CPU 冷卻器:水冷式與氣冷式

以下是您在水冷式與氣冷式之間作選擇時必須知道的事項;包括這兩種方法的運作方式,以及哪一種適合您。1

正如任何強大的電腦硬體一樣,CPU 在運作時會產生熱能,需要適當散熱才能發揮最大效能。

Intel 的系統散熱與機械架構設計師 Mark Gallina 表示:「在正常運作期間,CPU 內部的電晶體會將電力轉換為熱能(熱量)。此熱能會提高 CPU 的溫度。如果該熱能沒有有效的發散途徑,則 CPU 將會超過其安全操作溫度。」

但是,什麼是讓 CPU 保持在理想溫度下運作的最佳方式?為處理器散熱的方法很多,但大多數的桌上型電腦和筆記型電腦都使用氣冷式或水冷式冷卻器。

我們將討論水冷式與氣冷式:它們的運作方式、兩者各有何優缺點,以及哪一種可能適合您的設定。

CPU 冷卻器的運作方式

氣冷式和水冷式 CPU 冷卻器都以類似的原理運作,兩者作用基本上相同:吸收 CPU 產生的熱能,然後將其從硬體上重新發散掉。

處理器本身產生的熱能會散佈到 CPU 的金屬蓋,稱為「整合式散熱器」(IHS)。然後熱量再傳輸到 CPU 冷卻器的底板。接著熱量透過液體或導熱管而分散到風扇上,然後從冷卻器吹出,最後離開電腦。

雖然基本的機制類似,但這兩種方法以迥然不同的方式達到熱量的重新散佈。

我們先從氣冷式冷卻器開始。

以空氣散熱

在氣冷式冷卻器中,熱量會從 CPU 的 IHS 透過塗抹的散熱膏傳輸,然後送到通常是由銅或鋁製成的導熱底板。熱量從底板移動進入連接的導熱管。

導熱管的設計目的是將熱量從某一位置傳導到另一位置。在這種情況下,熱量會移動到比主機板高的散熱片上,如此也騰出空間來放置其他元件,例如 RAM。這些管道會以熱量型態將能量傳送至構成散熱片的薄金屬鰭片。這些鰭片的設計是以最大的程度暴露在溫度較低的空氣中,以吸收來自於金屬的熱能。連接的風扇會將暖空氣吹離散熱片。

比起標準氣冷式冷卻器較不常見,但理論相似,這就是所謂的被動式冷卻器。它們採用特殊設計的散熱片以吸收和重新散佈熱量,而且不使用風扇。在優先考量低噪音的架構中,這種設計很有用,但是大部分的遊戲電腦都使用氣冷式冷卻器或水冷式冷卻器。

氣冷式冷卻器的有效性視下列因素而有所不同:架構中採用的材質(例如銅的導熱性優於鋁,雖然鋁比較便宜),以及連接到 CPU 散熱片的風扇尺寸與數量。這就能解釋氣冷式 CPU 冷卻器在尺寸與設計上的差異。

尺寸越大的氣冷式冷卻器散熱效果通常較好,但是未必會有足夠的空間可放置龐大的散熱解決方案,尤其是在小巧外型規格的電腦中

我們將進一步探索氣冷的優點,但是先讓我們談一下水冷式以便比較。

水冷式

和氣冷式冷卻器一樣,可用的選項很多,但絕大多數可分為兩類:整合式全功能 (AIO) 冷卻器,或自訂冷卻循環。我們通常會把重點放在整合式全功能冷卻器,不過兩者以液體為 CPU 散熱的基本原理相同。

水冷式的程序類似於氣冷,始於連接到 CPU 的 IHS、且有塗上散熱膏的底板。這可讓兩個表面之間的熱量更有效傳導。底板的金屬表面是水冷頭的一部份,其設計是用來裝滿冷卻液。

冷卻液流經水冷頭時,會吸收來自於底板的熱量。然後它會繼續在系統中移動,並透過兩個管線中的一個向上流動到散熱器。散熱器將液體暴露於空氣中,協助散熱,而連接到散熱器的風扇則可將熱量吹離冷卻器。冷卻液接著重新進入水冷頭,然後再次開始循環。

哪一款最符合您的需求?

