曾经引起争论的台式机处理器不仅能够在笔记本电脑中使用,而且是一个非常优秀的性价比解决方案。但由于此类处理器的耗电、发热量较大,所以使用在笔记本电脑中就可能因散热不良而引起故障,这也是Mobile版处理器存在的理由。而早期“M”版本处理器采取以性能换温度的做法虽然在一定程度上解决了散热问题,但相对低下的性能实在令人头疼。
必须承认:P4-M的出现相当圆满地提供了性能与体积的解决方案。为什么这样说?我们从P4-M的结构说起:P4-M处理器为478针、Micro-FCPGA封装,采用Northwood内核、0.13微米制程,具有512KB L2缓存,封装面积仍为35mm×35mm,但取消了Die散热体(Die面积为12.24mm×11.93mm),高度约为0.854mm,内核电压为1.3V,设计功率为30W,最高耐受温度可达100℃。同时P4-M又带有台式P4所不具备的功能,如:增强型SpeedStep、深度睡眠(Deeper Sleep)等,由于具备这些功能,P4-M处理器能够根据应用程序对处理器的需要而自动选择在最佳性能或最佳待机时间之间进行切换,并且做出相应的电压调整,此外由于IMVP(Intel移动电压定位)的引入,P4-M的整体平均能耗降到2W(当然其峰值功率依然在30W左右)。
我们知道传统P4处理器采用了FC-PGA2封装方式并且覆盖了一块金属顶盖(图1),加上处理器插脚厚度接近8毫米(7.4毫米),为了保证处理器能得到良好的散热(其能耗高达75W),所以必须安装上一个强力散热设备,这就直接导致了采用台式处理器的笔记本电脑厚度增加,给移动性造成损失。而P4-M处理器采用了PⅢ-M的封装方式(m-FCBGA)安装时不需要专门的Socket插槽,所以在安装以后高度仅为4.9毫米,为减小笔记本电脑体积奠定了一个良好基础。
笔记本电脑的热源
不要认为处理器是笔记本电脑中发热量最大的部分,事实上处理器所散发的热量仅占内部整体发热量的7%左右。之所以强调处理器的散热方式是因为它是一个集中散热的产品,如果散热处理不当则有可能导致整机报废(处理器烧毁),所以我们将笔记本电脑的散热性能好坏集中在处理器上。早期处理器能耗较低(Pentium时代),不需特殊处理散热部分,只要简单采用被动散热即可满足处理器的散热需要——即采用散热片足矣。在进入PentiumⅡ时代后,这种方式显然不能有效降低处理器核心温度,于是主动散热方式开始使用在笔记本电脑中。早期的主动散热依然局限在风扇+散热片的组合,该组合热效率低且体积、功耗都偏大,所以在进入高性能的Pentium Ⅲ处理器时代后热管这种散热设计进驻笔记本电脑内部(图2)。
热管是利用水的物理特性进行散热,其热效率高达85%:首先在接近真空的管道中置入纯净水,由于低压作用水在很低的温度下即可沸腾,水蒸气通过另一端的散热鳍片(风扇)进行冷却重新液化后返回与处理器接触的一端,如此反复循环,达到散热目的。在另一方面来看,由于热管采用了韧性较好的金属材料制成,可以处理成为各种形态,便于笔记本电脑内部设计。且热管自身不消耗能量并能够长期使用。
即便是用热管进行散热,也还需要一个紧贴处理器的部分传导热量,这是散热器具设计的一个重要之处。由于P4-M处理器核心裸露不能承受过大压力,所以设计散热器具时必须保证留有一定的缓冲空间,既不损坏处理器核心又不能因留下过大缝隙而出现散热不良,因此散热器具设计又是笔记本电脑设计中一个关键环节,当前主要有以下两种流行设计方案:
1.在四角固定螺丝下面采用弹簧设计,将散热片垫起来。该设计好处在于设计简单、成本较低,但是可能浪费较大内部空间(图3)。
2.采用弹性钢片作为主体材料,在弹性限度内保证紧压处理器而不对其造成伤害。这种结构设计复杂,但是节约了内部空间(图4)。
前面提到处理器在笔记本电脑中所散发的热量只占7%,所以单独对处理器进行散热是远远不够的,其他配件所发出的热量同样需要及时处理,这就涉及到一个如何解决整体散热的问题,即必须有一个整体方案进行散热才能够保证整机的稳定运行,即采用散热风扇及大面积散热片协助散热,因此某些笔记本电脑在设计中将芯片散热设备安置进去,甚至专门设计了一个散热风扇。这种设计的确能够改善散热效果,但我们不建议采用这种方式,因为这可能导致笔记本电脑厚度增加,使移动性降低并缩短电池寿命。