北极世界——属于发烧友的散热指南
特别策划
我们都知道，处理器在运行过程中会产生很多热量。随着频率的提升——目前最快的Pentium4处理器主频是3.8GHz——功耗也在不断提高，发热量也大得惊人。超频后处理器的功耗会急剧增加，也随之产生更多的热量，因此超频用户都会选择一款性能出色的散热器以保证温度在正常范围内。而要是想挑战超频排行榜，就不光是散热那么简单了，而是要对处理器进行制冷，将其温度控制在常温以下甚至-100℃。采用这种制冷方法的超频叫做“极限超频”，具有挑战极限、极限制冷等多方面含义。世界纪录的诞生，几乎全部采用极限超频方法实现。目前采用极限超频手段的CPU超频纪录是将原始主频为3.8GHz的Pentium4 670超频至7473MHz。
-100℃是怎么实现的？其实达到这个温度并不困难。作为“透芯凉”散热专题中的发烧指南，本文会重点介绍极限超频散热手段——制冷的基本原理与实现方法。同时也采访了国内多位极限超频高手，为大家揭示其中的一些秘诀，相信这些内容对渴望超更高频的发烧友有所帮助。
从目前极限超频玩家的经验来看，实现制冷的方法主要有两种：
1、冰＋水冷：即在水冷系统中掺入冰或是干冰等制冷物质，主体仍是水冷系统。冰＋水冷的方式能将处理器温度控制在0℃左右，由于处理器体质不同，一般来说可以提升超频幅度50％～100％。
2、 相变制冷：利用相变的物理原理蒸发制冷。一般设备需要采用金属制品的
，也就是俗称的“大炮”，更高档的设备则是压缩机。这种制冷方式可以将处理器温度降低到-100℃以下，是挑战世界纪录最常见的手段。
以下分别介绍这两种方法的制冷原理与使用技巧。
发烧友入门级：冰＋水冷
万事开头难。对于没有任何经验又想尝试极限超频的玩家来说，建议你最好一步步从易到难，循序渐进才能体会到其中的乐趣。曾经有人初涉极限超频就采用液氮制冷，最后是把CPU、主板、内存、显卡等主要部件全都烧毁了，教训可谓惨痛。那么从何学起才是正确的呢？这里就要介绍“冰＋水冷”，当前的极限超频玩家几乎都是从这一步开始，逐步进阶成为高手的。这种方式有两个突出的优点：首先，水冷设备是很容易购买的，很多知名散热器厂商都推出了质量优秀的水冷散热器。其次，冰＋水冷的操作简单快捷。对于初涉极限超频的玩家，冰＋水冷的方式是你最快掌握极限超频诀窍的良方。
基本原理
冰＋水冷主要依靠市面中所出售的水冷散热器改造而来，在循环的液体中加入冰块或干冰等低温物质来实现制冷。原理与水冷散热基本相同，唯一的不同点就是热交换机需要改造成开放式储液箱以放置冰块或干冰。标准的水冷散热的套件主要由三个部分组成：吸热盒、微型液压泵、热交换机。
结合上面三个组件来讲，一个正常工作的水冷散热器工作过程应当是：开机加电时液压泵开始运转，液体开始流动，CPU吸热盒与CPU表面紧密相贴，热量从金属表面传给液体，导热液体再把热量传给热交换机，最后再散发至空气中。
通常来说，液体吸热量要远高于空气，所以水冷散热器的换热效率相当高，即使是一款很普通的水冷设备，其性能也强于市面中大部分风冷散热器。但是，由于水冷系统还是工作在环境温度中，所以还是无法满足极限超频的需要。如果在其中加入冰块或是干冰，让液体降低到0℃左右，则会提升其散热性能。
进阶秘笈
怎样才能让普通的水冷散热器变成制冷散热器呢？这就是水冷系统改造的秘笈了。极限超频玩家都是通过改造水冷散热结构并更换制冷液来实现的。
