权威揭密 重扣轰杀笔记本散热认知误区

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第1页：序言：性能配置之外的角逐 散热
所所开篇：各位早，又是周一了。按惯例为大家推出本周的重头文章，也就是权威揭密系列的第三篇：笔记本散热技术最强剖析。其实关于笔记本散热的问题网上讨论的已经很多，但都不是很到位，希望这篇文章可以将你心中的疑惑一并解答。另外大家希望在下期看到什么方面的文章也可以在读者评论中讨论一下，只有贴近用户想法的文章才会真正受到欢迎，而我们才能写着更带劲哦。
    随着笔记本计算机的降价风潮，我们身边的笔记本使用者也越来越多。而笔记本电脑的一些设计上的不足，也在使用者越来越多的情况下被暴露出来。所以我们也时常能听到某些朋友抱怨：“我的电脑好热！”
    诚然，在笔记本计算机性能进步的同时，越来越多的热量正在被散发出来，如果对此处理不好，很容易导致使用者的舒适度进而影响机器的稳定性。虽然随着CENTRINO和即将推出的SONOMA技术的流行，笔记本厂商对热量控制的压力比P4-M小了很多，但即使在相同的平台上，但是我们还是能在实际的使用上得出区别。













笔记本中的各类散热技术是不是让你看的眼花缭乱？
    比如某款机器用起来不热，一夜BT下载后也仅仅是温温的感觉，而某款机器可能平时打打字，做做文字处理就开始热的让你手心冒汗。而这就是由笔记本的散热系统的不同而造成，本文就旨在通过分析散热技术的方方面面来考量在笔记本的设计过程、以及使用者的实际感受中，散热技术的发展和其重要性。

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第2页：让我们感受烘烤和噪音的笔记本坚决不要
    曾记得在移动PC刚推出的时候，我们曾看到一个关于台式机处理器到底是否能够在笔记本电脑中使用的争论，而这个争论存在的关键，笔者认为并不在其功耗，而在于其散热系统的有效性。如果考虑到它其低廉的价格，或许我们能接受在电池状态下只能用一个小时的笔记本电脑；但我们不能接受一个让你在仅仅使用WORD的时候就让你忍受烘烤和风扇呼呼噪音的笔记本；更不能接受一个由于散热系统不良导致系统不稳定的笔记本。


三条导热铜管，为mP4 3.2GHz CPU提供散热
    现在主流的笔记本电脑处理器都消耗多于20W的电力，BANIAS在20W左右，而DOTHAN应该会在23W左右，更新的YOHAH会在31W或者更高。虽然现在的处理器都有一些智能功能，以期达到功耗/性能的最佳平衡，但如果在热量控制上设计不当，也会严重使用者的使用舒适度，在极端情况下会导致机器的不稳定。
    但我们也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。



早期散热结构，著名的IBM ThinkPad 240散热单元(散热片)
    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。

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第3页：发热大户CPU的散热演变历程
    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。


    上图为600X（上）600E（下）的散热器，主要是风扇+散热片的组合（有一根很细的导热管做辅助散热）
    在进入高性能的Pentium Ⅲ处理器时代后各种新的散热设计进驻笔记本电脑内部，比如导热管。



如今的散热结构，著名的IBM T22的散热单元(风扇+导热管+散热片)
    当然，到了今天，功耗巨大的GPU（显示单元）也成了发热大户，一些厂家不得不在显示卡上加装散热器。



为华硕WIN搭载的ATI Mobility Radeon 9600加装的散热器
    长久以来，散热问题一直是笔记本电脑最大的技术瓶颈，因为它关系到笔记本电脑的稳定度，许多不明原因的死机都是因为散热问题无法解决。在笔记本越做越小，越做越强的同时，散热难这个不容忽视的问题也紧随而来，成为让笔记本电脑制造商最头疼的事情。

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第4页：散热的基本知识：风扇＋热管＋散热板
    散热，相信不少DIYER对他已是再熟悉不过了，花上百元买一个好一点、安静一点的风扇是DIYER们首先要做的。


