问题

CPU 功耗 100w,显卡功耗最高 500w,为什么不用显卡散热器给 CPU 散热?

回答
这个问题问得很有意思,也触及到了电脑硬件设计中一些关键的考量点。虽然显卡功耗高达 500W,听起来似乎很有“压制力”,但用它来给 100W 的 CPU 散热,在实际操作中是行不通的,而且还会带来一系列问题。

咱们这就一点一点掰开了说。

1. 设计理念上的根本不同:散热 vs. 发热主体

首先要明白,CPU 和显卡虽然都是产生热量的核心组件,但它们的设计初衷和发热模式是完全不一样的。

CPU: CPU 的主要任务是处理各种通用计算任务,它会根据负载动态调整频率和功耗。虽然峰值功耗可能达到 100W 甚至更高,但它的发热面积相对集中,且对散热的响应速度要求极高。它需要的是稳定、持续、高效的散热,确保指令不丢失、不卡顿。
显卡: 显卡则专门负责图形渲染,尤其是在玩大型游戏或进行图形密集型工作时,它的功耗会飙升,产生巨大的热量。显卡的发热量是其核心设计的一部分,为了维持高性能,它必然会产生大量废热。

那么,为什么不能反过来用显卡的“大炮”来打“蚊子”呢?

原因在于,显卡散热器是为“主动、密集、定向”地驱散显卡产生的巨大热量而设计的,它并非是为“吸纳、转移、分散” CPU 的热量而优化的。

2. 散热器结构上的“错配”

显卡散热器的核心,通常是巨大的散热鳍片阵列和数个大直径的涡轮风扇(或叶片更复杂的轴流风扇),有时还会集成热管,直接接触 GPU 核心。这种设计是为了最大化空气接触面积,并用强劲的风压/风量将热量直接吹散到机箱内部或通过挡板排出。

接触面积与方式: CPU 散热器(无论是风冷还是水冷头)的设计目标是与 CPU 的顶盖(IHS)紧密接触,并且 IHS 的面积相对较小。而显卡散热器上的接触块,虽然也接触显卡核心(GPU DIE),但它的尺寸、形状以及上面通常附带的“扣具”或“安装方式”是为显卡PCB板上的特定位置设计的,完全不兼容 CPU 的安装孔位和尺寸。你很难想象一个庞大的显卡散热器能直接、牢固地固定在小小的 CPU 插槽上。
风道设计: 显卡散热器最常见的设计是将热空气垂直向下或侧向吹出。如果强行用它来给 CPU 散热,风扇产生的热风会直接吹到主板上,甚至可能对着 CPU 插槽周围的其他元件(如供电模块),这不仅无助于 CPU 散热,反而可能加剧这些区域的温度。CPU 散热器通常是将热空气向上或向后排出,以配合机箱的整体风道。
热管与底座: 显卡散热器上的热管和底座是为适应显卡 PCB 的形状和 GPU 的发热点分布而设计的。直接将其安装在 CPU 上,其热传导效率会大打折扣,甚至可能由于底座与 CPU 顶盖接触不良而导致散热效果极差。

3. 实际安装上的巨大障碍

这就像你想用一个大型消防水枪去给一盆花浇水一样,根本不是一个量级的,也完全不匹配。

尺寸和重量: 500W 功耗的显卡散热器通常非常庞大,上面有好几个甚至五个以上的大风扇,占据了显卡的大部分空间。将其从显卡上拆卸下来,强行安装到 CPU 上,首先会遇到空间问题,它很可能与主板上的其他组件(如内存条、CPU 供电散热片、甚至机箱侧板)发生物理冲突。
固定方式: 显卡散热器是通过特制的螺丝和背板与显卡 PCB 固定在一起的。CPU 散热器则通过主板上的散热器安装扣具(通常是背板和支架)来固定。这两种固定方式完全不同,你无法用显卡散热器的固定方式来稳固地安装在 CPU 插槽上,即使勉强固定,也难以保证有效的压力和接触。
接口标准: CPU 散热器有标准的接口和安装孔距,例如 Intel 的 LGA 系列和 AMD 的 AM 系列都有其特定的安装规范。显卡散热器没有任何标准的接口去适配 CPU 的安装系统。

4. 散热效率并非简单的“风量越大越好”

