電子系統(tǒng)散熱管理架構(gòu)
在散熱管理上，電子系統(tǒng)負(fù)責(zé)的工作雖然只有對(duì)溫度的量測(cè)及對(duì)風(fēng)扇的控制，但這卻是整個(gè)散熱系統(tǒng)中最核心的部分。溫度感測(cè)與風(fēng)扇控制的規(guī)劃架構(gòu)可以有很多種作法，好的規(guī)劃對(duì)于整體的散熱效益影響甚鉅；加上目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中需偵測(cè)和控制溫度的元件很多，在規(guī)劃上必須考量如何進(jìn)行最佳化的感測(cè)及控制電路？控制的模式為何？如何做到最精確的溫度感測(cè)，以及對(duì)風(fēng)扇做到智能性的控制？這些都是設(shè)計(jì)上很大的挑戰(zhàn)。此外，今日Intel已推出不少散熱管理的新技術(shù)，包括SST、DTS、PECI等，這些新技術(shù)都具有改善散熱效益的優(yōu)勢(shì)，但工程師必須懂得如何運(yùn)用這些技術(shù)，才能讓它們的功能獲得完善的表現(xiàn)。
■風(fēng)扇控制
風(fēng)扇是將熱量從電源供應(yīng)器、CPU和硬碟處移除的最基本方法。目前每個(gè)計(jì)算機(jī)用的風(fēng)扇都使用一個(gè)無(wú)刷式（brushless）的DC馬達(dá)，這種風(fēng)扇的效率與馬達(dá)控制的狀況密切相關(guān)。無(wú)刷式DC風(fēng)扇馬達(dá)控制器提供更高等級(jí)的系統(tǒng)控制，它整合了一個(gè)馬達(dá)控制驅(qū)動(dòng)器，此驅(qū)動(dòng)器能接收數(shù)碼及類(lèi)比PWM訊號(hào)，進(jìn)而提供準(zhǔn)確的空氣流動(dòng)和噪音控制。
傳統(tǒng)的風(fēng)扇馬達(dá)只有兩線的輸出入控制，只具有接地（GND）和電壓（12V）兩個(gè)接腳，因此若不是將風(fēng)扇一直打開(kāi)，就只能基于恒溫器（thermostat）型式的輸入值，在超過(guò)某一特定溫度時(shí)來(lái)打開(kāi)風(fēng)扇。進(jìn)一步的作法是三線風(fēng)扇，也就是多了一個(gè)接腳來(lái)傳輸轉(zhuǎn)速計(jì)（tachometer；tach）訊號(hào)。而Intel最新的作法是再多一個(gè)PWM輸入接腳的四線風(fēng)扇，此風(fēng)扇把PWM的輸入視為一個(gè)訊號(hào)值，能在極高的PWM頻率下運(yùn)作，同時(shí)還會(huì)用到一個(gè)更高（kHz范圍）PWM頻率值。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，馬達(dá)的速度可以降低20％，但仍能可靠地啟動(dòng)。
■溫度感測(cè)
所有的熱量管理都是從溫度的量測(cè)開(kāi)始的。要做到溫度量測(cè)，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(dǎo)體傳感器等。半導(dǎo)體傳感器的溫度系數(shù)較其它方案稍微高一些，在不同的溫度時(shí)會(huì)有不同的偏置值（offset），不過(guò)，半導(dǎo)體接合面電壓（junction voltage）對(duì)應(yīng)于溫度的情況又比其它方案更具有線性化的特征。
另一種更先進(jìn)的方法是使用二組電流再減去其電壓差異來(lái)得出更為線性的ΔVbe。在今日的PC中，幾乎所有的量測(cè)都使用ΔVbe技術(shù)，其中的一個(gè)二極管是處理器基板二極管（substrate diode）。當(dāng)制程從90nm微縮到65nm或更小時(shí)，這個(gè)二極管變得愈來(lái)愈不是個(gè)理想的二極管，反而是一個(gè)可能造成準(zhǔn)確性議題的不良晶體管，其增益beta值甚至?xí)∮?。除了beta值的變異外，漏電也是問(wèn)題的一部分。
為了改善這種問(wèn)題，Intel推出低電壓的兩線數(shù)碼式溫度傳感器（digital temperature sensor；DTS），這顆DTS的溫度感測(cè)電路會(huì)持續(xù)地監(jiān)控內(nèi)部溫度二極管的基極－射極電壓，以及連結(jié)到D+和D-接腳的遠(yuǎn)端二極管。這個(gè)芯片將兩個(gè)類(lèi)比電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)碼值，并將此資料放到溫度暫存器。使用與SMBus兼容的序列式界面，用戶就可以取得溫度暫存器中的資料。
