日立制作所与NEC、NEC个人产品公司共同开发出可对PC的CPU和硬盘进行冷却的水冷系统。该水冷系统应用在NEC于不久前上市的PC VALUESTAR W系列(VW790/KG等)中。PC运行时的噪音在25dB(A)以下，几乎达到DVD录像机的噪音水平。水冷系统的功耗为4W~5W。

　　NEC在2003年便推出了VALUESTAR FZ(VZ700/6F)等静音PC，采用了冷却CPU的水冷系统。此次为了解决硬盘的热问题、实现其静音化，NEC对硬盘的冷却也引入了水冷方式。

　　液晶电视也需要引入水冷方式

　　NEC之所以能够在硬盘中引入水冷方式，要得益于日立制作所。自从2002年推出水冷方式的笔记本电脑后，日立制作所便开始着手开发面向台式PC的水冷系统，并向其它公司转让技术。NEC在以前的水冷PC中曾采用了接受日立制作所技术转让的厂商的产品。

　　另外，降低CPU功耗在当时已成为大势所趋，因此，日立制作所将水冷方式作为了开发的主导方向。但从2005年开始，他们已不再注重提高冷却能力，而是独辟蹊径，开发出通过一个冷却系统对多个发热源进行集中冷却的多热源冷却技术。该系统已用于NEC此次开发的新产品中。

　　日立制作所还认为，除PC外，其它领域对水冷系统也有很大的需求。公司消费者事业小组解决方案商务事业部热解决方案事业中心主任源马英明表示：“比如，平板电视等数字家电中的风扇声音常常让人厌烦。尤其对液晶电视来说，如果其背光源是高亮度的LED，就很难依靠风扇进行冷却，因此，急需采用水冷方式。”

　　根据这一情况，日立制作所开始转换体制，不再转让技术，而开始独立生产水冷系统。2006年秋，日立制作所在马来西亚建立了水冷系统制造生产线，2007年1月正式投产。此次NEC采用的水冷系统正是由日立制作制造的。

　　冷却多个发热源

　　电子设备的冷却方式大致可分为两种，即利用空气传输热量的空冷方式和利用泵使冷却液循环从而传输热量的水冷方式。比较二者的冷却能力，空冷方式为几十W~100W，水冷方式为几百W。

　　在此之前，从成本、效率、体积等方面讲，结合了热管和风扇的空冷方式是最佳的散热方法，采用空冷方式的厂商也比较多。空冷方式首先会利用热管将发热部件的热量输送到散热片等散热部位，然后利用风扇冷却散热片。而水冷方式仅被部分PC、服务器和投影机等所采用。

　　但今后，由于在PC中安装的部件会越来越多，如CPU、图像处理芯片、光驱、硬盘等。它们的发热量较大，必须冷却，但由于发热部件多，冷却将会变得更加困难(见图1)。而且在产品规划、开发时，散热对策也已成为一大瓶颈。

　　图1　水冷方式从“强力冷却”转向“集中冷却”

　　空冷方式并不是不能对多个发热源进行冷却，只是由于其冷却能力仅有几十W，因此，每个部件都必须分别安装热管、散热片和风扇，于是导致冷却系统的体积剧增，风扇的数量也会增加，噪音也会增大。

　　而如果采用水冷方式，就可将多个发热部件的散热设备等集中到一个系统中。此次开发的PC中，液晶显示器与主机合为一体，CPU安装在位于液晶显示器内部的主板上，硬盘安装在液晶显示器下方的主机机箱内，从而让CPU与硬盘实现隔离配置，并采用了一个水冷系统对该PC进行降温。

　　消除硬盘噪音

　　NEC最初将水冷方式引入硬盘的目的之一就是为了消除硬盘发出的噪音(见图2)。该公司以前在PC中采用水冷方式的主要目的是为了提高静音特性，通过水冷方式抑制风扇的声音，在硬盘不运行的状态下噪音达到了大约30dB(A)。但是，硬盘一旦运行，就会发出27dB~28dB(A)的噪音。因此，此次新产品的开发也致力于改善硬盘的噪音。

　　图2　隔离硬盘噪音

　　硬盘的噪音主要有2种类型，包括硬盘传到PC机箱的振动声和硬盘本身发出的声音。通过改进硬盘在PC中的固定方式，可以有效抑制振动声。而对于硬盘本身发出的声音，唯一的方法就是将此噪音封闭。理论上讲，采用隔音材料、铁板等将硬盘整体覆盖，不留缝隙，应该具有较好的效果。实际的产品中利用隔音材料和铁板将硬盘几乎完全密封，使噪音降低到了20dB(A)以下。

