液体金属散热改造实验报告

笔者近的笔记本电脑老是出现一个问题：平时好好的，一旦玩起游戏，特别是大型3D游戏时，会很有规律的出现跳帧，也就是“卡”一下。

按常理来说，重装系统或是升级驱动，能解决这个问题。但奇怪的是，这个问题却依然存在，并长期困扰着我。在很多论坛上发帖之后，发现遇到这样问题的朋友还不在少数，那么如何解决这样的问题呢？

近年来，因散热不良引起的笔记本电脑花屏黑屏的事件频发，使大家越来越重视笔记本电脑的散热，如果一台笔记本电脑的散热不够好，不仅故障频发，还会影响寿命。

散热不好的笔记本电脑，不仅寿命短，还会严重影响性能，降低使用体验。其实我所遇到的游戏中有规律跳帧的问题，在经过一番摸索之后，后发现，竟然是散热系统惹的祸！

思路分析

根据控制变量解决问题的思想，首先来分析一下：玩游戏时才卡，这里就发现了一个新的变量，那就是温度。在桌面下使用笔记本电脑时，我们的CPU和显卡是低速运行的，而玩游戏时，他们是高负荷运行的，温度会有所升高。于是笔者怀疑，高温会导致笔记本电脑的游戏性能下降。

但是，高温是如何影响笔记本电脑的性能的？又如何解决？

实验准备

下面让我们以探索性实验的方式来证明：高温会导致笔记本电脑性能下降。

既然要做实验，那就要写实验报告，以帮助我们理清思路，并且提高可重复性，以增加可靠性。

实验报告

实验名称：探索温度对笔记本电脑性能的影响

实验目的：证明高温会影响笔记本电脑的性能

实验素材：

硬件：玩游戏就卡的笔记本电脑一台，平口螺丝刀和十字螺丝刀各一把，牙刷一把，针管风扇油一根，各种规格的紫铜片一块，酷冷博液态金属一片。

软件：Furmark，鲁大师(硬件状态监控软件，与Everest类似)

实验过程

1.笔记本电脑开机，进入操作系统后，开打鲁大师，待稳定后查看并记录GPU当前温度。

2.运行Furmark的“极限测试”功能，5分钟后查看并记录GPU高温度。

3.把笔记本电脑拆开，对散热系统进行彻底的清理，并利用铜片和液态金属改造散热，再仔细装回(重点)。

4.再次开机，进入操作系统，打开鲁大师，待稳定后查看并记录GPU当前温度。

5.运行Furmark的“限测试”功能，5分钟后查看并记录GPU高温度。

6.分析温度曲线，得出结论。

注意事项

A.此台实验用笔记本电脑，超过一年没有拆机清理过，如高强度使用，半年以上即可。

B.拆机对于新手来说可能较困难，推荐先去网上查询自己机器的拆机教程，做到心里有底。

C.运行压力测试时，可根据情况酌情减少运行时间，以免机器过热强行自动关机。

实验过程

做好充足的准备后，我们就可以开始动手了。在本文中使用的是一台某品牌笔记本电脑，先看看它的配置情况：

此台机器的CPU性能不错，但同时意味着较高的TDP和发热量，用来进行此次实验再合适不过了。Furmark有温度曲线的显示功能，能显示显卡的温度，这个温度曲线给我们带来了很大的帮助。而“鲁大师”则用于温度监控。

1. 测试开机温度

在进行散热改造之前，测试此笔记本电脑在桌面待机状态的温度为72摄氏度(CPU核心温度)，其中显卡的温度为65℃。

2. 测试极限温度

GPU高温度=120℃，Furmark果然很恐怖，游戏里应该达不到这样的温度(图1)。

图1

在极限测试的过程中发现，风扇的转速早已经达到大值，但温度还在持续上升，GPU温度到120℃时，会突然出现一个波谷，在三秒钟内跌到95℃，然后重新上升到120℃的水平，会再次出现波谷，如此往复。按照笔者的经验，这个时间间隙，和用此台笔记本电脑玩《魔兽世界》时跳帧的间隙极其接近！其实对于这样的结果，笔者早有预料。温度曲线为什么会出现这样的波动呢？

众所周知，散热，就是把热量带出发热源所在的内部环境，稳定的散热系统，会在一个相对较低的温度下保持动态平衡。所谓的散热系统动态平衡，简单来说就是发热功率=散热功率（定义为Pf=Ps）。当发热功率增加时，散热系统会通过提高风扇转速之类的方式提高散热功率，以再次达到动态平衡。当散热系统的功率已经提升到极限还不足以维持动态平衡时，这个平衡就会被打破(Pf>Ps)，发热源的温度就会持续的上升，内外环境的高温差会提高热交换的速率（相当于提高了Ps），这有可能会让散热系统在高温下再次到达动态平衡的状态。但是，在效率降低的散热系统中，高温差环境下的热交换功率往往还是达不到发热功率（Pf>Ps）。我们的笔记本电脑的CPU/GPU温度就会持续上升，按照这个理论，CPU/GPU就会烧掉。

