硅脂CPU和钎焊CPU哪种更好?Intel为什么换来换去

前几天写了一篇关于CPU导热硅脂重要性的文章,后台收到不少电粉留言。

问 CPU 开盖是什么?钎焊 U 和硅脂 U 是什么?我能直接将 CPU 与散热器焊接在一起吗?
今天就借此机会,来给大家说道说道 Intel 在 CPU 散热上的迷惑操作。

我们买到的 CPU 都是这样的小方块。

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CPU 与散热器表面并不光滑,为了提升 CPU 与散热器的有效接触面积,我们会在 CPU 与散热器之间,涂抹一层薄薄的「导热膏」,也叫导热硅脂。
导热膏就涂在银色的金属盖子上,这个盖子是纯铜做的,表面还镀了镍来抗氧化,也增加了耐磨性。
其实我们看到的这个小方块,并不是CPU的本体,真正的芯片藏在盖子下面。

如果我们用特殊的工具,掀起 CPU 的盖子来,就能看到光滑镜面的 CPU核心,这个核心成为 die。

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可以看到,die 只占非常小的面积,CPU 的所有热量几乎都来自它。

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如果直接把 die 安装到主板上,首先是非常小,不方便安装,其次是运输和安装时容易顺坏 die。
最重要的是,加个盖子还能提升 CPU 与散热器的接触面积,提升 die 散热能力,因此这个盖子也被称为「集成散热器」,它的导热系数大约在 400W/(m*K) 左右。

那么,既然 CPU 盖子与散热器之间要用膏来提升导热性,die 与盖子之间呢?

die 和盖子并不是一体的,它们之间肯定也存在缝隙,并且盖上后 die 将处于密闭的空间,要知道,静止的空气是最好的保温材料。
因此,在 die 和盖子之间,填充导热材料非常重要。
那么,应该用什么材料呢?

最初工程师为了导热性,采用焊接的方式,用导热材料将 die 和盖子焊接在一起,因为焊接后的导热性非常好。

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采用这种钎焊散热方式的 CPU,被称为钎焊 U。
工程师尝试了很多种材料,最后选择了硅,硅的导热系数大约有150 W/(m*K),而热(线)膨胀系数较小,也就是说热胀冷缩不明显。
盖子的原料铜,热(线)膨胀系数就要高很多,大约是硅的 6倍。

因此,直接把硅和铜含在一起,die发热后热胀冷缩会导致焊料撕裂,甚至可能损坏 die。

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后来工程师找来一种更高级的材料,铟 /yīn/ 。
铟的导热系数虽然只有 81.8 W/(m*K),不如铜和硅,但也比普通的导热膏 5~10 W/(m*K) 好得多。

最主要的是它的延展性好,可以有效缓解铜与硅之间的矛盾,避免硅与铜热胀冷缩导致的损坏。

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唯一的遗憾是铟比较贵,产量甚至黄金都少,每颗 CPU 大约需要 2-5 美元的铟。
不过 CPU 作为人类工业皇冠上的明珠,用 5 美元的铟,不过分吧?(反正是用户掏钱)。

可惜 Intel 觉得很过分。


Intel 在 2012-2018年,陆续将主流 CPU 中的钎焊工艺,换成了直接涂导热膏的形式。

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对于 Intel 来说最大的好处是,省钱啊。
最直接省的就是铟的钱,每年千万上亿颗 CPU,每颗省 3 美元都是几个亿。
其次是良品率提升了,焊接操作毕竟存在一定风险,稍不注意就可能报废一颗i9,导热膏完全避免了这个问题。多卖一颗赚一颗,这也变相提升了产量。

这些钱拿去买牙膏、请拳师,不香吗?

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Intel 当初为什么使用膏代替钎焊,网络上的观点并不一致。
有人认为是出于成本考虑,也有人认为是技术进步(Intel 自信他们的 CPU 能够在低温下保持高效能)。
不过小淙认为 Intel 更自信的是,它们在 CPU 领域的地位。当年 AMD 是真的扶不上墙,被 Intel 吊起来打。
不过 Intel 采用导热膏代替钎焊的副作用也随之而来。

钎焊导热系数少说也有 81.8 W/(m*K),导热膏顶多也就 10 W/(m*K),这好几倍的差距,最终就体现在工作温度上。

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钎焊 U 满载 60℃,硅脂 U 满载可能有 80℃。

虽然 80℃ 也在可控范围内,但用户心理难免觉得膈应,毕竟 CPU 售价一分没少,掏同样的钱买阉割版,谁不难受?

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另外,上期小淙也说过,CPU 的寿命很大程度上由工作温度决定,导热膏随着使用,导热效能会慢慢降低,CPU 温度也会越来越高。
对于超频的玩家,更是苦不堪言。
本来可以用 10 年的 CPU,现在只能用 8 年,因此当年有用户说这是 Intel 的「计划报废」。

以上缺点都是,使用导热膏散热才导致的。

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到了 2019 年,AMD 翻身差不多了,再加上 Intel 的传统艺能 14nm 温度确实压不住了,Intel 才不情愿的在第 9 代 CPU 上重新用回钎焊。
而去年发布的 10 代 i5,出现了更猎奇的抽奖事件,10 代 i5 CPU 存在钎焊和导热膏散热两种版本,买到哪种全凭运气。
以上就是就是钎焊 U 与硅脂 U 的来历。

AMD 比较良心,主流CPU一直坚持使用钎焊,活该它翻身。

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买到 Intel 硅脂 U 的用户,为了提升散热能力,学会了开盖的技能。

也就是打开 CPU 的盖子,把出厂的导热膏换成更有效的导热材料,主流材料是液态金属,这样就能有效降低CPU的温度。

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黄线硅脂U,蓝线改造后的液金U


不过,不建议小白用户动手轻易尝试,很容易弄坏 CPU,CPU坏了是没法修理的。