03.04 为什么一些英特尔CPU放弃硅脂改用钎焊?

荷兰栏杆


由于过去英特尔处理器长期在性能和工艺制程方面大幅领先AMD,即使英特尔的酷睿处理器只是采取挤牙膏式的升级,使用硅脂散热材料,AMD依然很难和其竞争,由于硅脂比钎焊材料成本更低,所以以前Intel处理器一直使用硅脂散热材料。但随着AMD Ryzen的上市,AMD Ryzen处理器性能和Intel酷睿处理器差距已经非常小了,而Intel 10nm工艺制程遇阻, 为了提升处理器的性能,只能通过改用钎焊散热这种物理外挂,提升cpu的主频。

英特尔cpu放弃硅脂改用钎焊材料,主要是应对AMD Ryzen处理器的挑战

英特尔自从推出酷睿处理器,Intel处理器在性能和制程方面一直处于绝对领先地位,而英特尔仅需每年例行挤牙膏,使用廉价的硅脂散热材料,AMD依然无法与其竞争。但随着二代Ryzen2000处理器的上市,AMD在制程和性能方面具备了和Intel处理器竞争的实力,为了应对AMD Ryzen2000的挑战,Intel cpu只能通过更换钎焊散热材料,拉升处理器的频率来应对。

英特尔10nm工艺制程严重遇阻,更换钎焊材料,拉升频率成为唯一选项

由于英特尔在制程工艺方面长期处于领先地位,但由于长期挤牙膏,突然被AMD Ryzen处理器打乱节奏,10nm工艺制程的牙膏突然挤不出来了,所以更换钎焊散热材料,拉升频率也就成了Intel提升处理器性能的唯一选项,当然这也是典型的挤牙膏方式。

AMD采用7nm制程 Zen2架构的全新Ryzen3000处理器将于7月7日正式上市,根据最新的信息,Ryzen 5 3600的单核性能已经接近i9-9900k,而多核性能已经超过i7-9700k,而Ryzen 5 3600的价格仅为199美元,即使Intel处理器更换钎焊材料,进一步拉升频率也很难和Ryzen 3000处理器竞争,而PC处理器市场也将全面进入AMD时代。



智慧新视界


如果没记错的话,英特尔是在三代酷睿处理器,也就是i7-3770K推出的那个时候放弃了钎焊改用硅脂材料散热,当时很明显导致的变化就是CPU的温度明显升高,3770K的超频难度相比钎焊的2600K明显上升,按照英特尔当时的说法是,因为22nm工艺的导入,导致CPU芯片面积台小,热量散发面积不足,钎焊已经无法很好的满足CPU的散热需求,而且工艺难度提高,所以改用了硅脂,包括也有人猜测英特尔是处于环保方面的考虑。

但是不管怎么说,钎焊所用的材料比硅脂的导热效率高太多了,使用钎焊绝对有利于降低CPU的温度,英特尔多年来不使用钎焊很有可能也是仗着自己的市场领先地位来降低成本,提高利润。但是到了9代酷睿开始,英特尔居然把钎焊回归,而且仅用在9600K、9700K等不锁倍频的产品上,至于其它的CPU还是照常用硅脂。

英特尔回心转意很大的原因应该还是来自AMD的竞争,9600K和9700K在多线程性能上相比AMD锐龙2600X和2700X没有优势,价格还不便宜,如果英特尔不充分发挥自家CPU的单核优势,改善散热和超频性的话,卖相只能更难看,另外,AMD这边的锐龙CPU不仅全线不锁倍频,而且都使用了钎焊散热,温度表现比英特尔产品好得多。所以为了销量和口碑,英特尔只能“不惜代价”,在不锁倍频CPU中回归了钎焊散热材料,实际带来的温度降低也是有目共睹的。


嘟嘟聊数码


英特尔公司大概不会喜欢“牙膏厂”这个称呼,但在玩家看来英特尔这几年来的处理器升级真的是在挤牙膏,特别是14nm节点之后,已经推出了四代使用14nm工艺的酷睿处理器了。不光是挤牙膏,有时候大家还调侃英特尔牙膏挤多了又给缩回去了,特别是在硅脂导热这件事上,许多玩家在这个问题上已经纠结了6年了,超能网的文章评论经常可以看到有人吐槽“硅脂U不买”,好在今年的九代酷睿处理器上,英特尔狠狠挤了一大管牙膏,不仅给主流处理器升级了8核16线程,还重回使用了钎焊导热工艺。