      在台式机中很普通的一个铜制风扇，
就不要妄想笔记本狭小空间中可以使用了。
    而在笔记本中，由于空间狭小，配件不通用，所以我们对其DIY的范围不可能太大。最多不过是诸如把IBM T22的风扇换到IBM T20上去罢了。



    图为IBM THINKPAD T20的散热器，一般在升级T20的CPU后可换用T22的风扇以加强散热效果。
    在笔记本中，风冷散热是主要的散热方式，不过由于它的空间的局限性，热管散热技术也被普遍应用到笔记本电脑中。因此，在如今的笔记本中，绝大数的散热方式是：风扇＋热管＋散热板。

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第5页：辐射型风扇是具有更优异的散热效果
    风扇是起着强制对流的作用，属主动散热方式。目前风扇的基本上可以分为两种类型：轴向型风扇Axial (fan) 和辐射型风扇(离心鼓风机)(Centrifugal - blower)：
轴向型风扇
    轴向型风扇，技术成熟，成本较低，可以通过调节RPM来调节风量，气流有涡流，机壳的阴影效应，占用体积大，存在气流的耗尽层。在台式机上基本都采用这种方式。在寸土寸金的笔记本的应用上并不多见，主要在PII时代的本子上。



图为IBM THINKPAD 600系列的风扇
    另外也记得笔者曾用过的FUJITSU FMV6266也采用轴向型风扇，可惜早已无照片为证了，呵呵。
   
辐射型(离心鼓风机)
    辐射型(离心鼓风机)风扇具有薄的叶片，没有涡流，气流方向性好，气流密度较高，点用体积小（主要是可以做的比较薄），技术较新，成本相对高。而其噪音也比轴向型风扇要来的低。



上图为BENQ JB8100和TCL B10使用的辐射型风扇
    在笔记本的设计中由于空间的限制，以及噪音、厚度的限制，一般都采用辐射型的风扇。到了PIII以后，你几乎已经找不到轴向型风扇的应用了，这也充分证明了辐射型风扇的优越性。

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第6页：导热管绝不你想象中的是万能钥匙
    热管散热是一种利用相变过程中要吸收/散发热量的性质来进行冷却的技术，1963年由美国Los Alamos国家实验室的G.M.Grover发明了，并由IBM最初引入笔记本中。
    典型的热管是由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽到的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据需要可以在两段中间布置绝热段。当热管的一端受热时，毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。



上图为三星X30和TCL B10散热器上的热导管。
    导热管技术可以说了笔记本散热的一项技术革命，正是他的出现才能使现在的笔记本在如此狭小的空间做到令人满意的散热效果，而用很小的体积换得超高的导热效率绝对是THERMAL工程师的梦想。
    不过话说回来，导热管技术虽然具有很高的热传导效率，但如果使用不好，也未必能给机器带来太多的好处。这点我们将在下文中有所体现。

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第7页：加散热板是最简便有效的方法
    在笔记本中的北桥和图形显示芯片的发热也相对严重。一般在设计中是在他们上方放置一些散热片来达到散热的目的。由于笔记本内部空间的限制，一般要做到大而薄，这样既能保证充分利用内部空间，又能达到更大的散热面积，提高散热效率。



上图为神舟和优派内部的散热片
    我们看到有大面积的散热片，在散热片上还有很多突起或者鳍片，以增大与空气的接触面积来达到更好的散热效果。

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第8页：笔记本散热示意原理图
    从前面的介绍，我们可以看到，在笔记本上的基本散热方式。由导热管把热量引导到机器边缘的散热片，并用辐射型的风扇对散热片进行冷却。



小编的X22工作两年了，散热确实有一套，
用上扩展坞垫高底部就不怕热了。
    而如今越来越多的笔记本为了追求更高的机械强度而使用的铝镁合金，利用其高导热率的特性作为辅助散热。比如著名的IBM X22，利用其铝镁合金的底壳来完成一部分的散热任务，这也是X22机型底部温度较高的原因。