　　但是，由于发泡橡胶制成的隔音材料也隔热，如果要使用该材料密封硬盘，就必须对硬盘采取冷却措施。而且，随着硬盘转速的提高，马达的发热量将进一步增大。一般来说，硬盘工作温度的上限约为50℃，通常的PC硬盘一般都在50℃左右的温度下运行。可见冷却措施是十分必要的。

　　因此，NEC此次将水冷方式应用于硬盘，将水冷套罩在硬盘上，只要连接输送冷却液的导管，即使密封，也能将硬盘发出的热量传递到外部。

　　硬盘的发热密度低

　　针对硬盘的散热问题，公司新开发出了两种水冷方式。一种是水冷套。同以前的水冷式CPU相比，硬盘必须具有专用的水冷套。首先，硬盘的功耗较小，大约为10W，发热量没有CPU那么大;其次，硬盘需要冷却的高温部位的面积较大(70mm×55mm)，发热密度比CPU小。因此，水冷套材料可采用热传导率较低的铝代替以前采用的铜，以降低成本。

　　用于硬盘的水冷方式面临的挑战是：水冷套的厚度最好尽可能薄，但同时还须保证强度，这是因为水冷套为密封式，在外气压的影响下有可能会产生变形。此次，通过采用凹凸排列的内部花纹，实现了具有充分强度、厚度仅4mm的水冷套，其冷却能力为15W~30W。

　　除水冷套外，日立制作所也为冷却液设置了新的流路(见图3)。采用1个水冷系统对多个发热源进行冷却时，需要准备多个水冷套，而且最理想的结构是将散热器、风扇、冷却液储备箱、泵等集成在一个系统中。

　　图3　根据冷却对象设定最优化的冷却液流路

　　日立制作所经过反复研究后认为：对硬盘进行冷却后，冷却液的温度只会上升1℃~2℃，因此冷却液对硬盘冷却后完全可以直接用于CPU的冷却。在实际实施时，日立制作所利用冷却液首先对发热量比较小的硬盘进行冷却，然后将它直接用于冷却温度较高的CPU。冷却CPU后，液温大约上升5℃~6℃。其后，冷却液吸收的热量经散热器释放，再次返回硬盘，以此往复。

　　风扇的活用

　　VALUESTAR W产品在引入新型水冷系统的同时，对其它方面也进行了改善，不仅提高了冷却效率，而且实现了静音(见图4)。具体来说，水冷系统的散热器上仍然采用了风扇，从PC上方和后方吸入新鲜的空气，并首先对内存和图像处理电路板进行冷却，然后冷却散热器。即使是42℃~43℃的空气也能对散热器进行充分冷却。风扇面积为120mm2，转速从以前的1200rpm~1300rpm降低到900rpm~1000rpm，噪音大约降低了3dB。在以前的配置中，新鲜的空气不是首先接触内存，而是通过提高风扇的转速来提高冷却效率。

　　图4　水冷系统中的风扇

　　除此之外，通过采用水冷方式对硬盘进行冷却，也降低了其它风扇的噪音。以前，硬盘、电源、光驱等都通过电源的风扇进行冷却。在VALUESTAR W产品中，电源的风扇只用于冷却电源和光驱。这样就可以使风扇的转速从以前的2000rpm~3000rpm降低到900rpm。

　　改良水冷套

　　为了对200W的芯片进行冷却，此次对以前采用的CPU水冷套进行了改良，降低了其热阻抗。此次CPU水冷套的热阻抗为0.07℃/W~0.09℃/W，比水冷套与发热源之间的油脂的热阻抗还小。

　　以前是让芯片发出的热量均匀散布到水冷套的整个表面，从而达到冷却的目的;此次则采用了局部冷却热源的方式。也就是说，以前为了降低热阻抗增大了表面积，而此次则缩短了发热源到冷却液之间的热量传送距离。此外，冷却液的回流方式也和以往不同。以前，冷却液只沿一个方向从水冷套的右侧流向左侧。而此次采用的是下流式方法，冷却液沿微沟道左右分流，流速加倍，降低了热阻抗。

　　解决过去的问题

　　经过以上改进，水冷系统整体安装的自由度得到提升，重量也得以减轻。运送冷却液的导管除了采用橡胶管外，也可采用铝管。尽量多地采用橡胶管能够提高安装自由度，通过橡胶管的柔性连接，位于PC内部的CPU、硬盘、散热系统等就可以自由排列。NEC在其它PC上也将采用此次的水冷系统。

　　包括硬盘和隔音材料等在内，此次水冷系统的整体重量大约为2kg，与该公司2005年推出的VALUESTAR X(VX980/DD)的水冷系统(不含硬盘等)相当。

　　[NIKKEI ELECTRONICS 2007. Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.] (那凡 译)

*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。