這兩種散熱選項如果適當實作都具有高度效用,但在不同情況下會有突出表現。以下是您選擇時應考慮的幾個因素。

價格

根據您優先注重的功能,價格可能會有很大的差異。不過,整體而言,氣冷式冷卻器成本較低,因為操作較為簡單。

兩者都有入門級和進階版本。進階版的氣冷式冷卻器可能擁有較大的散熱片,較好的風扇,並提供不同的美觀外型。高階整合式全功能(AIO) 水冷式冷卻器可能擁有較大的散熱器,並提供美學與功能的混合自訂,例如以軟體控制風扇轉速與照明。

氣冷式和水冷式 CPU 冷卻器依據您尋求的功能而定,價格差異很大。

安裝簡易

雖然整合式全功能水冷式冷卻器的安裝通常比標準氣冷式冷卻器更為複雜,但仍然相當簡單明瞭。大部分都只包含水冷頭、用於循環冷卻液的兩條軟管,以及散熱器。額外的步驟包含連接水冷頭,這個程序類似於安裝氣冷式冷卻器,然後連接散熱器和風扇,以便將多餘的熱量輕易排出電腦外。由於冷卻液、泵和散熱器都包含於裝置內(所以稱為「整合式全功能」),因此在安裝後不需要太多監督或保養。

在另一方面,安裝自訂循環就需要建構者投入更多心力和擁有更多知識。初始安裝程序可能比較費時,但新增的彈性能提供更大幅的自訂範圍,並可選擇將 GPU 等其他元件加入循環中。這些較為複雜的自訂循環如果適當實作,也能支援所有形狀和尺寸的架構。

大小

氣冷式冷卻器的體積可能較大,但是這個體積只限於一個區域內,而不是分散在整個系統中。另一方面,採用整合式全功能冷卻器就需要為散熱器提供空間,也必須考量到水冷頭和冷卻液管的適當方位和對齊。

亦即如果您使用的是體積較小的機殼,那麼較大的氣冷式冷卻器可能不是最佳的選擇。薄型氣冷式冷卻器或具備小型散熱器的整合式全功能冷卻器可能是更好的選擇。在規劃升級或選擇機殼時,請確定您有足夠的空間可以容納所選的散熱解決方案,而且您的機殼支援所選的硬體。

音效

水冷式,尤其是使用整合式全功能冷卻器時,通常會比 CPU 散熱片上的風扇安靜。同樣地,這種情況可能有所不同,因為有氣冷式冷卻器搭配專門設計來降低噪音的風扇,風扇的設定或選擇可能會影響產生的噪音大小。不過整體而言,水冷式通常產生較少的聲音,因為小型泵通常具有良好的隔絕性,而散熱器風扇的 RPM(每分鐘轉數)通常低於 CPU 散熱片上的風扇。

溫度調節

如果您注重超頻,或是計畫要進行像是繪製視訊或串流等 CPU 密集作業,則水冷式可能是最好的選擇。

根據 Mark Gallina 表示,水冷式能「將熱量更有效散佈於對流更好的表面區域(散熱器),優於純粹的傳導,所以能降低風扇轉速(噪音較小),或提供更高的總功率。」

換句話說,它的效率更高,也通常更安靜。如果您想要可行的最低溫度,或者您對於更安靜的解決方案有興趣,而且不介意安裝過程稍微複雜,那麼水冷式可能是最佳選擇。

氣冷式冷卻器將熱量帶離 CPU 的效果相當好,但是要注意這些熱量接著就會發散到機殼內。這可能會提高整體系統的周圍溫度。水冷式透過散熱器上的風扇,可將熱量排放到系統外部,效果更好。

做出選擇

總之,回到最初的辯論:水冷式與氣冷式。哪一種比較好?

答案取決於您使用電腦的方式,以及您預期的運作效能和工作負載。

如果您想要幾乎無聲運轉,散熱效率最高,而且不介意價格可能較高,那麼水冷式就能滿足您的需求。

如果您想要尋求更入門級的價格和簡易的安裝,但可能會犧牲巔峰效能或最低的噪音,氣冷式顯然較為合適。

您做選擇時,請考慮您如何使用電腦,以及您計畫未來要如何使用它。雖然兩者都是優異的解決方案,但是它們是針對稍微不同的使用案例所設計。您可以自行決定哪一種比較適合您使用電腦的方式。

產品與效能資訊

1 Intel、Intel 圖誌和 Core 是 Intel 公司或其子公司在美國及/或其它國家的商標。