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第9页：诸多散热方案孰优孰劣？
    看了那么多形形色色的笔记本散热器，我想大家可能心中有一个疑问。那么多的散热器，那么多的散热方案，到底谁是最先进的，到底谁是最强的？
在这里，站在研发的角度讲，如果能在满足机器温度控制的同时做到成本最低，那么这个散热系统就是成功的。不管是热导管，还是普通的直吹式，也不管是主动散热还是被动散热，只要能把热量尽快的排除机内，那么这套系统技术成功的。
    笔者是IBM的粉丝，所以就用IBM的一些例子来说明。在IBM刚推出IBM THINKPAD T20/T21/T22的时候，参考前页的图片，我们可以看到他使用了风扇+导热管的设计。而到了更高主频的T23的时候，却使用了无导热管的设计！这实在是令笔者大跌眼睛。



T23的散热器竟然省去了导热管
    而这样的设计最直接的好处是节省了成本。我们知道，对于含有导热管的散热单元，其导热管的成本占了很大一部分。在T23上，我们看到了更简单而高效的散热方法的典范！在同期的其他品牌的笔记本，无不使用粗长的导热管，就这一点就令笔者对IBM的设计佩服的五体投地。而好戏还在后面！

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第10页：用最简单手段解决问题就是好方法
    在IBM距T23后推出的THINKPAD T30（采用P4-M的处理器）上，IBM仍然采用了T23的散热方法！
    T30的散热器是笔者见过设计最精妙的散热器之一。在P4-M高发热的压力下，不使用导热管似乎已经是不可能。但在T30上，IBM成功了。


    我们发现，其散热器比T23更加靠近主机边缘，直接接触CPU内核的散热器部分是纯铜，并且用银焊做出鳍片，最妙的是把散热器部分和风扇以及框架用隔热垫分开，减少它们之间的热量传导，再用大口径风扇向散热器猛吹，由于CPU就装在出风口旁边，散发的热量迅速被纯铜散热器吸收，然后立即被风扇吹出机身，什么复杂机构都不需要，看起来倒是很像台式机CPU的散热原理，不过简单而有效。


  
   为了加强风力，T30采用了5V 0.3A规格的大口径风扇，功率较以前的机种更高（T2X系列都使用5V,0.2A）。但T30比T23高明的地方在于T30把散热的散热器把鳍片和散热器的框架分开，这样在T23上的鳍片上会产生大量的热量并会传导到风扇外壳上进而向机内辐射的问题在T30上不复存在了。
    T23和T30的无导热管设计说明了，导热管的设计并非是万能的，在设计精良的笔记本上，无导热管设计一样能工作的很出色。在P4-M平台上绝大多数的笔记本电脑都采用了大口径风扇+粗导热管+大散热器，但在实际使用上又有多少能比得上IBM T30的发热控制呢？


越长越好的说法，在导热管上可是说不通的哦
    事实上，导热管的真正作用是加快热量的传导，导热管本身并不能起到冷却作用，导热管传出来的CPU热量仍需风扇最终排出机身，导热管越长，热量传导越慢，且导热管越长传送途中散失的热量就越多……
    我们看到的某些品牌的笔记本，使用的导热管横贯机身，导致大量的热量被散失在机内，这样的设计真可谓费钱又费力，还不如设计好PCB的布局，学习一下IBM的散热方案呢！

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第11页：看看INTEL老大如何说散热？
    作为笔记本CPU的最大提供商INTEL在这方面的说法是怎么样的呢？
    “使用英特尔奔腾 M 处理器的笔记本都需要热量管理。"热量管理" 一词涉及两大要素：正确固定于处理器上的冷却装置，以及流过该冷却装置并散除系统热量的有效气流。热量管理的最终目的是使处理器在最高运行温度 (Tcase) 以下运行。英特尔奔腾 M 处理器的 Tcase 是在处理器核心外壳表面的中央位置测得。”



