關(guān)鍵字：嵌入式系統(tǒng) 低功耗 無(wú)風(fēng)扇 全密封 工控機(jī) 工控電腦 INTEL ATOM 戶(hù)外多塵 潮濕 高溫 惡劣環(huán)境 特種環(huán)境

 

INTEL一年一度的IDF會(huì)議已經(jīng)于4月結(jié)束。今年INTEL的年度IDF會(huì)議是圍繞嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的會(huì)議。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是現(xiàn)今IT行業(yè)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的技術(shù)之一，特別是在中國(guó)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造，產(chǎn)品的更新?lián)Q代和附加值的提升具有更加重要的意義。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，將有助于加速中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的創(chuàng)新和研制工作，是實(shí)現(xiàn)從"中國(guó)制造"向"中國(guó)創(chuàng)造"轉(zhuǎn)變的有力途徑之一。有研究顯示，2007年中國(guó)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，規(guī)模達(dá)到2250.8億元，同比增長(zhǎng)32.3%。我國(guó)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用也日益增長(zhǎng)，在汽車(chē)、通信、網(wǎng)絡(luò)、安防、工控、自動(dòng)化、交通、航空航天、移動(dòng)醫(yī)療和消費(fèi)電子等領(lǐng)域尤其突顯。

 

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是將先進(jìn)的電腦技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)往往是在特種的、惡劣的環(huán)境下應(yīng)用，如上述的多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。這種環(huán)境不要求電腦有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，卻對(duì)電腦系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性有較高的要求。

例如戶(hù)外POS機(jī)、車(chē)載、數(shù)字標(biāo)牌等應(yīng)用，都處于特殊的應(yīng)用環(huán)境，這些應(yīng)用對(duì)電腦的運(yùn)算能力要求不高，但有較高的穩(wěn)定性要求。如戶(hù)外POS機(jī)應(yīng)用，一般情況下沒(méi)有客戶(hù)反映終端問(wèn)題，專(zhuān)業(yè)人員不可能每天頻繁對(duì)機(jī)器做檢測(cè)（這涉及到維護(hù)成本的問(wèn)題，這里不詳細(xì)討論），戶(hù)外POS機(jī)對(duì)穩(wěn)定性的要求顯而易見(jiàn)。而且涉及到另一個(gè)問(wèn)題，是否使用帶風(fēng)扇的電腦。戶(hù)外多塵潮濕的使用環(huán)境，無(wú)可避免風(fēng)扇帶來(lái)的積塵問(wèn)題，需要派專(zhuān)業(yè)人員定時(shí)進(jìn)行維護(hù)，這同樣涉及到維護(hù)成本的問(wèn)題。在嵌入式系統(tǒng)的特種環(huán)境應(yīng)用中，利用被動(dòng)散熱的方式，實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)扇電腦應(yīng)用是現(xiàn)時(shí)最合理使用方式。

基于嵌入式系統(tǒng)對(duì)功能、性能、穩(wěn)定性、功耗、應(yīng)用環(huán)境、成本、形態(tài)等方面不斷提出更高的發(fā)展需求，促使各種新的嵌入式產(chǎn)品、技術(shù)、設(shè)計(jì)思路等不斷涌現(xiàn)。其中，利用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，形成無(wú)風(fēng)扇、低功耗、全密封的電腦系列產(chǎn)品，成為嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的一個(gè)非常重要的發(fā)展分支。

同時(shí)，由于嵌入式系統(tǒng)對(duì)功能、性能、穩(wěn)定性、功耗、應(yīng)用環(huán)境、成本、形態(tài)等方面的嚴(yán)酷要求，嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用上，需要做到無(wú)風(fēng)扇、低功耗、全密封，這樣嵌入式系統(tǒng)的使用才有真正的意義。

Intel針對(duì)嵌入式系統(tǒng)特殊的環(huán)境應(yīng)用，推出嵌入式ATOM系列產(chǎn)品，以滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)特殊的環(huán)境應(yīng)用的要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)扇低功耗電腦的應(yīng)用。

 

    很多朋友認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)的意義，僅在于其體積小，而往往忽略電腦產(chǎn)品的功耗和發(fā)熱量，試問(wèn)一臺(tái)需要在全密封外殼內(nèi)運(yùn)行的電腦（例如數(shù)字標(biāo)牌、戶(hù)外POS機(jī)），功耗過(guò)高，發(fā)熱量必然增加，是否能保證長(zhǎng)時(shí)間正常穩(wěn)定運(yùn)行，甚至是不間斷運(yùn)行，相信沒(méi)人能保證。我們也不可能為了保證這些高功耗電腦的應(yīng)用，而為其創(chuàng)造良好的使用環(huán)境（例如加裝空調(diào)），但恰恰這些嵌入式的應(yīng)用，功耗成為實(shí)際應(yīng)用上的其中一大難題。為此，嵌入式系統(tǒng)就是要做到低功耗，才有意義。

