英特爾公司大概不會喜歡“牙膏廠”這個稱呼，但在玩家看來英特爾這幾年來的處理器升級真的是在擠牙膏，特別是14nm節(jié)點之后，已經(jīng)推出了四代使用14nm工藝的酷睿處理器了。不光是擠牙膏，有時候大家還調(diào)侃英特爾牙膏擠多了又給縮回去了，特別是在硅脂導熱這件事上，許多玩家在這個問題上已經(jīng)糾結(jié)了6年了，我們經(jīng)?？梢钥吹接腥送虏?ldquo;硅脂U不買”，好在今年的九代酷睿處理器上，英特爾狠狠擠了一大管牙膏，不僅給主流處理器升級了8核16線程，還重回使用了釬焊導熱工藝。
今天的超能課堂里，我們就來聊聊英特爾處理器的硅脂、釬焊變化過程，先來介紹以下兩位選手的基本情況。
導熱硅脂：
關(guān)于硅脂，很多玩家都很熟悉了，這里就不詳細介紹了，因為超能網(wǎng)11年前做過一次硅脂橫評，這篇文章對硅脂的用途、作用有過詳細介紹，迄今依然不過時。
沙場秋點兵，16款導熱硅脂大比武
釬焊
英文是solder，寫過這么多關(guān)于處理器的釬焊導熱的文章，solder這個可以說一種工藝，也可以理解成一種材料，特別是對應硅脂的時候。這里就引用維基百科的一些解釋：
通常為錫的合金，故又稱焊錫，為低熔點合金，在焊接的過程中被用來接合金屬零件， 熔點需低于被焊物的熔點。一般所稱的焊料為軟焊料，熔點在攝氏90~450度之間，軟焊廣泛運用于連接電子零件與電路板、水管配線工程、鈑金焊接等。手焊則經(jīng)常使用烙鐵。使用熔點高于攝氏450度的焊料之焊接則稱為硬焊(hard soldering)、銀焊(silver soldering)、或銅焊(copper brazing)。
上面是通用的解釋，至于處理器中所用的釬焊還有別的不同，它使用的材質(zhì)多數(shù)含有銦(In)，有的是純銦，也可以是金銦，也可以是銦鋅鉍等等。含銦焊料的優(yōu)點如下：
·銦具有良好的延展性與可鍛性，僅使用中等壓力，就能使其變形并填滿兩個配合件之間微小的不平縫隙。
·這種延展性和可鍛性在超低溫下仍得以保持，因此組合件即使在惡劣的環(huán)境中也能保持有效密封。
·銦的導熱率較高(在85°C時為86W / mK)，因此被廣泛應用在熱管理應用中，散發(fā)電子元件產(chǎn)生的熱量。
·在綁定不同的元件時，銦能補償不同的熱膨脹系數(shù)(CTE)。
·即便只含有少量銦，電子裝配中使用的焊料的熱疲勞性能也能得到改善。
·某些含銦合金的熔點低于180°C，因此非常適合多次焊接或者需要較低回流溫度的焊接。
·銦的蒸汽壓力低，適合高真空焊接。
·銦合金焊料在跌落試驗中的耐抗程度優(yōu)于其他低熔點合金。
不同焊料的特性及導熱系數(shù)
處理器的散熱結(jié)構(gòu)：從核心到散熱器的兩道坎
從散熱角度來說，處理器核心與散熱器底座無縫貼合的話，散熱效率是最高的，但是晶圓廠生產(chǎn)出的芯片太脆弱了，所以需要一層金屬蓋保護，這就是IHS(Integrated Heat Spreader，集成散熱反變形片)，它可以保護CPU核心，但是多了IHS就相當于多了一層散熱結(jié)構(gòu)，所以CPU安裝散熱器的時候需要涂抹硅脂在頂蓋上以提高導熱效率(相對空氣而言)，這部分就是TIM(Thermal interface material，熱界面材料)，最常見的TIM材料就是硅脂，高級點的有液態(tài)金屬等。
