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核彈Titan X竟能關閉風扇!淺談顯卡散熱進化史

發表時間: 2015/10/18 | 閱讀次數: 3095
1從無到有:顯卡散熱器的誕生回頂部

  【PCgames游戲硬件雜談】NVIDIA的下一代頂級顯卡GTX Titan X將采用GM200大核心,性能將會非常勁爆,而借助Maxwell架構的超高效率,這款單芯卡皇還將在散熱控制方面加入完全關閉顯卡風扇的功能,即在GPU溫度較低時,風扇停止轉動,真正靜音,甚至在游戲中都可以實現。另一方面,AMD的R9 390X卻可能需要水冷散熱才壓得住高溫。二者都是高端顯卡散熱的極端。這次,我們就來簡單回顧下顯卡的散熱進化史。

核彈Titan X竟能關閉風扇!淺談顯卡散熱進化史

 

從無到有:顯卡散熱器的誕生

淺談顯卡散熱進化史

3dfx Voodoo

  最初的顯卡由于性能非常有限,甚至還沒有GPU核心一說,而發熱也是幾乎可以忽略的,因此并沒有專門的散熱措施,都是直接將主要的處理芯片暴露在空氣中即可,比如經典的Voodoo和S3的Virge 3D加速卡等,無不是采用“裸奔”的方案,并沒有配備任何散熱器。

淺談顯卡散熱進化史

NVIDIA Riva 128 ZX

  隨著顯示芯片所用的晶體管數目成幾何級式的暴漲,顯卡的性能得到了突飛猛進的增強,與此同時,越來越高的功耗也帶來了更加明顯的發熱量問題,“裸奔”的方式已經難以招架。于是,一些廠商開始給自家的顯卡加上了簡單的散熱片,早期的被動散熱方案就誕生了。

淺談顯卡散熱進化史

NVIDIA Riva TNT

  1997年,NVIDIA發布了Riva 128(即NV3),是第一個提供硬件三角形引擎的128 bit圖形芯片,核心頻率為60MHz,發熱問題開始顯現,顯卡領域正式加入了散熱片。此后的Riva TNT更是當時最快的3D加速卡,核心頻率為90MHz,強大性能帶來的發熱量已經需要更大面積的散熱片才能滿足運行要求。

淺談顯卡散熱進化史

同德GTX 750/750Ti KalmX

  被動散熱方案雖然是最早采用的顯卡散熱方式,但是其卻沿用至今,并且演變出熱管和散熱鰭片等多種樣式,甚至不僅局限于低端顯卡,在中端顯卡上也發揮著優勢——絕對的靜音效果。比如GTX 750 Ti就有多款被動散熱的版本,它們借助Maxwell架構極高的能耗比,以及多熱管和大面積散熱鰭的結合,實現了無風扇運行。

2“高燒”不退:風扇和熱管的融入回頂部

“高燒”不退:風扇和熱管的融入

淺談顯卡散熱進化史

ATI Radeon 9550

  被動式散熱的效能總是有其局限性,一些發熱較高的顯卡不僅需要更多的熱管和鰭片,而且還需要在風道設計較好且空間足夠大的機箱中使用。而更高功耗和性能的顯卡則無疑還是得依靠主動散熱來鎮壓越來越強的高溫,于是,散熱風扇就被用上了。

淺談顯卡散熱進化史

NVIDIA Riva TNT2

  Riva TNT2第一次將NVIDIA推上了顯卡霸主的寶座。其擁有32MB顯存和AGP 4X等新特征,以及非常成熟的驅動程序;而當時搭載TNT2 Ultra的經典的大力神顯卡核心頻率可達175Mhz,成為最強。自然,這樣的卡皇必須要有主動式散熱風扇的輔助。

淺談顯卡散熱進化史

輔以散熱片后的ATI Radeon 9550

  雖然顯卡的工藝制程等的進步在一定程度上緩解了發熱量過高的問題,但是,性能的飛躍以及水漲船高的功耗依然決定了其必須采用更加高效的散熱方案,甚至能否有效散熱反過來影響了一款顯卡的性能發揮,比如能否超頻以獲得額外的性能優勢。這時,純風冷式散熱也不夠用了,得輔以鰭片、均熱板和熱管,并延伸出各顯卡廠商的專利散熱方案。