自從ATOM面世以來(lái)，由于商用市場(chǎng)用戶(hù)對(duì)功耗幾乎沒(méi)有要求，著重關(guān)心的是高性能的電腦產(chǎn)品，致使ATOM在商用市場(chǎng)上屢屢遭到打擊。而在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用上，ATOM的面世卻成為這一領(lǐng)域的新一代領(lǐng)航者。尤其是ATOM N270配搭945GSE+ICH7 的組合，更是將嵌入式的低功耗特性，發(fā)揮到極致。

很多朋友對(duì)ATOM N270的性能不感冒（N270是單核雙線(xiàn)程的CPU），單單比較CPU，N270的功耗優(yōu)勢(shì)也只有幾瓦。但是，當(dāng)ATOM N270配搭945GSE+ICH7 芯片組時(shí)（總功耗僅10.5W），優(yōu)勢(shì)較之ATOM家族里，可稱(chēng)得上是數(shù)一數(shù)二。從嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)看，要實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，需要采用低功耗的CPU和芯片組的配搭，使用ATOM N270配搭945GSE+ICH7 芯片組的組合，是實(shí)現(xiàn)嵌入式低功耗的理想選擇之一。

既然嵌入式系統(tǒng)可以通過(guò)ATOM N270配搭945GSE+ICH7 芯片組，把功耗控制在11W附近，實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)扇的應(yīng)用成為可能。何謂無(wú)風(fēng)扇的應(yīng)用？無(wú)風(fēng)扇的應(yīng)用就是整臺(tái)電腦不帶任何風(fēng)扇，以被動(dòng)散熱的方式實(shí)現(xiàn)散熱。無(wú)風(fēng)扇電腦的使用，可實(shí)現(xiàn)高級(jí)別的防塵應(yīng)用和盡可能降低除塵維護(hù)成本。無(wú)風(fēng)扇的應(yīng)用在工控領(lǐng)域已經(jīng)被使用多年，而且得到廣泛的認(rèn)可，現(xiàn)時(shí)隨著嵌入式系統(tǒng)被更廣泛認(rèn)識(shí)和認(rèn)同，無(wú)風(fēng)扇的應(yīng)用也將逐步被更多人認(rèn)識(shí)。

可以帶風(fēng)扇的電腦產(chǎn)品，對(duì)功耗高低是沒(méi)有要求的，這是由于帶風(fēng)扇的電腦產(chǎn)品使用主動(dòng)散熱的方式，把電腦內(nèi)CPU、北橋、硬盤(pán)等等的熱量強(qiáng)行抽出機(jī)箱之外。但是電腦要做到無(wú)風(fēng)扇，對(duì)功耗的要求則非常嚴(yán)格。功耗過(guò)高，電腦產(chǎn)品的熱量無(wú)法排出機(jī)箱之外，熱量在機(jī)箱內(nèi)形成積熱現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電腦產(chǎn)品的運(yùn)行，死機(jī)、宕機(jī)等情況時(shí)常出現(xiàn)。電腦要做到無(wú)風(fēng)扇，最恰當(dāng)是選用低功耗的CPU和芯片組，而且性能不能過(guò)低，才能符合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

由于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境比商用市場(chǎng)要嚴(yán)酷得多，商用市場(chǎng)帶風(fēng)扇的電腦產(chǎn)品，在嵌入式系統(tǒng)的使用上，往往遇到很多問(wèn)題。例如在惡劣的多塵環(huán)境下應(yīng)用，帶風(fēng)扇的電腦產(chǎn)品由于風(fēng)扇的作用，將更多的灰塵帶到機(jī)箱內(nèi)，每隔三個(gè)月，需要派專(zhuān)業(yè)人員對(duì)電腦進(jìn)行清塵處理。無(wú)風(fēng)扇的電腦從根本上解決風(fēng)扇卷入灰塵的問(wèn)題，也無(wú)需進(jìn)行清塵處理，節(jié)省人工成本。

無(wú)風(fēng)扇電腦產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用上尤為突出。經(jīng)過(guò)測(cè)試，無(wú)風(fēng)扇電腦產(chǎn)品在惡劣的高溫環(huán)境、全密封環(huán)境、多塵潮濕環(huán)境下，都可以保證長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行。

 

    既然電腦能做到無(wú)風(fēng)扇，那全密封也成為可能，正正是無(wú)風(fēng)扇全密封的設(shè)計(jì)，電腦的防塵等級(jí)也能達(dá)到較高水平。

上面我們說(shuō)過(guò)，選擇低功耗的CPU和芯片組，可以做到無(wú)風(fēng)扇的電腦。既然免去風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)全密封的電腦則成為可能。電腦做到全密封的結(jié)構(gòu)，必須滿(mǎn)足2個(gè)條件：一是無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，二是低功耗的主板。由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)卷入灰塵和沙粒，因此電腦要做到全密封，必須是無(wú)風(fēng)扇的。正是由于電腦要做到全密封結(jié)構(gòu)，需要使用無(wú)風(fēng)扇的電腦，而正如上述所言，要實(shí)現(xiàn)無(wú)風(fēng)扇的電腦，必須選用低功耗的CPU和芯片組的主板，才能實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)風(fēng)扇電腦。

