Приходилось ли вам подкладывать под ваш мобильный ПК подушку или книгу из-за того, что устройство очень сильно нагревается и обжигает вам колени?Мечтали ли вы о том, чтобы поскорее наступила зима, когда, заходя в серверную комнату, вы в очередной раз были вынуждены констатировать поломку кондиционеров?
Инженеры сегодня вовсю работают над решением "термических" проблем, связанных с работой мобильных устройств, настольных компьютеров и серверных платформ. Специалисты проектируют, тестируют и внедряют технологии снижения тепловыделения, позволяющие OEM-производителям и поставщикам готовых решений максимально эффективно использовать компоненты. Каждая вычислительная платформа ставит перед инженерами набор специфических задач, рожденных борьбой с избыточным тепловыделением. Мы хотим рассказать об оригинальных способах решения, предлагаемых специалистами корпорации Intel.
Ультрахолодный ноутбук
Разработка, производство и внедрение все более тонких, доступных и исключительно мобильных ПК рождают новые проблемы в областях эргономики, электропитания и использования стандартных форм-факторов. Ограниченность доступного пространства и электрической мощности для питания охлаждающих вентиляторов или других систем активного охлаждения означает, что подобные ПК должны оснащаться процессорами с пониженным энергопотреблением.
Однако, зачастую, применение таких процессоров означает снижение тактовой частоты процессора и уменьшение его производительности. Альтернативой может служить развитие более совершенных технологий охлаждения, благодаря которым могут использоваться даже высокопроизводительные процессоры, причем без чрезмерно быстрого расхода заряда батареи и без значительного увеличения уровня шума.
Ребристые поверхности панелей. "Одной из самых насущных задач при проектировании тепловой схемы ноутбуков является обеспечение достаточно невысокой температуры нижней поверхности устройства", – объясняет Раджив Монгия (Rajiv Mongia), руководитель команды разработчиков технологий оптимизации тепловыделения в подразделении Mobility Platforms Group корпорации Intel. Его предложение по использованию ребристых панелей для охлаждения нижней плоскости мобильных компьютеров (аналогично тому, как это делается для охлаждения турбин реактивных самолетов) основано на прошлом опыте работы в области аэрокосмических технологий.
Охлаждение посредством верхней крышки. Один из авторов идеи — Кришнакумар Варадараджан (Krishnakumar Varadarajan), теплотехник индийского филиала корпорации Intel. Его сотрудничество с крупным поставщиком мобильных компьютеров - компанией Compal привело к появлению прототипа ноутбука, в котором выделяемое тепло рассеивается через верхнюю крышку устройства – специальная тепловая трубка отводит тепло от процессора через петлю крышки к металлической пластине, расположенной за экраном.
Охлаждение через клавиатуру без опасности короткого замыкания. Чтобы создать "волшебную" технологию, позволяющую воздуху свободно проникать через клавиатуру к внутренним компонентам и в то же время сохраняющую непроницаемость клавиатуры для жидкостей, команда Раджива Монгии сотрудничала с несколькими компаниями-партнерами.
Электронные воздухонагнетатели. Объединенные усилия Монгии и исследователей из университета Пердью позволили создать способ прохождения воздушного потока через поверхность, управляемый электроникой. Электронный воздухонагнетатель, изображенный на снимке, с параллельными электродами, размещенными на правой стороне данной тестовой микросхемы, может встраиваться прямо в процессор. В одном из тестов команде Монгии удалось охладить поверхность с 60°C до 35°C. "Назначение этой технологии – в улучшении отвода тепла от процессора или поверхности устройства с помощью управляемого электроникой потока воздуха", – говорит Монгия. Что это может дать пользователю? Представьте, например, мобильный компьютер, который тоньше, чем MacBook Air, но оснащен мощнейшим двухъядерным процессором Intel Core 2 Extreme для мобильных устройств!
Резонансный лопастной охладитель Akomeogi. Йоан Социк (Ioan Sauciuc), старший теплотехник подразделения Assembly and Test Technology Development корпорации Intel, разрабатывает проект однолопастного охладителя, работающего по принципу резонанса. На эту идею его подтолкнула концепция Akomeogi, японского складывающегося веера. Лопасть прикрепляется к простому пьезоэлектрическому элементу, генерирующему резонансную частоту лопасти и тем самым заставляющему ее колебаться. Социк разрабатывает эту технологию для применения в недорогих мобильных устройствах, стоимость которых может быть снижена за счет меньших затрат материалов и пониженного энергопотребления.