市面中销售的水冷散热器本身是封闭的，液体在水泵、导管与交换机中循环，很难向其中加入冰块或干冰。为了让冰块或干冰进入循环系统，就需要拆下其中的热交换机，用开放式容器（比如水箱）取代它，然后在容器中加入冰块或者干冰来制造低于环境温度的液体，从而实现极限超频所需的制冷。
另一方面，很多水冷散热套件为了超频配件的安全，制冷液没有采用水，而是其他的油性绝缘液体。在这种油性的液体中加入冰块或是干冰，由于比重不同是无法完全混合的。因此在改造之前，必须将油性液体换为洁净的水，最好是蒸馏水。
性能特点
水冷本身就具有较好的散热效果，与具有热管的高价风冷散热器相比性能还会更好一些。市售的水冷产品还普遍具有静音特点，这也是风冷散热器无法媲美的。
在水冷系统中加入冰块或是干冰后，制冷液的温度可以保持在0℃左右，会增强散热性能，但是处理器此时就会工作在0℃环境温度中么？答案是否定的。根据极限超频玩家的经验，冰＋水冷一般可以使处理器或显卡核心的温度保持在10℃以下，具体会因处理器的功耗不同而有所变化。此时不要相信BIOS中的温度检测数值，低温下BIOS的测温已经失效。因此在使用时最好准备电子测温仪（五金商店与电子市场有售），同时检测水温与处理器表面的温度。如果发现处理器温度升高，就应该往水箱中再添加冰块或干冰，也就是说，只要控制好水温就能控制住处理器温度的浮动范围。冰＋水冷可以大幅挖掘处理器的潜能，结合优秀的主板与内存再加上高超的调校能力，CPU超频幅度可以提升100％。
使用心得
既然冰＋水冷需要对现有的水冷散热器进行改造，那就需要选择一款合适的水冷散热器。虽然市场中有大量的水冷散热器销售，但并不是每款产品都适合改造成冰＋水冷。选购时需要注意两点：一是水泵的功率，功率不足就很难带动处于冰点状态的液体循环流动；二是水管的直径，太细则不适合冰＋水冷，而且水管材料也要注意，有些橡胶管在低温中会变脆，容易断裂造成事故。总结极限超频玩家的改造心得，以下分别针对水冷的三部分进行分析。
水泵
水冷散热器的水泵一般使用微型液压泵，主要技术参数是电压、功率、流量（升/小时）与扬程（米）。水泵是制冷液循环的动力源，不同的水冷散热器，其液压泵所能提供的单位时间液体流量也不同。一般来说，大流量的液压泵能够带来更好的散热效果。当然，更大的液体流量自然需要配合更粗更牢固的液体导管，否则会令整个水冷系统内部压力过大，影响到散热器的稳定性，同时也会带来更大的噪音。水泵一般分为湿泵（即潜水泵）和干泵两种，潜水泵直接沉入水箱之中，干泵则需要放置于水箱之外。对于极限超频所需的冰＋水冷系统，推荐采用潜水泵，这样可以减少桌面上的物品与连接用的水管，也减少了事故的发生概率。
吸热盒
吸热盒也就是大家俗称的水冷头，这个部件是水冷散热器与处理器或显卡核心直接接触的部分，通过它来吸收处理器或显卡核心所发出的热量，吸热头的导热性对最终散热的效果有较大的影响。一般做工优良的吸热盒，底部都是采用纯铜材质，而且在吸热盒内部都具备多道水槽，使制冷液流动时的换热面积更大，进一步提高热传导效率。水槽的结构设计很值得探讨，既不能影响液体流速，又要保持良好的传热效果。有机械设计、制造条件的朋友，可以尝试自己DIY吸热盒。
吸热盒的制作材料目前主要有铝、纯铜、铜＋有机玻璃三种。铝的导热性没有铜高，因此一般不推荐使用。纯铜吸热盒有很好的导热性，但由于是一体式焊接，其中的水垢不容易清洗（这也是推荐采用蒸馏水的原因）。铜＋有机玻璃制作而成的吸热盒外观漂亮，能够看到水在里面的流动，同时还可以拆卸清洗。但是，有机玻璃和铜的热膨胀系数不同，导致有机玻璃容易开裂，而且接合部位的密封圈也容易老化。总之，每种产品各有利弊，玩家可根据自己的使用情况选择。另一方面，吸热盒的进出水管也分为两头（一进一出）、三头（二进一出或二出一进）等多种结构，但在实际使用中性能差别不大，只要让水管直径与水泵的流量匹配即可，选购的时候不要听信商家的夸大宣传。
