手机散热的革命——固态风扇

文摘   2024-07-01 07:31   四川  

刚刚过去的618可能剁手买了新手机的人不在少数吧?下一次你准备更新手机的时候可能就要考虑搭载固态风扇的手机了。从目前掌握的资料来看,这妥妥是颠覆性的黑科技!本文将通过图文和视频详细介绍其工作原理,请耐心看下去。

当今手机上,打开各种愈来愈庞大的应用,对算力要求愈来愈高的AI和画质越来越强的游戏,都让手机的散热成为不可忽视的难题。现在,一个新的技术或将改变这一点。这个技术就是小巧的固态风扇技术。

相比现在一些游戏手机使用的外挂背夹散热器,这种小巧的风扇可以集成在手机内部并且还非常静音且结构简单。即使是在高负荷情况下,也可以保持可靠的散热。此外,搭载这种固态风扇的手机还可以保持防水能力,并且无需任何额外的占用空间。

如果这种固态风扇技术得到广泛应用,那么未来的手机将拥有更加强大的性能释放,同时散热问题也得到了有效的解决。消费者可以享受更加顺畅、高效和凉爽的使用体验,而手机制造商也可以把手机性能释放推到一个更高的高度。

具体来说,就是FroreSystems公司的AirJet(空气射流)固态风扇已经技术成熟,并且之前已经有电脑厂商在适配其产品了,现在也有手机厂商跟进适配。

这是改造过的手机使用固态风扇的实拍


下面我们先来看看什么是固态风扇


可能你难以想象,风扇如何固态?其实我也有同样的疑惑,但是看了他们公司的详细技术资料和实物展示后,我承认这的确颠覆了平时的认知。风扇——这只是一种中文语境下的表达,就像是马路上一般也没有马一样,风扇不一定要有扇叶。这里的固态风扇是相对于传统旋转的风扇来说的,外形就像是一个固态硬盘一样轻薄,但其本质还是有进风口和出风口,而产生风压的装置是压电陶瓷元件,以类似扬声器一样的方式产生振动,并且这种振动是电路调制过的,大量的微小振动组件产生了类似激波的气波直接冲击导热材料表面,消除了导热材料附面层的影响,实现了高效的热交换和高风压吹出。固态风扇整体还十分小巧,甚至能直接集成到主板上。而且因为内部的器件振动频率制造的是超声波,因为对人来说几乎是静音的。(一些术语下面将详细用视频和图片来介绍)

超声波是指频率高于20 kHz的声音波。对于频率在人类听觉范围内的声音波,即20 Hz至20 kHz之间的声音波,通常不会对人体造成危害。但是,超声波的频率高于20 kHz,它们的声压级和相对强度较大,因此可能对人体造成一定的危害。


给电脑使用的固态风扇大小和薄片巧克力相似

风扇上面的小开口是进气口,之所以开口很小是因为固态风扇并不是时刻都需要进气,而是通过调制振动频率,在气流“波谷”时开启,其余时候关闭。这类似农村以前的“风箱”,或是燃油汽车的四冲程发动机。进风口关闭的时候,固态风扇内部维持着高压。虽然整体的进风量较少,但却以高压高速吹出去,这是散热高效率的原因之一。(吹气和哈气的原理,嘴里憋一口气往手上吹。若你嘴张大“哈”出去,就是热风,嘴张小往外吹,就是冷风)


AirJet原理,吸入的冷空气会被内部的压电元件压缩调制成一定的波浪形状,并且前进。相当于是把驻波移动出去。而内部振动元件的频率是超声波的,这让内部空气产生了激波,高效的消除了附面层的影响。这让人联想到了战斗机的进气道。附面层是什么?就是传统风扇和散热片表面的一层空气,因为空气都有粘滞阻力,越是靠近固体表面的空气,越不容易流动,甚至无限趋近于静止。附面层的影响不仅仅是自己这一层空气,它还会把其他地方的空气导流过来,减低其他气流的速度。这也是为啥笔记本风扇平时都高速旋转了,还是会积灰的原因之一。附面层的“静止”空气层还会导致这里积热。而AirJet则是超音速激波直接吹导热金属层,别说是热量,灰尘都能吹的干干净净。这大大的提高了热交换效率。

小小的一片“巧克力”,吹出的高压风足以吹动风轮。


去年已经有适配了AirJet的电脑产品,下面是台北展,索泰的微型电脑,就用了两片AirJet固态风扇。如下:

上面还放了一个小风扇,用来说明这个固态风扇真的在工作,而且吹出的风压还不低。


具体的原理请看FroreSystems公司自己出的原理视频:

内容大概翻译:电子设备遇热则弱,传统风扇百年技术未改进。固态风扇噪音极小,虽耗电但效率极高,平均按每瓦的散热效能来说是传统风扇的好几倍。体积小可以给很多设备使用。比如手机,游戏掌机,固态硬盘,高亮度屏幕等。
如果你还想了解更详细的技术细节,请在b站搜索‘用小卡片给CPU散热,降温效果吊打风扇,固态散热芯片工作原理’,有个叫萌萌战队的up说的很详细,但不一定完全符合我们介绍的AirJet的全部技术细节(视频应该是臆想了一部分结构,部分的形态和Airjet官方的产品图不一样。但总体原理是类似的)。
既然是压电材料制造的,可能有人会担心金属疲劳,使用寿命的问题。其实不必担心,这东西设计寿命很长,你想想平时用的耳机、各种音响都是振动发声,完全不必担心寿命。但唯一要担心的是固态风扇的价格问题,FroreSystems公司的采访视频中,公司也承认现在的价格还没有准备好,因为固态风扇的工作原理和高精度特性,制造固态风扇的方式是类似制造CPU芯片那样,在硅晶圆上光刻蚀刻制造的。这种制造方式只有大规模制造才能降下来成本。FroreSystems公司内部已经在给一些笔记本电脑做测试,能看出来里面有苹果笔记本电脑。并且FroreSystems公司已经和因特尔和高通建立了合作关系,未来一两年最有可能先使用固态风扇的是苹果公司的产品,高端的手机和因特尔Evo认证的高端轻薄本。后续等越来越多厂家要跟进,大家平摊了制造成本以后,价格就会下来变成普及技术。

最上面标题的手机实物是改造的传统手机,而搭载固态风扇的手机最终形态是下面这种。可以看到现在的手机本来就在摄像头那里凸起来一部分,把固态风扇放在这凸起里最合适了。这样不但能维持手机原有的总体厚度不变,并且还能维持手机的防水能力。

搭载固态风扇的手机的最终形态,可以看看上面Airjet的视频演示。

硬核玩具的展望:现在的电子设备发展越来越受制于温度瓶颈。内存的温度越来越高,在笔记本上甚至要贴导热贴;固态硬盘的温度也越来越高,甚至有了固态硬盘的散热片;显示屏的温度也越来越高,甚至OLED屏幕因为怕高温,所以总体亮度会做限制(比如游戏里的夜间广告灯牌,最高亮度可能达到1000尼特,而游戏里白天的烈日天空场景,却只有最高三百尼特。因为全屏维持高亮度,其产生的热量会严重的伤害OLED屏幕)。还有游戏掌机等等,很多数码电子设备都成倍的提高了性能,但电池和散热技术却没跟上。我们这里介绍的固态风扇技术算是一种让人眼前一亮的新技术,并且因为小巧的体积,特别适合塞进各种设备,从而提高这些设备的性能上限。目前发明了Airjet的frore systems公司已经有了一大笔融资。你的下一支手机很有可能就会搭载固态风扇啦。


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