Миниатюрные системы жидкостного охлаждения для персональных компьютеров следующего поколения: почему микросхема драйвера играет ключевую роль.

1. Введение
2. Проблема микроканалов
3. Потребление электроэнергии
4. Бесшумная работа
5.ЛУЧШИЙ
6. Заключение

Введение
Смартфоны с каждым годом становятся все тоньше. Гарнитуры дополненной и виртуальной реальности становятся все более компактными. Хотя у пользователей могут быть разные предпочтения относительно размера и внешнего вида, все ожидают, что гарнитуру можно будет комфортно носить в течение нескольких часов. Однако достижение такого уровня комфорта сопряжено со значительными трудностями в области теплоотвода и проектирования системы. С каждым новым поколением умные носимые устройства становятся все мощнее, занимая при этом меньше места. Эти очень мощные и легкие ноутбуки теперь могут конкурировать друг с другом за вычислительную мощность и вес.
Общим для всех этих тенденций является больше тепла на меньшей площади.
В последних поколениях ПК используются более мощные и компактные чипы, и этот рост не могут быть компенсированы традиционными решениями по отводу тепла. Инструменты, используемые инженерами на протяжении многих лет, приближаются к пределу своего срока службы.
Сверхтонкие тепловые трубки эффективно распределяют тепло, но при стабильно высоких нагрузках скорость их распространения недостаточна. Паровые камеры обеспечивают большую площадь рассеивания тепла, но становятся слишком толстыми и тяжелыми для многих типов устройств. Миниатюрные вентиляторы могут предложить некоторые решения проблем, но возникают и другие. Они создают шум и требуют физического пространства, которое недоступно в компактных устройствах. Пассивные охлаждающие компоненты справляются только с небольшими нагрузками, но не способны справиться с высокими и кратковременными всплесками тепла.
В отрасли необходим новый метод. Миниатюрное жидкостное охлаждение Это тип охлаждения. Миниатюризация традиционного контура водяного охлаждения сопряжена с проблемами, выходящими за рамки простого уменьшения размеров, которые необходимо преодолеть, прежде чем это станет возможным для тонкого смартфона, легкой гарнитуры дополненной реальности или умного носимого устройства. Большинство этих проблем решается в основании миниатюрного насоса жидкостного охлаждения (драйвер и система управления).

Проблема микроканалов: высокая производительность создает высокое сопротивление.
Микроканальные теплообменники используются в миниатюрных системах жидкостного охлаждения для достижения максимальной площади теплопередачи внутри небольшого теплообменника. Это конструкции с каналами размером от десяти микрометров до сотен микрометров. Площадь теплообмена очень велика по сравнению с объемом охлаждающей жидкости в таком масштабе. Это именно то, что необходимо для эффективного отвода тепла в компактном пространстве.
Проблема гидродинамики особенно актуальна для микроканалов. Если жидкость протекает через очень узкие отверстия, сопротивление, обусловленное вязкостью, велико. Этот тип сопротивления известен как противодавление. Чем меньше каналы, тем больше противодавление при заданном расходе.
Уровень противодавления, создаваемый микроканальной охлаждающей пластиной, достаточен для того, чтобы вызвать полную остановку работы небольшого насоса в системе охлаждения смартфона или теплового модуля VR-гарнитуры. Рабочее давление насоса, предназначенного для использования в системах жидкостного охлаждения настольных компьютеров или серверов, совершенно иное. Он просто не будет выполнять ожидаемые функции в таких условиях, если его размеры будут уменьшены.
Это необходимо учитывать микросхеме управления миниатюрным насосом. Она должна поддерживать стабильную скорость перекачки при широком диапазоне колебаний противодавления. Микросхема управления должна отслеживать это повышение давления и изменять параметры работы для достижения постоянного потока, если выполняется одно из этих условий, или оба — если вязкость охлаждающей жидкости зависит от температуры или поток частично ограничен. Неспособная это сделать микросхема управления приведет к остановке насоса под нагрузкой, что, в свою очередь, предотвратит поток охлаждающей жидкости и вызовет быстрое повышение температуры охлаждающего чипа. В худшем случае это приведет к тепловому отключению или необратимому повреждению. Благодаря этому микросхема драйвера не является "готовым" компонентом в миниатюрной системе жидкостного охлаждения. Это тот элемент, который управляет функционированием системы в реальных условиях эксплуатации.

Энергопотребление: Система охлаждения не может быть врагом батареи.
Все телефоны работают от батарей; у гарнитур дополненной реальности есть ограничения по энергопотреблению; умные носимые устройства также работают от батарей; тонкие и легкие ноутбуки имеют чрезвычайно малый энергетический бюджет. Каждый милливатт имеет значение. Система терморегулирования, которая потребляет заметное количество энергии в непрерывном режиме, частично выполняет работу шаттла. Генерация дополнительного тепла с целью его отвода, а также ускоренный разряд батареи.
Решением этой проблемы является малогабаритная микросхема драйвера жидкостного охлаждения. Цель состоит в том, чтобы обеспечить подачу всей и только той мощности насоса, которая необходима системе в любой момент времени.
Тепловыделение чипа при малых нагрузках низкое. Расход охлаждающей жидкости может быть уменьшен. Насос работает на более низкой скорости, и драйвер быстро снижает скорость потока. Когда чип испытывает внезапный всплеск вычислительной активности, микросхема драйвера немедленно увеличивает скорость насоса для компенсации возникающей тепловой нагрузки. Как только нагрузка уменьшается, она соответственно снижает скорость насоса, поддерживая эффективное охлаждение при минимизации энергопотребления.
В нормальном режиме работы среднее энергопотребление системы охлаждения поддерживается в диапазоне милливатт благодаря динамическому управлению питанием. Это достигается с помощью микросхемы драйвера, использующей высокоэффективные схемы преобразования энергии и алгоритмы, динамически регулирующие выходную мощность насоса в соответствии с реальной тепловой потребностью.
В случае с носимыми устройствами с батарейным питанием, умными часами и устройствами с общим энергопотреблением системы в несколько сотен мВт, эта эффективность — не просто параметр производительности. Причина в том, что она делает возможным использование технологии жидкостного охлаждения в этих устройствах.

