随着半导体技术的持续进步及使用者不间断的需求,微处理器中单位面积所能容纳的元件数大幅增加,且微处理器的时钟也不断地向上提升,以提高其运算速度。而在微处理器运算速度提高的同时,若是与微处理器连接的周边在数据传输的速度上无法配合,将成为系统的瓶颈。如此,将使得微处理器的闲置时间(Idle time)增加,而造成微处理器运算资源的浪费。因此,为了降低微处理器与周边芯片间数据传输的瓶颈问题,微处理器周边的芯片组及高速缓存,甚至主存储器的时钟亦必须不断地向上提升。
微处理器及周边的时钟不断提升的结果,固然使得计算机系统的整体性能较以往大幅增加,但也使得计算机系统的散热问题较以往更为严重。当计算机系统的温度过高时,将使其无法在额定的温度范围内工作,而造成计算机系统的不稳定或死机的现象发生,如此将大幅降低计算机系统的可靠度(Reliability)。此外,过高的温度也会造成所谓电子迁移(Electro-migration)现象的产生,电子迁移现象的发生会造成半导体芯片上线路的损害,进而缩短计算机系统的寿命。
上述计算机系统温度过高所产生的效应,可能在任何包含高速微处理机的系统中发生。所以不论是服务器、个人计算机,或是即将兴起的信息家电,都必须考虑到散热的问题。尤其是以性能导向的服务器级计算机以及设计日益精巧的个人计算机,更是需要注意散热问题。
散热问题的解决
任何包含高速微处理器的系统,都需要考虑到散热的问题。本作品是以桌上型个人计算机作为解决散热问题的对象,故在此以个人计算机为主要的讨论重点。以往个人计算机的散热考虑,大多着重于降低中央处理器及电源供应器内部的温度,使其能够在额定的温度下工作;但是随着个人计算机速度的提升,先前所述的问题已经随之发生。因此在现在的个人计算机中,需要进行散热考虑的除了中央处理器外,可能还包括系统芯片组(Chipset),图形处理器(Graphics Processing Unit),主存储器甚至硬式磁盘驱动器等外围装置。
所以在现今的个人计算机中,散热的问题已经不如以往那样单纯。在许多系统中,需要安装多个风扇以解决散热问题。然而,若无法依照发热源的温度对这些风扇达到有效的管理,可能使得热量累积在机壳内,造成机壳内的温度持续上升。对于此种问题,使用高出风量的机壳风扇是必须的,但此种风扇带来大量的噪音,将造成使用者相当程度的不适感。
现在对于个人计算机的散热问题,已经有了一些简单的解决方案。目前有厂商提供监督系统状态的芯片供个人计算机制造商使用,然而这些芯片在目前的应用上,皆是被中央处理器所控制。如此的做法可以达到监视系统温度的目的,但却需要个人计算机的介入,消耗个人计算机的运算资源,且于实际使用时亦需要安装驱动程序方可与使用者达到互动的动作。最后,这些芯片在实际被使用时并没有与各主要发热源接触,且无法动态的调整各系统风扇的强弱。
基于上述的分析,我们可以知道,对于现在的个人计算机系统,需要有一套完整的温度监控方案以监视各主要发热源之温度并藉以控制个人计算机中各风扇的强弱,以达到有效的散热,同时降低个人计算机中因风扇而造成不必要的噪音。
作品架构
为了提供个人计算机一个完整的温度监控方案,所以设计