聚焦散热三要素之一笔记本散热风扇的效率之谜

回顾笔记本的散热流程

在笔记本的散热模块中，最关键的三要素就是热管、散热风扇和散热鳍片（图1），此外还有用于提升它们之间接触面积和导热效率的元素。

隐藏的“中介”和填充层

很多笔记本在CPU、GPU、显存和供电模块等芯片的表面都覆盖有一层铜质的散热片（图2），作为芯片与热管之间的“中介”，它的首要任务就是将热量迅速从芯片体内“抽出”，还起到了增加接触面积和扩大散热面积的功效。

实际上，在芯片与散热片、散热片与热管之间还存在着一层作为填充物的导热硅脂，真正“讲究”的散热设计，还应该对散热片和热管的表面进行精细的打磨——铜质的散热片和热管表面普遍非常粗糙，在微观上会影响它与导热硅脂的充分接触。但在使用CNC等工艺对金属表面进行打磨和抛光后，则可以最大化它们与导热硅脂的接触面积，这样才能以100%的效率实现热量的传导。

至此，在“CPU/GPU→导热硅脂→散热片→热管”这个过程中，笔记本的散热之旅已经进行到了一半，接下来就是如何将热量“消灭”于机身之外。

来自热管的任务

热管是由纯铜打造的一段中空的金属管道，与CPU/GPU芯片接触的部分为“蒸发端”，与散热鳍片接触的部分则为“冷凝端”（图3）。

热管内填充有冷凝液（通常是纯水），其工作原理是芯片表面的高温会将热管蒸发端部分的液体转化为蒸汽（真空状态下沸点很低），并沿着管腔移动到热管的尾部（冷凝端）。由于这个区域温度相对较低，所以热蒸汽很快就会被还原为液体，并通过毛细作用沿着热管内壁流回原始位置，周而复始完成热量的传递。

与台式机领域的处理器和显卡所用的圆柱形热管不同，笔记本内部空间极为有限，必须先将热管的管芯结构从圆柱形压扁后才能塞进去（图4），而不均匀或过度的扁平化会阻碍管芯内液体的转移，过度的弯曲也会影响导流效果。

散热鳍片的功效

对笔记本的散热模块设计而言，热管的直径越粗，数量越多，导热效率自然也就越高。但是，想在最短的时间内将热管冷凝段的热蒸汽还原为液体，对搭配的散热鳍片也提出了更高的要求。

散热鳍片在电子工程设计的领域中被归类为“被动性散热元件”（图5），它的材质以铝和铜为主，工作原理是將从热管传递来的热量以对流的形式散发掉，散热效率取决于表面积的大小。由于当前连游戏本都开始了“瘦身竞赛”，这就导致散热鳍片不能再通过厚度增加表面积，只能依靠增加散热鳍片模组的长度或数量、增加散热鳍片扇叶的密度加以改善了。

需要注意的是，除了少数采用无风扇设计、追求极致轻薄的笔记本以外，散热鳍片是不能独立存在的，一组散热鳍片就必定对应一个散热风扇和对应的散热出风口（图6）。原因很简单，对搭载15W或更高TDP处理器的笔记本而言，散热鳍片根本无法满足芯片内散发出来的热量，必须借由风扇通过从外部吸入的冷空气来驱走这些热量！

至此，终于轮到散热循环中最关键的散热风扇登场了。

深度剖析散热风扇

在笔记本散热模块的三要素中，散热风扇在很大程度上可以弥补热管和散热鳍片自身导热和散热效率的不足，而这也就是为什么硬件配置相同，散热风扇、热管和散热鳍片数量设计看似一样的笔记本之间，散热性能却存在极大差异的根本原因。

确保风道的通顺

台式机处理器专用的散热风扇多为轴流结构（图7），我们可以将其理解为缩小的电风扇，以垂直方向推动空气，从而加速位于其底部散热片的热量流失。笔记本内部空间有限，风扇和散热鳍片不可能再垂直排列，只能按照水平方向摆放，所以这就需要风扇朝着侧面的指定方向吹风。

因此，笔记本专用的散热风扇都以涡轮结构为主，扇叶与旋转面垂直呈环形排列，在工作过程中空气由轴向进入环形扇叶所包围的空间，随后被扇叶旋转带动的离心效应横向甩出，在扇叶外围形成一道漩涡状散射气流，受流道的导流作用从风栅口切向吹出（图8）。

换句话说，台式机常用的轴流风扇好像“霰弹枪”，它的散热区域呈面向分布;笔记本专用的涡轮风扇好似“狙击枪”，它的散热区域以点为主，需要将垂直方向收集的冷空气汇聚到面向散热鳍片方向的一个点上，想要发挥100%的效率还需要避免风量的无谓损失。因此，拆开笔记本，你会发现绝大多数笔记本的风扇和散热鳍片之间，都贴有一片或几片黑色的醋酸布胶带堵住缝隙防止“漏风”（图9），我们每次拆机除尘清灰后一定要记得重新将醋酸布胶带贴回去，否则会影响风道吹风的效率（图10）。