导热硅脂:

关于硅脂,很多玩家都很熟悉了,这里就不详细介绍了,因为超能网11年前做过一次硅脂横评,这篇文章对硅脂的用途、作用有过详细介绍,迄今依然不过时。

沙场秋点兵,16款导热硅脂大比武

钎焊

英文是solder,写过这么多关于处理器的钎焊导热的文章,solder这个可以说一种工艺,也可以理解成一种材料,特别是对应硅脂的时候。这里就引用维基百科的一些解释:

通常为锡的合金,故又称焊锡,为低熔点合金,在焊接的过程中被用来接合金属零件, 熔点需低于被焊物的熔点。一般所称的焊料为软焊料,熔点在摄氏90~450度之间,软焊广泛运用于连接电子零件与电路板、水管配线工程、钣金焊接等。手焊则经常使用烙铁。使用熔点高于摄氏450度的焊料之焊接则称为硬焊(hard soldering)、银焊(silver soldering)、或铜焊(copper brazing)。

上面是通用的解释,至于处理器中所用的钎焊还有别的不同,它使用的材质多数含有铟(In),有的是纯铟,也可以是金铟,也可以是铟锌铋等等。含铟焊料的优点如下:

·铟具有良好的延展性与可锻性,仅使用中等压力,就能使其变形并填满两个配合件之间微小的不平缝隙。·这种延展性和可锻性在超低温下仍得以保持,因此组合件即使在恶劣的环境中也能保持有效密封。·铟的导热率较高(在85°C时为86W / mK),因此被广泛应用在热管理应用中,散发电子元件产生的热量。·在绑定不同的元件时,铟能补偿不同的热膨胀系数(CTE)。·即便只含有少量铟,电子装配中使用的焊料的热疲劳性能也能得到改善。·某些含铟合金的熔点低于180°C,因此非常适合多次焊接或者需要较低回流温度的焊接。·铟的蒸汽压力低,适合高真空焊接。·铟合金焊料在跌落试验中的耐抗程度优于其他低熔点合金。

不同焊料的特性及导热系数

处理器的散热结构:从核心到散热器的两道坎

从散热角度来说,处理器核心与散热器底座无缝贴合的话,散热效率是最高的,但是晶圆厂生产出的芯片太脆弱了,所以需要一层金属盖保护,这就是IHS(Integrated Heat Spreader,集成散热反变形片),它可以保护CPU核心,但是多了IHS就相当于多了一层散热结构,所以CPU安装散热器的时候需要涂抹硅脂在顶盖上以提高导热效率(相对空气而言),这部分就是TIM(Thermal interface material,热界面材料),最常见的TIM材料就是硅脂,高级点的有液态金属等。

处理器内部的导热介质(图片来源于Wikichip)

具体来说,TIM还分为两层,我们安装散热器涂抹的那一层TIM是TIM2,IHS与CPU核心的那一层是TIM1,这个就是现在的PC玩家杯葛了六年多的硅脂(Thermal Paste)vs钎焊(solder)事件的冲突核心。

英特尔处理器从钎焊到硅脂再到钎焊导热的旅程

为了更好的散热,处理器通常都是钎焊导热的,AMD哪怕是在比较低端的CPU及APU上都在坚持钎焊导热,英特尔之前也是如此,一直坚持到Sandy Bridge架构的酷睿i7-2600K这一代上,但是从2012年的22nm工艺的Ivy Bridge处理器,也就是酷睿i7-3770K处理器开始,英特尔开始“堕落了”,放弃钎焊开始使用硅脂,先是在主流处理器上这样做,接着发烧级平台的Core X系列处理器也遭到了黑手,然后Xeon处理器也一样开始用硅脂,直到九代酷睿处理器重新使用钎焊,前后历时六年时间。

酷睿i7-3770K开盖,开始用硅脂了(图片来源)

这是硅脂导热的8代酷睿处理器

开盖后的酷睿i9-9900K处理器(图片来源)

这个过程没什么可说的了,老玩家应该多少了解一些,过去六年中DIY玩家提到这个问题就满脸的不满,一是因为从焊料到硅脂,两种材质的导热系数可是天渊之别,硅脂典型的导热系数是2W/m·K,焊料因为还有多种金属元素,导热系数要高得多,不同成分下50-80W/m·K的导热系数都是有的。

不管怎么算,从钎焊到硅脂都是导热能力的极大下降,理论上导热效率损失90%都是可能的,而且硅脂的成本更低,工艺也更简单,所以很多人把英特尔这次改变视为奸商抠门之举,刚好2012年的时候AMD的处推土机处理器已经失利,英特尔没有竞争压力了,所以这个说法是最流行的。

千古之谜:英特尔为何冒大不韪用硅脂?

