CN101639723B - 计算机的散热*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以协调处理器的处理能力和散热风扇的旋转所产生的噪音，来向用户提供最大舒适度的计算机的散热***。散热***包含处理能力可变的处理器(11)。散热风扇(33)和温度传感器(31)被设置在计算机的机壳内。旋转速度设定部(63)根据阈值温度和温度传感器所测得的测定温度，分阶段地变更散热风扇的旋转速度。性能控制部(105、107)根据测定温度和阈值温度使处理器的处理能力降低，在后续的时间段内对处理器应该处理的操作的一部分进行处理。结果，可以使测定温度的峰值移动到后续的时间段，来抑制散热风扇的旋转速度上升。

Description

计算机的散热***

技术领域

本发明涉及对具备散热风扇的计算机的机壳内的温度进行管理的技术，更详细来说，涉及协调散热风扇的噪音和处理器的处理能力来管理温度的技术。

背景技术

笔记本型个人计算机(以下称为笔记本PC)在机壳内部高密度地安装有CPU、视频卡、PC卡等大量的电子设备。这些电子设备随着笔记本PC的工作而发热，电子设备本身以及机壳内部的温度上升。在主要的电子设备的芯片内部或附近设置了监视温度的温度传感器，针对温度传感器测得的温度设定了阈值。

在笔记本PC中设置有，用于在温度传感器测定的温度上升时，通过将外部空气取入到机壳内部进行排气来向外部散热的散热风扇或冷却风扇。散热风扇通过以多个阶段控制旋转速度，可以调整散热量。以如下方式调整散热风扇的旋转速度：当通过温度传感器测得的测定温度超过阈值时增加旋转速度，当比阈值低时降低旋转速度。此时在相邻的旋转速度之间，当用1个阈值在上下两个方向控制旋转速度时，散热风扇的旋转速度频繁变化而变得刺耳，因此通常使其具有迟滞(hysteresis)特性。即，笔记本PC进行以下控制，当温度传感器的温度超过阈值温度Th1时将旋转速度提高一级，当比阈值温度Th2(Th2＜Th1)低时使旋转速度复原。

在安装于笔记本PC中的电子设备中，CPU的发热量最大。已知通过降低CPU的时钟速度以及工作电压来降低消耗功率的SpeedStep(注册商标)技术。而且，还已知为了降低消耗功率使CPU间歇工作的节流(Throttling)技术。通过任意一种技术都可以使CPU的处理能力降低来减小发热量。另外，在ACPI(Advanced Configuration and Power Interface)的标准中，关于计算机***的散热，定义了主动制冷方式和被动制冷方式这两种方式来进行区别。

在主动制冷方式中，当计算机的温度开始上升时，最初使散热风扇工作，在即使散热风扇达到最大旋转速度，温度仍继续上升的情况下，降低CPU的处理能力。在被动制冷方式中，当计算机的温度开始上升时，最初降低CPU的处理能力，在即使CPU的处理能力降低到最低，温度仍继续上升的情况下，使散热风扇工作。主动制冷方式是处理能力优先的方案，被动制冷方式是优先抑制消耗功率的增大以及抑制散热风扇的噪音的方案。

专利文献1的发明公开了，解决存在CPU的工作速度的降低和电动风扇的旋转这两种冷却方式时的问题的技术。在该文献中记载了，当采用降低CPU的工作速度的方法时，存在计算机的工作性能有悖于用户的意图而自动降低，从而导致使用环境恶化等问题，另一方面，在采用使电动风扇旋转的方法时，存在由于该电动风扇消耗比较大的功率，因此便携式计算机的电池可工作时间缩短等问题。

在专利文献1的冷却方式中，在便携式计算机中设置了降低CPU的工作速度和使电动风扇旋转这两种冷却功能，可以根据用户进行的冷却模式的设定，选择性地使用所述两种冷却功能。即，在用户选择了Quite模式的情况下，成为用于延长电池工作时间的低消耗功率优先的模式，使电动风扇不旋转，仅降低CPU的工作速度。另一方面，在用户选择了Performance模式的情况下，成为性能优先的模式，不降低CPU的工作速度，仅通过使电动风扇旋转来进行冷却。

专利文献2的发明公开了解决以下问题的技术：在笔记本PC中，当温度传感器受到不是监视对象而是附近的电子设备的热辐射的影响时，在对于成为对象的电子设备的冷却并非有效的条件下使冷却风扇旋转，或者使转速上升，导致不必要的噪音和功率消耗。在专利文献2的冷却***中，当某个电子设备在负荷状态下工作时，根据在热动作表中设定的基准设定值来控制冷却风扇的动作。当该电子设备为空闲状态时，根据考虑到来自其它电子设备的热辐射对热动作表的基准设定值进行修正后的修正温度值来控制冷却风扇的工作。由此，冷却风扇不会由于热辐射的影响或环境温度的上升而进行成为过度冷却的工作。

