低功耗与无风扇电脑是嵌入式系统的最佳应用

低功耗与无风扇电脑是嵌入式系统的最佳应用

 

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一．INTEL年度IDF会议的影响

INTEL 一年一度的IDF会议已经于4月结束。今年INTEL的年度IDF会议是围绕嵌入式系统技术的会议。嵌入式系统技术是现今IT行业中发展最快、应用最广的技术之一，特别是在中国，嵌入式系统技术的推广应用对传统产业改造，产品的更新换代和附加值的提升具有更加重要的意义。嵌入式系统技术的发展，将有助于加速中国自主知识产权产品的创新和研制工作，是实现从"中国制造"向"中国创造"转变的有力途径之一。有研究显示，2007年中国嵌入式系统产业已经呈现快速增长态势，规模达到2250.8亿元，同比增长32.3%。我国嵌入式系统的应用也日益增长，在汽车、通信、网络、安防、工控、自动化、交通、航空航天、移动医疗和消费电子等领域尤其突显。

 

二．嵌入式系统的特殊应用环境与ATOM产品的面世

2.1 ．嵌入式系统特殊的应用环境

嵌入式系统技术是将先进的电脑技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统往往是在特种的、恶劣的环境下应用，如上述的多个应用领域。这种环境不要求电脑有强大的运算能力，却对电脑系统的运行稳定性有较高的要求。

例如户外POS机、车载、数字标牌等应用，都处于特殊的应用环境，这些应用对电脑的运算能力要求不高，但有较高的稳定性要求。如户外POS机应用，一般情况下没有客户反映终端问题，专业人员不可能每天频繁对机器做检测（这涉及到维护成本的问题，这里不详细讨论），户外POS机对稳定性的要求显而易见。而且涉及到另一个问题，是否使用带风扇的电脑。户外多尘潮湿的使用环境，无可避免风扇带来的积尘问题，需要派专业人员定时进行维护，这同样涉及到维护成本的问题。在嵌入式系统的特种环境应用中，利用被动散热的方式，实现无风扇电脑应用是现时最合理使用方式。

2.2 ．Intel推出ATOM系列，满足嵌入式系统的特殊环境应用

基于嵌入式系统对功能、性能、稳定性、功耗、应用环境、成本、形态等方面不断提出更高的发展需求，促使各种新的嵌入式产品、技术、设计思路等不断涌现。其中，利用嵌入式系统技术，形成无风扇、低功耗、全密封的电脑系列产品，成为嵌入式系统技术的一个非常重要的发展分支。

同时，由于嵌入式系统对功能、性能、稳定性、功耗、应用环境、成本、形态等方面的严酷要求，嵌入式系统在应用上，需要做到无风扇、低功耗、全密封，这样嵌入式系统的使用才有真正的意义。

Intel 针对嵌入式系统特殊的环境应用，推出嵌入式ATOM系列产品，以满足嵌入式系统特殊的环境应用的要求，同时实现无风扇低功耗电脑的应用。

 

三．低功耗与无风扇电脑是嵌入式系统的最佳应用

3.1 ．如何把ATOM系列产品低功耗的特性运用于嵌入式系统

     很多朋友认为，嵌入式系统的意义，仅在于其体积小，而往往忽略电脑产品的功耗和发热量，试问一台需要在全密封外壳内运行的电脑（例如数字标牌、户外POS机），功耗过高，发热量必然增加，是否能保证长时间正常稳定运行，甚至是不间断运行，相信没人能保证。我们也不可能为了保证这些高功耗电脑的应用，而为其创造良好的使用环境（例如加装空调），但恰恰这些嵌入式的应用，功耗成为实际应用上的其中一大难题。为此，嵌入式系统就是要做到低功耗，才有意义。

自从ATOM面世以来，由于商用市场用户对功耗几乎没有要求，着重关心的是高性能的电脑产品，致使ATOM在商用市场上屡屡遭到打击。而在嵌入式领域的应用上，ATOM的面世却成为这一领域的新一代领航者。尤其是ATOM N270配搭945GSE+ICH7 的组合，更是将嵌入式的低功耗特性，发挥到极致。

很多朋友对ATOM N270的性能不感冒（N270是单核双线程的CPU），单单比较CPU，N270的功耗优势也只有几瓦。但是，当ATOM N270配搭945GSE+ICH7 芯片组时（总功耗仅10.5W），优势较之ATOM家族里，可称得上是数一数二。从嵌入式系统的应用来看，要实现嵌入式系统的应用，需要采用低功耗的CPU和芯片组的配搭，使用ATOM N270配搭945GSE+ICH7 芯片组的组合，是实现嵌入式低功耗的理想选择之一。

3.2 ．结合低功耗特性，实现无风扇电脑

既然嵌入式系统可以通过ATOM N270配搭945GSE+ICH7 芯片组，把功耗控制在11W附近，实现无风扇的应用成为可能。何谓无风扇的应用？无风扇的应用就是整台电脑不带任何风扇，以被动散热的方式实现散热。无风扇电脑的使用，可实现高级别的防尘应用和尽可能降低除尘维护成本。无风扇的应用在工控领域已经被使用多年，而且得到广泛的认可，现时随着嵌入式系统被更广泛认识和认同，无风扇的应用也将逐步被更多人认识。