在放弃钎焊换用硅脂的六年中,英特尔官方对这种转变一直没有公开解释,在一些玩家看来,被骂了6年也不敢解释更坐实了英特尔是为了省钱才换的说法——不怪人民群众喜欢阴谋论,从钎焊到硅脂确实可以节省成本,就算减少1美元的成本吧,英特尔一年出货量的处理器数量在2.5亿左右,算下来也要2-3亿美元,虽然相对每年一百多亿美元的净利来说不值一哂,但蚊子肉也是肉啊。

上面这个解释合情,但我个人并不认同这种猜测,省了钱是英特尔改用硅脂导热的结果,但不是英特尔这么做的原因,这事应该不是从商业角度考虑的,而是背后有技术原因。

当年酷睿i7-3770K开盖事件频发时,还有一个解释听上去更合理——英特尔改用硅脂导热的节点是22nm的IVB处理器,相比32nm的酷睿i7-2600K,酷睿i7-3770K的核心面积在更先进的工艺下从216mm2直降到160mm2(4核+GT2核显级别),之后的4代、5代、6代及7代酷睿处理器的核心面积越来越小,酷睿i7-6700K只有122mm2,而钎焊过程中核心越小,工艺难度越大,所以英特尔开始改用硅脂导热了。

非洲的冲突有可能影响处理器的钎焊,这又是蝴蝶效应的一个例子(图片来源)

除了这个原因之外,还有一种说法与环保有关,欧盟2006年开始全面推行RoHS标准,禁用了有污染的含铅工艺,英特尔在2007年就表态45nm及之后的处理器已经是无铅工艺了。此外,英特尔之前也开展了无冲突矿产行动(冲突矿产百科),2009年首次对合作伙伴的冶炼厂进行审查,涉及金、钨、锡、钽四种矿产,而金、锡金属正是钎焊中的重要材料。

从英特尔发布的无冲突矿产报告来看,他们加入并完成这个承诺的时间段正好是在2012年前后,受此影响而在IVB处理器那一代弃用金属焊料工艺也是有可能的。

当然,这样的话又不能解释为什么九代酷睿处理器又能用钎焊工艺了,除非这两年英特尔搞定了无冲突矿产行动中受影响的供应链。

总之,在这个问题上英特尔官方多年来一直不肯公布他们改变钎焊工艺的原因,省钱或者环保等方面的解释不能完全解释这个问题,根源可能还是技术上的。

对于钎焊材料,大家所关注的主要是导热系数,但是“钎焊料的可焊性、 熔点、 强度及杨氏模量、热膨胀系数、 热疲劳、 蠕变及抗蠕变性能等均可影响钎焊连接的质量。”,对英特尔来说,导热性能也很重要,但肯定不是唯一重要的。

至于现在为什么又把钎焊工艺带回来,英特尔同样没有什么解释,当然秋季发布会上会大谈特谈钎焊工艺的好处——提高了散热效率,允许更高的散热空间,处理器可以运行在更高频率上。一个简单的例子就是英特尔在酷睿i9-9900K的PL2功耗上大幅放宽到了210W,远高于其他处理器通行的1.25倍TDP功耗的做法,限制放宽到了TDP功耗的两倍多。

从八代酷睿的情况来看,英特尔也有必要改进处理器的散热,因为6核12线程的酷睿i7-8700K处理器就够热了,小型的散热器已经压不住了,不超频的话核心温度也能轻松跑到90°C以上,而九代酷睿又是8核16线程又是5GHz频率,不敢想象要还是继续硅脂导热,那发热得是什么样。

有了钎焊,九代酷睿还需要开盖吗?

