單板電腦降噪設計 兼具穩定與效能

單板電腦講究穩定度，而CPU的高溫往往成為最大的影響要素，透過Smart Fan的設計，可兼具穩定與降噪之效。DIGITIMES攝

長期觀察終端使用者對任何產品的需求，可以發現其演進脈絡相當類似，一開始都是先求有，繼而要求效能，等到技術成熟至某一階段，就會開始注重細節，IT產業亦復如是，電腦剛問世初期，推廣是第一目標，產品普及後，規格與效能開始快步提昇，後期PC技術已臻成熟，廠商開始在低功耗、降噪音等處著手，其中降低噪音已成為近年各IT產品的設計重點，在單板電腦，也有相同趨勢。

噪音3標準 應用者各取所需

單板電腦以往所處環境不是在製造現場就是戶外，這些環境對噪音的忍受度較高，不過這幾年單板電腦的應用漸趨多元，部份領域如網通或POS機，這些在室內的應用對於噪音較為敏感，因此後來降噪逐漸成為單板電腦必須面對的課題之一。

人體的感知相當主觀，對聲音的影響也是一樣，每個人對聲音種類、音量大小的忍受度都不同，為了讓業界產品有所依循，已有不同機構制定出噪音標準，包括 ISO 7779、Sound Power、Sound Quality3種，其中 ISO 7779是目前業界較多廠商選擇的標準，不過其缺點是不同的測試儀器與方法，會使相同的樣本有不同數據，Sound Power對於測量方式要求較嚴格，然而此一標準過於注重儀器的聲音數值，忽略了人因因素，常會出現音值數字正常，但聽覺仍然刺耳的情況發生，主要原因在於前面所提到的人體感官主觀因素，此一因素會成為量測死角，至於Sound Quality的量測方式，則是從不同頻段去抓取不同音質的差異，此一標準由電腦大廠Dell所提出，主要應用族群為筆記型電腦。

由於單板電腦產品的置放地點以室外居多，人因因素可以一定程度的被忽略，就此來看因此ISO7779是較為適當的標準，ISO 7779的噪音標準，可分為操作者（Operator）與旁觀者（Stander）兩部份，前者是指人員在操作設備時所感受到的音質，後者則是非操作者如觀賞數位看板的行人，所聆聽到的設備音量。

人體可接受的音量，會依時間與場所而有不同，一般人晚上在臥室可接受的音量是35dBA（分貝），白天的辦公室是40dBA，較嘈雜的換為45dBA，至於室外則可達60dBA以上，而一般的低瓦數CPU的嵌入式系統，其音量在40~45dBA之間，高時脈CPU的桌上型電腦，其音量則在70~80dBA，不管是嵌入式系統或桌上型電腦，主要的噪音多半是風扇運轉所產生，因此要降低音量，需從風扇控制著手。

風扇在IT系統中，主要的功能是散熱，一般系統的運作模式相當簡單，就是電源開啟後，風扇就以固定轉速一直運轉，直到電源關閉，這種作法不但帶來噪音，同時也會提高風扇的損耗，縮短其使用壽命，有鑑於此，因此後來有提出了「Smart Fan」概念出現，使一概念可兼具散熱與降噪之效。

依據 ISO 7779 的作法，是將系統內的溫度維持在15℃~ 30℃，然而在實際調整時，這個範圍過寬，因此實驗室內會將溫度設定於23±2℃，在23℃時，風扇的轉速較慢，但系統仍可維持穩定運作，且噪音值維持在35dBA左右，而要讓系統同時達到23±2℃、35dBA、穩定運作這3個目標，則可從關鍵零組件CPU的溫度控制著手，以目前市場主流的Intel CPU（非Atom），其運轉時，溫度都在100℃左右，利用風扇散熱，將其溫度降至80℃時，就可達到上述3個目標。

聰明調整風扇 系統降溫有一套

控制CPU溫度的作法有2種，一種是在CPU的一定溫度範圍中，設定風扇轉速，而此轉速為固定，例如前述的23±2℃，當CPU溫度在21℃~25℃之間，風扇轉速不動，當溫度高於25℃時，風扇就會自動將轉速提升到原先預設值，直到溫度降回25℃。

另一種做法則是將CPU溫度維持在固定數值，風扇轉速則不設預設值，視CPU溫度來決定，CPU溫度在標準內，風扇轉速不動，但當溫度低於標準值則降低轉速，反之亦然。

至於風扇的轉速則由電壓控制，也就是電源管理系統（Power Management；PWM），PWM主要構成是電壓切換器，一般的風扇電壓為12伏特，當系統內建的感測器，擷取到的溫度超過或低於標準值，Smart Fan系統就會通知PWM，透過提高或降低電壓來控制風扇轉速，進而讓溫度回到標準值。

上面這兩作法，各有利弊，第1種作法的是在風扇上設定幾個特定轉速，溫度一到就直接啟動，因此散熱速度度快，但缺點是dBA值也較大，第2種作法是以CPU溫度標準值為主，視溫度升降調整風扇轉速，因此轉速是慢慢加快或變慢，好處是dBA值小，但散熱較慢，不過此一作法近年來由於CPU廠商的散熱技術頗有進展，因此散熱問題逐漸解決，也讓廠商可以在降低噪音方面更有伸展空間。

Smart Fan解決方案的目標，是希望將產品的噪音值都控制在35dBA之內，不過實驗室的作法要落實到實際產品上，需要進一步做調整，產品計畫則是會將此技術逐步導入至旗下產品，單板電腦的應用眾多，其中最適用Smart Fan的是網通產品，由於網通產品多置於室內機房，對散熱與噪音的要求較高，因此多先從此部份導入，未來則會以功耗較高的應用為主，例如安全監控、機器視覺、數位看板等，這些應用的主要特色都是影音需求較高者。

應用將以高清影像運算為主

以安全監控為例，其主要設置地點都為室內，由於安全監控必須24小時運作，加上室內環境較優，不太會有粉塵、震動問題，不需採無風扇的密閉式設計，不過由於影像數據處理，往往需要高階處理器全力運作，現在的處理器雖較以往效能更為強大，處理影像的能力大增，不過在此同時，安全監控的影像品質也同步提昇，現在Full HD解析度已成主流，在此情況下，Smart Fan勢將成為未來此領域產品的重點設計。

另一個有機會應用的則是數位看板，數位看板多設置於人潮較多的環境，包括室外（建築外壁）、半室外（如走廊、騎樓）、室內（賣場、公共空間），這類場所的聲音較大，對系統本身產生的噪音接受度也較高，不過數位看板都是播放高畫質影音，處理器常需要長時間全速運作，系統的所生的高熱，無疑會是故障當機的主因，現行系統大多維持以往讓風扇定速運作的作法，不過風扇通常是系統中最容易故障的主因，而數位看板是部份企業現在行銷的重要利器，若時常停擺將降低其設置效益，因此Smart Fan在此的主要作用並不在於降噪，而是透過隨時調整的風扇散熱，同步維持其高影音輸出與穩定運作，也使風扇不必長時間維持在最高轉速，降低其故障機率，延長使用壽命。

Smart Fan目前在單板電腦的應用仍不多，主要原因在於需要有完善設備的實驗室進行測試調整，單單板電腦廠商由於應用特殊，多會在研發面投注較大資源，以滿足不同的客製化需求，不過對Smart Fan的研發測試仍只有少數規模較大的廠商，然而此一概念與作法可在有限成本內，提昇產品效益與穩定度，是CP值相當高的作法，未來應會有相關廠商陸續導入，成為相關產品的主要設計之一。