現在市場上做的比較好的遊戲筆記本散熱可以將中央處理器和顯卡的公作溫度大幅度降低，但是均衡下來在玩遊戲的時候這兩者都不會低於65oc，有時甚至能彪到90甚至100°c,兩者的發熱機制是怎樣的？如果僅因為類似電流的渦流原理，為什麼它們工作時需要如此強大的電流供應？

非專業人士，如有錯誤還請指正。

題目：為什麼CPU和GPU可以達到那麼高的溫度？回答：因為在功耗和散熱條件一定時晶元面積越小，溫度越高。單獨來看100W的發熱量可能不算大，但是對於通常只有幾百平方毫米的CPU和GPU，在空冷條件下會帶來非常高的溫度。而真空腔均熱板/熱管有著遠高於普通金屬和硅晶元的導熱係數，使用均熱板/熱管連接散熱鰭片等效於提高了CPU/GPU和散熱鰭片的接觸面積。

[公式]

在理想情況下，對於給定的CPU，其功率與電壓的平方和頻率成正比。而CPU消耗的絕大部分電能都轉化成了熱能，為了降低功耗和發熱，降低工作電壓和頻率成了移動晶元的主流選擇。[1][2][3]

[公式]

考慮CMOS反相器（非門）的能量轉化，其功率可分為三部分：動態功率 [公式] 、短路功率 [公式] 和漏電功率 [公式] 。其中[公式]和[公式]遠小於[公式]，可以忽略。[1][2][3]

CMOS反相器由一個P溝道MOS管（負載管）和一個N溝道MOS管（輸入管）組成。負載管源極接高電壓 [公式] ，輸入管源極接地，負載管和輸入管柵極接輸入端，負載管和輸入管漏極接輸出端。要求 [公式] ，其中 [公式] 為N溝道MOS管的開啟電壓， [公式] 為P溝道MOS管的開啟電壓。[4]

對於P溝道MOS管，柵極施加低電平導通，柵極施加高電平截止；對於N溝道MOS管，柵極施加高電平導通，柵極施加低電平截止。對於CMOS反相器，輸入低電平時，負載管導通，輸入管截止，輸出高電平；輸入高電平時，輸入管導通，負載管截止，輸出低電平。

把反向偏置的MOS管看成電容器，正向偏置的MOS管看成短路。由於任一工作狀態下，CMOS反相器均有一個MOS管導通和一個MOS管截止，在變換狀態時，截止的MOS管放電，導通的MOS管充電。由於電容中儲存的能量為 [公式] ，每個工作周期CMOS反相器變換兩次工作狀態，這些能量最終以焦耳熱的形式釋放，因此總共有 [公式] 的電能被消耗。[3]

由一個周期內的能量消耗不難推出CPU的功率 [公式] ，考慮到CPU中包含成千上萬個這樣的門電路，因此有 [公式] 。[3]

如果把硅晶元看成在水平面上完全均勻的物體（近似處理，實際上並不可能。從單晶硅到硅晶元要進行蝕刻摻雜氧化金屬化布線等處理，早已不再是硅單質），在發熱功率恆定和相同的散熱條件下，晶元面積越小，溫度越高。

傅里葉定律：當物體內的溫度只依賴一個空間坐標，而且溫度分布不隨時間發生變化時，熱量沿溫度降低的方向傳導，稱之為一維定態熱傳導，可用下式描述：[公式] 。

其中 [公式] 為熱流密度，表徵在與熱傳導方向x垂直的平面單位面積上，在x方向上傳熱的速率；T為溫度，x為熱傳導方向坐標，k為物體的導熱係數。此式表明熱流密度 [公式] 與x方向上的溫度梯度 [公式] 成正比，熱流方向與溫度梯度方向相反。[5]

想像這樣一個場景：硅晶元上方緊貼著一塊足夠大的銅板，銅板上方有足夠多的水，銅板下方除硅晶元外為理想真空。將硅和銅視為理想晶體，在水平方向上規則均勻排布。忽略硅晶元的厚度，銅板的厚度固定，水的溫度恆定。忽略界面的空隙和氣泡。忽略熱對流和熱輻射。忽略邊界效應。

