计算机CPU散热器的数值仿真分析
计算机CPU散热器的数值仿真分析
摘要：随着芯片制造技术的发展，计算机CPU的功率越来越大，与此同时其发热功耗也越来越大，要保证CPU工作时不因温度过高而故障或进入高温自我保护模式，就需要CPU的散热器有更高的散热效率。市场上的CPU散热器五花八门，具体哪种散热形式具有更高的散热效率，就需要对CPU散热器进行具体分析。本文以市面上的一款CPU散热器为例进行分析，一方面分析CPU散热器上的热管数量多少对散热的影响；一方面分析CPU散热器上风扇的多少对散热的影响。通过采用有限元数字仿真的方法对CPU散热器进行分析。本次分析对CPU散热功率、CPU散热器的结构和散热器本身的材料进行参数假定，仅考虑热管数量和风扇数量对散热的影响。
春天的景关键词：数字仿真  有限元TDP功耗 CAD模型 CFD模型
集成电路制造技术的发展日新月异，其发热功率越来越大，在设计师努力降低功耗的同时，单位体积内集成的功能增多，热功耗不可避免的增大。计算机CPU作为集成电路的典型代表，其发热功耗从开始的几十瓦发展到现在的近二百瓦，这要求CPU的散热措施必须能跟上CPU的发展。CPU散热器就是专门为其提供散热服务的设备。
毛利计算公式
计算机的CPU散热器安装在计算机机箱内部，散热器上的散热基板紧贴CPU，基板与CPU之间通常会涂抹导热硅脂等材料提升两者之间的导热性能。本文通过数字仿真分析软件，以市面上出现的CPU散热器为例，探讨在该散热器结构下，不同数量的风扇和不同数量的热管对CPU散热的影响。
1简介
研究CPU散热就需要知道CPU的TDP功耗。TDP功耗一般指热设计功耗（ Thermal Design Power），直接翻译为散热设计功耗。热设计功耗是CPU电流热效应以及CPU工作时所产生的单位时间热量。
热设计功耗通常作为电脑主板设计、笔记本电脑散热系统设计、大型电脑散热/降耗设计的重要参考指标。热设计功耗越大，表明CPU在工作时会产生的单位时间热量越大，对于散热系统来说，需要将热设计功耗作为散热能力设计的最低标准，也就是散热系统至少能散出热设计功耗数值所表示的单位时间热量。
有限元法（Finite Elemeng Method）是将一种连续体视为若干个有限大小的单元体的离散
化集合，以求解连续体热、力、电磁问题的数值方法，其基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。
本次数字仿真就是利用有限元法对CPU散热器进行仿真分析，将建立的CPU散热器CAD模型进行网划分，划分为若干小的单元，并利用N-S方程进行热计算分析。
近年来，数值仿真作用越来越凸显，可以涉及热、振动等方面问题进行提前预判分析，在前期设计阶段就可以快速确定优化方案，得到合理可靠的数据支撑，也为后期产品的研制提供基础和验证。
2仿真分析方案
CPU散热器的散热分析，需要对CPU本身和CPU散热器的各部分逐个分析，然后制定仿真方案。
2.1 CPU的发热功率分析王者体验服申请
CPU的参数会标出PL1、PL2、PL3和PL4四个级别。PL（Power Limit）,意思是功率极限，
在CPU的参数介绍中PL1就是TDP功耗，CPU运行时的功耗在标称的PL1功耗之下时，其运行时不受限制的。而从PL2开始，就意味着CPU功耗超出TDP的范围，这个时候CPU一般是在TurboBoost频率下满载运行，按照英特尔的规范，CPU在这个功耗下可以维持最长100秒的持续运行时间，随后CPU会被限制运行频率，直至其功耗恢复至PL1以内为止。PL3和PL4就意味着更高的功率状态，仅能维持10毫秒的运行时间，但一般是禁用的。功耗超过PL4或者功耗逼近PL4时，系统就会进入自我保护模式了。表1是从查到的几款CPU的功耗参数。
表1几款CPU的功耗参数
CPU型号
PL1/TDP(W)
PL2(W)
i9-10900K
125
250
i7-10700k
工商管理专业课程125
229
i7-10700
65
224
i5-10600
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134
i5-10400
65
134
i3-10320
65
90
i3-10100
65
90
i9-10900T
35
123
越组词和拼音G6400
58
58
G5900
58
58
在本文中数字仿真时CPU的发热功率按照125W来设定。

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