突破传统技术 桑迪亚散热器初探

自转引发的新问题如何解决？

问题来了，看了上面的介绍，相信不少朋友会提出疑问“鳍片部分能够旋转，自然就不能和底座融为一体。那它们之间不会有摩擦力么？不会产生明显的摩擦噪音么？”实际上，桑迪亚的工程师们也很清楚，如果不能解决摩擦问题，不仅影响新散热器的电机效率和寿命，甚至会产生比传统风噪更大的工作噪音。于是，他们引入了先进的流体力学气体轴承设计。什么叫“流体力学气体轴承设计”，简单点说，它有点像大家熟悉的硬盘悬浮磁头臂，它能让磁头悬浮在磁盘上方读取数据，从而避免摩擦损伤和噪音。也即是说，当电机高速转动的过程中，旋转鳍片和底座非完全接触，它们之间还有一段距离，期间的空气将鳍片模块托起，避免了金属间的摩擦。

传统风冷产品在长时间使用后都将沉积大量灰尘，严重影响散热性能。

一波过去，一波再起。气体轴承解决了摩擦问题，但新问题随之诞生。此时气体轴承在两金属之间不恰好类似于传统鳍片上的“死气”？都知道空气的热传导系数远低于金属，否者我们也不用在处理器表面涂抹硅脂，帮助降低导热系数。但你有可能并不知道，当空气层足够小，且对流速度非常快的时候，其热传导效率将提升数倍，虽不及金属间的热量传递效率，却绝不逊色于硅脂等导热物体。实际上，上层散热器叶轮结构快速旋转，已经能够造成夹缝中的空气非常激烈地对流。问题的关键是如何减少底座和上层叶轮的距离，减少到多少合适？桑迪亚工程师给出的答案是这个距离要小于0.05mm，而且这个距离还能由产品自动调节。实际样品中，这层气体轴承的距离被压缩到0.02mm，且具备自我调节能力。如果间隙距离增大，那么间隙当中的空气压力减少，对上层结构的支撑力下降，上层结构会向底座靠拢，迫使空气间隙的距离减少。这种负反馈为桑迪亚散热器上下2个部分提供了非常优良的机械稳定性和有效的弹簧常数，在上部分高速旋转的同时，并不会损坏下部分的表面和稳定性，并且可以让散热器安装在任意方向，比如垂直安装。

什么设备会用到桑迪亚散热？

桑迪亚散热器热量传导示意。

具备自动控制能力的气体轴承不仅解决了磨损和噪音问题，还为它的安装和使用环境扩展了思路。水平、垂直安装都不成问题。没有安装限制，桑迪亚散热器适用范围就更广泛。桑迪亚散热器发明人桑迪亚国家实验室研究员Jeff Koplow表示，桑迪亚散热器能为众多应用提供好处，特别是那些看重热管理和能源效率的场合，比如供暖、通风和空调（HVAC）系统等等。理论上桑迪亚散热器尺寸也非常容易进行缩放，如果全美散热设备都改用大大小小的桑迪亚散热器，那么美国每年的整体电力消耗将降低7%。

桑迪亚散热器原型的散热特性测试数据。

其实，正如Jeff Koplow所说，桑迪亚散热设计能用在许多地方，并不局限于大型设备。民用领域如PC的散热也完全能引入这样的设计。事实上，与其说能用于PC，还不如说它就是为PC量身打造的次世代精品。原因主要有二：

1、原型样品正是为芯片散热打造的，从结构上看，它比传统风冷产品小巧了不少。若这样的体积也能满足台式机芯片的散热需求，那么可以预想，用于mini电脑、笔记本电脑等散热的产品将更加轻薄，进一步满足用户对PC小巧、低耗、低噪的要求。

2、从设计上看，桑迪亚散热器的原料并不复杂，成本比传统散热器更低。同时其具备的自行清洁能力将进一步提高设备的可靠性，降低维护成本，更易让用户接受。

因此我们相信，很快就会有针对PC等领域的桑迪亚散热器产品就将面世，与传统风冷产品展开激烈竞争。

它的性能究竟如何？

好了，该技术的特性被认为特别适合用于笔记本电脑和玩家的高端PC。设计简单，坚固耐用并且有成本竞争力都是它的优势。那么它的性能究竟如何，是否有足够吸引力让玩家们放弃当前的高端风冷产品？

桑迪亚散热器原型解析。其底部有形状如CD碟片的吸热装置，其上方就是可以逆时针旋转的散热鳍片，鳍片整体呈螺旋形和旋转基座融为一体。没有特别设置顶部散热鳍片，其顶部只是相对一个简单的平面。底座和叶轮结构并不是严密结合的，期间有大约0.02mm的间隙。热量从固定不动的底座，经过这层“特殊”的0.02mm气体间隙后，传递到旋转的散热器叶轮结构。

传统高性能热管散热系统，其散热器内部由多根热管组成，由于边界层效应，这种系统必须有非常大的热导表面积，才能达成相对较低的热阻。平均来说，传热路径（例如热管高度）长度会超过80mm，因此需要热管穿插于多片散热鳍片之间，才能尽可能降低热阻。而桑迪亚散热器因为死气层厚度大幅降低，使其边界效应大幅度缩小，因此无需采用高塔设计。而且平均传热路径大幅度减少（约10毫米左右），鳍片散热效率成倍提高，也就没有了利用热管等成本较高元件来降低热阻的必要，从而大幅度缩减散热系统体积和成本。

研究院的设想是让它进驻中央空调、集体供暖等大型设备的冷却系统。

理论说起来抽象，让我们来看看桑迪亚散热器原型样品的实际表现。拥有4根热管，等效8根热管的Dynatron G950散热器可谓当代风冷产品的代表。它的大量鳍片总共能为散热器提供高达12000cm2的热交换面积。而与之对比的桑迪亚散热器原型体积小了太多，整体鳍片热交换面积仅400cm2，相差30倍之巨。而实际对比测试中却发现，桑迪亚散热器效率异常惊人，其热导效率是Dynatron G950的29.3倍。什么概念？这意味着同面积散热鳍片，桑迪亚结构的效率比传统热管加鳍片的风冷散热器高出近900倍！这意味着当前PC散热器能够大幅瘦身，或者允许芯片发热量达到新高度。前者有利于笔记本电脑等小体积设备内部空间的进一步压缩。后者则可以允许台式PC芯片的规模大幅增长，而不必担心散热压力。看到此，DIYer们是不是已经兴奋起来了呢？是否对桑迪亚散热器的上市迫不及待了呢？从核武实验室走出的散热器果然不同凡响，其实际市场表现就让我们拭目以待吧。