由已知條件容易得出銅板上表面的溫度 [公式] 恆定。當硅晶元的發熱功率 [公式] 恆定時，體系最終會趨於穩態。此時所有熱量均通過硅-銅界面豎直向上傳導，符合一維定態熱傳導。

設銅板在豎直方向上的導熱係數為 [公式] ，銅板厚度為[公式]，硅晶元面積為 [公式] 。根據傅里葉定律，可以計算出銅板下表面的溫度 [公式] 。

對 [公式] 進行積分，

[公式] ，

解得 [公式] 。

[公式] ，

解得[公式] 。

由於 [公式] ，

因此 [公式] 。

這個結果是在理想化的條件下得出的。實際上硅晶元並非均勻的。晶元與散熱裝置之間存在空隙。桌面CPU採用釺焊/硅脂導熱封裝，散熱器底座、熱管和鰭片採用焊接方式連接，對熱管進行壓扁和折彎，對鰭片表面進行鍍鎳處理。這些因素都會在一定程度上降低散熱效果。此外必須指出的是，這裡忽略了水平方向上的熱傳導，在實際應用中由於硅晶元的面積有限，在硅晶元邊緣與銅板之間的熱傳導是不均勻的。

參考

  1. ^abCPU power dissipation - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/CPU_power_dissipation
  2. ^abWhy P scales as C_V^2_f is so obvious https://software.intel.com/content/www/us/en/develop/blogs/why-p-scales-as-cv2f-is-so-obvious.html
  3. ^abcdWhy P scales as C_V^2_f is so obvious (pt 2) https://software.intel.com/content/www/us/en/develop/blogs/why-p-scales-as-cv2f-is-so-obvious-pt-2-2.html
  4. ^CMOS反相器工作原理_主要特性_特點-維庫電子通 http://wiki.dzsc.com/7202.html
  5. ^熱傳導_百度百科 https://baike.baidu.com/item/%E7%83%AD%E4%BC%A0%E5%AF%BC

1、先講一講晶元為什麼會發熱？CPU和GPU都是晶元，晶元就是通過傳輸電流來傳遞信息的，電流在流經電阻的時候會發熱。就像燈泡會發熱一樣，如果傳遞的信息量巨大，那麼發熱量肯定也巨大。這是CPU和GPU發熱的原因。

2、CPU和GPU無論玩不玩遊戲都會發熱。你開機的那一刻已經在發熱了，只不過感知不強。至於為什麼玩遊戲的時候感知那麼強，是因為遊戲相當於大型軟體，運算量大自然要發熱很多。你去渲染或者運行一些大型專業軟體，發熱量也是巨大的。

這個時候一般要用一些方法來給CPU和顯卡散熱。

比如顯卡散熱風扇，就像下面這張圖。

你看賣顯卡的的都要吹一下散熱風扇，為啥，不散熱晶元工作效率就降低了，甚至會beng一下燒掉。顯卡外面風扇，銅管，那麼大，其實裡面晶元就一點點，做那麼大也是為了散熱。

CPU的散熱風扇也是一個道理，只不過CPU散熱風扇可以更加肆無忌憚的堆料，體積大了散熱效果肯定好。銅管用的多了，導熱性能好了肯定散熱效果好。如果用水冷，直接用水來吸收熱量，那效果也是杠杠的。

安鈦克（Antec）海王星240ARGB一體式水冷散熱器京東￥ 599.00去購買?

這也是為什麼微軟要把伺服器放到海底，散熱成本低。如果有條件，我相信將來阿里，微軟他們能把伺服器放到北極的冰川里去，如果能更省錢的話。

3、講一講筆記本為什麼這麼熱？剛才我們講到了CPU的散熱方法，顯卡因為體積原因，肯定沒有CPU的散熱方法那麼直接了當。那麼筆記本上當然就更得節制了。要知道，筆記本的厚度還趕不上顯卡。

這是聯想R7000P的散熱，這款機器的散熱在筆記本裡面算是比較好的。可以看到2個小風扇分布兩端，中間肯定有銅管連著，CPU和顯卡都被焊在主板上。但是這個散熱水準和台式機比起來真的是弱爆了。

