在這系列的最後一篇文章中，我們將進一步來探討智慧型風扇的建置。更精準的溫度量測是電腦系統達成高效能運算的關鍵，在先前的文章中已談過如何改良溫度量測的技術。不過，這只是一個基礎，從系統層面來看，傳統的架構中仍有不少的限制，必須採用整體性的系統通訊作法來突破這些限制，才能發揮系統等級的優勢，為終端用戶提供更佳的使用感受。本文中將探討如何從系統層面來改善熱量管理技術，並提出一些創新性的設計概念。

熱量與噪音的嚴苛挑戰

今日的PC風扇已從二線進展到三線，甚至是四線的規格，而真正的智慧型風扇也可望在不久的將來實現。就定義上，一個智慧型風扇要能夠和其他的區域進行通訊，而這種智慧性的達成並不需要靠成本較高的嵌入式控制器，只要透過簡單序列傳輸（Simple Serial Transport；SST）匯流排就能在系統和風扇之間交換熱量管理資訊，這讓風扇能以可預期的方式來進行操作。

在PC的架構中，二線、三線及四線的版本將會被智慧型風扇給取代，並會為系統帶來很大的好處。要讓智慧型風扇的性能得到發揮，主機板或這個風扇所連接的區域必須具有與風扇通訊的能力，也就是透過相同的連接器來進行溝通。這種通訊需求比目前的能力要進步許多。

現在PC中的散熱風扇是無刷式的DC馬達，在二線風扇的操作上，它就像打開電燈泡一樣簡單，不是開就是關，不然就是一直開啟；三線風扇做了一些改善，新增的腳位能夠將轉速訊號傳回給系統，讓系統得到速度的資訊；更新的四線風扇則能基於系統的需求提供散熱管理的風扇速度控制。

採用更高階的風扇控制技術，就能以更佳的效率來讓風扇的運作更為安靜，使用者也不會覺得受到干擾。但在考慮是否使用更新的作法時，設備業者往往也得面臨一個取捨的問題，也就是這些新的作法會增加多少的系統成本。然而，這種投資已是不可避免了，因為隨著電子產品的效能不斷地提升，意味著系統所產生的熱量也跟著水漲船高，同時也可能產生更大的散熱風扇噪音。這些都成了熱量管理上的挑戰，在進行規劃時必須有更審慎的考量。

新的系統通訊工具：SST

在SST的定義中，已明確的說明它是專門用於熱量管理用途的通訊協定。有了SST，我們獲得了熱量管理所需要的通訊工具。除了溫度量測外，電壓量測也是熱量管理中不可或缺的一部分，過去提供此功能的晶片稱為硬體監控器（hardware monitor），在建置上它通常是由一顆獨立的晶片，或被整合到super I/O晶片當中。

SST的採用與過去已建立的散熱作法並不衝突，仍然可以繼續使用。不過，它也為如何讓系統具備更高等級的能力做出了定義。SST支援溫度量測及電壓量測的既定要求，不過，它的雙向數據通訊功能為系統提供了更多的可能性。如(圖一)所示，採用SST讓系統中的多個散熱及噪音元件能夠彼此溝通。不論是入口處的風扇溫度，或分散在多處的基他區域溫度量測，都能夠透過SST傳回給控制中心，這些溫度輸入值正是高度創新性控制的基礎。在此一極具延伸性的通訊能力下，整個熱量管理的程序需要好好再重新思考。

《圖一　SST為散熱資源及噪音來源提供通訊連結》

和其他的網路或匯流排一樣，散熱通訊系統中的元件數量也是有限制的。不同的元件數量或繞線作法會產生不同的電容性負載，這是散熱通訊系統中最關鍵性的限制。其他還有一些限制，但對建置上的影響較小，例如協同工作的問題已因各類元件設備都被賦與個別的位址區塊，而獲得相當程度的解決。

不過，如何分辨在網路上某一設備的實體層位置，仍是需要被克服的議題。如果一個設備的實體層配置一直到它被實際焊接在板子上或安裝在機殼中時才做決定，那可能沒有辦法提供充足的位置數據。在此情況下，將不能確定當系統建置組態發生改變時，熱量管理系統是否還能擁有足夠的資訊來恰當地管理散熱問題。

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智慧型風扇的建置

為感測器增添通訊功能的想法早就有了，在運算系統中也不算是很特別的事。不過，專門用於熱量管理的通訊網路標準將會為風扇供應商和系統設計師帶來不少挑戰，他們必須為系統所產生的噪音量提供創新及更具關鍵性的作法。一些和這些改變相關的設計概念將會被導入這個產業。

由於成本是主要的考量之一，簡單的邏輯狀態機器（logic state machine）就可以用來做為通訊的介面，並成為速度控制和報告的基礎。這類型的控制可以和fan hub驅動器整合在一起。當系統超出負載時，就可能發生由風扇接管控制的狀況。這是熱量管理系統的延伸性功能之一，系統會基於從本地或遠端傳送給風扇的溫度量測狀況來進行散熱控制。

