自然对流有极限，因为大自然不会面对很多竞争，并且不会努力在流程方面进行改善。但是计算机芯片正变得越来越热。
经验：自然和强迫对流冷却。
在伦敦召开的ThermaNator用户大会接近尾声时，我们几个散热的“老司机”大摇大摆地去附近的酒吧中畅饮麦芽酒。我们中几个来自通信和军事行业的人开着Clement的玩笑，他供职于计算机行业。在1995年的秋天，我们天真地认为元器件温度总有一天会下降。当时我们在个人计算机行业的朋友碰到了极限。
“看，这又是一个90MHz的家伙。”Kamal说，并且指着报纸上的大广告。这是一家名为“Dungeon o’Value”的折扣店。它们售卖野餐桌、婴儿车，甚至计算机。Kamal一脸的坏笑。
Clement看着广告上一个小孩使用计算机在做作业，并且转了转眼睛。“这个是台式计算机！每一个人都可以应付台式计算机！”
Clement已经做了一个关于90MHz笔记本电脑的热分析报告。它显示无论尝试何种类型的散热器和通风孔，没有什么可以保证处理器足够低温。笔记本电脑外壳对于一个风扇而言太小。此外，风扇会消耗大量的笔记本电源。台式计算机至少有两个风扇，其中一个直接吹处理器上方的散热器，并且另一个用来冷却电源和其他元器件。他已经确定唯一一种保持笔记本电脑足够冷却的方法是减少处理器的工作频率（发热功耗）。
这是一个很好地热分析报告。但Clement不得不忍受大家的嘲笑。他遇到了极限，但我们还没有。
Clement说：“对不起，如果你想携带一台计算机，你不得不做一些妥协。它必须运行得慢一些。无论如何，你能在计算机上打高尔夫会需要有多快？”
我看到他眼睛中的无奈，并且大笑着喝了一口麦芽酒。我还没有遇到自然对流的极限。笔记本电脑已经遇到了极限，我开始意识到TeleLeap公司不久之后也会出现类似的问题。
关注热耗，它总是在增加
Clement在他的报告中展现了图10-1，告诉我们他在尝试冷却最新笔记本电脑时所面临的挑战。它显示了随着时间的推移计算机处理器的热功耗历史趋势。
可以很清楚地看到，这些芯片的热功耗是逐年递增的。功耗采用的是对数坐标，表明它不是线性增加，而是呈指数增加。这个趋势的产生主要有两个原因。
•工作频率不断上升。视频游戏在工作频率33MHz时不够流畅，特别是在你需要越来越多的3D图形和色彩时。芯片计算能力会随着工作频率增加而增加。
•硅（晶体管、二极管等）的特征尺寸总是越来越小，这可以使设计者在相同的面积内布置更多的芯片。芯片每平方英寸的瓦数增长要比单个芯片瓦数增长快。
图10-1 计算机处理器热功耗快速增加
另一方面，你还有一张空气自然对流能力的历史趋势图（见图10-2）。
(www.zuozong.com)
图10-2 空气自然对流热交换系数的历史趋势
那就是自然对流的问题。大自然没有受到任何竞争力的驱使来改变自身的任何流程。当然我们可以使用一些方法来提升自然对流的作用，例如确保通风孔不受限制、通过散热器来增加散热面积等。
但是如果把这两种趋势放在一起，你会发现芯片功率在增加，尺寸在缩小，最终芯片技术将会达到自然对流无法进行很好散热的程度。不仅仅每个芯片会变得越来越热，而且产品的趋势是放置越来越多芯片在每一块板子上，缩小板子尺寸和将芯片更紧密的放置。我开始意识到TeleLeap公司产品面临散热极限的那一天会比我想象的更早到来。
TeleLeap公司不做计算机
Clement在我们面前挥舞着麦芽酒说：“你们这帮家伙真幸运不干计算机这一行。”我想知道我们是多么幸运。
回到公司之后，我通过研究TeleLeap公司产品设计的历史趋势之后做了一些猜想。在热功耗方面，TeleLeap公司可能仅仅晚于计算机行业一年或两年。这几年我们已经在使用4W的芯片，并且还有一些可乐罐被用作它们的散热器。越来越多的TeleLeap公司的板子看上去与计算机的很相像——有一个或多个处理器、RAM、闪存等。鉴于TeleLeap公司市场经理们对于自然对流散热方式的长期钟爱，我开始关注我可能会遇到的“极限”。
关于这个趋势我所担心的是我们产品的热问题要比计算机更糟糕。什么时候你看到过设计工作环境温度为50℃的计算机。在通信行业，50℃环温仅仅是个起步。TeleLeap公司是销售数据中心方面的产品，而非会计师良好的空调办公桌环境。个人计算机的性能会逐渐衰退，即便没有，也会在三年后成为过时的垃圾。我们的系统需要一天工作24h，创收的电话流量设备不允许停机，必须可靠地运行好多年。设备工作的最大允许空气温度也越高，所以我们的芯片需要进行散热来使其更长时间工作。与我们相比计算机行业的家伙说面临的唯一挑战是将板子、光盘驱动器和电池塞到笔记本中。而且，我们的技术也没有那么落后。现在我们已经在上面布置激光发射机等高科技产品了。
TeleLeap公司什么时候会遇到极限？我大概估计了一块交换板的功率密度历史趋势，并且把这个趋势推断到未来。看一下图10-3。
图10-3 自然对流冷却的极限
根据这张图，在1996年4月1日，TeleLeap公司的设计团队将要遇到一块自然对流无法冷却的高功率密度板子。
1996年2月——极限
当Herbie和他老板Wayne在一个其他同事已经驾车回家的深夜找到我时，我已经想好了应对策略。他们淡定地询问我冷却100W的板子和10W有什么差异。我给他们在白板上画了两张图。他们可以做出自己的选择。一个是比整个板子还要大的散热器，插箱的顶部、底部和前部都是伸出的翅片。另一个是径向对称叶片旋转机电气加速系统。他们非常喜欢这个名字，但它看起来很像一个风扇。他们伤心地走开了，但对于即将发生的事情给予了适当的警告。
一个临时的挑战应对方法
计算机的生产者在1995年没有放弃。他们找到一个在工作频率仍然增加的情况下，降低处理器功耗的方法。他们主要做的事情是将工作电压由5V降低到3.3V，甚至某些芯片可以是2V。对于一些芯片而言，功耗的下降可以达到90%。Clement送给我一本刊登了他设计的120MHz计算机的广告杂志。
感谢技术的革新，我们应对了面临的挑战。也许我们可以再维持个一两年。我松了一口气，但还不能完全放松。之后我将广告上200MHz台式计算机的图片剪了下来，并且放到了我同事的邮箱中。
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