虽然显卡散热器风扇数量多、风量大,但 CPU 的散热需求与显卡不同。

热量密度: CPU 的热量虽然不及 500W 显卡的总量,但其热量密度(单位面积上的发热量)可能更高,而且需要更精确、更快速的温度响应。显卡散热器设计上更侧重于吹散大范围的低密度热量,而不是集中处理高密度热量。
风压 vs. 风量: CPU 散热器(特别是小型塔式风冷)往往更注重风压,用以穿透密集的鳍片。显卡散热器则可能在风量和风压之间做一个平衡,以覆盖更大的鳍片面积。用错了风扇特性,散热效果就可能不理想。
水冷: 很多高性能显卡也使用了水冷方案。水冷散热器的冷头是针对 GPU 设计的,即使是水冷,其冷排、水泵和风扇的搭配也是为显卡整体散热需求定制的,同样不适用于 CPU。

5. 显卡散热器拆卸与安装的复杂性

拆卸一个显卡散热器,尤其是高端显卡,通常涉及到移除大量的螺丝、排线(风扇、灯效),并且在 GPU 核心上涂抹导热硅脂。这个过程对于普通用户来说已经相当有挑战性。然后,你还需要面对如何将这个庞大的散热器以一种稳固且有效的姿态安装到 CPU 上,这几乎是不可能的任务。

6. 潜在的风险

损坏硬件: 强行安装不匹配的散热器,很可能导致 CPU 顶盖或主板上的其他元件损坏,甚至使 GPU 本身也受到不必要的应力。
散热不良: 即使安装成功,由于接触不良、风道错误等原因,CPU 的散热效果可能非常差,导致 CPU 过热降频,严重时甚至会损坏 CPU。

总结

简单来说,用显卡散热器给 CPU 散热就像是你想用一个吸尘器的电机去驱动一辆自行车一样——动力(热量)是有了,但它工作的场合、传输方式、接口标准,以及最终的输出结果,都完全不对路。

CPU 和显卡都有自己专门设计、高度优化的散热解决方案,它们是针对各自组件的发热特性、安装接口和系统风道而量身打造的。试图混用不仅效率低下,而且会带来巨大的安装障碍和损坏风险。它们各自的“大风扇”或“冷排”,是为各自的“心脏”服务的,各司其职,才有了整台电脑的正常运转。

网友意见

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这个问题粗一看的时候,感觉有点可笑——既然CPU功耗只有100W,干嘛要用500W的显卡散热器来散热呢?


不过真的动手回答的时候,其实还是涉及到很多方方面面的,真没那么简单,逐个来说好了。


首先明确一点,现在主流的CPU散热器和显卡散热器都是热管、鳍片、风扇的组合,原理上其实并无明显差异。


然后呢,显卡功耗500W,这个是要澄清一下的。在维基的nVIDIA和AMD显卡列表中[1][2],以插卡形式出现,并且列出TDP参数的,功耗比较高的几张显卡参数整理如下:

可以看到,500W的R9 295X2是水冷,虽然说最后都是风冷,但热传导过程差异还是不少的,这里不作讨论(还有几张水冷显卡的功耗也比较高,这里就不列出来了)。超过350W的,都是双芯片显卡。单芯片卡,单卡功耗都没超过300W。上表中,我加入了芯片面积参数,可以看到,面积最小的是Radeon VII的331平方毫米。根据高中物理,我们都知道,紧密接触的两种材料,单位时间传递热量和接触面积成正比,和温差成正比


然后我们回过头来看看CPU,最近三代的主流桌面旗舰(先不考虑服务器和Core X系列,也不考虑超频增加功耗):

和上面的GPU的表格对比,FPU压力测试的时候,单位面积的发热功耗比显卡要高不少——别忘了,显卡的功耗通常还包括了显存和供电模块,CPU的功耗可就仅仅是CPU自己——上面测试的场景中,CPU上的核显还是闲置的。当然,这个也很好理解,CPU的晶体管工作频率是4GHz+甚至5GHz,显卡的晶体管运作频率通常不超过2GHz甚至只有1GHz(顺手吐槽下AMD的显卡功耗控制——几张频率只有1GHz的显卡单位面积功耗都比NV家工作频率更高的还要高不少),而对半导体有点了解的,都知道晶体管工作频率越高,功耗就越高,而且往往是指数增长的。