Водородно-керамический разгон
Как известно, для обеспечения безопасности и надежности процессоры оснащаются интеллектуальными средствами контроля температуры, которые периодически уменьшают тактовую частоту процессора для снижения тепловыделения. Это означает, что процессор может работать в полную силу лишь часть времени, необходимого для выполнения требовательного к ресурсам задания.
Для настольного ПК Dell XPS 720 H2C охлаждение не является проблемой. Модель 720 – это первый ПК крупного OEM-производителя, который оснащен предварительно "разогнанным" процессором, подлежащим, тем не менее, гарантийному обслуживанию. В настоящее время внутри ПК находится четырехъядерный процессор Intel Core 2 Extreme с тактовой частотой 3,0 ГГц, "разогнанный" до частоты 3,67 ГГц! Ключевым элементом поддержки такого режима работы процессора является уникальная для модели двухуровневая система охлаждения.
В процессе разработки данной системы, называемой "водородно-керамическим охлаждением", Социк работал непосредственно с инженерами компании Dell. Система активно охлаждает процессор при высоких вычислительных нагрузках и работает менее интенсивно при меньшей необходимости охлаждения или в периоды бездействия. Результатом их работы стало появление ПК, названного CNET "сверхтихим" по сравнению с другими эксклюзивными игровыми системами, с отметкой, что "система производства компании Dell сильно отличается от других за счет низкого уровня шума".
"Водородно-керамическая система прошла путь от концепции до готового устройства всего за год, что является неслыханным для нашей отрасли, – говорит Социк. — Этот прорыв стал возможным только благодаря тесным отношениям между нашими инженерными группами".
Мини-компрессор
Сегодня уже не является экзотической ситуация, когда любители компьютерных игр используют, помимо настольных компьютеров, мобильные ПК. Однако перед инженерами это ставит задачу максимального увеличения производительности при весьма ограниченном пространстве форм-фактора.
Идея, воплощенная при реализации еще одной уникальной технологии, лежала, буквально, на поверхности. Почему бы вместо того, чтобы бороться с температурой внутри ноутбука, не охлаждать рабочие компоненты с помощью потока воздуха, направленного на них? Для реализации этой идеи инженеры Intel создали специальную охлаждающую док-станцию для игровых мобильных ПК, в основе которой лежит разработка, названная "самым маленьким в мире воздушным кондиционером". Отдельно размещаемая станция охлаждения оснащается мини-компрессором размером с большой палец человеческой руки. Станция охлаждает воздух, входящий в мобильный ПК, и позволяет процессору дольше работать с повышенной производительностью.
В процессе разработки охлаждающей док-станции Монгия и инженер Дэн Рэгланд (Dan Ragland), работающий в команде по проектированию платформ для процессоров семейства Intel Core 2 Extreme, вели сотрудничество с компанией Embraco, ведущим производителем холодильного оборудования. По результатам предварительных тестов, производительность такой системы существенно возрастает по сравнению с обычными условиями, поток охлажденного воздуха позволяет процессору дольше работать с повышенной производительностью.
Прохлада центров обработки данных
В отличие от клиентских систем, в информационном центре тепло, выделяемое серверами, должно быть не только отведено от каждого процессора и от каждого сервера, но и целиком выведено из здания.
Требования к охлаждению информационных центров выросли вместе с увеличением плотности размещения вычислительных элементов в центрах обработки данных – т. е. числа серверов, размещенных в одном помещении на единицу площади. Например, стандартная 6-футовая (1,5 метра) стойка может вмещать до 42 серверов форм-фактора 1U (U – единица пространства в серверных стойках, равная 1,75 дюйма, или 4,375 см). Для питания этого оборудования необходима мощность примерно в 16 кВт. С другой стороны, при использовании blade-серверов та же стойка может вместить 64 сервера, что приведет к увеличению необходимой мощности питания до 30 кВт.
"Старое правило гласит, что на каждый ватт электроэнергии для питания сервера необходим еще один ватт на его охлаждение, – говорит Майк Паттерсон (Mike Patterson), старший архитектор тепловых систем отдела Eco-Technology Program Office подразделения Digital Enterprise Group корпорации Intel. — Целью нашей работы по повышению энергоэффективности информационных центров является уменьшение этого коэффициента с 2 до 1,6 или даже 1,4". Чтобы преодолеть эту проблему, Паттерсон использует свой опыт разработки производственных сооружений и охлаждения серверных платформ.
Для достижения этой цели был образован Green Grid – глобальный консорциум, деятельность которого направлена на повышение энергоэффективности информационных центров и корпоративных ПК.