處理器內(nèi)部的導熱介質(zhì)(圖片來源于Wikichip)
具體來說，TIM還分為兩層，我們安裝散熱器涂抹的那一層TIM是TIM2，IHS與CPU核心的那一層是TIM1，這個就是現(xiàn)在的PC玩家杯葛了六年多的硅脂(Thermal Paste)vs釬焊(solder)事件的沖突核心。
英特爾處理器從釬焊到硅脂再到釬焊導熱的旅程
為了更好的散熱，處理器通常都是釬焊導熱的，AMD哪怕是在比較低端的CPU及APU上都在堅持釬焊導熱，英特爾之前也是如此，一直堅持到Sandy Bridge架構(gòu)的酷睿i7-2600K這一代上，但是從2012年的22nm工藝的Ivy Bridge處理器，也就是酷睿i7-3770K處理器開始，英特爾開始“墮落了”，放棄釬焊開始使用硅脂，先是在主流處理器上這樣做，接著發(fā)燒級平臺的Core X系列處理器也遭到了黑手，然后Xeon處理器也一樣開始用硅脂，直到九代酷睿處理器重新使用釬焊，前后歷時六年時間。
酷睿i7-3770K開蓋，開始用硅脂了(圖片來源)
這是硅脂導熱的8代酷睿處理器
開蓋后的酷睿i9-9900K處理器(圖片來源)
這個過程沒什么可說的了，老玩家應該多少了解一些，過去六年中DIY玩家提到這個問題就滿臉的不滿，一是因為從焊料到硅脂，兩種材質(zhì)的導熱系數(shù)可是天淵之別，硅脂典型的導熱系數(shù)是2W/m·K，焊料因為還有多種金屬元素，導熱系數(shù)要高得多，不同成分下50-80W/m·K的導熱系數(shù)都是有的。
不管怎么算，從釬焊到硅脂都是導熱能力的極大下降，理論上導熱效率損失90%都是可能的，而且硅脂的成本更低，工藝也更簡單，所以很多人把英特爾這次改變視為奸商摳門之舉，剛好2012年的時候AMD的處推土機處理器已經(jīng)失利，英特爾沒有競爭壓力了，所以這個說法是最流行的。
千古之謎：英特爾為何冒大不韙用硅脂?
在放棄釬焊換用硅脂的六年中，英特爾官方對這種轉(zhuǎn)變一直沒有公開解釋，在一些玩家看來，被罵了6年也不敢解釋更坐實了英特爾是為了省錢才換的說法——不怪人民群眾喜歡陰謀論，從釬焊到硅脂確實可以節(jié)省成本，就算減少1美元的成本吧，英特爾一年出貨量的處理器數(shù)量在2.5億左右，算下來也要2-3億美元，雖然相對每年一百多億美元的凈利來說不值一哂，但蚊子肉也是肉啊。
上面這個解釋合情，但我個人并不認同這種猜測，省了錢是英特爾改用硅脂導熱的結(jié)果，但不是英特爾這么做的原因，這事應該不是從商業(yè)角度考慮的，而是背后有技術(shù)原因。
當年酷睿i7-3770K開蓋事件頻發(fā)時，還有一個解釋聽上去更合理——英特爾改用硅脂導熱的節(jié)點是22nm的IVB處理器，相比32nm的酷睿i7-2600K，酷睿i7-3770K的核心面積在更先進的工藝下從216mm2直降到160mm2(4核+GT2核顯級別)，之后的4代、5代、6代及7代酷睿處理器的核心面積越來越小，酷睿i7-6700K只有122mm2，而釬焊過程中核心越小，工藝難度越大，所以英特爾開始改用硅脂導熱了。
非洲的沖突有可能影響處理器的釬焊，這又是蝴蝶效應的一個例子(圖片來源)