現(xiàn)時(shí)市面上的無(wú)風(fēng)扇電腦，主要有2種。一種是主板無(wú)風(fēng)扇，機(jī)箱外殼多孔的，一種是主板無(wú)風(fēng)扇，整機(jī)全密封無(wú)風(fēng)扇的。

1．主板無(wú)風(fēng)扇，機(jī)箱外殼多孔型

該種電腦把散熱片裝在CPU、北橋上進(jìn)行散熱。此散熱方式是先把CPU、北橋熱量積聚在機(jī)箱內(nèi)部，透過(guò)機(jī)箱通風(fēng)孔排出熱量，為加快散熱，利用電源風(fēng)扇幫助氣流流動(dòng)，這種所謂的無(wú)風(fēng)扇做法，機(jī)箱內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生積熱，降低散熱效能。在溫度高的環(huán)境下，機(jī)箱的通風(fēng)孔較難實(shí)現(xiàn)通風(fēng)，只能依靠風(fēng)扇進(jìn)行抽風(fēng)散熱。由于電源風(fēng)扇的效能有限，該種電腦容易由于工作溫度過(guò)高而死機(jī)；在多塵潮濕惡劣環(huán)境下，由于風(fēng)扇不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，卷入更多的灰塵、水分，灰塵、水分容易附在主板上，逐漸腐蝕主板上的元器件。一段時(shí)間后，導(dǎo)致主板出現(xiàn)莫名其妙的故障，影響電腦的正常使用。

主板無(wú)風(fēng)扇，機(jī)箱外殼多孔型電腦

 

2. 主板無(wú)風(fēng)扇，機(jī)箱全密封型

這類(lèi)無(wú)風(fēng)扇電腦使用低功耗主板，例如ATOM系列主板，整機(jī)(包括內(nèi)存和硬盤(pán)等)功耗20W附近，名副其實(shí)的超低功耗整機(jī)。機(jī)箱使用全鋁制結(jié)構(gòu)，機(jī)箱內(nèi)部采用特殊設(shè)計(jì)處理，把CPU、北橋等散熱大戶(hù)的熱量迅速有效的傳導(dǎo)到機(jī)箱表面，熱量不在機(jī)箱內(nèi)過(guò)多積聚，利用機(jī)箱外空氣的對(duì)流作用，把機(jī)箱表面的熱量帶走。這類(lèi)做法很多人認(rèn)為散熱設(shè)計(jì)不及使用風(fēng)扇的設(shè)計(jì)有效，但是已有的很多測(cè)試證明，這類(lèi)的無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，較之帶風(fēng)扇的產(chǎn)品，無(wú)論是散熱效果還是導(dǎo)熱效果，都要優(yōu)勝。

由于這類(lèi)低功耗主板本身的功耗低，而且采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把主板的熱量很好的傳導(dǎo)到鋁制機(jī)箱外殼上，這為實(shí)現(xiàn)機(jī)箱的全密封設(shè)計(jì)提供了條件。經(jīng)過(guò)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)和市場(chǎng)的檢驗(yàn)，功耗在20W附件的ATOM系列整機(jī)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)箱全密封的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)多次不同環(huán)境的測(cè)試，這樣的機(jī)構(gòu)可以在-20℃ -- 60℃全密封寬溫環(huán)境下，長(zhǎng)時(shí)間不間斷正常穩(wěn)定運(yùn)行。

主板無(wú)風(fēng)扇，機(jī)箱全密封型

 

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域多種多樣，特別是在戶(hù)外多塵、潮濕、高溫等惡劣環(huán)境下應(yīng)用，受到灰塵的影響是比較嚴(yán)重的。電腦吸入的灰塵附在電腦內(nèi)部配件的元器件上，一段時(shí)間后，腐蝕元器件，造成電腦壽命的縮短，死機(jī)、宕機(jī)的情況時(shí)常發(fā)生。

在嵌入式系統(tǒng)的使用上，較理想的選擇是選用全密封的工控機(jī)，這是由嵌入式系統(tǒng)的使用環(huán)境決定的。嵌入式系統(tǒng)的使用，無(wú)可避免會(huì)遇到多塵、高溫、潮濕的惡劣環(huán)境，全密封結(jié)構(gòu)的工控電腦，可以有效的防塵防水，而且很多都能達(dá)到IP40的級(jí)別。

 

每款電子產(chǎn)品都有其自身的性能臨界值，即使是現(xiàn)時(shí)最高速的CPU，也有其性能的臨界值。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更是如此。嵌入式系統(tǒng)是功能和性能的最佳平衡點(diǎn)，性能可以滿(mǎn)足功能的應(yīng)用，已經(jīng)符合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，過(guò)高性能的電子產(chǎn)品，只會(huì)造成功能應(yīng)用的浪費(fèi)，同時(shí)也增加電子產(chǎn)品的成本。

我們建議，嵌入式系統(tǒng)的用戶(hù)在選擇電子產(chǎn)品時(shí)，對(duì)自身的應(yīng)用做好壓力測(cè)試，對(duì)應(yīng)用的電子產(chǎn)品做好臨界值的預(yù)估，才能達(dá)到嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的最大化，成本的最優(yōu)化，達(dá)到嵌入式系統(tǒng)功能和性能的最佳平衡點(diǎn)。