歐陽寰

（武漢理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

盡管CPU看上去只是一個(gè)小小的芯片，但是在計(jì)算機(jī)設(shè)備當(dāng)中卻是最為重要的一種硬件設(shè)備，CPU芯片的使用性能直接關(guān)乎整個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并控制著整個(gè)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)工作，其重要性可見一斑。在計(jì)算機(jī)的運(yùn)行過程當(dāng)中，CPU始終處于一種持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)工作的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)用戶的網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)需求，無論是辦公、網(wǎng)頁瀏覽、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)查找分析及傳輸，還是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)游戲及網(wǎng)絡(luò)社交等娛樂活動(dòng)，都離不開計(jì)算機(jī)CPU的高速運(yùn)轉(zhuǎn)支持，因此，其在不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中必然會(huì)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(huì)越來越大，若不能及時(shí)采用有效的散熱技術(shù)加以處理，將會(huì)嚴(yán)重影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率。

1 高溫對(duì)計(jì)算機(jī)CPU性能影響的相關(guān)原理

CPU作為計(jì)算機(jī)設(shè)備的運(yùn)行“心臟”，其性能的好壞將對(duì)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)造成直接的影響[1]。由于在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過程當(dāng)中，CPU在持續(xù)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之下會(huì)產(chǎn)生大量的熱量能耗，因此極其容易導(dǎo)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(yán)重的不良影響。影響原理嚴(yán)格意義上來說其實(shí)就是一種電子學(xué)物理原理，通常情況下，CPU在高速的運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)中，熱量的產(chǎn)生必然引起“熱電子”的遷移活動(dòng)，“熱電子”又通過定向流動(dòng)及遷移，來進(jìn)一步對(duì)CPU芯片載體當(dāng)中的金屬原子進(jìn)行撞擊，從而導(dǎo)致CPU金屬原子的移動(dòng)。由于CPU內(nèi)部運(yùn)行電流的強(qiáng)度相對(duì)較高，因此，金屬原子一旦遭到碰撞便容易產(chǎn)生移動(dòng)甚至脫離金屬表面，進(jìn)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(diǎn)

2.1 完善省電措施

如上所述，解決計(jì)算機(jī)CPU的散熱問題是保障計(jì)算機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重中之重，因此，要想更好地改善計(jì)算機(jī)CPU的高溫問題，就要加強(qiáng)對(duì)省電技術(shù)的改進(jìn)及完善。計(jì)算機(jī)設(shè)備的運(yùn)行往往與設(shè)備的用電能耗有著密切的關(guān)系。相關(guān)研究表明，高頻的電量消耗將會(huì)直接促使計(jì)算機(jī)CPU處理系統(tǒng)溫度的上升，從而引發(fā)相關(guān)的高溫現(xiàn)象，而省電技術(shù)的應(yīng)用，則能夠有效地對(duì)其進(jìn)行緩解，通過采取相關(guān)的省電措施，能夠減少計(jì)算機(jī)運(yùn)行當(dāng)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(dāng)中，其效果更為明顯。

2.2 改善散熱系統(tǒng)

除了對(duì)省電技術(shù)加以利用之外，還可以通過改善計(jì)算機(jī)設(shè)備的散熱系統(tǒng)來緩解計(jì)算機(jī)CPU的高溫問題。因此，在對(duì)計(jì)算機(jī)CPU溫度進(jìn)行控制及改善的過程當(dāng)中，相關(guān)的技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)散熱系統(tǒng)的改進(jìn)及優(yōu)化，并結(jié)合實(shí)際，不斷地研發(fā)及創(chuàng)新更加科學(xué)的散熱處理系統(tǒng)及散熱技術(shù)，從而提高計(jì)算機(jī)CPU運(yùn)行效率，確保CPU的長期使用性能[2]。為此，以下接著對(duì)相關(guān)的計(jì)算機(jī)CPU散熱技術(shù)進(jìn)行探討。

3 計(jì)算機(jī)CPU的散熱技術(shù)

從散熱方式上來看，CPU的散熱技術(shù)主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種，主動(dòng)式散熱主要是利用熱輻射將CPU在運(yùn)行當(dāng)中所產(chǎn)生的熱量傳出，而被動(dòng)式的散熱方式則主要是利用散熱板、散熱孔以及計(jì)算機(jī)鍵盤等，促使CPU的運(yùn)行熱量與外部氣流形成自然對(duì)流，從而將熱量排出。由于被動(dòng)式的散熱方式需要利用相關(guān)的制冷機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)CPU的降溫降熱，因此在實(shí)踐當(dāng)中，該方式起到的散熱作用往往更大，且應(yīng)用價(jià)值更高。當(dāng)前，在我國計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，絕大部分人員都是采用被動(dòng)式散熱方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)CPU的降溫及散熱處理。

3.1 風(fēng)冷散熱技術(shù)