溫度量測(cè)的精確度和范圍是溫度傳感器性能評(píng)監(jiān)的關(guān)鍵，這會(huì)影響到風(fēng)扇控制的效益。除了傳感器本身的靈敏性外，傳感器所在的位置也是一大關(guān)鍵，當(dāng)傳感器離熱源愈近，就愈來(lái)顯示出實(shí)際的溫度狀況，但以CPU來(lái)說(shuō)，傳感器的位置與實(shí)際熱點(diǎn)會(huì)有一段差距，很容易就會(huì)產(chǎn)生約10℃的溫度差異，這要視兩者相隔的距離而定。此外，熱點(diǎn)并不是一直都在相同的區(qū)域，它會(huì)經(jīng)常的改變。對(duì)于單核心來(lái)說(shuō)，這是事實(shí)；當(dāng)走向多核心時(shí)，情況只會(huì)更糟，即使采用了多個(gè)傳感器也不能完全解決這個(gè)問(wèn)題。
■智能性熱量管理方案
在今日愈來(lái)愈復(fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，熱量管理方案也得變得更聰明才行。要將熱量管理提升到系統(tǒng)等級(jí)的智能性，必須從高度精確的溫度感測(cè)做起，也就是要能做到±1℃的準(zhǔn)確性，并且涵蓋了極大的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用溫度范圍。要達(dá)成此目標(biāo)，背后的核心技術(shù)可能包括先進(jìn)能隙（bandgap）、高效能類(lèi)比轉(zhuǎn)換流動(dòng)（analog conversion flow）、內(nèi)部類(lèi)比數(shù)碼轉(zhuǎn)換器（ADC）和sigma-delta，以及ΔVbe的建置方式等。而溫度感測(cè)的準(zhǔn)確性可以精確的控制風(fēng)扇并降低耗電，透過(guò)智能性冷卻還能將噪音降到最低。
有了精確的溫度感測(cè)，就能為系統(tǒng)控制中的保護(hù)頻帶（Guardband）進(jìn)行最佳化設(shè)計(jì)，進(jìn)而能降低風(fēng)扇運(yùn)作時(shí)間以及電流泄漏，而精確的控制加上一個(gè)封閉回路的風(fēng)扇就能提供即時(shí)的運(yùn)作管理。如果溫度感測(cè)不夠準(zhǔn)確，很容易導(dǎo)致風(fēng)扇過(guò)早打開(kāi)，這會(huì)造成過(guò)度的耗電及風(fēng)扇噪音；相較之下，精確的感測(cè)能夠降低70％的風(fēng)扇運(yùn)作需求，進(jìn)而減少約2W的耗電以及約15dBA的風(fēng)扇噪音。
除了功耗與噪音議題外，錯(cuò)誤的溫度感測(cè)也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的嚴(yán)重問(wèn)題，尤其是無(wú)法恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)CPU，進(jìn)而讓處理器愈來(lái)愈熱、消耗愈多的能量，也縮減了使用壽命；此外，過(guò)熱的系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生當(dāng)機(jī)現(xiàn)象或損毀資料及其它元件。為了提升對(duì)系統(tǒng)的管理，具有風(fēng)扇控制的數(shù)碼遠(yuǎn)矩溫度傳感器還能將感測(cè)功能與可調(diào)變風(fēng)扇速度控制整合在一起，進(jìn)而改善系統(tǒng)效能和增加可靠性。
自動(dòng)風(fēng)扇控制讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能充分利用減少保護(hù)頻帶的好處來(lái)為風(fēng)扇開(kāi)關(guān)的時(shí)間做到最佳化的設(shè)計(jì)。這個(gè)封閉回路系統(tǒng)利用流入或周?chē)鷾囟燃坝行实腜WM控制來(lái)減少升溫或降溫模式時(shí)的風(fēng)扇啟用時(shí)間，這類(lèi)傳感器具有最小及最大速度、遲滯（hysteresis）和警示的組態(tài)暫存器（configuration register），進(jìn)而讓風(fēng)扇能基于準(zhǔn)確的溫度量測(cè)來(lái)做線性的速度控制。降低啟用時(shí)間能增加風(fēng)扇及整個(gè)系統(tǒng)在失誤（MTBF）和穩(wěn)定性之間的中間時(shí)間（mean time）。
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