水管
水管的选择主要决定于两个部分，一个是管径也就是粗细程度，另一个是材质。粗水管可以提供更多的水量，但是水管一定是越粗越好吗？也不尽然，很可能水泵无法驱动那么大的流量。因此，水管的口径需要配合水泵和其他部分来定。如果水泵没有很大的功率带动水流，而水管又太粗的话，液体流动的速度就会减慢，已经完成热交换的液体就不能尽快导出，水温就会很快升高。反之，水管相对水泵的功率来说太细，则内部压力会升高，容易导致断裂事故。水管的材质尽量选择韧性好的，能够保证弯曲的时候截面依然完整，不会造成弯曲断流。
其他方面，现在市面上出现了很多一体式水冷散热系统，比如酷冷至尊的水冷天尊与AQUAGATE Mini系列，但它们并不适合冰＋水冷的改造。换个角度说，适合冰＋水冷改造的水冷产品，必须是三件分离式结构，能够将热交换机卸下换成其他容器以便于加入冰块或干冰。对于DIY高手来说，他们完全可以自行组装水冷系统，吸热盒、水泵、水管全部单独购买，甚至自己设计、加工吸热盒，最后组装成一套水冷系统。
注意事项
极限超频玩家也提出了以下两点注意事项，这两点都是建立在他们失败的教训之上的，希望其他玩家在尝试过程中避免重蹈覆辙。
做好防水处理
水冷本身存在明显的缺点——漏液（这也是水冷始终无法全面普及的主要原因）。如果安装中稍有疏忽，在水管的接头处就会漏液。某位玩家就有惨痛的教训，他自行安装了一个更高功率的水泵，本意是增强液体流动速度来提升散热性能，但水管的接口无法承受更高的压力，瞬间断开，冷却液洒满了整个机箱，导致主板、CPU、内存与显卡等配件全部被烧毁。这个事例告诉我们，不要认为水冷系统中水泵功率越大越好、水管越粗越好，而是要从中找到一个平衡点，各部件之间匹配协调才是正确的使用方法。
另一方面，由于加入了冰块、干冰等低于0℃的物质，水冷整体系统都会产生凝露，因此在板卡上必须做好防水处理。比如在吸热盒周围覆盖大量的硅脂或是吸水绵，亦可在主板上涂抹凡士林油或绝缘涂层，防止水滴接触电路导致烧毁。
防止循环水冰冻
使用干冰切忌过量，因为大量的干冰会让水迅速结冰减慢循环速度，反而降低了散热效果，水泵进入冰粒也会被损坏，超频过程中可以不停搅拌液体以增强流动性。建议超频过程中最好有两个人以上操作，其中一人专门负责冷却系统保证其正常工作。这里有一个小窍门，也是极限超频玩家从实践中摸索而来，就是在水中加入食盐来降低凝固点。
发烧友高手级：相变制冷
容易掌握的方法总是不会带来最好的性能。各类制冷方法中，真正的“终极宝典”则是相变制冷。这是当前最强劲的制冷方法，可以将处理器温度降低到-100℃乃至更低！相变制冷是超频中最高级的技术，超频高手们以掌握该种方法作为自己的身份标志。国内的极限超频高手，其中就有一些人已经娴熟的掌握了相变制冷。在所有的超频排行榜上，只有采用干冰、液氮制冷手段才能使自己的超频成绩长久的保持在排行榜前列。下面就来详细分析相变制冷的原理与实际应用方法。
基本原理
