在这系列的最后一篇文章中，我们将进一步来探讨智慧型风扇的建置。更精准的温度量测是电脑系统达成高效能运算的关键，在先前的文章中已谈过如何改良温度量测的技术。不过，这只是一个基础，从系统层面来看，传统的架构中仍有不少的限制，必须采用整体性的系统通讯作法来突破这些限制，才能发挥系统等级的优势，为终端用户提供更佳的使用感受。本文中将探讨如何从系统层面来改善热量管理技术，并提出一些创新性的设计概念。

热量与噪音的严苛挑战

今日的PC风扇已从二线进展到三线，甚至是四线的规格，而真正的智慧型风扇也可望在不久的将来实现。就定义上，一个智慧型风扇要能够和其他的区域进行通讯，而这种智慧性的达成并不需要靠成本较高的嵌入式控制器，只要透过简单序列传输（Simple Serial Transport；SST）汇流排就能在系统和风扇之间交换热量管理资讯，这让风扇能以可预期的方式来进行操作。

在PC的架构中，二线、三线及四线的版本将会被智慧型风扇给取代，并会为系统带来很大的好处。要让智慧型风扇的性能得到发挥，主机板或这个风扇所连接的区域必须具有与风扇通讯的能力，也就是透过相同的连接器来进行沟通。这种通讯需求比目前的能力要进步许多。

现在PC中的散热风扇是无刷式的DC马达，在二线风扇的操作上，它就像打开电灯泡一样简单，不是开就是关，不然就是一直开启；三线风扇做了一些改善，新增的脚位能够将转速讯号传回给系统，让系统得到速度的资讯；更新的四线风扇则能基于系统的需求提供散热管理的风扇速度控制。

采用更高阶的风扇控制技术，就能以更佳的效率来让风扇的运作更为安静，使用者也不会觉得受到干扰。但在考虑是否使用更新的作法时，设备业者往往也得面临一个取舍的问题，也就是这些新的作法会增加多少的系统成本。然而，这种投资已是不可避免了，因为随着电子产品的效能不断地提升，意味着系统所产生的热量也跟着水涨船高，同时也可能产生更大的散热风扇噪音。这些都成了热量管理上的挑战，在进行规划时必须有更审慎的考量。

新的系统通讯工具：SST

在SST的定义中，已明确的说明它是专门用于热量管理用途的通讯协定。有了SST，我们获得了热量管理所需要的通讯工具。除了温度量测外，电压量测也是热量管理中不可或缺的一部分，过去提供此功能的晶片称为硬体监控器（hardware monitor），在建置上它通常是由一颗独立的晶片，或被整合到super I/O晶片当中。

SST的采用与过去已建立的散热作法并不冲突，仍然可以继续使用。不过，它也为如何让系统具备更高等级的能力做出了定义。 SST支援温度量测及电压量测的既定要求，不过，它的双向数据通讯功能为系统提供了更多的可能性。如(图一)所示，采用SST让系统中的多个散热及噪音元件能够彼此沟通。不论是入口处的风扇温度，或分散在多处的基他区域温度量测，都能够透过SST传回给控制中心，这些温度输入值正是高度创新性控制的基础。在此一极具延伸性的通讯能力下，整个热量管理的程序需要好好再重新思考。

《图一 SST为散热资源及噪音来源提供通信链接》

和其他的网路或汇流排一样，散热通讯系统中的元件数量也是有限制的。不同的元件数量或绕线作法会产生不同的电容性负载，这是散热通讯系统中最关键性的限制。其他还有一些限制，但对建置上的影响较小，例如协同工作的问题已因各类元件设备都被赋与个别的位址区块，而获得相当程度的解决。

不过，如何分辨在网路上某一设备的实体层位置，仍是需要被克服的议题。如果一个设备的实体层配置一直到它被实际焊接在板子上或安装在机壳中时才做决定，那可能没有办法提供充足的位置数据。在此情况下，将不能确定当系统建置组态发生改变时，热量管理系统是否还能拥有足够的资讯来恰当地管理散热问题。

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智慧型风扇的建置

为感测器增添通讯功能的想法早就有了，在运算系统中也不算是很特别的事。不过，专门用于热量管理的通讯网路标准将会为风扇供应商和系统设计师带来不少挑战，他们必须为系统所产生的噪音量提供创新及更具关键性的作法。一些和这些改变相关的设计概念将会被导入这个产业。

由于成本是主要的考量之一，简单的逻辑状态机器（logic state machine）就可以用来做为通讯的介面，并成为速度控制和报告的基础。这类型的控制可以和fan hub驱动器整合在一起。当系统超出负载时，就可能发生由风扇接管控制的状况。这是热量管理系统的延伸性功能之一，系统会基于从本地或远端传送给风扇的温度量测状况来进行散热控制。