淺談顯卡散熱進化史

NVIDIA GeForce 7800

  如今主流的顯卡散熱方案是熱管式風冷散熱系統,即將風扇、鰭片和熱管結合在一起,其中,熱管能夠將熱量從吸熱端迅速轉移到放熱端(如風扇吹著的鰭片),而且不耗電也不產生噪音,大幅度改善了散熱效果。當然,為了追求更為強勁的風力,顯卡的風扇數量越來越多,直徑越來越大,轉速也有所加快。

淺談顯卡散熱進化史

AMD R9 290X

  目前高端顯卡比較喜歡用的是渦輪式散熱方案,其風扇對散熱片為側向吹風,即風道與GPU平行,但風扇有向下風壓,也能夠吹到GPU。渦輪式散熱的優點是,顯卡的整體結構比較緊湊,占用的機箱空間小,并且熱氣會從顯卡一側導出機箱外,整體風道順暢。另外,通常還會采用支持智能溫控的風扇來平衡噪音問題。

3極致效果:液冷散熱顯神威回頂部

極致效果:液冷散熱顯神威

淺談顯卡散熱進化史

DIY水冷散熱方案

  當廠家為了追求極致性能,或者玩家挑戰DIY樂趣和超頻時,顯卡的風冷散熱又出現了瓶頸,不僅難以駕馭性能提升帶來的功耗和發熱增長,呼呼的風扇聲也令人心煩。對此,更為高效的液冷散熱方案就順勢而生了,這又分為純液冷方案和混合式方案。

淺談顯卡散熱進化史

  AMD R9 295X2

  AMD的雙芯旗艦R9 295X2是公版卡有史以來第一次直接將水冷方案結合進散熱器里。其GPU核心被兩個串聯式水冷頭覆蓋,再通過兩條38厘米長的全封閉橡膠管與散熱排連接,而散熱排自帶一個12cm風扇;顯卡中間的供電部分則通過散熱片和風扇來帶走熱量。這一切都是因為R9 295X2破天荒的達到單卡500W的功耗,創下了目前單卡功耗的最高記錄。

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  EVGA GTX Titan Z Hydro Copper

  純液冷方案相對于混合式散熱來說能夠更加安靜、節省空間和高效。比如頂級顯卡制造商EVGA就嘗試為GTX Titan Z 推出了一體覆蓋式水冷散熱版本;而華碩基于R9 295X2打造的ARES III就更像是顯卡里的珍品:全水冷散熱等超高檔的做工用料,高端顯卡里都極為罕見的單插槽設計,加上全球限量500塊,更是使得它在顯卡玩家里具有不錯的收藏價值。

淺談顯卡散熱進化史

狂拽酷炫的水冷散熱方案

  水冷散熱方案發展至今依然只是局限于極少部分的高端顯卡或發燒友中,并沒有如當初部分廠商的預測將會躋身主流行列。水冷未能流行主要是因為其造價高、占空間大且安裝不便,加上導熱液可能外漏的風險,又增加了后期更換部件的成本。另外,如今顯卡的發展正朝著高性能和低功耗的方向前進,如Maxwell系列,加上新散熱技術的進步,更可能減少對水冷的需求。

核彈Titan X竟能關閉風扇!淺談顯卡散熱進化史

  總結:近20年時間里,顯卡上的散熱器從無到有,從簡單的被動式到復雜的水冷式等各類方案,顯卡散熱器經歷了數次技術變革,見證了顯卡的風風雨雨,基本就是顯卡發展史的附屬產物。如今,Maxwell架構開啟了中高端顯卡超高能效比的時代,使散熱器的使用似乎出現“倒退”的現象。另外,不少顯卡廠商為了提高散熱效能并降低散熱器成本,研發了各種新技術,如藍寶石的真空腔均熱板等?梢灶A見,散熱器還將隨顯卡一同發展。

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