释放热量——浪潮工程师谈PC散热设计
品牌PC
(作者简介:刘凤辉,浪潮集团有限公司产品研发工程师,具有多年的PC研发经验。)
对PC来说,散热设计非常重要。一款品质优秀的品牌机,它不但拥有良好的散热风道设计,而且在噪音、制造成本上也会得到有效的平衡。品牌PC的散热设计是一项复杂、系统的工程,在产品开发前期需要投入大量的工作。随着夏季的来临,PC的散热问题也日益凸显出来,为了让读者了解到品牌机主流的散热技术、做好PC夏季散热工作,我将为大家讲讲品牌机散热方面相关的知识。
主流的散热技术
在品牌机中目前普遍使用风冷散热方案,它利用风扇加高导热材料散热片带走设备发出的热量,具有安装方便、制造成本相对较低等优点。风冷散热又分为主动和被动两种,目前品牌机多采用主动散热器,被动散热器主要应用在机架式服务器产品上。主动式散热方式根据风扇安装位置的不同,又可分为顶置式和侧置式。根据送风方向的不同,还可分为吹风式和吸风式。风吹入散热片为吹风式,空气从散热片内吸出为吸风式。综合起来,品牌机现阶段主要采用顶置吹风式散热方案。
说到散热,不得不说散热架构。目前业界主流的散热架构有BTX和ATX两种。BTX与ATX相比,BTX最大的优势在于改进了ATX主板的布局和机箱设计,进一步缩小了机箱的体积,只要风道通路设计良好,散热效果更佳;缺点是部件专用性强,ATX架构标准的部件不能移植使用,导致成本较高。另外BTX架构散热风扇及风道的前移,噪音源直接面对操作者,噪音也更明显。目前ATX和BTX主板架构共存, 但由于ATX架构便宜和便于设计的特点,仍是目前的主流架构,只是在散热、噪音等方面还有所欠缺。
优秀的品牌机散热设计方案,需要有效的主动控制技术,控制机箱内气流流动,带动散热。通常的做法是机箱前面为吸风,后面抽风。从图1中可以看到,Intel推荐的机箱风道结构为“前进后出+侧吹”式。在机箱前面板下部有一个进风风扇,从机箱下方的开口处吸风,机箱背部的风扇再将热气吹出,形成一个贯穿机箱主体的风道;同时在侧板上还有一个通风气槽专门为CPU服务,可以让CPU散热器直接获得机箱外的冷空气,在机箱背部安装一个向外抽气的风扇,采用风扇进行强制对流能有效降低机箱内的温度。

PC散热如何设计
一款合格的品牌PC产品,要满足散热的要求,首先它的机箱必须满足Intel TAC(Thermally Advantaged Chassis)机箱认证标准和Intel CAG(Chassis Air Guide)机箱散热规范。但实际上,品牌PC的散热设计仅满足这两个条件是不够的,真实情况更加复杂。为了提高散热效果,控制计算机运行过程中的噪音,品牌PC在散热方面还须进行一系列的优化和改进,充分考虑到除处理器、电源外,像内存、MOS开关管、显卡和硬盘等部件的散热。由于不可能给计算机安装过多的风扇,所以机箱内风道的设计(气流的走向)就显得尤为重要。
在PC设计前期,设计人员会确定系统散热流程设计方案,初步确定散热结构、散热参数和初步的理论设计方案,然后进行热仿真分析(图2),不断优化结构并调整理论方案,并制作样品进行实验论证。如果设计达到了要求则小批量试产来检验散热效果,不符合要求则重新回到热仿真实验阶段重新开始。

为了更加准确控制风道空气的流向,设计人员利用空气动力学和流变力学原理,通过模拟运算,计算出PC机箱内各种气流的通路和气流速度、气流功耗及气流阻抗。然后根据这些值,科学设计机箱风道,优化机箱内部架构,直到机箱气流的通风量、通路上的气流功耗和气阻抗等值达到最佳为止,从而最终确定机箱进、出风口和设计风量。
散热建议
夏天到了,计算机的散热显得尤为重要。为了提高散热效率,确保计算机的稳定,首先建议大家在放置PC的时候应该确保机箱侧板与桌子、机箱后部与墙壁之间至少间隔5cm以上的距离。另外,为了不影响PC内部的气流走向,建议大家不要打开机箱侧板进行散热;另外,及时打扫机箱进风孔、处理器风扇等部位的灰尘,也可以有效提高散热效果,降低噪音。由于这个操作要打开机箱,用户在操作之前最好和该品牌的客户服务中心联系。
总结
电脑产品散热解决方案,需要将系统结构和系统散热技术进行有机的结合,充分利用风道控制技术,在解决PC散热这个根本性问题的同时,也解决了产品防尘、防潮、噪音等可以提高产品环境适应性和用户满意度的问题。当然,这些在短时间看不见效果的PC内部设计,从一定程度上也反应了各厂商在PC产品研发上的实力和投入大小。