掌握风扇噪音的特性还能够提供其他的设计选项。如(图二)所示，由风扇供应商所提供的风扇特性数据会透过SST汇流排来传送，系统设计师可以利用这些资讯来为高阶电脑设计出极安静的系统，在较低阶的电脑设备中则可以忽略这些数据。

《图二 智能型风扇可为系统提供预先准备好的特性信息》

智慧型风扇的另一个设计概念与电源供应器息息相关。在PC中，电源供应器一般倾向于采用自主性的运作型态，它的一个或两个风扇通常都处于电源供应器的直接管控之下。不过，风扇的使用会影响在整个PC机构中的空气流动，这些风扇将空气从外头带入机壳中，并将热空气从另一头吹出去。为了管控在整个机构中的空气流动，电源供应器的气流和风扇应该要由整体性的气流控制管理装置来进行控制。不过，此种作法在今日的电脑中仍不可行。为了让整体的空气流动得到最佳化，并能调节出多样的操作等级以获得最安静的系统，电源供应器风扇需要依系统级的通讯而做出加快或放慢速度的回应。

在针对电源供应器的需求做出适当的考量，并在征询电源供应器认可的条件下，将电源供应器风扇加入到整体系统的通讯中绝对是件好事，这让系统设计师能够设计出安静的产品。如果没有这种通讯，一些简单的改变就会造成连带性的后果。举例来说，当电源供应器的风扇速度降低时，整个系统其余部分的背压（back pressure）会增加，这是因为将空气吹出机壳外的风扇速度不够快。在这种情况下，将冷空气带入机壳中的另一个风扇会承受不同的负载条件，这让它无法表现出如预期般的效率。如果能够掌握通讯资讯，整个情况将会大大的不同。基于各个位置的温度量测值，系统设计师能够做出一套最有效和安静的散热策略；此外，唯有掌握了风扇操作特性的资讯，才能落实真正的系统等级设计，让系统能以最有效率的方式来进行散热及噪音管理。

目前的PC中，在CPU的活动、硬碟的活动、记忆体、显示器和其他电力消耗的负载装置之间已有极佳的联系关系。当对电源供应器有更高的要求时，它会产生更高的热量，也会对系统中其他的区域造成影响。针对机壳中多个风扇进行最佳化的操作方式，就是尽量长时间使用最安静的风扇；除非必要的时候，才使用会产生较大噪音的风扇。电源供应器及其风扇必须具备SST的通讯功能，才能实现这种运作方式。在这种通讯条件下，风扇本身不致于太热，也能降低对机壳中空气流动的不良影响，并减低噪音的情况。就系统层面的考量来说，任何能让风扇依散热需求而调整速度的技术，都是该被优先采用的。

另一个需考量的议题则是对噪音等级的直接量测。为行动电话而开发的麦克风，其成本不断地在降低，它能够为PC提供噪音的输入值。这种数据的传输让风扇能够依即时的噪音量测来进行控制。

安静的价值

在今日的PC应用上，家庭娱乐的环境最重视PC的安静程度。视听设备的用户不会想在他的DVR、CD或DVD播放器，或任何与电视相关的设备中听到风扇的声音。由于这些产品已成为家庭娱乐系统中不可或缺的一环，对于噪音规范的限制将会愈来愈严苛。当愈来愈多的用户认为安静的特性很重要的时候，这种预期心态将让「安静」的要求成为市场主流，也就是说不只有高阶的产品能提供安静的性能，这种特性将会成为市场中普遍性的标准。到目前为止，终端产品的设计者并没有感受到需设计出安静产品的压力，不过，这种情况在未来将会有很大的改变，尤其是当娱乐性的应用愈来愈普及时。

在办公室的环境中，更安静的电脑操作需求已成为共识，也让噪音的管制成为支配性的标准。在欧洲已提出一些规范，有些系统就因为噪音程度太高而被限制不能被用在办公室的环境当中。国际间的其他区域可望跟进欧洲的作法，让噪音的管制成为全球性的议题。

下一步：宁静革命

透过上述这些可行的设计概念，智慧型风扇可望成为一项重要的差异化要素，桌上型电脑、伺服器和笔记型电脑的设计者都会将它建置在其系统当中。散热管理将依据系统元件之间更有效率的通讯来达成，而SST可以提供这种通讯能力。当晶片的运算能力愈来愈强，采用这些晶片的上述应用就更需要对其热量与噪音的产生进行管理，不论是晶片或各种元件设备的供应商都得因应这些挑战。

对于能够提供感测、系统控制和噪音及散热管理的技术，并已在市场中提出具备SST功能的产品的公司来说，如Andigilog，这是相当值得耕耘的领域。在这些产品背后的专业和技术将可实现智慧型风扇的需求，并进一步达成更聪明的热量管理系统。不过，在落实最佳化的系统效能和稳定性之前，仍有许多的难题必须一一克服才行。

（作者为Andigilog产品应用工程师）