CPU液体冷却与空气冷却的工作原理和区别

与任何强大的 PC 硬件一样，CPU 在运行时会产生热量，需要适当冷却才能达到最佳性能。  

正如英特尔系统散热和机械架构师 Mark Gallina 所说，在正常运行期间，CPU 内的晶体管将电能转化为热能（热量）。这种热量会增加 CPU 的温度。如果没有有效的散热途径，CPU 将超出其安全工作温度。

但是，让 CPU 保持在理想温度下运行的最佳方法是什么呢？有许多方法可以冷却处理器，但大多数台式机和笔记本电脑使用空气冷却器或液体冷却器。接下来将讨论液体冷却与空气冷却：它们的工作原理、每种方法的优缺点。

01 CPU冷却器的工作原理

空气和液体 CPU 冷却器的工作原理相似，它们所做的本质上一样：从 CPU 吸收热量，然后将热量从硬件中散发出去。处理器本身产生的热量被散发到 CPU 上称为集成式散热器 (IHS) 的金属盖上。然后，热量转移到 CPU 冷却器的基板。再然后，热量通过液体或导热管散发到风扇，接着被从冷却器吹走，最终离开 PC。虽然基本的机制是相似的，但这两种方法实现热量散发的方式非常不同。

1.1 空气冷却

在空气冷却器中，热量从 CPU 的 IHS 通过所涂抹的导热膏转移到通常由铜或铝制成的传导基板中。然后，热能从基板进入连接的导热管。

导热管旨在将热量从一个位置传导到另一个位置。在这种情况下，热量会转移至高于主板的散热器，从而留出空间放置其他组件，比如 RAM。这些管道以热量的形式将能量输送到构成散热器的薄金属翅片中。这些散热片的设计是为了最大限度地暴露在较冷的空气中，从而吸收金属中的热量。然后，连接的风扇将热的空气吹离散热器。

被动冷却是怎样的？    

与标准空气冷却器相比，被动式冷却器不太常见，但在理论上是相似的。它们依靠特别设计的散热器来吸收和散发热量，而不需要使用风扇。对于有低噪音要求的设备，这类散热器非常有用，但大多数游戏计算机都使用空气冷却器或液体冷却器。

空气冷却器的效率会因诸多因素而有所不同，比如构建时使用的材料（例如，铜的传导性优于铝，但铝更便宜），以及连接到 CPU 散热器的风扇的大小和数量。这就是 CPU 空气冷却器的尺寸和设计会有不同的原因。

大空气冷却器通常散热更好，但并不总是有足够的空间来容纳较大的散热解决方案，特别是在小型电脑中。接下来将进一步探讨空气冷却的优点，以及何为液体冷却。

1.2 液体冷却

与空气冷却器一样，有多种选项可供选择，但大多数都分为两类：一体式 (AIO) 冷却器或自定义冷却循环。在这里，我们将主要关注一体式 (AIO) 冷却器，尽管这两者中液体如何冷却 CPU 的基本原理是相同的。

与空气冷却类似，冷却过程从连接到 CPU IHS 的基板开始。IHS 上附有一层导热膏，方便两个表面之间更好地传热。基板的金属表面是水冷头的一部分，水冷头设计为装填冷却液。

当冷却液通过水冷头时，会从基板吸收热量。然后，冷却液继续在系统中行进，向上通过一两根管子到达散热器。散热器将液体暴露在空气中，帮助其冷却，然后，连接到散热器的风扇将热量吹离冷却器。接下来，冷却液重新进入水冷头，循环再次开始。

02 选择冷却方式时需要考虑的因素   2.1 价格

价格会因优先考虑的功能而有很大的不同。不过，一般来说，空气冷却器的成本较低，因为操作更直接。两者都有入门级和高级版本。高级版本的空气冷却器可能配有更大的散热器、更好的风扇，并提供不同的美学设计。高端一体式 (AIO) 液体冷却器可能会有一个更大的散热器，并可以进行外观和功能定制，比如用于控制风扇转速和照明的软件。

2.2 易于安装

尽管一体式 (AIO) 液体冷却器的安装通常比标准的空气冷却器更复杂，但它仍然相当简单。大多数仅包含水冷头、两根用于循环冷却液的软管以及散热器。额外的步骤包括连接水冷头，这是类似于安装空气冷却器的过程，然后连接散热器和风扇，使多余的热量可以很容易地从 PC 中散出。由于冷却液、泵和散热器都包含在设备中（因此称为“一体式 (AIO)”），安装后只需很少的监管或维护。

另一方面，安装自定义循环需要构建者付出更多的努力和掌握更多的知识。初始安装过程可能更耗时，但是增加的灵活性允许进行更多的自定义，并且如果需要，可以将其他组件（如 GPU）包括到循环中。当正确实施时，这些更复杂的自定义循环还可以支持各种形状和尺寸。

2.3 尺寸

空气冷却器可能体积大，但它仅限于一个区域，而不是分布在整个系统中。另一方面，使用一体式 (AIO) 时，需要为散热器留出空间，还需要考虑水冷头和冷却液管的正确方向和对齐等问题。也就是说，如果计算机比较小，体积偏大的空气冷却器可能不是最好的选择。薄型空气冷却器或带小型散热器的一体式 (AIO) 冷却器可能更合适。在规划升级或选择机箱时，请确保有足够的空间来容纳所选的冷却解决方案，并确保机箱支持已选择的硬件。

2.4 声音

液体冷却，尤其是使用一体式 (AIO) 时，往往比 CPU 散热器上的风扇更安静。同样，这也不一定，因为有专门设计用来降低噪音的空气冷却器，而风扇的设置或风扇的选择也会影响产生的噪音量。但总体而言，液体冷却往往产生的声音较少，因为小型泵通常绝缘良好，散热器风扇的转速往往低于 CPU 散热器上的风扇。

2.5 温度调节

如果打算做一些 CPU 密集型的工作，比如渲染视频或流式传输，那么液体冷却可能是最好的选择。液体冷却比纯传导能更有效地将热量分散到更多的对流表面积（散热器）上，从而降低风扇转速（更好的降噪效果）或提高总功率。换言之，它更有效，且往往更安静。如果追求尽可能低的温度，或者对更安静的解决方案感兴趣，且不介意稍复杂的安装过程，液体冷却可能是最佳选择。

空气冷却器非常善于将热量从 CPU 中转移出去，但热量随后会散入机箱中，这会抬高系统的整体环境温度。液体冷却器通过散热器上的风扇将热量转移到系统外，这方面做得更好。

03 综上   选择液体冷却还是空气冷却，取决于如何使用计算机以及预期的性能和工作负载。如果希望工作时几乎没有噪音，冷却效果最好，且不介意可能更高的价格，液体冷却将是合适之选；如果寻找的解决方案要有更低的价格，安装要简单，并能牺牲一定的性能和降噪效果，建议采用空气冷却。  

编辑：黄飞