PC散熱技術演化歷程
多年以來,國內的信息制造業都是以個人計算機(Personal Computer;PC)為中心主軸,因此對散熱技術的關注也多半集中在個人計算機上,直到最近的三、五年,由于日本業者的技術轉移,開始投入投影機、大尺寸平面電視等消費性領域,才較為關注個人計算機之外的產品散熱設計。即便如此,個人計算機也依然是國內信息制造的重心之一。
因此,以下本文將以個人計算機的角度及發展歷程,來說明與了解信息相關散熱技術的進化提升。
▲打從1981年的IBM PC開始就有使用電動風扇來散熱,圖中右處的供電器鐵盒內即有電動風扇。(資料來源:http://www.cse.uta.edu)
通風孔技術
雖然在1981年8月IBM公司推出IBM PC(Model 5150)之前,就已經有MITS公司的ALTAIR 8800、Apple公司的AppleⅡ等受歡迎的個人計算機(或稱:微計算機,Microcomputer),但是真正的產業規模啟動仍多是以IBM PC問世起算。
以IBM PC來說,當時機內的電路板完全只用「對流散熱,Convection Cooling」即可,也就是俗稱的氣冷法,機內的空間足以讓冷熱空氣進行對流,不過為了讓冷空氣更快引入、熱空氣更快排出,因此仍會在機身的較不顯眼處(例如:前端底座位置)打上連續成排的散熱通風孔(Ventilation Hole),使機內的對流散熱更為穩定。
所以,第一部個人計算機(在此指IBM PC)完全只用對流散熱?答案是否,事實上IBM PC就已經用上電動風扇來散熱,不過只用于電源供應器(Power Supply,俗稱:供電器,也時也稱Power Supply Unit,簡稱:PSU)部分,IBM PC最初只用63.5瓦特(另一說是67瓦特)的電源供應器,之后的后續機種才有用120瓦、150瓦、180瓦的供電器。
此一冷卻風扇主要是為了加速供電器部分的電路散熱,而非機內運算電路板(即:主機板,大陸方面稱為:主板)部分的散熱,雖然它對主機板方面也有些許的散熱效果。
▲典型的芯片封裝用散熱片(Heat Sink)。
■散熱片技術、電動風扇技術
在IBM PC之后,即便是PC XT、PC AT等也都還是維持僅電源供電器部分有用上風扇,其余的運算電路部分皆完全倚賴對流散熱,不過在80286后期與80386前期時開始有讓CPU使用散熱鰭片(Heat Sink,簡稱:散熱片),這是在80286將運作時脈的頻率從16MHz提升到20MHz時所使用,另外80386SX也有使用,除此之外x86處理器多半用新封裝、新制程的技術方式來克服散熱,使其保持不用散熱片也能正常運作,如此一直到80486SX-20、80486DX-25為止,此后的80486DX-33就幾乎都要搭配散熱片,甚至要電動風扇(Fan)來散熱。
雖說自80486DX-33之后的x86處理器都會用上散熱風扇,不過除了處理器外,主機板上的其它電子元件都還不用特別的散熱設計,仍然是使用傳統的對流散熱。
■硬件監督技術
接著進入Pentium世代,在Pentium世代處理器的封裝外散熱技術開始有兩項改變,首先是網絡計算機(Network Computer;NC)的沖擊,支持NC的業者認為PC對企業用戶而言有著高昂的維護管理成本,尤其信息管理人員發現PC最先也最頻繁故障的就是風扇系統,因此經常要花費心力來保養、換新風扇,或者風扇故障仍無法察覺,以致PC逐漸過熱而導致當機,使企業用戶蒙受損失。
▲芯片(處理器)封裝上先連接散熱片,之后再運用電動風扇加以散熱,是今日普遍的機內高熱芯片散熱法。
為此PC陣營提出了硬件監督機制的補強、改善方案,透過處理器溫度、風扇轉速等的監控,使風扇散熱效率減弱或失效等問題能獲得事先的預警,以預防PC的過熱及當機。
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