    在INTEL的书面文档里，我们也看到了“RHE”，也就是“远程热交换器”的设计概念。也就是上文一直在说的风扇+热导管+散热片的设计。INTEL的原文如下页所说，来翻页先。

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第12页：INTEL对于散热的规范建议
    “远程热交换器或RHE可以为散热设计提供更大的灵活性，因为这种方式下可以将散热器和风扇置于远离处理器的位置。”


典型的远程热交换器设计
    热量将从处理器传输到附属单元，而该单元中贯穿着一条导热管。导热管通常是一条空心的铜制管道，其中包含流动的浸锡材料。利用汽化和再冷凝过程，热量通过非常高效的导热管流到热交换器的散热片（散热器）处。然后固定气流就会将这些热量排到外部空气中。”
    在这里我们看到，在导热管里的材质并不是某些网友所说的水或者其他物质，而是某种“浸锡材料”。而我们在上文大书特书的技术也被称为远程热交换器（RHE）技术。


图为华硕W1N的键盘辅助散热设计（上面有密密麻麻的“呼吸”孔哦）
    “尽管 RHE 设计非常高效，但有些笔记本设计可能会同时使用 RHE 设计和被动元件，以提高装置的冷却效率。通常，要添加被动元件，可以在 RHE 设计的部件上连接一个大的金属板，以被动散除附加热量（通常从键盘下面散热）。”
看来笔记本厂商利用键盘散热的本事还真的可能是来源于INTEL的建议呢！

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第13页：迅驰CPU对于热量的控制机制
    说了那么多关于CPU的散热，我们现在来看看热量的源头——CPU自身的热量控制机制。
    在INTEL推出了P4-M后，高发热和低效率成为媒体的众矢之的，这似乎INTEL很没面子。于是在P4-M处理器推出不久，就推出了更新的BANIAS处理器，脱掉了高频低能的帽子。而其宣传点也从主频换成了 “无线”，迅速成为市场的新宠。而媒体一般称为迅驰CPU。
    迅驰CPU加强了对功耗的控制和散热的控制。在加强的SPEEDSTEP技术中，更多的频率变的可选，系统能在功耗（散热）/性能中取得一个更好的平衡点。
在INTEL的PENTIUM-M CPU的规格书里，我们看到了更多的CPU的状态。
    从NORMAL一直到Deeper Sleep，其中的耗电量以PENTIUM-M 765为例子，在NORMAL状态下是21W（At 100°C），而在Deeper Sleep Power的情况下，更是只有0.8W（At 35°C）。


INTEL的CPU的功耗

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第14页：CPU不同状态的散热控制十分简单高效

    而站在硬件的角度上来看，我们会发现，在CPU在各个运行状态间切换的时候，只需要STPCLK#/SLP# asserted/DPSLP#/一些产生Halt break的信号（A20M#, INIT#, INTR, NMI, PREQ#, RESET#, SMI#, or APIC interrupt）。而这些信号一般都由INTEL配套的ICH4-M来提供，对设计人员而言将是非常简单的（只是简单的点到点连接）。


    唯一比较复杂的是在系统进入Deeper Sleep的状态时，则必须由CPU发出VID到电压调节器来调节CPU的核心电压（即core voltage raised/lowered），以达到更为省电的目的。
    作为进一步的了解，读者可以自行到INTEL的网站下载。http://developer.intel.ru/design/mobile/datashts/252337.htm，其中第145，146页有详细的说明。

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第15页：迅驰功耗的节省更胜P4-M一筹
作为比较，我们看一下P4-M的热功耗：


    可以看出其最大功耗在35W（100°C），而最低的功耗也在2.9W(35°C)。也正是这个原因，才导致了P4-M早早的退出了市场。
    而我们一直说BANIAS是PIII的内核加上P4的FSB，我们顺便来看一下PIII的功耗：