我们所处的自然界中，物质有三种状态：气态、液态和固态。物质从一种状态改变到另一种状态，就称之为相变，比如水结冰、水蒸发、炼铁中把铁矿石烧熔成铁水，这些过程都是相变。相变过程中，由于物质分子的重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量，相变制冷就是利用物质的三态变化所引起的能量转换而达到目的。相变制冷在生活中被广泛应用，冰箱就是其中之一，而冰箱中的压缩机也是极限超频制冷中的常见设备。
接下去就要选择合适的相变材料。在极限超频中，只要凝固点低于0℃以下的物质几乎都被尝试过，但最后被所有玩家普遍接受的只有两种材料：干冰与液氮。
干冰是二氧化碳（CO2）的固态形式，在-78℃低温下，二氧化碳就会成为固体；氮气在一个大气压、-196℃下形成液体。这么低的温度，对于处理器制冷是绝好的媒介。干冰一般是一公斤10元左右，液氮只需4元左右，在各地的化工厂都有销售。其他方面，酒精也会被偶尔使用，其凝固点是-18℃。但是酒精具有麻醉的效果，如果超频过程中醉酒那可不是一件好事情（严禁酒后超频），因此尽量避免使用。还有丙酮，虽然冰点也比水低很多，但是对人眼有强烈的刺激作用，有害人体健康。
进阶秘笈
相变制冷可不是随意就能用的方法。首先你要有非常特别的设备：蒸发器，也就是俗称的“大炮”；其次要有条件能采购到干冰与液氮；最后要有一定的勇气与耐心，做好失败的心理准备。国内一位极限超频玩家说过一句话：如果想成为高手就要用液氮，但是液氮不是每个高手都能用好、用对的。
蒸发器
此图为典型的“大炮”。其实它的准确名称叫做蒸发器，最早应用于实验室当中，在处理器的研发阶段，科学家们会用极限制冷手段来研究处理器的最高频率，而蒸发器就是其中的设备之一。最近两年，很多超频玩家自行设计、制造了多种蒸发器，不仅具有强大的散热性能，很多作品还相当精美，堪称金属工艺品。世界上每一位稍有名气的超频玩家都拥有多个“大炮”，用于超频中的处理器与显卡制冷。可以这么说，拥有蒸发器才能证明自己是一名真正的极限超频玩家。
见到这么精美的蒸发器，大家肯定要问：哪里有卖？这里只能遗憾的告诉大家，市面上没有成品蒸发器销售，只能是使用者自己设计并找机械加工厂专门制造。说到这里，可能很多朋友都想放弃这种制冷手段了。但实际上，只要稍有机械加工常识与手段，每个人都能制造出这种蒸发器。国内超频界中，已经有多位玩家通过自己设计与委托加工方式拥有了自己的“大炮”。下面就来简单介绍蒸发器的结构与制造要点。
蒸发器本身是一个容器，用来盛放干冰或液氮，从外部看它就是一端堵死的金属管。但它又是一个散热器，堵住的一端与处理器表面紧密接触，并传导出处理器的热量，因此大炮的底部具有散热器的结构。
材料上，蒸发器大部分采用铜，因为铜的热传递性能较好，但是成本较高，优质铜材的价格在50元/公斤以上。也可以使用铝，热传递性能低于铜，但是价格较低，也不会生锈。用户可以根据自己的条件选择材料。
蒸发器的整体结构加工工艺分为焊接与一次成型。焊接是最简单的方法，把加工过的铜块作为吸热底焊接到铜管一端即可。一次成型需要采用车床加工，原材料须选用实心的铜棒而不是铜管，然后从一端将其中心掏空，就能形成“炮管”。从工艺来看，焊接工艺的成本最低，制造也最简单，但是使用中由于吸热底与铜管的温度差会比较大，容易开焊；一次成型的“大炮”散热性能最好，而且外观精美，但是加工成本较高，材料的浪费也较大。
介绍过“大炮”的整体加工工艺，再来看看吸热底的结构。吸热底分成两面，第一面是与处理器表面接触，第二面与干冰、液氮等制冷剂接触。第一面与普通散热器的吸热底一样，只要表面光滑就能与处理器很好的接合。第二面则有很多类型的结构，但不管如何设计，目的都是要与制冷剂最大程度的接触。