需要注意的是，现在很多轻薄本为了追求纤薄设计都采用了“下沉式”转轴，如果散热出风口位于机身后部，在掀开屏幕后B面底部必然会挡住一部分出风口（图11），从而损失一部分散热效率。想避免这个尴尬，要么采用出风口侧置的设计，要么就改用立式转轴，或是在“下沉式”转轴的基础上，将屏幕B面底部“挖”出一个凹槽（图12）。

此外，散热风扇普遍是依靠位于笔记本内部的散热孔“吸风”再吹向散热鳍片，保证这个“进风道”的顺畅，也能提升一定的散热效率。

有些笔记本在底盖对应散热孔的位置并没有贴防尘网，用容易进灰的隐患换来了更大的进风量;有些轻薄本采用了独特的“翘臀”设计，打开屏幕后转轴可以将键盘向上撑起一定的角度（图13），从而确保笔记本底部空气的流通;当笔记本放置于靠近墙壁或工位隔断附近，后置出风口排出的热浪会反弹回笔记本的底部，如果被风扇吸入这些反弹回来的热风势必会影响散热，因此很多笔记本会通过长条形的脚垫阻断D面散热孔和后置出风口的“接触”（图14），类似的细节设计都会对笔记本实际的散热起到一定的增益效果。

风扇的尺寸和工作电压

对散热风扇而言，尺寸越大，在相同转速的前提下风量也就越大;工作电压越高，就能运行在更高的转速上，从而形成更大的风量。很多轻薄本和游戏本虽然配备了2个散热风扇，但却是一大一小（图15），而且规格也并不统一。笔记本风扇的工作电压普遍都是5V，少数高端游戏本则会配备12V电压的风扇，对应“狂暴模式”下的风扇转速，但大电压带来大风量的同时，噪音问题也会愈加凸显，仅适合带着耳机玩游戏的使用场景。

仿生的扇叶和材质之别

当笔记本散热风扇的尺寸和工作电压一定时，其风量、噪音和散热效率就将由叶片数量、材质和仿生设计决定了。

很多轻薄本风扇的叶片数量多在50片～60片之间，游戏本风扇的叶片数量则会更多一些，其中最具代表性的就是华硕ROG冰刀系列。在冰刀1时，其内置风扇叶片为71片，而ROG冰刀3的扇叶则提升到了83片，最薄处更是只有0.2mm。问题来了，笔记本风扇的叶片是不是越多越好？

答案是，风扇叶片的数量存在一个临界点，必须在叶片数量和它们的间距之间取得平衡，在太小的空间中塞入太多的叶片意味着没有足够的空气被推出。为了找到这个平衡点，OEM厂商往往会通过行业标准的仿真软件对气流变化进行评估（图16）。

在噪音方面，就需要“仿生学设计”登场了。ThinkPad高端机型主打的“鹰翼风扇”，宏暮掠夺者游戏本力推的“刀锋速冷风扇”都参考了猫头鹰翅膀特有的羽毛排布，每片扇叶都不是一个平面，而是凹凸不平的锯齿状（图17），在厚度不足5mm的超薄空間内也能提供较大的风量，全速运行时的噪音也得到了很好的控制。

此外，风扇内部叶片的材质几乎都是塑料，如果换成金属材质，在相同电压和转速下的风量会更大。以宏暮掠夺者游戏本为代表的第四代3D刀锋速冷金属风扇为例，官方就表示其风通量较同尺寸塑料风扇提升45%。不过，金属扇叶风扇虽然好，但它的组装难度和成本更高，一旦因组装期间失误或平时掉进杂物导致扇叶变形，反而会影响散热效果。因此，更多的OEM厂商才更青睐塑料材质叶片的风扇，让每一片扇叶的变形度、形状都在控制范围内。

论除尘的必要性

由于笔记本散热模块的密闭性，长时间使用注定面临堆积灰尘的问题。因此，定期给风扇除尘，在散热片和芯片之间重新涂抹硅脂是必需的。就风扇的防尘能力上，华硕应该是最有心得的。在很多华硕新款游戏本中，都引入了“ANTI-DUST”概念的风扇，当有灰尘进入风扇腔体内，可以顺着预设的除尘通道将灰尘颗粒排出到风扇之外，长时间使用也不会堵住散热鳍片（图侣）。

小结

总之，就是这些细节影响着笔记本的散热能力，也同时影响着笔记本性能的发挥。最后还需提醒大家的是，购买笔记本，特别是游戏本，电源适配器的功率也非常重要，很多配GTX1050Ti的游戏本只配120W功率的电源适配器，根本“喂不饱”i7+GPU的满负载运行所需的功率。一般来说，轻薄本需要至少65W功率的适配器才够用，而GTX1650游戏本需要150W，GTX1660Ti或更高档次独显的游戏本就需要180W甚至200W以上才可以。