PC散熱技術(shù)演化歷程
多年以來(lái),國(guó)內(nèi)的信息制造業(yè)都是以個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer;PC)為中心主軸,因此對(duì)散熱技術(shù)的關(guān)注也多半集中在個(gè)人計(jì)算機(jī)上,直到最近的三、五年,由于日本業(yè)者的技術(shù)轉(zhuǎn)移,開(kāi)始投入投影機(jī)、大尺寸平面電視等消費(fèi)性領(lǐng)域,才較為關(guān)注個(gè)人計(jì)算機(jī)之外的產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)。即便如此,個(gè)人計(jì)算機(jī)也依然是國(guó)內(nèi)信息制造的重心之一。
因此,以下本文將以個(gè)人計(jì)算機(jī)的角度及發(fā)展歷程,來(lái)說(shuō)明與了解信息相關(guān)散熱技術(shù)的進(jìn)化提升。
▲打從1981年的IBM PC開(kāi)始就有使用電動(dòng)風(fēng)扇來(lái)散熱,圖中右處的供電器鐵盒內(nèi)即有電動(dòng)風(fēng)扇。(資料來(lái)源:http://www.cse.uta.edu)
通風(fēng)孔技術(shù)
雖然在1981年8月IBM公司推出IBM PC(Model 5150)之前,就已經(jīng)有MITS公司的ALTAIR 8800、Apple公司的AppleⅡ等受歡迎的個(gè)人計(jì)算機(jī)(或稱:微計(jì)算機(jī),Microcomputer),但是真正的產(chǎn)業(yè)規(guī)模啟動(dòng)仍多是以IBM PC問(wèn)世起算。
以IBM PC來(lái)說(shuō),當(dāng)時(shí)機(jī)內(nèi)的電路板完全只用「對(duì)流散熱,Convection Cooling」即可,也就是俗稱的氣冷法,機(jī)內(nèi)的空間足以讓冷熱空氣進(jìn)行對(duì)流,不過(guò)為了讓冷空氣更快引入、熱空氣更快排出,因此仍會(huì)在機(jī)身的較不顯眼處(例如:前端底座位置)打上連續(xù)成排的散熱通風(fēng)孔(Ventilation Hole),使機(jī)內(nèi)的對(duì)流散熱更為穩(wěn)定。
所以,第一部個(gè)人計(jì)算機(jī)(在此指IBM PC)完全只用對(duì)流散熱?答案是否,事實(shí)上IBM PC就已經(jīng)用上電動(dòng)風(fēng)扇來(lái)散熱,不過(guò)只用于電源供應(yīng)器(Power Supply,俗稱:供電器,也時(shí)也稱Power Supply Unit,簡(jiǎn)稱:PSU)部分,IBM PC最初只用63.5瓦特(另一說(shuō)是67瓦特)的電源供應(yīng)器,之后的后續(xù)機(jī)種才有用120瓦、150瓦、180瓦的供電器。
此一冷卻風(fēng)扇主要是為了加速供電器部分的電路散熱,而非機(jī)內(nèi)運(yùn)算電路板(即:主機(jī)板,大陸方面稱為:主板)部分的散熱,雖然它對(duì)主機(jī)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(shù)、電動(dòng)風(fēng)扇技術(shù)
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(fēng)扇,其余的運(yùn)算電路部分皆完全倚賴對(duì)流散熱,不過(guò)在80286后期與80386前期時(shí)開(kāi)始有讓CPU使用散熱鰭片(Heat Sink,簡(jiǎn)稱:散熱片),這是在80286將運(yùn)作時(shí)脈的頻率從16MHz提升到20MHz時(shí)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(shù)方式來(lái)克服散熱,使其保持不用散熱片也能正常運(yùn)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(dòng)風(fēng)扇(Fan)來(lái)散熱。
雖說(shuō)自80486DX-33之后的x86處理器都會(huì)用上散熱風(fēng)扇,不過(guò)除了處理器外,主機(jī)板上的其它電子元件都還不用特別的散熱設(shè)計(jì),仍然是使用傳統(tǒng)的對(duì)流散熱。
■硬件監(jiān)督技術(shù)
接著進(jìn)入Pentium世代,在Pentium世代處理器的封裝外散熱技術(shù)開(kāi)始有兩項(xiàng)改變,首先是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)(Network Computer;NC)的沖擊,支持NC的業(yè)者認(rèn)為PC對(duì)企業(yè)用戶而言有著高昂的維護(hù)管理成本,尤其信息管理人員發(fā)現(xiàn)PC最先也最頻繁故障的就是風(fēng)扇系統(tǒng),因此經(jīng)常要花費(fèi)心力來(lái)保養(yǎng)、換新風(fēng)扇,或者風(fēng)扇故障仍無(wú)法察覺(jué),以致PC逐漸過(guò)熱而導(dǎo)致當(dāng)機(jī),使企業(yè)用戶蒙受損失。
▲芯片(處理器)封裝上先連接散熱片,之后再運(yùn)用電動(dòng)風(fēng)扇加以散熱,是今日普遍的機(jī)內(nèi)高熱芯片散熱法。
為此PC陣營(yíng)提出了硬件監(jiān)督機(jī)制的補(bǔ)強(qiáng)、改善方案,透過(guò)處理器溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等的監(jiān)控,使風(fēng)扇散熱效率減弱或失效等問(wèn)題能獲得事先的預(yù)警,以預(yù)防PC的過(guò)熱及當(dāng)機(jī)。
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