小提示：不过这里需要提醒玩家的是，吸热底的第二面最好采用完全平面的结构，上图的吸热底只能用于液氮制冷，如果是用于干冰制冷则并不合适，因为干冰的颗粒无法与凹槽有效接触。国内玩家一般采用干冰的机会要多于液氮，因此建议最好设计成平底。
任何一个散热器都少不了扣具，蒸发器由于都具有很大的长径比，因此扣具的设计更不能轻视，否则使用过程中一旦倾倒就是严重的事故。不过蒸发器的扣具结构并不复杂。最简单且实用的结构就是类似通用型风冷散热器的压板＋螺丝方式，只要用压板（可以是金属，也可以是其他材料，比如多层耐温板）套入压下，再用螺丝与主板连接就可以正常使用了。当然，针对每种CPU架构要有不同孔位的压板，显卡的扣具也是同样道理。
压缩机
压缩机制冷系统主要包括：压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器等四个部件，全部用管道连成并注入制冷剂从而形成一个封闭的循环系统，此外还要添加各种阀门与压力仪表。
干冰性能特点
干冰制冷是极限超频入门的第一课，掌握了干冰的使用方法，才能算是真正迈入了极限超频行列。干冰能达到的温度是-78℃，而在实际使用中，由于损耗的原因，处理器表面的制冷温度通常在-60℃左右。对比水冷，这个温度要低很多，显而易见会让处理器有更高的超频潜力。
干冰是很常见的制冷剂，全国各大城市都有专门的化工厂生产销售，价格在10～15元/公斤。常见的干冰又分为餐饮干冰、医用干冰和工业干冰等多种类型。餐饮干冰一般用于给食品制冷，被酒吧、餐馆中广泛使用，价格比工业干冰稍高一些，如果购买不到工业干冰亦可找这些食品销售点购买餐饮干冰。市售的干冰一般以块状、颗粒状或是粉末状存在，在超频中都是采用颗粒或是粉末状干冰，尽量不要购买块状的，因为大块的干冰很坚硬难以敲碎。
市售的干冰一般都存储在泡沫塑料箱子中，买到后可以直接携带，不过最好戴上手套防止冻伤，并迅速返回到超频所在地。干冰的挥发非常快，不及时使用就会很快消失的。尤其现在已经进入夏季，一箱20公斤的干冰，放置在常温室内24小时后就会全部挥发。
干冰使用心得
干冰的使用并不困难，只要用勺子将其放入蒸发器中，即能给处理器制冷。不过干冰的加入量很有讲究，少了降温效果不明显，多了则会产生Coldbug不好处理。根据一般经验，每次超频过程中都是由少到多的加入，就是系统刚启动时只加入少量的干冰，在启动十几秒后开始匀速添加，要时刻观察CPU温度（用电子测温仪），不能让CPU的温度变化幅度过大。一位超频高手，能始终把CPU的温度变化范围控制在2℃以内，这种熟练的手法是建立在大量的实践经验基础上的。干冰在“大炮”中的总量最好保持在2/3至1/2炮身高度之间。一般新手最容易犯的错误就是加入了过量干冰，以为把整个炮身塞满干冰就可以起到更好的制冷效果，但却带来了很多的凝结水，水滴到板卡上便会造成事故。实际上，当处理器进入稳定运行状态之后，制冷与散热会有一个温度平衡点，加入过多的干冰也不会让处理器温度更低。而成熟的极限超频者，就能很好的掌握这个平衡点，用最少的干冰取得最好的制冷效果。
由于干冰是低温物质，所以在使用过程中一定要注意安全，冻伤所带来的疼痛可不亚于烧伤。干冰和液氮制冷在安全事项等问题上有些共同之处，所以我们放在下面和液氮一起讨论。
液氮性能特点