从钎焊到硅脂再回到钎焊,九代酷睿处理器的散热性能肯定会变好了,但很多玩家还是关心它是否应该开核。我们之前的首发评测中,酷睿i9-9900K搭配240水冷的时候FPU拷机温度都有72.6°C,比酷睿i7-8700K高出了13°C左右,如果是风冷散热器,那么酷睿i9-9900K的温度恐怕也是控制不住的。

开盖这事从酷睿i7-3770K处理器换用硅脂之后,每年发新一代处理器都会折腾一波,历代硅脂处理器在不同网站、不同玩家的测试中温度下降幅度也不等,有的降温效果能达到15°C以上,非常明显,不过也有很多测试显示出开盖之后降温效果不那么明显。

至于酷睿i9-9900K处理器,超频玩家Der8auer之前做过开盖测试,开盖后4.8GHz的负载温度可以从93°C降至84°C,如下所示:

9°C的温差还是挺多的,不过开盖之后的酷睿i9-9900K温度依然不算低,再考虑到开盖的风险及难度(钎焊之后开盖难度增加,对玩家的动手能力要求高了),个人是不建议大家再玩开盖了,土豪玩家可以考虑马云家的开盖服务,或者一步到位选择开盖并且测试好的处理器,一般玩家还是换个水冷散热器吧,240冷排即可,360冷排更好。


超能网


在七年之前,2012年的22nm工艺的Ivy Bridge处理器发布了,也就是酷睿i7-3770K处理器开始Intel开始讲钎焊改为了硅脂技术,那么为什么Intel要这么做呢?目前有好几种说法,我来大致总结一下。

首先是还是成本问题,也是由于市场竞争问题,当时AMD已经被Intel打的没有了任何优势,在这种一家独大的情况之下,Intel开始骄傲了,心里想的就算我改成硅脂散热又能咋地,你不买我的产品你也没得买去啊,这样将本来是Intel要去解决的散热都交给了消费者,这样我们需要更前强大的散热风扇来搞定散热,要知道钎焊的成本比硅脂散热成本高的太多了,就算我们说一块CPU上节省亿美元,你想想每年INTEL要出货几个亿的量吧,那么就是每年能够节省几亿美元,这么多年过去了都节省了几十个亿了,这么多钱用来干什么不行。这其实也是一家独大的时候某些成本会直接转嫁到消费者的身上。

其次还有一个版本的说法就是英特尔改用硅脂导热的节点是22nm的IVB处理器,相比32nm的酷睿i7-2600K,酷睿i7-3770K的核心面积在更先进的工艺下从216mm2直降到160mm2(4核+GT2核显级别),之后的4代、5代、6代及7代酷睿处理器的核心面积越来越小,酷睿i7-6700K只有122mm2,而钎焊过程中核心越小,工艺难度越大,所以英特尔开始改用硅脂导热了。其实这个版本我在不太相信呢?凭借着Intel在制造这么难度高超的CPU上斗搞定了,难道搞不定一个钎焊散热问题,还有就是九代酷睿已经又一次改回了钎焊散热技术,这样说来从技术角度看,这完全是能够解决的,因此我认为还是基于成本考虑的比较多。毕竟硅脂散热省钱。

最后一个版本就是说可能在某些国家因为环保的问题,导致了不能再使用这种技术,我想说的是Intel一般在国外的加工厂都是在一些不发达国家,这些国家目前来说还是重在发展经济,对环保这块估计一般还无暇顾及。因此这种说法更是有点点不靠谱啊。因此基于成本的考虑才是最大的原因。为啥九代酷睿又回归了,因为AMD经过锐龙的发布以后,其产品力已经大大的提高了很多,已经严重的威胁到了Intel的地位了因此为了讨好更多的消费者,Intel不得不将更好的技术应用在自己的产品上了。

以上就是我对这道题的综合阐述,如果有不对的地方还多指点。


程序小崔


按摩店按着阴忒二挤爆牙膏管!


好心情新君


钎焊费用高,工艺要复杂,现在CPU制程不是在不断挖掘进步吗,当前八代都已经是14nm产品了,功耗对比老旧CPU大幅度降低,不用钎焊,普通风冷足够压制,只是可怜了带字母k超频版产品,享受同样的硅脂待遇(听说超频不超频产品,就是检测出体质好,工作频率高的就打字母k)。

我只在网吧里学习


AMD新系列的CPU性价比很高,威胁了intel的市场地位,所以intel不得不发大招了。

所以还是要感谢AMD,即使曾经是PPT厂

垄断就没有动力去革新了

万能的经济规律


qianxjjjjj


很简单!因为新处理器太热了!现在的9900K即使是钎焊也必须用顶级风冷才能默频保持比较正常的温度。


孤独的我逐被冷漠


感谢amd 如果没有你 intel不定🐂成啥样


無酩新藏线


一来9代酷睿确实太热了,二来被用户喷的实在受不了的。。。。


分享到:


相關文章: