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核弹Titan X竟能关闭风扇!浅谈显卡散热进化史

发表时间: 2015/10/18 | 阅读次数: 2186
1从无到有:显卡散热器的诞生回顶部

  【PCgames游戏硬件杂谈】NVIDIA的下一代顶级显卡GTX Titan X将采用GM200大核心,性能将会非常劲爆,而借助Maxwell架构的超高效率,这款单芯卡皇还将在散热控制方面加入完全关闭显卡风扇的功能,即在GPU温度较低时,风扇停止转动,真正静音,甚至在游戏中都可以实现。另一方面,AMD的R9 390X却可能需要水冷散热才压得住高温。二者都是高端显卡散热的极端。这次,我们就来简单回顾下显卡的散热进化史。

核弹Titan X竟能关闭风扇!浅谈显卡散热进化史

 

从无到有:显卡散热器的诞生

浅谈显卡散热进化史

3dfx Voodoo

  最初的显卡由于性能非常有限,甚至还没有GPU核心一说,而发热也是几乎可以忽略的,因此并没有专门的散热措施,都是直接将主要的处理芯片暴露在空气中即可,比如经典的Voodoo和S3的Virge 3D加速卡等,无不是采用“裸奔”的方案,并没有配备任何散热器。

浅谈显卡散热进化史

NVIDIA Riva 128 ZX

  随着显示芯片所用的晶体管数目成几何级式的暴涨,显卡的性能得到了突飞猛进的增强,与此同时,越来越高的功耗也带来了更加明显的发热量问题,“裸奔”的方式已经难以招架。于是,一些厂商开始给自家的显卡加上了简单的散热片,早期的被动散热方案就诞生了。

浅谈显卡散热进化史

NVIDIA Riva TNT

  1997年,NVIDIA发布了Riva 128(即NV3),是第一个提供硬件三角形引擎的128 bit图形芯片,核心频率为60MHz,发热问题开始显现,显卡领域正式加入了散热片。此后的Riva TNT更是当时最快的3D加速卡,核心频率为90MHz,强大性能带来的发热量已经需要更大面积的散热片才能满足运行要求。

浅谈显卡散热进化史

同德GTX 750/750Ti KalmX

  被动散热方案虽然是最早采用的显卡散热方式,但是其却沿用至今,并且演变出热管和散热鳍片等多种样式,甚至不仅局限于低端显卡,在中端显卡上也发挥着优势——绝对的静音效果。比如GTX 750 Ti就有多款被动散热的版本,它们借助Maxwell架构极高的能耗比,以及多热管和大面积散热鳍的结合,实现了无风扇运行。

2“高烧”不退:风扇和热管的融入回顶部

“高烧”不退:风扇和热管的融入

浅谈显卡散热进化史

ATI Radeon 9550

  被动式散热的效能总是有其局限性,一些发热较高的显卡不仅需要更多的热管和鳍片,而且还需要在风道设计较好且空间足够大的机箱中使用。而更高功耗和性能的显卡则无疑还是得依靠主动散热来镇压越来越强的高温,于是,散热风扇就被用上了。

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NVIDIA Riva TNT2

  Riva TNT2第一次将NVIDIA推上了显卡霸主的宝座。其拥有32MB显存和AGP 4X等新特征,以及非常成熟的驱动程序;而当时搭载TNT2 Ultra的经典的大力神显卡核心频率可达175Mhz,成为最强。自然,这样的卡皇必须要有主动式散热风扇的辅助。

浅谈显卡散热进化史

辅以散热片后的ATI Radeon 9550

  虽然显卡的工艺制程等的进步在一定程度上缓解了发热量过高的问题,但是,性能的飞跃以及水涨船高的功耗依然决定了其必须采用更加高效的散热方案,甚至能否有效散热反过来影响了一款显卡的性能发挥,比如能否超频以获得额外的性能优势。这时,纯风冷式散热也不够用了,得辅以鳍片、均热板和热管,并延伸出各显卡厂商的专利散热方案。

浅谈显卡散热进化史

NVIDIA GeForce 7800

  如今主流的显卡散热方案是热管式风冷散热系统,即将风扇、鳍片和热管结合在一起,其中,热管能够将热量从吸热端迅速转移到放热端(如风扇吹着的鳍片),而且不耗电也不产生噪音,大幅度改善了散热效果。当然,为了追求更为强劲的风力,显卡的风扇数量越来越多,直径越来越大,转速也有所加快。

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AMD R9 290X

  目前高端显卡比较喜欢用的是涡轮式散热方案,其风扇对散热片为侧向吹风,即风道与GPU平行,但风扇有向下风压,也能够吹到GPU。涡轮式散热的优点是,显卡的整体结构比较紧凑,占用的机箱空间小,并且热气会从显卡一侧导出机箱外,整体风道顺畅。另外,通常还会采用支持智能温控的风扇来平衡噪音问题。

3极致效果:液冷散热显神威回顶部

极致效果:液冷散热显神威

浅谈显卡散热进化史

DIY水冷散热方案

  当厂家为了追求极致性能,或者玩家挑战DIY乐趣和超频时,显卡的风冷散热又出现了瓶颈,不仅难以驾驭性能提升带来的功耗和发热增长,呼呼的风扇声也令人心烦。对此,更为高效的液冷散热方案就顺势而生了,这又分为纯液冷方案和混合式方案。

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  AMD R9 295X2

  AMD的双芯旗舰R9 295X2是公版卡有史以来第一次直接将水冷方案结合进散热器里。其GPU核心被两个串联式水冷头覆盖,再通过两条38厘米长的全封闭橡胶管与散热排连接,而散热排自带一个12cm风扇;显卡中间的供电部分则通过散热片和风扇来带走热量。这一切都是因为R9 295X2破天荒的达到单卡500W的功耗,创下了目前单卡功耗的最高记录。

浅谈显卡散热进化史

  EVGA GTX Titan Z Hydro Copper

  纯液冷方案相对于混合式散热来说能够更加安静、节省空间和高效。比如顶级显卡制造商EVGA就尝试为GTX Titan Z 推出了一体覆盖式水冷散热版本;而华硕基于R9 295X2打造的ARES III就更像是显卡里的珍品:全水冷散热等超高档的做工用料,高端显卡里都极为罕见的单插槽设计,加上全球限量500块,更是使得它在显卡玩家里具有不错的收藏价值。

浅谈显卡散热进化史

狂拽酷炫的水冷散热方案

  水冷散热方案发展至今依然只是局限于极少部分的高端显卡或发烧友中,并没有如当初部分厂商的预测将会跻身主流行列。水冷未能流行主要是因为其造价高、占空间大且安装不便,加上导热液可能外漏的风险,又增加了后期更换部件的成本。另外,如今显卡的发展正朝着高性能和低功耗的方向前进,如Maxwell系列,加上新散热技术的进步,更可能减少对水冷的需求。

核弹Titan X竟能关闭风扇!浅谈显卡散热进化史

  总结:近20年时间里,显卡上的散热器从无到有,从简单的被动式到复杂的水冷式等各类方案,显卡散热器经历了数次技术变革,见证了显卡的风风雨雨,基本就是显卡发展史的附属产物。如今,Maxwell架构开启了中高端显卡超高能效比的时代,使散热器的使用似乎出现“倒退”的现象。另外,不少显卡厂商为了提高散热效能并降低散热器成本,研发了各种新技术,如蓝宝石的真空腔均热板等。可以预见,散热器还将随显卡一同发展。

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