扇葉上的金屬風暴！那些奇特散熱器們

時至今日，風冷市場已然成熟，但千篇一律的塔體外觀有些讓人審美疲勞。遙想十餘年前，在那個散熱廠商還沒有充分了解“風道”概念的年代，消費者們也樂意讓自己的電腦“霸氣側漏”，彼時的風冷市場可謂百花齊放，奇葩輩出。

本文中所介紹的散熱器，它們或外觀獨特，令人印象深刻；抑或原理創新，令人眼前一黑；更有甚者，能夠兼具二者之長，讓人哭笑不得。本系列文章裏，我們就將盤點那些在造型結構上創新的奇葩散熱器們。

自從誕生以來，風冷散熱器的原理都沒有發生太大變化：熱管將熱量傳遞至鰭片之上，隨後由風扇產生氣流。空氣吹過鰭片，最終帶走熱量。

然而，隨着人們的探索逐漸深入，傳統原理的弊端也日漸凸顯。爲了壓榨風冷散熱器的潛力，必須要克服重重阻礙。其中，一大影響效率的因素便是“附面層”。

具體來說，由於流體存在黏性，鰭片表面的空氣將受到粘滯。距離鰭片越近，空氣的流速便會越慢，甚至趨於靜止。最終，形成一道附面層。

散熱器的性能與空氣流速息息相關，而附面層卻將鰭片與高速氣流相阻隔。毫無疑問，這會降低散熱器的效率。

有什麼方法能夠減小附面層的影響呢？人們構思了許多設計，其中包括但不限於：

分體式鰭片

在鰭片上設置一些凸起

以及……加速旋轉的離心葉片！

沒錯，藉助離心效果，確實可以將“附面層”的厚度削減至最低。那爲什麼不讓鰭片化作風扇，自行帶動氣流，在此過程中爲自己散熱呢？

抱着這樣的想法，一羣發明家們研究出了散熱領域的“金屬風暴”。

Sandia Cooler

桑迪亞散熱器

2011年，美國桑迪亞國家實驗室研發了一種新型散熱產品，並將其稱之爲“改變電子產業散熱格局的希望”。

這種散熱器的學名是“Sandia Labs Air Bearing Heatsink（桑迪亞實驗室 空氣軸承散熱器）”具體說來，它利用了“加速體上方的邊界層更薄”的理論，通過高速旋轉的鋁製葉輪進行散熱。

也正因此，原型機的鋁製葉輪足有150克重。它在工作時的轉速高達2500RPM，是一個高度危險的“絞肉機”。但在驚人的效率面前，這一切都是值得的。

由於附面層被大大削薄，散熱效率得到了突飛猛進的提升。桑迪亞實驗室宣稱，與傳統散熱器相比，“空氣軸承散熱器”的 單位鰭片面積傳熱量 足足增加了30倍，堪稱散熱器設計史上的“技術革命”！

不僅如此，這樣的設計還有諸多優點。由於沒有傳統意義上“靜態”的散熱鰭片，這是一款“免疫灰塵”的散熱器，對積灰有着天生的抵抗力。

灰塵也許會附着在鰭片的表面、堵塞住散熱鰭片的縫隙，但很難阻止“散熱葉輪”的轉動。而高速旋轉的葉輪，也能將浮塵一掃而空，大大降低了灰塵對散熱的影響。

更令人興奮的是，由於不需要額外的鰭片陣列，桑迪亞散熱器的噪音也大大降低。傳統風冷的很大一部分噪音，是由於風扇產生的氣流吹過高阻力的“靜態”鰭片導致的。如今沒有了它們的阻礙，風扇自身成爲了散熱主體。桑迪亞散熱器不僅高效，更是安靜。

毫無疑問，旋轉的鋁製散熱葉輪帶來了多方面的好處。然而，“桑迪亞散熱器”沒有傳統意義上的熱管導熱，熱量又是怎樣傳遞至鋁製葉輪上的呢？

將原型機翻過面來，我們不難得到答案：桑迪亞散熱器的底部是一整塊純銅均熱板，中心則有一個強大的無刷電機。而葉輪與下方結構間僅有一條極微小的空氣間隙——在葉輪高速旋轉時，這條縫隙約爲0.2mm。

CPU與散熱器底座之間之所以需要硅脂導熱，正是由於它們的接觸面積太小，LGA1151處理器的頂蓋面積僅有1400mm^2。

但在“桑迪亞散熱器”上，一切截然不同。當葉輪直徑爲100mm時，空氣間隙的面積便已高達7000mm^2！

儘管空氣是熱的不良導體，在如此微小的間隙上、如此巨大的面積間，所起到的阻礙也是有限的。似乎是在挑戰人們的傳統認知，沒有結構物理接觸，桑迪亞散熱器就這樣完成了熱量傳導。

