七彩虹鲨鱼仿生学GTX460中的空气动力学

太平洋科技
【10月23日太平洋电脑网广西站】除了鲨鱼皮,鲨鱼筛最近也成为了仿生科技的研究目标,其代表作,正是七彩虹研制的世界首款应用仿生学设计的GTX460烈焰战神版。根据众媒体之前的评测,这项“革命性的显卡制造技术”,和鲨鱼王子菲尔普斯一样,打破了多项世界纪录,取得了卓越的“仿生学”成果。
然而,笔者作为一名生物技术专业的学生,认为“仿生学”的本质,不仅是对生物体形态结构的简单模仿,更是对这些形体背后所隐藏的运动学原理的工业嫁接。动物生物学中有一个原则:形态适应功能。生命——包括鲨鱼,不是某位野兽派雕塑家灵感顿现下的狂想作,更不是高达身上为了酷感效果而堆出的方块——事实上,造物主——也就是大自然,它会精心策划生物体的每一寸造型,让“造型”去适应功能,例如,“鲨鱼筛”的动力学原理,是剪切力整流和伯努利效应。因此,除了对“鲨鱼筛”结构的简单分析,笔者认为应该从本质上揭露七彩虹GTX460烈焰战神的伟大特性!
七彩虹GTX460烈焰战神在机箱风道系统中所具有的空气动力学意义
可是,对方是“鲨鱼”,为什么要采用“空气动力”的原理进行分析呢?事实上,显卡的工作环境处在机箱的风道系统中,与“鲨鱼”在水中的动力学环境是不同的。水具有黏附性,能够在鲨鱼表皮形成水膜,而空气不具备这样的特征。不过两者皆为流体,符合流体力学的一般特性,因此,能够使用空气动力学的原理来讨论七彩虹“鲨鱼”仿生设计的GTX460。
一、七彩虹GTX460战神版“鲨鱼筛”式散热孔的空气对流意义
首先,我们来简单的了解“伯努利”效应。PS:这是全文的理论基础,童鞋们不要开小差!伯努利效应,通俗的讲,就是指某种流体(空气、水等介质),在经过物体上表面和下表面(例如机翼的上下面)时,因为速度不一致,而产生的上下压力差。流体的相对速度越快,对物体表面产生的压力就越小,相反,相对速度越慢,对物体表面产生的压力就越大,因此,就在上下表面产生了一个压力差。
机翼上表面为曲面,空气通过的“路程”比机翼下部的直线路程,要长得多,因此,上表面的气流要“跑”得快一些,才能在相同时间内,和下表面的气流,从机翼前端同时到达后端。这样根据伯努利原理,机翼上部的压强小,下部压强大,产生压力差,把飞机“压”了上去。
从GTX460烈焰战神侧面的筛纹式布局上,我们给出假想中的空气前进路线。首先,显卡下方的空气被内压式的风扇吸入显卡内部集成的庞大的散热鳍片矩阵,与铜管进行热交换后,被压出散热罩外,立即受到筛纹导热槽倾斜面的阻挠,被迫沿上向运动,最后被挤入PCB背部夹板与PCB背表面形成的狭小空间中,速度进一步提升。
那么,在这里,PCB背面以及侧面的空气流速相对较快,因此所受压力较小,那么其他方向的空气压力相对较大,这样就形成了压力差,压力方向如图所示。而这个压力差,将使:1、对显卡产生向上托举力,抵消庞大散热系统产生的部分下拉力,防止长期拉坠导致显卡PCB变形;2、增加机箱前面板风道的进气速度,让机箱内部的风道更为流畅,热交换效率更高。
另外,七彩虹GTX460烈焰战神版在PCB背板后集成了IPU以及Power Supply(电压增强输出)芯片,这些控制芯片的发热量都不能忽视,因此更快的气流运动速度能够提升背板元件的工作稳定性!
