单板电脑降噪设计 兼具稳定与效能

单板电脑讲究稳定度，而CPU的高温往往成为最大的影响要素，透过Smart Fan的设计，可兼具稳定与降噪之效。DIGITIMES摄

长期观察终端使用者对任何产品的需求，可以发现其演进脉络相当类似，一开始都是先求有，继而要求效能，等到技术成熟至某一阶段，就会开始注重细节，IT产业亦复如是，电脑刚问世初期，推广是第一目标，产品普及后，规格与效能开始快步提昇，后期PC技术已臻成熟，厂商开始在低功耗、降噪音等处着手，其中降低噪音已成为近年各IT产品的设计重点，在单板电脑，也有相同趋势。

噪音3标准 应用者各取所需

单板电脑以往所处环境不是在制造现场就是户外，这些环境对噪音的忍受度较高，不过这几年单板电脑的应用渐趋多元，部份领域如网通或POS机，这些在室内的应用对于噪音较为敏感，因此后来降噪逐渐成为单板电脑必须面对的课题之一。

人体的感知相当主观，对声音的影响也是一样，每个人对声音种类、音量大小的忍受度都不同，为了让业界产品有所依循，已有不同机构制定出噪音标准，包括 ISO 7779、Sound Power、Sound Quality3种，其中 ISO 7779是目前业界较多厂商选择的标准，不过其缺点是不同的测试仪器与方法，会使相同的样本有不同数据，Sound Power对于测量方式要求较严格，然而此一标准过于注重仪器的声音数值，忽略了人因因素，常会出现音值数字正常，但听觉仍然刺耳的情况发生，主要原因在于前面所提到的人体感官主观因素，此一因素会成为量测死角，至于Sound Quality的量测方式，则是从不同频段去抓取不同音质的差异，此一标准由电脑大厂Dell所提出，主要应用族群为笔记本电脑。

由于单板电脑产品的置放地点以室外居多，人因因素可以一定程度的被忽略，就此来看因此ISO7779是较为适当的标准，ISO 7779的噪音标准，可分为操作者（Operator）与旁观者（Stander）两部份，前者是指人员在操作设备时所感受到的音质，后者则是非操作者如观赏数码看板的行人，所聆听到的设备音量。

人体可接受的音量，会依时间与场所而有不同，一般人晚上在卧室可接受的音量是35dBA（分贝），白天的办公室是40dBA，较嘈杂的换为45dBA，至于室外则可达60dBA以上，而一般的低瓦数CPU的嵌入式系统，其音量在40~45dBA之间，高时脉CPU的桌上型电脑，其音量则在70~80dBA，不管是嵌入式系统或桌上型电脑，主要的噪音多半是风扇运转所产生，因此要降低音量，需从风扇控制着手。

风扇在IT系统中，主要的功能是散热，一般系统的运作模式相当简单，就是电源开启后，风扇就以固定转速一直运转，直到电源关闭，这种作法不但带来噪音，同时也会提高风扇的损耗，缩短其使用寿命，有监于此，因此后来有提出了「Smart Fan」概念出现，使一概念可兼具散热与降噪之效。

依据 ISO 7779 的作法，是将系统内的温度维持在15℃~ 30℃，然而在实际调整时，这个范围过宽，因此实验室内会将温度设定于23±2℃，在23℃时，风扇的转速较慢，但系统仍可维持稳定运作，且噪音值维持在35dBA左右，而要让系统同时达到23±2℃、35dBA、稳定运作这3个目标，则可从关键零组件CPU的温度控制着手，以目前市场主流的Intel CPU（非Atom），其运转时，温度都在100℃左右，利用风扇散热，将其温度降至80℃时，就可达到上述3个目标。

聪明调整风扇 系统降温有一套

控制CPU温度的作法有2种，一种是在CPU的一定温度范围中，设定风扇转速，而此转速为固定，例如前述的23±2℃，当CPU温度在21℃~25℃之间，风扇转速不动，当温度高于25℃时，风扇就会自动将转速提升到原先缺省值，直到温度降回25℃。

另一种做法则是将CPU温度维持在固定数值，风扇转速则不设缺省值，视CPU温度来决定，CPU温度在标准内，风扇转速不动，但当温度低于标准值则降低转速，反之亦然。

至于风扇的转速则由电压控制，也就是电源管理系统（Power Management；PWM），PWM主要构成是电压切换器，一般的风扇电压为12伏特，当系统内建的传感器，撷取到的温度超过或低于标准值，Smart Fan系统就会通知PWM，透过提高或降低电压来控制风扇转速，进而让温度回到标准值。

上面这两作法，各有利弊，第1种作法的是在风扇上设定几个特定转速，温度一到就直接启动，因此散热速度度快，但缺点是dBA值也较大，第2种作法是以CPU温度标准值为主，视温度升降调整风扇转速，因此转速是慢慢加快或变慢，好处是dBA值小，但散热较慢，不过此一作法近年来由于CPU厂商的散热技术颇有进展，因此散热问题逐渐解决，也让厂商可以在降低噪音方面更有伸展空间。

Smart Fan解决方案的目标，是希望将产品的噪音值都控制在35dBA之内，不过实验室的作法要落实到实际产品上，需要进一步做调整，产品计划则是会将此技术逐步导入至旗下产品，单板电脑的应用众多，其中最适用Smart Fan的是网通产品，由于网通产品多置于室内机房，对散热与噪音的要求较高，因此多先从此部份导入，未来则会以功耗较高的应用为主，例如安全监控、机器视觉、数码看板等，这些应用的主要特色都是影音需求较高者。

应用将以高清影像运算为主

以安全监控为例，其主要设置地点都为室内，由于安全监控必须24小时运作，加上室内环境较优，不太会有粉尘、震动问题，不需采无风扇的密闭式设计，不过由于影像数据处理，往往需要高端处理器全力运作，现在的处理器虽较以往效能更为强大，处理影像的能力大增，不过在此同时，安全监控的影像品质也同步提昇，现在Full HD分辨率已成主流，在此情况下，Smart Fan势将成为未来此领域产品的重点设计。

另一个有机会应用的则是数码看板，数码看板多设置于人潮较多的环境，包括室外（建筑外壁）、半室外（如走廊、骑楼）、室内（卖场、公共空间），这类场所的声音较大，对系统本身产生的噪音接受度也较高，不过数码看板都是播放高画质影音，处理器常需要长时间全速运作，系统的所生的高热，无疑会是故障当机的主因，现行系统大多维持以往让风扇定速运作的作法，不过风扇通常是系统中最容易故障的主因，而数码看板是部份企业现在行销的重要利器，若时常停摆将降低其设置效益，因此Smart Fan在此的主要作用并不在于降噪，而是透过随时调整的风扇散热，同步维持其高影音输出与稳定运作，也使风扇不必长时间维持在最高转速，降低其故障机率，延长使用寿命。

Smart Fan目前在单板电脑的应用仍不多，主要原因在于需要有完善设备的实验室进行测试调整，单单板电脑厂商由于应用特殊，多会在研发面投注较大资源，以满足不同的定制化需求，不过对Smart Fan的研发测试仍只有少数规模较大的厂商，然而此一概念与作法可在有限成本内，提昇产品效益与稳定度，是CP值相当高的作法，未来应会有相关厂商陆续导入，成为相关产品的主要设计之一。