到重力影響毛細(xì)回流緩慢性能低下”的問題

相信這款散熱器能夠體現(xiàn)“逆重力”的技術(shù)優(yōu)勢。

而在顯卡位置，我選擇安裝一塊藍(lán)寶石“超白金”RX480 8G。這塊顯卡為首發(fā)購入，并非礦卡，此前已完成了導(dǎo)熱介質(zhì)的更換。

這張顯卡的最大功率為150W，散熱模組配有三條“非逆重力”的U型熱管，我希望它能反映“非逆重力”的普通熱管的表現(xiàn)。不知在復(fù)雜的重力環(huán)境下，這塊顯卡的熱管表現(xiàn)如何呢？

本次測試使用的機(jī)箱為酷冷至尊MasterBox Q500L。在測試過程中，我將通過不同方式擺放機(jī)箱，以調(diào)整重力對熱管的影響。

由于風(fēng)道的差異，不同機(jī)箱間的測試結(jié)果也可能有所出入。因此，測試結(jié)果僅供參考。我會在測試過程中拆下側(cè)板，盡量減少風(fēng)道對散熱結(jié)果的干擾。

試驗(yàn)結(jié)果

首先，我將機(jī)箱平臥在地面上，模擬臥式機(jī)箱的散熱表現(xiàn)。重力方向如圖所示。

對CPU散熱器而言，此時(shí)熱管靠近冷凝端的一段可能會受到重力影響，而蒸發(fā)端附近則不受重力干擾。

同時(shí)運(yùn)行OCCT（CPU）+Furmark No AA（GPU）雙烤測試。顯卡與CPU均保持在各自的最大功耗附近。

10分鐘后，OCCT與HWINFO所記錄的結(jié)果如圖所示。

可見，顯卡最高溫度達(dá)到了68度，CPU更是上升到了86度（HWINFO則為85度），我們將以此為基準(zhǔn)。

隨后將機(jī)箱豎立，此時(shí)更接近通常使用的情況。重力方向如圖所示。

此時(shí)，CPU的熱管冷凝端不受重力影響，但其中一側(cè)的蒸發(fā)端會受重力而回流受阻。

等待CPU、GPU溫度降至此前記錄的最低溫度后，重新開始雙烤測試。10分鐘后，結(jié)果如下：

此次OCCT與HWINFO記錄的溫度有較大出入。對使用“逆重力熱管”的CPU一方來說，OCCT溫度由此前的86℃漲至91℃，不可謂不明顯。

但HWINFO上記錄的最高溫度則是87℃，有上漲，不過還在正常水平。OCCT的溫度監(jiān)控同樣基于HWINFO，這表明91℃可能只是瞬時(shí)極端值。

而對沒有“逆重力技術(shù)”的顯卡而言，HWINFO所記錄下的最高溫也從68℃上升至72℃。溫度改變幅度與“逆重力”技術(shù)加持的CPU相仿，同樣不容忽視。

讓我們繼續(xù)測試，這次將機(jī)箱旋轉(zhuǎn)90度。此時(shí)的布局更貼近銀欣RV02等“垂直風(fēng)道機(jī)箱”。重力方向已標(biāo)注在圖上。

此時(shí)，CPU散熱器的熱管近似與地面平行，基本可認(rèn)為不受重力干擾。

待冷卻后再次運(yùn)行雙烤測試。等待10分鐘后，結(jié)果如下：

完全不受重力干擾后，CPU封裝溫度比常規(guī)情況低了不少，達(dá)到了測試中的“最低溫”——僅有84℃。

而在沒有“逆重力”能力的顯卡這邊，GPU溫度略微降低了1℃，最高溫度為71℃。這其中或許有CPU的溫度大幅下降的功勞，整體上仍處在誤差范圍內(nèi)——顯卡溫度仍然比臥式安裝時(shí)更高。