桑迪亞散熱器的研發成果一經發表，立刻引發了軒然大波。諸多散熱廠商注意到了這一新穎的成果，很快向桑迪亞實驗室申請技術授權。

酷冷至尊& CoolChip

Kinetic Cooling動能冷卻

在沉寂了一段時間後，與“桑迪亞散熱器”相似的概念產品如雨後春筍般浮現。在2015年的CES展會上，Coolchip公司率先發布了與酷冷至尊聯合研發的“動能冷卻”散熱器。

Coolchip公司與桑迪亞實驗室的“許可和技術轉讓部門”簽署了商業化許可。然而，眼下這款“動力散熱”並非是技術原型的簡單仿製。在具體的實現方式上，這款產品進行了諸多改進。

如前所述，原型“桑迪亞散熱器”通過葉輪與主體結構間的空氣間隙傳導熱量，因而間隙的面積越大，傳導效果越好。Coolchip公司在二者的表面刻上了一道道溝槽，大大增強了各自的表面積。

不過，一些“桑迪亞散熱器”存在的缺陷，直到考慮量產時才格外明顯。Coolchip公司或許對原型產品的性能過於樂觀，事實上，“動能散熱”還存在着不少問題亟待解決。

相比於普通的軸流風扇，金屬葉輪並不像看上去那樣美好。由於自身要兼做“散熱片”，金屬葉輪無法產生與同尺寸普通風扇相提並論的風量。消除附面層的優勢固然明顯，可它本身的散熱面積也實在太過有限。

因此，爲了彌補散熱效能，Coolchip公司不得不在外圍添加了傳統散熱鰭片與熱管，以充分利用金屬扇葉的氣流。然而，這也讓桑迪亞散熱器的“抗塵”優勢不再突出，還可能帶來額外的風噪。更像是在“畫蛇添足”，卻也透露出效果不及預期的無奈。

與此同時，由於葉輪採用純金屬打造，其重量同樣不容忽視。在超過2000RPM的高轉之下，葉輪的軸承至關重要。不幸的是，直到產品展出時，Coolchip還沒有考慮好使用何種軸承。如果使用普通液壓軸承，葉輪的壽命必然相當有限。

歸根結底，這款產品還有着太多不成熟的地方。意料之中，在CES展臺上曇花一現後，“動能散熱”便石沉大海。而當“桑迪亞散熱器”再一次出現在世人眼前，又已是2年之後的2017年了。

Thermaltake（耀越）

Engine 27

在“閉關修煉”六年之後，“動能散熱”終於在老牌廠商Tt手下修成正果。Thermaltake推出了ENGINE系列散熱器，以此致敬那酷似引擎的外觀。

在結構設計上，Thermaltake ENGINE27更像是“動能散熱”進一步成熟的產物。

側面的“靜態”鰭片被重新設計，結構更加合理。原本的熱管也藉機去除，整個散熱器的高度進一步降低。“桑迪亞散熱器”的核心——中部的金屬散熱葉輪依然存在，但是面積已經小了很多。

歸根結底，桑迪亞散熱器還是有先天不足。由於熱量傳導完全依賴那道空氣間隙，葉輪與底面的間隙必須儘可能小。因此，桑迪亞散熱器對加工精度的要求相當高。同時，金屬葉輪的運轉也必須異常平穩。

如果要發揮散熱器的性能優勢，就必須要有更大的散熱面積。可是加工大尺寸、高轉速的金屬葉輪談何容易，材質稍有一些不均勻，葉輪的動平衡便會成爲災難。

ENGINE 27的具體參數，金屬扇葉的風量僅有9CFM。圖片來自CHH

在最終的Tt ENGINE27成品上，金屬葉輪的直徑僅有60mm，散熱面積自然相當有限。消除附面層的效率雖高，卻沒有足夠大的空間令其施展。

由於自身對精度的高要求、金屬葉輪的大自重，相對同等性能的常規散熱器而言，ENGINE 27的製造成本相當高。爲了帶動葉輪達到2500RPM的高轉，Tt不惜應用了八極電機。

也正因此，Tt對這款散熱器的定位相當明確——揚長避短。藉助獨特的結構設計，降低整體高度、大幅增強兼容性。而爲了在極小的體積內增強散熱效能，小尺寸的“金屬散熱葉輪”方纔派上用場。

最終的成果堪堪令人滿意。在27mm的極低高度下、ENGINE 27的效能勉強超越了INTEL的原裝散熱器。不過，原本的“抗塵、低噪”等等優勢，也消失得無影無蹤了。

由於採用8級電機，Tt的轉速讀數是實際轉速的2倍。圖片來自CHH

後記

一款技術從實驗室走向實用化，必將歷經無數考驗。對比最初的“桑迪亞散熱器”原型，Thermaltake的成品已是面目全非。

而理想與現實的差距更是如此之大，回看“改變電子產業散熱格局”的口號，如今的金屬葉輪散熱器更像是噱頭。空有效率，卻無面積可供施展。或許，1U/2U平臺纔是這一原理的歸宿吧。

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