    我们可以看到 PIII的内核的CPU的功耗跟BANIAS相比稍微低一点点，所以“BANIAS是PIII的内核加上P4的FSB”虽然INTEL不可能承认,笔者也觉得不妥，但在功耗上来说，PIII和PM确实还是有点相似的。


    作为比较我列出了从PIII到PM CPU的TDP和平均功耗。表中也列举了相对应的南北桥的功耗，读者可以比较一下。

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第16页：显示芯片和芯片组同样需要更多关怀
    除了CPU的散热问题外，我们还需要多诸如显示卡，北桥，电源模块做一些散热的设计，因为这些模块都在主机内部，他们的散热不良，同样会影响到系统的稳定性。而由于为了方便更换，内存和硬盘一般都设计在用户比较能“感受”到的部位，因此他们散热的效果是否良好也直接影响到用户的使用舒适度。
    显卡部分。由于一般笔记本电脑都采用了移动版的GPU，首先他们的热量就能控制在一个比较好的范围之内，所以对GPU的散热就显得比CPU省力很多了。而更有一些笔记本电脑采用了集成显卡的855GM/E系列，那就更加省力了，只要做好北桥的散热工作就好了。



    上图为BenQ JB8100的散热模块。我们可以明显看到CPU和北桥共用了一根散热管。但笔者认为下面的ASUS的W1N的设计更好，但采用两根散热管成本就更高了。



    图为ASUS WIN整个散热系统。我们可以明显的看到散热器分成两个部分，左侧较长的部分是给ATI M10显卡和Intel 855PM芯片组散热的，右侧较短的部分只负责CPU，如果你够仔细，就会发现两个部分是不互相接触的，较短的CPU散热部分可以迅速把较高的热量传导到出风口处，同时不会把热量传导到温度较低的显卡和芯片组散热部分。
    除了芯片组外，电源部分的散热有时候也会被考虑。但这部分由于其散发的热量比较低，所以即使有采取措施，一般也是借助于键盘或者底壳来辅助散热。

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第17页：整机的散热结构：内存篇
    有了良好的散热设备，由于笔记本空间的限制，一般都会对整个笔记本的散热结构做整理的规划。将一些比较容易发热的部件分散到主机的各个地方，使得整机的发热能比较均衡。我们来以发热情况控制比较好的IBM T4X和一些其他笔记本作为比较，来分析一下散热系统在笔记本上的应用。
    T4X由于比较薄，所以IBM为了保证T4X在膝上使用时候不至于发烫，将大发热的元件都放在了主板正面，而仅留一根内存插槽在底部，在实际使用过程中，如果插上这根内存的话，还是能明显感受到那份热量的。不过这比起那些把两根DIMM放在一起的做法无疑好了很多。



上图为T42的内存摆放
    如果内存全部放在正面的话，那么内存的升级会颇为不便，而且空间比较紧迫。IBM这样设计平衡了发热的控制和升级的容易性。


  上图为神舟某型号笔记本的内存插槽，如果你放在膝盖上使用的话……嘿嘿。

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第18页：整机的散热结构：CPU篇
    相比T30，T4X由于要做的更薄，所以没办法采用T30的散热方式。在主板的正面，我们看到T4X的CPU由一个巨大的纯铜打造的散热器。在高端的采用ATI FIRE GL T2的机型上，我们会看到延长的散热器，帮助显卡散热，而在普通的采用ATI 7500的T4X上并没采用显卡的散热系统。虽然笔者对T23/T30的散热系统的精妙一直推崇备至，不过到了T4X上为了更薄，IBM也只好放弃了这样的做法，我相信IBM肯定也是不得已而为之，毕竟，在成本上，T4X的散热器高出太多了。
    我们整体来分析一下T4X的CPU部分散热。CPU及显示芯片产生的废热经由热导管迅速地带到散热片左侧，然后再透过高性能的温控风扇将废热排出机体外，如此不断地循环。从ThinkPad T23/30的散热机构上便已证明了热导管并非万能的，当CPU热度过高时，干脆用强力风扇猛吹才是王道呀～～～，也因此搭配 Intel Mobile Pentium4-M的ThinkPad为了能迅速排除废热，普遍性都有出风口高温气流的现象，很庆幸由于Pentium-M的问世，ThinkPad T4X的出风口已经不再有如此强劲的热气流，而且ThinkPad T4X的温控风扇相当安静，且非必要时不会激活，即使在夜深人静时也不会打扰使用者。