總結(jié)與分析

經(jīng)過此前的測試，我們不難分析得出，“逆重力熱管”不能完全抵消或解決重力的影響。

即便是在利民指定的“主板立式方向”上，CPU一側(cè)仍然上升到了整場測試的最高溫——91℃。

且在改變重力方向時(shí)，比起沒有“逆重力”技術(shù)的顯卡而言，CPU溫度的變化甚至更為明顯。在不同的安裝方向下，溫差最高可達(dá)7℃。

當(dāng)然，CPU與顯卡的散熱模組畢竟有所不同。但可以肯定的是：“逆重力熱管”或許促進(jìn)了熱管的毛細(xì)作用以對抗重力，但并不意味著它如宣傳那般有效——“逆重力熱管”不能解決CPU側(cè)受重力干擾的問題。

而對沒有搭載“逆重力熱管”的顯卡散熱器而言，則需要根據(jù)散熱模組分別討論了。

對于采用“U型熱管”的顯卡來說，熱管冷凝端面向機(jī)箱側(cè)板方向。因此，當(dāng)機(jī)箱以臥式安裝時(shí)，熱管冷凝端遠(yuǎn)高于蒸發(fā)端，重力與毛細(xì)回流方向相同。顯卡散熱效率因此得以最大限度地提升，核心溫度僅為68℃。

而當(dāng)機(jī)箱以常規(guī)豎立時(shí)，顯卡的熱管全部平行于地平線。冷凝端與蒸發(fā)端齊平，重力幾乎不影響顯卡熱管的運(yùn)作，因此顯卡溫度也較此前上漲了4℃。

當(dāng)近似于“垂直風(fēng)道”的安裝形式時(shí)，有一條熱管的冷凝端高于蒸發(fā)端，重力促進(jìn)回流，其余熱管的冷凝端則低于蒸發(fā)端，重力阻礙回流。

由于這張顯卡的鰭片是一個(gè)縱向整體，并沒有隔斷，因此鰭片上的熱量分布尚且能夠均勻。在CPU溫度大幅下降的情況下，顯卡溫度僅改變了1℃，基本在誤差范圍內(nèi)。

補(bǔ)充

當(dāng)顯卡散熱器的設(shè)計(jì)有所不同時(shí)，可能會得出截然不同的測試結(jié)果。以大名鼎鼎的“AC三奶”Arctic Accelero為例，此類散熱模組呈縱向布局熱管。一旦以“垂直風(fēng)道”的方式安裝，顯卡的熱管將近乎垂直于地面。

此時(shí)，鰭片較多一側(cè)的大型冷凝端遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)端，重力阻礙回流。而鰭片較少一側(cè)的小型冷凝端略高于蒸發(fā)端，重力促進(jìn)回流。

如前所述，熱管越長，重力造成的影響就越顯著，而此類散熱器的熱管長度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了“U型”布局。雪上加霜的是，上下兩部分的冷凝端鰭片相互分隔、并不相連，熱量無法借由鰭片進(jìn)行傳遞。

于是，大型冷凝端處的熱管傳熱不足，而小型冷凝端則不堪重負(fù)。在垂直于地面的工況下，這些散熱器的效率將會斷崖般地下跌。

如今，Arctic Accelero這般的熱管布局正是市場的主流，大部分顯卡的散熱器都采用了類似的布局，旗艦顯卡尤為典型。

僅僅是安裝方式的差異，此類散熱模組的效能卻會天差地別。這也是真正需要強(qiáng)化毛細(xì)回流力量、普及所謂“逆重力”技術(shù)的地方。

后記

如今，一些熱管供應(yīng)商已經(jīng)在嘗試使用溝槽與粉末燒結(jié)相結(jié)合的復(fù)合熱管，這種熱管兼具兩家之長。

相信在不遠(yuǎn)的將來，會有更多制造商加入到這些先進(jìn)技術(shù)的探索中來，以技術(shù)層面的改進(jìn)，為散熱器的發(fā)展添磚加瓦。