3.3 ．电脑要做到无风扇，必须是低功耗，才能符合嵌入式系统的应用要求。

可以带风扇的电脑产品，对功耗高低是没有要求的，这是由于带风扇的电脑产品使用主动散热的方式，把电脑内CPU、北桥、硬盘等等的热量强行抽出机箱之外。但是电脑要做到无风扇，对功耗的要求则非常严格。功耗过高，电脑产品的热量无法排出机箱之外，热量在机箱内形成积热现象，严重影响电脑产品的运行，死机、宕机等情况时常出现。电脑要做到无风扇，最恰当是选用低功耗的CPU和芯片组，而且性能不能过低，才能符合嵌入式系统的应用要求。

3.4 ．无风扇电脑在嵌入式系统应用上的好处

由于嵌入式系统的应用环境比商用市场要严酷得多，商用市场带风扇的电脑产品，在嵌入式系统的使用上，往往遇到很多问题。例如在恶劣的多尘环境下应用，带风扇的电脑产品由于风扇的作用，将更多的灰尘带到机箱内，每隔三个月，需要派专业人员对电脑进行清尘处理。无风扇的电脑从根本上解决风扇卷入灰尘的问题，也无需进行清尘处理，节省人工成本。

无风扇电脑产品优势在嵌入式系统的应用上尤为突出。经过测试，无风扇电脑产品在恶劣的高温环境、全密封环境、多尘潮湿环境下，都可以保证长时间不间断运行。

 

四．电脑要发挥无风扇特性，还需要做到全密封结构

     既然电脑能做到无风扇，那全密封也成为可能，正正是无风扇全密封的设计，电脑的防尘等级也能达到较高水平。

4.1 ．如何发挥无风扇特性

上面我们说过，选择低功耗的CPU和芯片组，可以做到无风扇的电脑。既然免去风扇，实现全密封的电脑则成为可能。电脑做到全密封的结构，必须满足2个条件：一是无风扇设计，二是低功耗的主板。由于风扇转动会卷入灰尘和沙粒，因此电脑要做到全密封，必须是无风扇的。正是由于电脑要做到全密封结构，需要使用无风扇的电脑，而正如上述所言，要实现无风扇的电脑，必须选用低功耗的CPU和芯片组的主板，才能实现真正的无风扇电脑。

现时市面上的无风扇电脑，主要有2种。一种是主板无风扇，机箱外壳多孔的，一种是主板无风扇，整机全密封无风扇的。

1 ．主板无风扇，机箱外壳多孔型

该种电脑把散热片装在CPU、北桥上进行散热。此散热方式是先把CPU、北桥热量积聚在机箱内部，透过机箱通风孔排出热量，为加快散热，利用电源风扇帮助气流流动，这种所谓的无风扇做法，机箱内部会产生积热，降低散热效能。在温度高的环境下，机箱的通风孔较难实现通风，只能依靠风扇进行抽风散热。由于电源风扇的效能有限，该种电脑容易由于工作温度过高而死机；在多尘潮湿恶劣环境下，由于风扇不停的转动，卷入更多的灰尘、水分，灰尘、水分容易附在主板上，逐渐腐蚀主板上的元器件。一段时间后，导致主板出现莫名其妙的故障，影响电脑的正常使用。

主板无风扇，机箱外壳多孔型电脑

 

2.  主板无风扇，机箱全密封型

这类无风扇电脑使用低功耗主板，例如ATOM系列主板，整机(包括内存和硬盘等)功耗20W附近，名副其实的超低功耗整机。机箱使用全铝制结构，机箱内部采用特殊设计处理，把CPU、北桥等散热大户的热量迅速有效的传导到机箱表面，热量不在机箱内过多积聚，利用机箱外空气的对流作用，把机箱表面的热量带走。这类做法很多人认为散热设计不及使用风扇的设计有效，但是已有的很多测试证明，这类的无风扇设计，较之带风扇的产品，无论是散热效果还是导热效果，都要优胜。

由于这类低功耗主板本身的功耗低，而且采用特殊的结构设计，把主板的热量很好的传导到铝制机箱外壳上，这为实现机箱的全密封设计提供了条件。经过测试、实验和市场的检验，功耗在20W附件的ATOM系列整机，已经实现了机箱全密封的设计。经过多次不同环境的测试，这样的机构可以在-20℃ -- 60℃全密封宽温环境下，长时间不间断正常稳定运行。

主板无风扇，机箱全密封型

 

4.2 ．全密封的好处

嵌入式系统的应用领域多种多样，特别是在户外多尘、潮湿、高温等恶劣环境下应用，受到灰尘的影响是比较严重的。电脑吸入的灰尘附在电脑内部配件的元器件上，一段时间后，腐蚀元器件，造成电脑寿命的缩短，死机、宕机的情况时常发生。

在嵌入式系统的使用上，较理想的选择是选用全密封的工控机，这是由嵌入式系统的使用环境决定的。嵌入式系统的使用，无可避免会遇到多尘、高温、潮湿的恶劣环境，全密封结构的工控电脑，可以有效的防尘防水，而且很多都能达到IP40的级别。

 

五．嵌入式系统的临界值

每款电子产品都有其自身的性能临界值，即使是现时最高速的CPU，也有其性能的临界值。对于嵌入式系统来说更是如此。嵌入式系统是功能和性能的最佳平衡点，性能可以满足功能的应用，已经符合嵌入式系统的应用，过高性能的电子产品，只会造成功能应用的浪费，同时也增加电子产品的成本。

我们建议，嵌入式系统的用户在选择电子产品时，对自身的应用做好压力测试，对应用的电子产品做好临界值的预估，才能达到嵌入式系统应用的最大化，成本的最优化，达到嵌入式系统功能和性能的最佳平衡点。

 

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