用户希望笔记本PC具有在短时间内结束操作的处理能力，同时还希望不被散热风扇的噪音所烦恼的寂静性。如果降低处理能力，则发热量下降，因此即使散热风扇以低旋转速度进行工作，也能够将温度维持在预定范围以内，所以可以满足寂静性的要求。另一方面，若提高处理能力，则发热量增加，因此为了维持温度需要使散热风扇以高旋转速度进行工作，因此无法满足寂静性的要求。于是，处理能力和寂静性干预机壳内部的温度而成为折衷要素。

ACPI的标准和专利文献1所示的散热方法，对处理能力优先方式和寂静性优先方式预先赋予优先顺序，按照顺序来执行，或者根据用户的选择执行某一方。即，到目前为止择一地执行处理能力优先方式或寂静性优先方式中的某一方式，或者在仅通过一种方式不能充分抑制温度上升时，在最大限度地发挥先执行的散热方式的功能的同时，追加执行另一散热方式。

在以对话方式利用笔记本PC的情况下，几乎没有必须同时执行处理能力优先方式和寂静性优先方式的状态，因此多数情况进行仅执行某一方式便可以维持温度的热设计。但是此时，在通过处理能力优先方式进行散热的情况下，来自散热风扇的噪音让人心烦，另外，在通过寂静性优先方式进行散热的情况下，处理能力存在不足，未必能够使用户满足。可知用户的最大舒适度在于散热***在处理能力和寂静性相协调的范围内发挥作用，期待能够应对用户的最大舒适度的散热***。

【专利文献1】特开平8-328698号公报

【专利文献2】特开2007-226617号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种可以协调处理器的处理能力和散热风扇的噪音，来给予用户最大舒适度的计算机用散热***。而且，本发明的目的在于提供一种可以在最低限度的范围内降低处理能力，同时降低散热风扇的噪音的计算机用散热***。而且，本发明的目的在于提供使用这样的散热***的计算机、以及这样的散热***中的散热方法以及计算机程序。

在通过散热风扇对容纳在计算机中的电子设备所发出的热量进行散热的散热***的热设计中，当CPU为空闲状态时将散热风扇的旋转速度设定为最低或者使其停止，在CPU的使用率上升，发热量上升的情况下，分阶段地提高散热风扇的旋转速度，使散热量和发热量平衡，以便将机壳内部维持在预定的温度。当用户正在进行操作时，温度传感器测得的测定温度根据***的动作状态而变化，散热风扇通过根据针对测定温度的阈值温度而决定的旋转速度进行工作。当在散热风扇的旋转速度的控制中具有迟滞特性时，在先前的例子中，一旦测定温度超过阈值温度Th1而上升时，散热风扇的旋转速度上升，在测定温度低于阈值温度Th2，旋转速度下降之前，花费比较长的时间。

但是，在不是服务器用计算机，而是面向个人的计算机(以下简称为计算机)中，当对施加了一般负载时的测定温度的变化进行监视时，长时间持续测定到使当前的散热风扇的旋转速度提高1级那样的高温是罕见的，可以确认需要CPU以较高的处理能力进行工作的状态是零星地发生的。在旋转速度上升后测定温度下降时，在阈值温度Th1和阈值温度Th2之间，尽管在热平衡方面可以降低旋转速度，但散热风扇仍以高1级的旋转速度进行旋转，因此，在基于散热风扇的现实的旋转速度的散热量和实际的发热量之间产生偏离。另外还可知在温度短时间超过阈值温度Th1时，与使处理能力优先提高散热风扇的旋转速度相比，通过使寂静性优先，临时降低处理能力来维持较低的旋转速度，用户的舒适度较好。

本发明的基本原理在于，出于使用户的舒适度达到最佳的观点，协调与处理时间相关的处理器的处理能力、和与噪音相关的散热风扇的旋转速度这样的，干预温度的两个折衷的要素。在本发明的方式中，在计算机的机壳中容纳了散热风扇、温度传感器和处理器，旋转速度设定部根据阈值温度和温度传感器所测得的测定温度，分阶段地变更散热风扇的旋转速度。性能控制部，在预测到温度传感器测得的测定温度在预定时间内超过阈值温度，散热风扇的旋转速度上升时，暂时降低处理器的处理能力。

当处理器的处理能力降低时，发热量降低。当计算机正在执行对话型处理时，处理器在高负载状态下持续进行工作的情况几乎不存在，处理器的发热量高的状态是暂时性的，因此处理器在继重负载状态后成为轻负载状态。处理器在重负载的时间段中，由于处理能力已降低，因此无法处理如果处理能力不降低则可以处理的操作的一部分。该无法处理而剩余的一部分操作成为等待处理器执行的状态，或者由于原本前不久的操作的执行已延迟，因此还没有成为应该执行的请求，处理器在即将到来的后续的轻负载的时间段中对其进行处理。因此，把应该在处理能力降低的时间段中处理的操作的一部分，移动到后续的操作量较少的时间段中，可以消除或减小处理器的发热量的峰值。如此，通过处理能力的降低，操作量自身被减少，测定温度不会超过阈值温度，不需要提高散热风扇的旋转速度。