二、七彩虹GTX460烈焰战神版前后置“筛孔”的剪切整流效果
首先,我们来了解何谓“乱流”。想要了解乱流,可以从比较熟悉的“水”去观察。站在河边看着潺潺流水,便很容易发现,当流速非常缓慢时,水流会井然有序的前进,此时称之为层流(laminar flow);若流速较快,有些地方会形成漩涡,水流变得混乱而不一致,这就是乱流(turbulent flow)的最基本现象。乱流是物体相对流体,做高速运动时产生的,例如子弹飞行时相对于空气的高速运动,显卡散热风扇制造的高速气流。
而解决乱流最有效的途径就是制造“剪切力”。子弹在高速运动中例如,在子弹做自传运动时,会带动弹体表面的空气一起旋转。想象一下,一把旋转的雨伞,能够弹开接触到伞面到雨滴,这层围绕在弹体表面旋转的“雨伞”,就是一层“保护膜”,把乱流都“转”开了。
显卡风扇在高速旋转时,带动气体高速运动,会在显卡边缘,特别是前部、后部形成乱流。而显卡前后部的“鲨鱼筛”式散热孔,不仅能让内部的空气迅速排出,和机箱前面板的空气作相对运动,增大热交换效率,更能形成旋转运动的“窜流”。窜流就像旋转的“空气伞”,形成的剪切力,把显卡周围的“乱流雨滴”全部弹开,或者驯服,形成有序的气流,让机箱内部的风道运行更为合理规律。
除了以上的空气动力学特性,七彩虹GTX460战神版还具有以下适应于玩家实际应用需求的亮点:
1、人性化的DIY维护工具
随卡附赠的螺丝刀工具组,不同尺寸和型号的螺丝头一应俱全,方便用户对显卡进行维护
2、Air-kit空气套件适配口,方便用户加装更高级别的风冷散热系统
位于显卡背板插槽和PCB背面盖板的Air-kit空气套件接口
3、随卡附赠防静电工作手套
使用随卡附赠的白色手套,能够防止触卡时的静电效应,避免显卡内部元器件的随坏。
4、多功能镊子
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连开红酒的都配上了,牛逼!
5、会呼吸的logo灯
随着供电水平的实时调整,显卡后方“iGame”logo的蓝光明灭交替,深邃的如蓝色妖姬之眸,又充满了光怪陆离的科技质感,Cool无敌!
6、采用防磁设计的输出接口
采用防磁设计的输出接口,能够有效防止输出信号的衰减和外界电磁辐射对信号的干扰,保证输出信号的质量
7、iGameGTX460 烈焰战神在显卡背部的左上角可以看到七彩虹专门为玩家设计的电压测量点,玩家只需用万用表即可随时测量核心、显存和外接供电的电压。这一举解决了极限玩家超频时测量电压难的问题,同时也能更加精准的测量显卡的实际功耗。
8、在显卡背面上,配备了一颗nichicon顶级Proadlizer去耦电容,以及IPU控制芯片。IPU的功能笔者不再赘述,而去耦电容超低的ESR可以有效帮助显卡提升频率。Proadlizer去耦电容拥有更强的高频能力,相当于3颗固态电容。
nichicon顶级Proadlizer去耦电容,以及IPU控制芯片
9、iGame GTX460 烈焰战神采用横穿式热管采用了更长的热导管设计,与散热鳍片的接触面积比普通热管的接触面积增多34.2%;另一方面,使用了横穿式结构之后,整体结构显得更加紧凑和轻巧,节省了20MM的空间,更利于气流的流动。
iGame GTX460 烈焰战神拥有3倍于公版的散热面积,显卡散热鳍片在数量和密度相当可观。更多的散热鳍片意味着更好的散热性能,在散热片的辐射性能上得到长足的改进。七彩虹在散热片的对流性上进行了改进,能是的热量更快的排除卡外,增加冷热风的转换效率,从而降低了散热片承载的压力,也同时降低了风扇的转速,达到了降温降噪的目的。
10、了解了iGame 460 UP烈焰战神X 1024M的外观做工及产品特色之后,紧接着进入了我们的上机测试环节。前面提到显卡提供了一键超频快捷按钮,玩家只需在关机状态下按下超频按钮,其频率就会由公版的675/1350/3600Mhz提升至820/1640/4000Mhz,对于不熟悉超频的玩家来说,如此方便的设计可谓相当有用。
11、高速0.4ns显存
七彩虹GTX460烈焰战神采用的0.4ns高速显存,理论频率可达5000MHz,并且配置了顶级的铁素体电容与之搭配!
显存超至4800MHz,GPU频率为940MHz,通过3D Mark Vantage测试
12、壮观的钽电容阵列,并且,适应于0.4 ns显存高频工作的需要,显存供电模组也配置了钽电容,惊叹!
编辑点评:本文全面分析了七彩虹GTX460烈焰战神仿生学设计所具有的里程碑意义,在机箱风道整流、加快进气热交换速度以及防止PCB挡板变性方面,其“鲨鱼筛”式的散热结构可谓功不可没。而iGame系列一直秉持的“玩家定制”风格,也在这张卡上得到了最大程度的发挥。无论是全尺寸螺丝刀工具、防静电手套、多功能镊子、一键超频、IPU开关、电压增强芯片,人性化、趣味化程度都很高,加上优秀的仿生学设计所获得的杰出的空气动力学特性,都说明这是一块对用户和消费者非常负责人的、具有购买价值的产品,有兴趣的朋友不妨关注一下!