如果暂时不算Radeon VII这个异端(看过RVII评测的应该知道这张卡的散热有多夸张),单位面积传递的热量,8700K/9900K要比显卡多50%~200%。都是硅晶片,这个意味着如果我们对CPU开盖,都上液金的话,CPU表面和散热器底座的温差要比显卡芯片表面和散热器的温差要高一半到两倍。也就是说,如果我们要把芯片温度控制在80度的话,假设9900K散热器的底座温度需要控制在50度,2080Ti的散热器底座温度只需要控制在70度以内,NV家最高的1080Ti/TTX/TTXp也只需要控制在65度就可以了。而底座温度越高,假设热管导热效率相近的话,鳍片的温度也越高,因此鳍片的散热效率越高——鳍片和空气的温差也更高了

更何况,正常来说,CPU芯片上还有一块保护盖,9代终于上了钎焊还好一点,7代、8代都是硅脂,这个对CPU的散热更不利——这是楼上 @毅种循环 用显卡散热器压不住不到200W的8700K的最根本的原因。


说完底座,再说说鳍片和风扇。先说理论:鳍片的散热效率和鳍片总面积成正比,和单位时间通过鳍片的风量成正比,和鳍片与空气的温差成正比。

实话说,CPU的散热空间从某个角度来说要比显卡其实好的多。如果用塔式热管散热器的话,一般的机箱后面就是排风扇,前面往往可以加装风扇形成直通的风道。和高功耗显卡要限制在2~3个槽位相比,风道要好的多。

然而因为安装方式,主板上其它配件、电源线接口等原因,CPU散热器的体积无法做的太大,双塔14CM风扇已经是极限了。然而即使是双塔,可以加装三个风扇,因为风道重叠的原因,风扇效率其实很低的。如果说单把风扇在开放空间的风量是1的话,机箱前后风扇+三风扇的双塔一共5把风扇也很难提升到1.3——前后风扇的机箱内单扇塔式大概是0.6~0.9之间,取决于散热器的鳍片密度。这也是看散热器评测,为什么双塔三风扇比单扇单塔的散热器没有明显提升的原因之一。

而显卡风扇,则是可以做成三风扇并排,散热效率直接倍乘——就算因为风道条件差,加上显卡本身的阻碍导致风扇效率下降,但显卡的鳍片往往也很薄,通常可以达到0.6*3=1.8的风量——这就是120W的1066是双风扇散热,1080Ti功耗高了一倍只多一个风扇,但温度噪音表现也没差太多的原因。


还有一点就是,谈散热是一定要提噪音的。我跟很多朋友都说过,没有暴力扇解决不了的散热问题——如果还解决不了,只能说明风扇还不够暴力。对大部分人来说,对CPU风扇的噪音要比对显卡风扇的噪音要敏感,或者说忍耐度要差。因为显卡满载往往意味着用户在玩游戏(起码CUDA编程流行之前显卡几乎就只有游戏这么一个用途),或者开着音箱或者带着耳机;而CPU则是可能随时随地满载的,也许时间只有十几秒一分钟,但很有可能这个时候用户正在一个安静的环境思考问题,风扇突然全速转动的噪音往往会打断用户的思路,时间再长了还会导致烦躁无法思考。所以往往CPU散热器选用的风扇转速都不能太高,而低转速意味着低风量,散热效果差;反而是显卡,也就近几年来才流行双风扇/三风扇,直到1080Ti这一代,公版卡都还是用单个涡轮风扇散热——显卡长时间满载的时候四五千转的转速,将近400W的TTZ也只用一个风扇散热……


结论:和CPU散热器相比,显卡散热器的散热条件更好,散热要求更低。


[1]:List of AMD graphics processing units

[2]:List of Nvidia graphics processing units

[3]:Kaby Lake - Microarchitectures - Intel - WikiChip

[4]:Coffee Lake - Microarchitectures - Intel - WikiChip

[5]:Intel Core i7-7700K: Power Consumption And Temperatures

[6]:Intel Core i7-8700K: Overclocking, Cooling & Temperature

[7]:Power Consumption - Intel Core i9-9900K 9th Gen CPU Review: Fastest Gaming Processor Ever

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