除了這個原因之外，還有一種說法與環(huán)保有關(guān)，歐盟2006年開始全面推行RoHS標準，禁用了有污染的含鉛工藝，英特爾在2007年就表態(tài)45nm及之后的處理器已經(jīng)是無鉛工藝了。此外，英特爾之前也開展了無沖突礦產(chǎn)行動(沖突礦產(chǎn)百科)，2009年首次對合作伙伴的冶煉廠進行審查，涉及金、鎢、錫、鉭四種礦產(chǎn)，而金、錫金屬正是釬焊中的重要材料。
從英特爾發(fā)布的無沖突礦產(chǎn)報告來看，他們加入并完成這個承諾的時間段正好是在2012年前后，受此影響而在IVB處理器那一代棄用金屬焊料工藝也是有可能的。
當然，這樣的話又不能解釋為什么九代酷睿處理器又能用釬焊工藝了，除非這兩年英特爾搞定了無沖突礦產(chǎn)行動中受影響的供應鏈。
總之，在這個問題上英特爾官方多年來一直不肯公布他們改變釬焊工藝的原因，省錢或者環(huán)保等方面的解釋不能完全解釋這個問題，根源可能還是技術(shù)上的。
對于釬焊材料，大家所關(guān)注的主要是導熱系數(shù)，但是“釬焊料的可焊性、 熔點、 強度及楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、 熱疲勞、 蠕變及抗蠕變性能等均可影響釬焊連接的質(zhì)量。”，對英特爾來說，導熱性能也很重要，但肯定不是唯一重要的。
至于現(xiàn)在為什么又把釬焊工藝帶回來，英特爾同樣沒有什么解釋，當然秋季發(fā)布會上會大談特談釬焊工藝的好處——提高了散熱效率，允許更高的散熱空間，處理器可以運行在更高頻率上。一個簡單的例子就是英特爾在酷睿i9-9900K的PL2功耗上大幅放寬到了210W，遠高于其他處理器通行的1.25倍TDP功耗的做法，限制放寬到了TDP功耗的兩倍多。
從八代酷睿的情況來看，英特爾也有必要改進處理器的散熱，因為6核12線程的酷睿i7-8700K處理器就夠熱了，小型的散熱器已經(jīng)壓不住了，不超頻的話核心溫度也能輕松跑到90°C以上，而九代酷睿又是8核16線程又是5GHz頻率，不敢想象要還是繼續(xù)硅脂導熱，那發(fā)熱得是什么樣。
有了釬焊，九代酷睿還需要開蓋嗎?
從釬焊到硅脂再回到釬焊，九代酷睿處理器的散熱性能肯定會變好了，但很多玩家還是關(guān)心它是否應該開核。我們之前的首發(fā)評測中，酷睿i9-9900K搭配240水冷的時候FPU拷機溫度都有72.6°C，比酷睿i7-8700K高出了13°C左右，如果是風冷散熱器，那么酷睿i9-9900K的溫度恐怕也是控制不住的。
開蓋這事從酷睿i7-3770K處理器換用硅脂之后，每年發(fā)新一代處理器都會折騰一波，歷代硅脂處理器在不同網(wǎng)站、不同玩家的測試中溫度下降幅度也不等，有的降溫效果能達到15°C以上，非常明顯，不過也有很多測試顯示出開蓋之后降溫效果不那么明顯。
至于酷睿i9-9900K處理器，超頻玩家Der8auer之前做過開蓋測試，開蓋后4.8GHz的負載溫度可以從93°C降至84°C，如下所示：
9°C的溫差還是挺多的，不過開蓋之后的酷睿i9-9900K溫度依然不算低，再考慮到開蓋的風險及難度(釬焊之后開蓋難度增加，對玩家的動手能力要求高了)，個人是不建議大家再玩開蓋了，土豪玩家可以考慮馬云家的開蓋服務，或者一步到位選擇開蓋并且測試好的處理器，一般玩家還是換個水冷散熱器吧，240冷排即可，360冷排更好。
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