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精進中的熱量管理技術
 

【作者: 歐敏銓】   2007年09月27日 星期四

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伴隨著電子產品高效能、多功應用的技術挑戰之一,就是如何妥善處理內部電子元件所產生的高熱問題。這是一個重要的議題,因為若產生的熱量無法馬上被順利的移除,就會造成熱量的累積,當設備的溫度上升到超出元件可承受的安全範圍時,就會出現運作不穩定的現象,甚至造成不可逆轉的元件功能失常狀態,也就是說,這台高精密度的設備可能會整個當掉而無法使用。


熱量管理是所有電子產品都需審慎因應的議題,但在PC及NB的設計中又更受到關注。處理器一向被視為機構內的頭號熱源,而英特爾的Pentium系列,就因為只重效能而忽略熱量問題,因而在Pentium 4的開發上終於碰上瓶頸,該公司在2004年10月當眾承認走錯了方向,放棄了時脈速度能達到4GHz以上,但耗電量高達100W – 200W的Prescott。當然,更新一代預定時脈超過5GHz的Tejas和超過6GHz的Nehalem,也就無疾而終了。


後來的雙核心、四核心等處理器系列,成功地將PC處理器的功耗降低到可接受的範圍,不過,處理器的效能仍會持續再向上提升,多核心策略或許只是降低功耗的暫時性策略。PC的熱量問題也還沒被完全解決,除了主處理器外,其他還有多種元件也被視為是必須「關注」的熱源,包括繪圖處理器、DDR/DDR2 SDRAM/FB-DIMM記憶體、硬碟和電源供應器等,它們所產生的高熱有時更甚於主處理器。


降低系統溫度有兩大途徑,一是以電源管理的角度來降低元件功耗的產生;一是透過散熱系統來將熱量移到機構之外。這兩項途徑都已發展成極專業的技術領域,以電源管理來說,就可以分為元件與系統的不同層次,並分別針對動態功耗(Dynamic Power)及靜態功耗(Static Power)的特性來進行更具智慧性的設計。


在散熱系統的規劃上,也可分為被動散熱與主動散熱兩種方式,前者是以傳導或自然對流的方式來將元件所產生的熱量帶出;後者則是指風扇的強制對流方式。這兩種方式的技術都在不斷地演進當中,以被動式來說,主要是採用散熱片(heat sink)、?片(fin)和熱導管(heat pipe)等,其中散熱片使用更高熱傳導係數的鋁、銅等材料,以及特殊架構來提升傳輸效益,而利用液、氣相變化的熱導管,更能達到比鋁、銅高近五十倍的傳導效益。


風扇的技術也在升級中,在傳輸控制的接腳方面,已從二線、三線,進步到同時具有轉速感測及PWM輸入的四線式控制風扇。在控制技術上,新一代的SST匯流排技術也賦與散熱系統更高的智慧管控能力,也就是能將所有欲管理的熱源及風扇皆連結到散熱系統的主控端,進而能視系統的需求針對個別風扇下達不同的轉速指令,進而得到最佳的散熱效益,同時還能降低風扇產生的噪音狀況。


就像網路與駭客的相依相生,我們不能只要效能而不管熱量的問題。電子產品對效能與功能的需求一日沒有止境,電源管理與熱量管理都仍會是需要同步精進的技術。


(作者為電子技術專業自由作家,聯絡方式:ou.owen@gmail.com )


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