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[资源] ThinkPad 雕琢了一枚风扇,改变了PC时代的走向

2017-11-17 09:34:41 114 评论(0)

消费电子市场,你可以观察到一个规律:谁解决了散热,谁就能赢得未来。


就像今天智能手机的军备竞赛,更高的配置和更彪悍的性能,根本不是问题,问题是在将它容纳在一个压缩到极致的空间。对于工程师来说:性能提升,能耗升高,散热成为问题;压缩空间,散热更是问题。


材料、组件的空间设计、散热技术方案,是厂商之间拉开差距的关键。


决定未来的,可能只是一个不起眼的风扇



2003年,台式电脑和笔记本电脑展开了不对称的竞争,PC开始前所未有地强调性能,跟不上时代就会迅速被用户抛弃。

台式电脑的傻大黑粗在那时看起来天经地义,因为它几乎不用考虑空间利用和散热。DIY市场CPU散热器越做越夸张,粗粗的铜管、密集的鳍片、硕大的风扇,重重地压在一块高性能兼高耗电的CPU上。相比肆意奔放的台式机,笔记本电脑的设计,需要的思虑和创造力,越发艰深。


性能-功耗-散热的三角平衡。由于用户的需求,性能和功耗基本上由 Intel 决定,ThinkPad团队能够重点优化的部分,只有散热。

最初几年ThinkPad 是没有安装风扇的,因为当时风扇易损易坏。随着时间 的推移,坚固的新轴承技术问世,便能以更牢靠的方式安装散热风扇。然而,它们体积庞大而且噪音烦人。在笔记本噪音产生上,ThinkPad 有着非常严格的标准。同时,风扇能耗巨大,这对电池续航时间来说,是个不小挑战。


缩小风扇、降低噪音成为了ThinkPad努力的方向。

ThinkPad 是如何雕琢一枚风扇的



工程师中村房延,在遍寻解决方案之际,他听到一个关于猫头鹰的故事。猫头鹰飞行时极为安静。在老鼠等动物还没意识到危险前,猫头鹰能突然袭击捕捉到这些猎物。由于老鼠这些动物对声音极其敏感,猫头鹰必须在近乎安静的情况下完成猎捕。


不止是中村房延,为能消除或者降低噪音,日本新干线列车工程师们也从猫头鹰翅膀上获得灵感。模仿猫头鹰翅膀羽毛对称的特性,工程师在金属手臂顶端安置了突触,在金属手臂 随列车穿过空气向前高速运行时,突触能保证手臂有不同的气流剖面,从而降低了空气涡流产生的噪音。


对于涡流的利用,贯穿了整个20世纪的飞行动力学。涡流也是自然留下的经典难题,在流体力学中,纳维-斯托克斯方程描述了包括空气和水在内的流体的运动,它是如此的普遍,,却没有人知道它穷尽到何处。长久以来,数学家和物理学家相信他们能预测流体行为,但至今我们的理解也颇为有限。


新干线工程师以猫头鹰直线飞行时的翅膀姿态为模仿对象。中村房延的挑战 则是在圆形旋转的风扇叶片上使用猫头鹰翅膀的概念。


一开始,中村房延的努力没有奏效。他开始增加试验的次数,包括用利用电 脑模拟研究各种猫头鹰翅膀的形状。他为每个风扇叶片做了阻断,用来抵消涡流 效应。风扇转动时,会产生多个小型涡流,而非一个大型涡流,这不会引起多大噪音。


当中村房延的想法被时任 PC 部门总经理的弗兰•奥苏利文知晓。她说她 家房子后院就有两只猫头鹰,并认为“它们是吵人的鸟”。猫头鹰翅膀也会带来很大的噪音?


完全对立的事实,最后发现,其中的奥秘,就在于频率:在一定频率 下,风扇叶片会产生刺耳噪音,正如猫头鹰刚扇动翅膀飞起来时一样。当在其他 频率时,风扇几乎悄无声息,就像猫头鹰俯冲扑向猎物时一般安静。中村房延认 为,猫头鹰俯冲攻击时比老鹰还要更悄声。就是这样!一切都在于叶片旋转的频率。

除了这项突破外,中村房延等人还弄清了如何提升整个冷却系统的气流量,从进气口 一直到气流走过的路径。总之,这些突破成功将风扇尺寸缩小了 20%,并引入 ThinkPad 中。


中村房延成了知名的“鹰翼先生”。他的发明创造改变了 ThinkPad 的本性。 我们终于能攻克散热问题的难关了。由于风扇体积足够小,ThinkPad 可以被设计地越发轻薄。2005 年,第一台应用了中村房延发明的 ThinkPad T60 正式走向市场。


鹰翼风扇,这样一个看起来不起眼的组件背后,ThinkPad也赋予它非同一般的智慧,决定了一个时代的走向。


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