液氮就是液态的氮气，英文名称为LN2。在大气压下，只有达到-196℃氮气才能变成液态。由于是液体，和蒸发器底部的接触比较充分，实际超频中的损耗较小。从散热效果上来看，液氮无疑是最好的。因此液氮是电脑超频中最高级的制冷手法，也是超频达人们所能掌握的最强散热技术。如果你掌握了液氮制冷技巧，打破世界超频纪录的那一天也就指日可待了！国内的著名超频玩家、被国外网站誉为“The best OCER in China”的Speedtime，就是最早尝试液氮超频的用户。经过几年的经验积累，他现在对液氮制冷技术的掌握已日趋娴熟，多次用此手段实现了CPU－Z、3DMark排行榜上的最高成绩。
我们都知道，空气中的大部分成分是氮气，所以液氮的来源很充足，售价也很低廉，通常一公斤4元左右，在大中城市的化工厂处有销售。但液氮的存储比较复杂，需要采用特制的液氮容器，分为贮存型和运输型，前者一般可以存放液氮10～15天，后者则可以长达1个月的时间。超频使用贮存型便足够了。10公斤容量的贮存型液氮容器，视质量和品牌不同价格在1500～3000元不等。同等容量的运输型液氮容器则贵出500～1000元。液氮容器就和保温瓶性质差不多，运输要注意不要磕碰、保持平稳，如果出现不保温的现象，则需要重新抽成真空方可正常使用。
液氮使用心得
使用中，液氮与干冰有很多不同点。液氮是液体，因此必须用合适的器械将其从储液罐中取出，一般是采用保温杯，然后再倒入蒸发器当中。在这过程中一定注意安全，要戴上手套操作。液氮与空气接触的一层会沸腾，就像沸水一样，倒入过程中也会有很多液氮珠飞溅。如果滴落在皮肤上，只要迅速甩掉是不会造成伤害的。在超频过程中，液氮的使用量与干冰类似，切忌倒满整个“大炮”，最多只要保持2/3的量就足够了。不过由于液氮的温度比干冰低很多，因此更要注意防水处理，“大炮”身上也最好缠上一层厚实的保温绵，既能保持温度也能吸收水分。
注意事项
做好防水处理
相变制冷过程中会产生非常多的凝露，甚至会在板卡上结冰，因此防水处理是保证超频成功的最重要工作。一般采用的方法是用大量硅脂覆盖住吸热端，目的是尽量不让吸热端接触空气，也就不会产生凝露。但即便这样，还是会有大量的水滴在蒸发器上端凝结，因此还需要在主板上的其他位置进行防水处理，比如可以涂抹凡士林油或加装绝缘垫。总之，凡是水可能会到达的部位，都要时刻防止水与电子器件“亲密”接触。
超频结束后，如果要拆下蒸发器，则必须用电吹风将板卡完全吹干（同时还要用软布擦拭）后才可取下。如果是自然风干，肉眼很难看到的杂质和水滴会残留在板卡缝隙中，一旦通电就会发生事故。
防止冻伤
操作过程中最好戴上手套。如果身上溅落制冷剂，只要马上甩落就不会给皮肤造成损伤。实际上冻伤事件在入门级的玩家身上很少出现，反倒是有些超频高手，由于操作熟练产生麻痹心理。在某次超频比赛中，一位参赛选手使用干冰不仅把手部皮肤局部冻伤，还因为着凉之后发烧了两天。
处理器的Coldbug现象
很多极限超频玩家发现，有些处理器不适合采用干冰、液氮制冷超频。比如Athlon64 FX-60，一旦温度降低到-10℃以下就无法开机。这种现象被称作“Coldbug”，是超频玩家自己发明的名词，原理至今还无法探究出来。那么在这种处理器上，就不应该采用干冰、液氮等极限制冷方法。
玩家自制“大炮”欣赏
结语
看过了我们对些极限超频中的散热方式的介绍，大家是否也心动了呢？如果你有心成为一个超频的高手，这篇文章就是你最好的起步教材。现在的散热方式已经不再局限于风冷产品，液冷、干冰这些也逐步被大家接受，超频高手会越来越多。