台式機在玩大型3A遊戲的時候還要動不動70-80度，筆記本玩遊戲的時候發熱就太正常了。為什麼台式機感受不到熱量，因為沒人玩遊戲的時候抱著台式機，但是有人玩遊戲的時候抱著筆記本。

所以筆記本玩遊戲那麼熱？

原因1：先天性不足，和台式機比起來散熱先天性不足，為了照顧體積散熱器不能做太大。拯救者系列散熱比較好，重量也是很重的。沒有麒麟臂，不要隨便買遊戲本。

原因2：廠家不同，筆記本散熱水準參差不齊，散熱水準差的筆記本對電腦性能影響也很大。同樣的配置，不一定同樣的性能。

原因3：沒人抱著台式機玩遊戲，戰術後仰。

CPU的發熱機制主要有兩部分因素：蘭道爾原理和晶體管的工作模式。

蘭道爾原理是對信息熵和熱力學熵交叉定義的一個總結，簡單來說就是如果需要寫入/刪除任何已有狀態的信息，必須要消耗一定的能量。詳細的解釋可以見這個問題：

怎麼理解蘭道爾原理（Landauers Principle）？?

www.zhihu.com圖標

具體到CPU和GPU內部，最小的單位是一個晶體管。晶體管的開、關狀態改變必須要消耗能量。

但是蘭道爾原理只是給出了理論的最小值，如果按這個理論值計算，那一個100億晶體管、運行於4GHz的CPU只需要0.115W。

所以，絕大部分功耗的消耗，其實都是熱量消耗：

  • 晶體管的基本工作模式就是通過Source和Gate兩極的電壓，從而控制Drain極的電流，電流有無決定晶體管的開關。在這個過程中，三極內的電子流動均會消耗一定的電能，並變成熱量
  • 晶體管不是100%通斷的，有少量的漏電流。漏電流不走導線，而是在各級之間由高壓到低壓。這個過程和走導線一樣消耗電能並變成熱能
  • 一個CPU晶體管之間的互連線長度，如果拉成一根，長度是在幾萬km這個級別。如此巨量的導線因為電阻的存在，同樣發熱

所以整個CPU和GPU的發熱幾乎可以視為純電阻，因為絕大多數電能都是在各晶體管內和晶體管之間的流動過程中被電阻消耗發熱。

跟渦流沒有什麼關係。一個CPU上千個觸點中，有超過一半是供電引腳。就一個CPU算有著200W的功耗，但是平分在每個引腳的電流只有不到1A，分給幾十M個晶體管和它們之間的線路消耗。這並不是什麼巨大的數字。

你跑步的時候熱不熱？會不會一身汗？

人的話還好一點，有發達的散熱系統，動物可就慘了

獵豹如果一波衝刺抓不到獵物就會放棄，因為跑起來發熱發的厲害，而它又沒有很好的散熱系統，不是它累了，是太熱，如果再跑下去可能會把自己熱死。

CPU和GPU也是一樣的，你讓他滿負荷運轉還不讓它發熱是不可能的。

獵豹要跑起來要不要吃飯？你工作要不要吃飯？不吃飯哪兒來的動力？

電就是CPU和GPU的飯啊，你又想讓驢拉磨，又不想讓驢吃草，還不讓人家發熱，可能嗎？

你汽車想跑得快還得加油門呢，怎麼電腦想運行的快就不想給電呢？

啊？為什麼？

你以為台式機cpu跟gpu溫度不高嗎。

你把台式機散熱器拆了直接開機試試，不超過兩分鐘你的cpu就會攀升到100度往上，然後會有兩個結果。

一.主板檢測到到達溫度限制，強制電腦斷電。

二.主板檢測部分被燒壞，電腦屏幕藍屏，隨後升起白煙。

所以，跟cpu溫度有關的是散熱器跟功耗，跟其他無關。

而散熱器的散熱效果又與風道，接觸面貼合度，硅脂導熱係數，散熱鱗片接觸面大小，銅管數，風扇轉速等等有關。

Gpu與cpu相同。

而筆記本遊戲本一般都採用被動散熱與渦扇散熱，所以散熱效果很不理想。

當然也有例外，如英特爾的n3150 cpu，功耗只有4w，即使是不加散熱器的情況下依然可以穩定運行很長時間。

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