但这样的事情鲜有发生。笔记本电脑及其硬件设计师早就考虑到了这个问题，芯片在达到一个温度阀值时，会自动降频以降低发热(Pf)。芯片降频就会导致性能下降，因为同一块CPUGPU的性能和频率是成正比关系的。这就是本次实验温度会突然下降20度的原因，也是为什么这台笔记本电脑在玩游戏时，会出现跳帧、卡住的原因。

温度降低了，芯片的频率又会提升到原来的频率，结果就是温度再次升高导致芯片再次降频，如此往复。可以想象，我们用笔记本电脑玩游戏时，如果散热不佳，CPU和GPU就频繁降频，自然就会出现游戏停顿与跳帧的情况。

3. 改造散热

仅仅依据以上数据，来证明高温会导致笔记本电脑性能降低还是不够的，接下来笔者通过对此台笔记本电脑的散热改造，以对比的方式来反证高温对性能的影响。

打开后盖，看到了此台笔记本电脑的散热系统。它采用的是典型的一根热管照顾三块芯片（CPUGPU北桥）的散热模式(图2)。

图2

这样的设计，优点是成本低，缺点是CPU和GPU会互相拖累，并且很难让两个高发热芯片同时紧贴散热器的吸热面。

拆开之后，果然发现显卡芯片的上方贴了一块固态硅脂(图3)，用于填充散热器吸热面和芯片之间的缝隙。很多朋友有疑问，这样不是对散热不利吗？

图3

确实，导热率不佳的固态硅脂对于显卡芯片的散热是有很大的负面作用的。但是，它在中低端笔记本电脑中却普遍存在，就是因为它对于降低成本起到了很大的作用。

单热管照顾两块以上的芯片时，就要保证两块芯片都要在一个水平面上，或者高度为定值。焊接在热管上的两块铜制吸热面，要同时保证严格紧贴两块芯片的表面，在力学上是很难的，势必加大了成本和装配时的报废率。

靠弹性螺丝或者弹性金属片的下压固定方式，只能保证一个芯片和吸热面的良好接触，另一个芯片，只好妥协了，用导热率不怎么高的固态硅脂填充缝隙，不仅解决了力学上的问题，还提高了流水线装配的速度，多方面都降低了成本，代价就是有一块芯片的散热效率会变差，并且会随着固态硅脂的老化，成为散热的瓶颈。

如何改装？笔者的想法是：用和固态硅脂同等厚度的紫铜片来取代固态硅脂，提高显卡的导热效率(图4)。

图4

如图4所示，铜片的两面用液态金属来导热，这样整个串联的导热体系就不存在明显的瓶颈了。其中的难点就是，紫铜片的厚度一定要合适，厚了会导致散热器出现倾斜，导致CPU吸热面出现斜坡缝隙，薄了会使得吸热面出现空隙，导致更严重的散热瓶颈图5)。

图5

4.液态金属散热改造实战

经过笔者的反复实验，发现对于此台笔记本电脑，装上0.8mm厚度铜片的效果为佳。而改造所需的液态金属是酷冷博的专利产品(图6)，用于取代传统的导热膏，来填充固体之间的微小缝隙，提高导热效率，它的导热率高于传统的导热膏10倍以上。

图6

另外，有个不起眼，但是很重要的小知识点告诉大家，铜制吸热面是用焊锡焊在热管上的，这样改造的结果就是，整个散热系统中导热率低的部分，从固态硅脂的0.5-2w/(m.k)，提高到了焊锡的66w/(m.k)，有效去除了短板，大幅提升散热性能。

常见导热材料的性能分析表

Step 1

在铜吸热面上覆盖一层液态金属。

图7

Step 2

用100度的电吹风加热

图8

因为液态金属的熔点只有75度，所以，现在的铜片可以认为已经被焊接到了铜吸热面上去了。

图9

Step 3

清洁一下GPU的表面，再覆盖上合适大小的液态金属，顺便给CPU也加上液态金属。

图10

Step 4

把散热器清理干净，装回去，再适当加热。

图11

5.改造后温度测试

改造之后，待机状态下的温度出乎笔者的预料(图12)。

图12

此时的室温为20度，待机状态下，鲁大师检测CPU的温度为32度，GPU为43度，对比之前的温度，几乎下降了30度。再看看极限测试状态下的温度变化(图13)。

图13

这个曲线也有点意思，前面的温度上升到了78℃，之后却缓慢下降到70℃就不再上升了，笔者猜测，液态金属刚开始没有彻底融化，待它融化后填充了微小的缝隙，导热效率才达到佳状态。所以笔者认为，此时的GPU极限温度应该是70℃。

图14

写在后

显卡的待机温度下降了12度，高温度下降了50度！不过，我们终的目的是让这台笔记本电脑恢复性能，经过两小时副本测试，在《魔兽世界》游戏中，之前一直存在的跳帧现象也没有了，这证明了高温确实会影响笔记本电脑的性能，实验获得了成功！

笔者希望通过这次实验，替大家解开疑惑，也能给大家一些启示。我们在享受低价位的笔记本电脑的同时，也会因为成本的制约失去一些散热性能。其实，我们完全可以自己动手，使用一些廉价材料，让笔记本电脑运行得更High。

从本期开始，我们将在《DIY经验谈》栏目陆续推出“笔记本电脑那点事儿”系列文章，喜欢自己“琢磨”笔记本电脑的读者请保持密切关注。