掌握風扇噪音的特性還能夠提供其他的設計選項。如(圖二)所示，由風扇供應商所提供的風扇特性數據會透過SST匯流排來傳送，系統設計師可以利用這些資訊來為高階電腦設計出極安靜的系統，在較低階的電腦設備中則可以忽略這些數據。

《圖二　智慧型風扇可為系統提供預先準備好的特性資訊》

智慧型風扇的另一個設計概念與電源供應器息息相關。在PC中，電源供應器一般傾向於採用自主性的運作型態，它的一個或兩個風扇通常都處於電源供應器的直接管控之下。不過，風扇的使用會影響在整個PC機構中的空氣流動，這些風扇將空氣從外頭帶入機殼中，並將熱空氣從另一頭吹出去。為了管控在整個機構中的空氣流動，電源供應器的氣流和風扇應該要由整體性的氣流控制管理裝置來進行控制。不過，此種作法在今日的電腦中仍不可行。為了讓整體的空氣流動得到最佳化，並能調節出多樣的操作等級以獲得最安靜的系統，電源供應器風扇需要依系統級的通訊而做出加快或放慢速度的回應。

在針對電源供應器的需求做出適當的考量，並在徵詢電源供應器認可的條件下，將電源供應器風扇加入到整體系統的通訊中絕對是件好事，這讓系統設計師能夠設計出安靜的產品。如果沒有這種通訊，一些簡單的改變就會造成連帶性的後果。舉例來說，當電源供應器的風扇速度降低時，整個系統其餘部分的背壓（back pressure）會增加，這是因為將空氣吹出機殼外的風扇速度不夠快。在這種情況下，將冷空氣帶入機殼中的另一個風扇會承受不同的負載條件，這讓它無法表現出如預期般的效率。如果能夠掌握通訊資訊，整個情況將會大大的不同。基於各個位置的溫度量測值，系統設計師能夠做出一套最有效和安靜的散熱策略；此外，唯有掌握了風扇操作特性的資訊，才能落實真正的系統等級設計，讓系統能以最有效率的方式來進行散熱及噪音管理。

目前的PC中，在CPU的活動、硬碟的活動、記憶體、顯示器和其他電力消耗的負載裝置之間已有極佳的聯繫關係。當對電源供應器有更高的要求時，它會產生更高的熱量，也會對系統中其他的區域造成影響。針對機殼中多個風扇進行最佳化的操作方式，就是盡量長時間使用最安靜的風扇；除非必要的時候，才使用會產生較大噪音的風扇。電源供應器及其風扇必須具備SST的通訊功能，才能實現這種運作方式。在這種通訊條件下，風扇本身不致於太熱，也能降低對機殼中空氣流動的不良影響，並減低噪音的情況。就系統層面的考量來說，任何能讓風扇依散熱需求而調整速度的技術，都是該被優先採用的。

另一個需考量的議題則是對噪音等級的直接量測。為行動電話而開發的麥克風，其成本不斷地在降低，它能夠為PC提供噪音的輸入值。這種數據的傳輸讓風扇能夠依即時的噪音量測來進行控制。

安靜的價值

在今日的PC應用上，家庭娛樂的環境最重視PC的安靜程度。視聽設備的用戶不會想在他的DVR、CD或DVD播放器，或任何與電視相關的設備中聽到風扇的聲音。由於這些產品已成為家庭娛樂系統中不可或缺的一環，對於噪音規範的限制將會愈來愈嚴苛。當愈來愈多的用戶認為安靜的特性很重要的時候，這種預期心態將讓「安靜」的要求成為市場主流，也就是說不只有高階的產品能提供安靜的性能，這種特性將會成為市場中普遍性的標準。到目前為止，終端產品的設計者並沒有感受到需設計出安靜產品的壓力，不過，這種情況在未來將會有很大的改變，尤其是當娛樂性的應用愈來愈普及時。

在辦公室的環境中，更安靜的電腦操作需求已成為共識，也讓噪音的管制成為支配性的標準。在歐洲已提出一些規範，有些系統就因為噪音程度太高而被限制不能被用在辦公室的環境當中。國際間的其他區域可望跟進歐洲的作法，讓噪音的管制成為全球性的議題。

下一步：寧靜革命

透過上述這些可行的設計概念，智慧型風扇可望成為一項重要的差異化要素，桌上型電腦、伺服器和筆記型電腦的設計者都會將它建置在其系統當中。散熱管理將依據系統元件之間更有效率的通訊來達成，而SST可以提供這種通訊能力。當晶片的運算能力愈來愈強，採用這些晶片的上述應用就更需要對其熱量與噪音的產生進行管理，不論是晶片或各種元件設備的供應商都得因應這些挑戰。

對於能夠提供感測、系統控制和噪音及散熱管理的技術，並已在市場中提出具備SST功能的產品的公司來說，如Andigilog，這是相當值得耕耘的領域。在這些產品背後的專業和技術將可實現智慧型風扇的需求，並進一步達成更聰明的熱量管理系統。不過，在落實最佳化的系統效能和穩定性之前，仍有許多的難題必須一一克服才行。

（作者為Andigilog產品應用工程師）