Бесшумная работа: шум — это проблема качества продукции.
Большинство пользователей найдут вентилятор охлаждения внутри ноутбука. Гарнитура дополненной реальности, оснащенная вентилятором на ушах, таковым не является. Любой шум, издаваемый насосом или вибрацией жидкости на коже, когда смарт-часы находятся на теле, будет легко и сразу же ощущаться. Но в случае с персональными устройствами нового поколения потребители рассматривают тихую работу не как преимущество, а скорее как базовый параметр.
Простые сигналы прямоугольной формы или ступенчатого управления, подаваемые на миниатюрные насосы, генерируют электромагнитный шум и гармоники механической вибрации. Эти гармоники на рабочих частотах насосов находятся в диапазоне, который акустически слышен и физически ощутим. Система нагревается, но не издает звука и вибрации, что делает потребительский продукт непригодным для использования.
Для решения этой проблемы доступен высококачественный драйвер на основе интегральной схемы, обеспечивающий синусоидальные управляющие сигналы или синусоидальное управление с переменной частотой. Драйвер не замыкает цепь на двигателе насоса, а запрограммирован на создание плавных синусоидальных токов, обеспечивающих постепенное непрерывное движение ротора. Это устраняет коммутационные гармоники, создающие электромагнитные помехи, как в случае с переключателем. Кроме того, это снижает механическую вибрацию, передающуюся по корпусу устройства от корпуса насоса, а также вибрацию или структурный резонанс, ощущаемые или слышимые пользователями.
Это обеспечивает плавную и бесшумную работу насоса во всем диапазоне его рабочих оборотов. Разница между прямоугольным и синусоидальным режимами работы особенно заметна в гарнитурах дополненной и виртуальной реальности, где устройство физически находится рядом с ушами пользователя. То же самое относится и к носимым устройствам, контактирующим с кожей, поскольку их бесперебойная работа без вибраций также имеет решающее значение.

BESTAR: Приверженность передовым технологиям жидкостного охлаждения
ЛУЧШИЙ Обладает обширными знаниями в области прецизионных электроакустических компонентов, пьезоэлектрических технологий и микроэлектромеханических систем, накопленными за многие годы. Эти знания о работе в микромасштабе в области управления вибрациями, преобразования энергии и миниатюризации конструкции приводов могут быть непосредственно применены к разработке драйверов для миниатюрных систем жидкостного охлаждения.
Видение ЛУЧШИЙ Для следующего поколения персональных вычислительных устройств — смартфонов, устройств дополненной и виртуальной реальности, умных носимых устройств и высокопроизводительных тонких и легких ноутбуков — технология жидкостного охлаждения станет ключевой особенностью.
Непрерывная работа по развитию привела к конкретным успехам в решении основных технических задач в этой области. ЛУЧШИЙ. На фундаментальном уровне, а также на уровне интеллектуального управления, ЛУЧШИЙ имеет опыт работы с миниатюрным оборудованием, а также с программным обеспечением, обеспечивающим надежную работу миниатюрных систем жидкостного охлаждения в реальных условиях эксплуатации. Применение этих знаний как к самим компонентам, так и к системам управления позволит достичь следующих результатов: ЛУЧШИЙ Предлагать клиентам комплексное решение, а не отдельные его части.

Заключение
Приняв Жидкостное охлаждение В миниатюрном масштабе высокопроизводительные персональные вычислительные устройства движутся в этом направлении. Жесткая миниатюризация устройств и ограничения по плотности мощности чипов оставляют мало вариантов. Управление тепловым режимом останется одной из самых сложных задач при разработке любого смартфона, гарнитуры дополненной или виртуальной реальности, а также умных носимых устройств, которые постоянно отслеживают параметры здоровья и теперь также обладают возможностями периферийных вычислений.
ЛУЧШИЙИнженерный персонал компании готов оказать поддержку клиентам в решении проблем с теплоотводом новых современных персональных вычислительных устройств. Независимо от того, разрабатываете ли вы гарнитуру дополненной/виртуальной реальности, умное носимое устройство, тонкий и легкий высокопроизводительный ноутбук или проект с использованием смартфона и хотите рассмотреть миниатюрное жидкостное охлаждение в качестве решения для управления тепловым режимом, — нам важно знать об этом.
Контакт ЛУЧШИЙ и начать обсуждение, сделать следующие шаги к созданию решения по управлению тепловым режимом, адаптированного к задачам персональных устройств следующего поколения.