通常情況下，風(fēng)冷散熱技術(shù)主要被應(yīng)用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)設(shè)備的CPU散熱處理當(dāng)中[3]。在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，它主要是通過利用大量的散熱片，來將計(jì)算機(jī)CPU運(yùn)行當(dāng)中所產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)的方式導(dǎo)出，并利用風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而促使其熱量與空氣之間形成對(duì)流，加速計(jì)算機(jī)CPU運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量流動(dòng)，進(jìn)而使得散熱片上的熱量得以迅速散播出去，降低計(jì)算機(jī)CPU的整體運(yùn)行溫度。由于其工作當(dāng)中需要借助外部的空氣因素，因此，為了進(jìn)一步提高熱傳導(dǎo)的熱量流動(dòng)效率，一般都會(huì)通過使用散熱器裝置來進(jìn)一步擴(kuò)大計(jì)算機(jī)設(shè)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(jì)算機(jī)內(nèi)部的高溫?zé)崃康靡约皶r(shí)排出，而外部的低溫空氣得以順利地送入。

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

3.2 水冷散熱技術(shù)

在采用水冷散熱技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的CPU運(yùn)行溫度進(jìn)行控制的過程當(dāng)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(guān)的水循環(huán)系統(tǒng)，并利用水的物理流動(dòng)性促使水在流動(dòng)的過程當(dāng)中，將計(jì)算機(jī)CPU運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量一并帶走，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)CPU運(yùn)行溫度的有效控制，減少及避免高溫現(xiàn)象的產(chǎn)生。在實(shí)踐當(dāng)中，采用此種散熱技術(shù)能夠十分有效地將計(jì)算機(jī)CPU的運(yùn)行溫度及時(shí)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(yùn)行當(dāng)中的高溫狀態(tài)，進(jìn)而有效地避免了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)癱瘓及死機(jī)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

由于此種技術(shù)能夠很好地將計(jì)算機(jī)CPU的運(yùn)行溫度加以控制，因此在對(duì)計(jì)算機(jī)CPU運(yùn)行當(dāng)中所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散熱處理的工作當(dāng)中，能夠更加有效地提高CPU的散熱效率，從而確保計(jì)算機(jī)CPU系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，該技術(shù)同樣面臨著相關(guān)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(huì)造成其在應(yīng)用的過程當(dāng)中出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，從而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)設(shè)備出現(xiàn)短路等電路故障[4]。

3.3 熱管散熱技術(shù)

熱管又被稱為“熱超導(dǎo)管”，其相關(guān)事務(wù)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(dǎo)熱性能的導(dǎo)熱材料構(gòu)建組成的，包括熱管的管殼及端蓋等，其在應(yīng)用當(dāng)中，主要是通過將計(jì)算機(jī)CPU運(yùn)行當(dāng)中所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行快速的降溫制冷處理，并在相對(duì)密閉的真空管里蒸發(fā)相關(guān)的制冷物質(zhì)，從而使得計(jì)算機(jī)運(yùn)行中的熱量能夠及時(shí)排出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)CPU運(yùn)行溫度的控制。在具體的工作當(dāng)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(jìn)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(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行制冷及蒸發(fā)處理，并通過順暢的回流，達(dá)到散熱的目的。利用此種循環(huán)工作流程，能夠持續(xù)地對(duì)計(jì)算機(jī)CPU的運(yùn)行溫度進(jìn)行控制。然而目前我國相關(guān)領(lǐng)域仍然對(duì)該技術(shù)缺乏一定的應(yīng)用實(shí)踐，因此，其應(yīng)用價(jià)值還有待進(jìn)一步發(fā)掘。

3.4 微槽道熱沉散熱技術(shù)

微槽道熱沉散熱技術(shù)是一種十分高端的新型散熱技術(shù)，其主要是通過精確的光刻技術(shù)及切削方法對(duì)材質(zhì)比較薄弱的硅片進(jìn)行加工，形成更加精細(xì)化、微小化的槽道，并使得計(jì)算機(jī)運(yùn)行當(dāng)中所產(chǎn)生的相關(guān)物質(zhì)在此槽道之中與其他冷卻物質(zhì)進(jìn)行換熱處理，從而達(dá)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(duì)其進(jìn)行利用，能夠更加科學(xué)地對(duì)計(jì)算機(jī)CPU的高溫進(jìn)行迅速的冷卻降溫處理，其散熱性能及冷卻效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過熱管，且能耗非常低，因此具有相當(dāng)高的可行性。然而，同熱管散熱技術(shù)一樣，由于技術(shù)的限制，該技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用上面至今依然缺乏相關(guān)的理論研究。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，人們的生產(chǎn)生活越來越依賴于對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用，為更好地提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率，滿足社會(huì)生產(chǎn)工作的應(yīng)用需求，相關(guān)的計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠商及技術(shù)研發(fā)人員就要加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)CPU的性能改造及優(yōu)化。同時(shí)，要不斷地對(duì)當(dāng)前的風(fēng)冷散熱技術(shù)和水冷散熱技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)及完善，并加強(qiáng)對(duì)熱管散熱技術(shù)和微槽道熱沉散熱技術(shù)等相關(guān)新型技術(shù)的研究及開發(fā)，從而減少高溫給計(jì)算機(jī)CPU性能所帶來的不良影響，提高計(jì)算機(jī)的應(yīng)用價(jià)值。