實現智慧性熱量管理的下一步

實現智慧性熱量管理的下一步
在電腦系統的散熱設計中，有三大領域的工程師必須坐下來一起談，他們是機構工程師、電子系統工程師及韌體工程師。機構工程師的任務最重，從機殼的造型、內部主機板上各元件的配置、出風口的規劃，到散熱效益的模擬驗證等，都得有完整的考量，他們的專長是在機械與流體力學方面；電子系統工程師則要負責與電子系統相關的散熱設計，主要工作在於對熱源的溫度量測，以及對風扇的控制規劃；韌體工程師則要編寫與韌體相關的散熱執行指令。本文將從電子系統的面向來探討散熱管理的前瞻性技術。

　■電子系統散熱管理架構

　在散熱管理上，電子系統負責的工作雖然只有對溫度的量測及對風扇的控制，但這卻是整個散熱系統中最核心的部分。溫度感測與風扇控制的規劃架構可以有很多種作法，好的規劃對於整體的散熱效益影響甚鉅；加上目前電腦系統中需偵測和控制溫度的元件很多，在規劃上必須考量如何進行最佳化的感測及控制電路？控制的模式為何？如何做到最精確的溫度感測，以及對風扇做到智慧性的控制？這些都是設計上很大的挑戰。此外，今日Intel已推出不少散熱管理的新技術，包括SST、DTS、PECI等，這些新技術都具有改善散熱效益的優勢，但工程師必須懂得如何運用這些技術，才能讓它們的功能獲得完善的表現。

　■風扇控制

　風扇是將熱量從電源供應器、CPU和硬碟處移除的最基本方法。目前每個電腦用的風扇都使用一個無刷式（brushless）的DC馬達，這種風扇的效率與馬達控制的狀況密切相關。無刷式DC風扇馬達控制器提供更高等級的系統控制，它整合了一個馬達控制驅動器，此驅動器能接收數位及類比PWM訊號，進而提供準確的空氣流動和噪音控制。

　傳統的風扇馬達只有兩線的輸出入控制，只具有接地（GND）和電壓（12V）兩個接腳，因此若不是將風扇一直打開，就只能基於恆溫器（thermostat）型式的輸入值，在超過某一特定溫度時來打開風扇。進一步的作法是三線風扇，也就是多了一個接腳來傳輸轉速計（tachometer；tach）訊號。而Intel最新的作法是再多一個PWM輸入接腳的四線風扇，此風扇把PWM的輸入視為一個訊號值，能在極高的PWM頻率下運作，同時還會用到一個更高（kHz範圍）PWM頻率值。在這個設計中，馬達的速度可以降低20％，但仍能可靠地啟動。請參考（圖一）。

　

▲圖一：風扇的功能從二線進展到三線及四線功能。（資料來源：Andigilog）


　■溫度感測

　所有的熱量管理都是從溫度的量測開始的。要做到溫度量測，方式有很多，包括熱電偶（thermocouple）、熱敏電阻（thermistor）、溫度阻抗型裝置（resistance temperature device；RTD）和半導體感測器等。半導體感測器的溫度係數較其他方案稍微高一些，在不同的溫度時會有不同的偏置值（offset），不過，半導體接合面電壓（junction voltage）對應於溫度的情況又比其他方案更具有線性化的特徵。

　另一種更先進的方法是使用二組電流再減去其電壓差異來得出更為線性的

不错。