液态金属CPU散热器理论优化的核心目的在于提升散热性能。为达到此目标，理论优化的过程分为系统优化和部件优化两大步骤［1］。系统优化目标在于从系统层面上评估器件的散热性能，发现其散热瓶颈，并研究整体性能随设计变量的变化关系。一旦系统优化结束后，器件的散热瓶颈、核心部件及关键设计变量会被单独剥离出来，作为部件优化步骤的输入量，进而可进行细致的部件级优化过程［3］。这种两级优化模型既可从宏观上把握系统的传热过程、性能及瓶颈，又可对关键部件进行针对性的细节优化。因此对于集成了流动、传热及电磁驱动等诸多技术特征的复杂液态金属散热系统而言，是一种结构清晰、高效且极为实用的理论优化方法。
从结构上讲，由于受充注量和成本的限制，目前的液态金属CPU散热器多采用塔式结构，如图10-1。其中，散热器主体（不包括驱动电源）可宏观划分为电磁泵和翅片散热器两大部分。对于典型的塔式液态金属CPU散热系统而言，其优化问题可定义为［3］：
图10-1 塔式结构液态金属CPU散热器(www.xing528.com)
其中，目标函数f（x）代表散热器系统热阻，其值越小，散热器性能越优秀。设计变量x由核心部件的关键设计参数组成，从系统优化结果中获得。限制条件gu（x）≥0由设计需求决定，典型条件可写为：①液态金属充注量不大于350 g；②散热翅片总体积不大于1 400 cm3。
对系统优化的结果表明，影响液态金属散热器性能的关键因素，在于液态金属流量（热容热阻）及翅片散热能力（空气对流热阻）［1］。因此，散热器部件级优化的核心为在特定的限制条件和预定义参数下，优化电磁泵获得最大流量，同时优化翅片获得最优翅片散热效率［3］。相应的部件优化过程框架如图10-2所示。其中，预定义参数包括风扇尺寸、管道尺寸、数量等，其由加工工艺、采购需求、器件体积和成本限制等因素决定。电磁泵各优化变量为独立参数，因此可以逐个进行独立优化。而翅片变量存在明显的耦合关系，必须通过系统级的优化方法，如正交设计对其整体进行优化。
图10-2 液态金属CPU散热器部件优化过程框架
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