IBM T42的纯铜散热器
    而作为比较，有些品牌的笔记本就不会使用纯铜的散热器，而采用导热性能略逊于纯铜的铝制散热器。当然，在鳍片的选择上，一般都会采用纯铜。



上图为三星X30的散热器，并未采用纯铜的散热器
    三星X30的设计失败在其散热管的长度太大了，而且其散热片与空气的接触面积不够大，风扇功率也比较小。在实际的使用中也发现三星的发热量比较大，键盘有明显的温升。



微星ART3200的散热器，和三星X30的一样，不过做工好像更粗糙一点。

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第19页：整机的散热结构：硬盘篇
    在实际的使用过程中，T4X的右掌托还是比左掌托高出不少，但比其T2X系列就好太多了。究其原因是其在硬盘上方放置了金属片，并做成镂空状，方便硬盘热量的散发。而硬盘本身也变成发热更低的80GN和5K80，在整体上，掌托发热的情况得以很好的改观。


IBM T4X的硬盘散热处理
    而一些低价笔记本的硬盘放置却有着严重的问题。比如他们会把硬盘放在触摸板的下面，在长时间运行后触摸板就变的非常热，而你的手指就不得不在上面忍受着烘烤。


    上图是某笔记本的硬盘放置，就在触摸板的下方。有时候笔者也觉得，其实这种对于热量分布的考虑应该非常的简单（仅指高热元件的摆放，不指整个系统）。只要动脑筋想一想就能知道，可是为什么还是会出现这样的设计呢？如果说了节省成本而采用过时的模具的话那也无可厚非，但是如果是全新的设计却不考虑这些能让用户明显感受到的缺点就实在是不应该了。
    就整体上来说，笔记本的散热问题可能会涉及到更多的领域，比如空气动力学等等。笔者也曾看到过THERMAL工程师对其进行复杂的计算，反正公式是一套一套的，呵呵。而笔者在这方面连入门的资格都没达到，所以就不再多说。

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第20页：特色笔记本散热技术：无风扇设计
    比较有创意并且已经量产的当属无风扇设计，无风扇设计的好处很明显，安静、省电，不过要在无风扇的情况下控制好热量的分布就不是那么容易的事了。在这里，我们不能不提PANASONIC的Let’s Note系列笔记本。在此之前好像只有采用全美达或者VIA C3处理器的笔记本使用无风扇设计，而松下打破了这种状况，用超低电压版的Banias同样达到了无风扇的设计，我想这也是导致全美达退出CPU研发制造的原因吧。

松下全系列笔记本均采用无风扇设计

就连14英寸的Y2也是无风扇设计，不得不佩服啊
    另外一个就是家喻户晓的SONY X505，我们做简单了解。



    X505主散热系统也没有使用风扇来作为散热驱动，而是利用导热性良好的材料来设计一个全新的散热系统：


　　从官方提供散热系统的示意图来看，其散热的原理比较明了，采用导热非常好的碳合成物－石墨合成材料，首先把处理器产生的热量通过合成片上向四方延展的叶片把热量分散距CPU较远的位置，因为延展叶片与外壳密合成一体，所以延展叶片上的热量又通过外壳进行自然的热传导与外界空气进行热交换，力求达到热平衡，这也就形成了散热的驱动源，可以保证热交换过程的循环体系正常运作。


索尼X505的底板结构
    要说稍微有点总结的话，那就是这类机型的散热很大程度上依赖着新型的材料和强大的机构设计实力，另外性能牺牲也是在所难免。由于这些机型内部的图片并不全，所以笔者就只当是给各位看客一点调剂，不再多费笔墨了。