可以通过根据当前的测定温度、当前的测定温度的上升速度和阈值温度，计算到温度传感器测定的温度超过阈值温度为止的预测时间的温度预测部、和根据预测时间变更处理器的处理能力的处理能力设定部构成性能控制部。处理能力设定部根据预测时间执行当前的处理能力的降低、维持、或增大中的某一种，由此可以在使测定温度不超过阈值温度的同时，使处理能力的降低量最小，即，可以使性能达到最大。处理能力设定部可以根据预测时间和预测时的处理器的使用率来决定处理能力的降低量。

处理能力设定部，可以生成根据预测时的处理器的使用率修正预测时间后的修正预测时间，根据修正预测时间使处理能力变化最小单位量。当使处理能力变化最小单位量时，可以减轻对用户的不适感。处理能力设定部可以根据预测时间和处理器的使用率来决定处理能力的降低量。当长时间持续降低处理能力时，对用户来说无法允许操作的延迟。在这种情况下，性能判定部可以测量操作的延迟程度作为性能特性值。可以根据处理能力比常规状态降低期间的时间和处理能力的降低量来计算性能特性值。性能判定部根据性能特性值向处理能力设定部发布性能优先命令。处理能力设定部当取得性能优先命令时，使处理器的处理能力恢复常规状态，或者进一步减小当前的处理能力的降低量。

在处理器的处理能力的降低中，若用户可以根据性能特性值调整使该处理能力增大的时刻，则可以实现与用户的个性或操作状态对应的最佳处理能力和寂静性的协调。旋转速度设定部根据阈值温度分阶段地变更旋转速度，温度预测部和处理能力设定部，即使在变更后的新的旋转速度下也同样地发挥作用。根据本发明的散热***，在通过具有迟滞特性的方式设定了散热风扇的旋转控制时，在热平衡方面成为过冷却的状态发生的机会减少。

通过本发明，提供了可以协调处理器的处理能力和散热风扇的噪音，来向用户提供最大舒适度的计算机用散热***。而且，根据本发明，可以提供可以在最低限度范围内降低处理能力，同时降低散热风扇的噪音的计算机用散热***。而且，根据本发明，可以提供采用了这样的散热***的计算机、以及这样的散热***中的散热方法以及计算机程序。

附图说明

图1是本发明的实施方式的笔记本PC的外形图。

图2是表示笔记本PC10的***结构的概要框图。

图3说明热动作表(TAT)的结构。

图4表示以现有散热方式使散热风扇工作时的散热风扇的旋转速度。

图5是表示本实施方式的散热***的结构的框图。

图6是表示通过性能***和强制冷却***构成的散热***控制笔记本PC的温度的步骤的流程图。

图7表示性能调整处理的状态的一例。

图8说明利用测试程序来执行图7的步骤时的测定温度和性能等级(performance step)的推移。

图9说明性能特性值的计算例子。

图10说明根据预测时间降低处理能力的原理。

符号说明

LTe、Mte、THe允许温度

3***机壳

60热动作表

100散热控制程序

具体实施方式

图1是本发明的实施方式的笔记本PC10的外形图，图2是表示该***结构的概要框图。笔记本PC10由在表面安装了键盘，在内部容纳了电子设备的***机壳3和LCD机壳1构成。在***机壳3的内部安装了图2中实线框表示的多个电子设备。在使用中，有时笔记本PC10的底面7与用户的膝部接触，掌托5与用户的手接触。因此，需要将***机壳3的表面维持在预定温度以下，为此，以往在笔记本PC10中采用了强制冷却的散热***。

CPU11是担负笔记本PC10的中枢功能的运算处理装置，执行OS、BIOS、设备驱动程序或应用程序等。CPU11还执行本实施方式的散热控制程序。在笔记本PC10的电子设备中CPU11消耗功率最大，并且发热量也最多。CPU11对应于称为SpeedStep的技术以及称为节流(throttling)的技术。SpeedStep是由美国Intel公司开发的、可以自由地设定CPU的工作电压以及工作频率值的技术。在SpeedStep中，***BIOS在CPU11的寄存器中设定***在某个状态时所允许的最大工作频率，由此可以分阶段地降低该CPU实际工作的工作频率。

CPU11在降低工作频率时，同时将工作电压降低到为使CPU11以该工作频率工作所需要的值。CPU11在执行SpeedStep时，对EC27进行指示，使DC/DC变换器37将CPU11的电压变更得适合于所设定的最大频率。通过SpeedStep，CPU11的消耗功率以及发热量降低。节流是按照一定间隔使CPU11工作和停止来使其间歇地工作，由此切换平均处理速度的功能。为了执行节流，***BIOS在CPU11的寄存器中设定节流的有效/无效的设定以及占空比(节流率)。SpeedStep和节流都可以使CPU11的处理能力以及发热量分阶段地变化。

另外，也可以并用SpeedStep和节流，在维持基于SpeedStep的最低工作频率的状态下转移到节流。关于它们，与本发明相关联的重要的一点是可以使CPU11的处理能力分多个阶段变化来调整散热量。以后，把通过SpeedStep以及节流或者通过某一方而变化的CPU11的处理能力的各阶段称为性能等级(performance step)。在本实施方式中，将性能等级作为100％、75％、50％、25％4个阶段来说明，但本发明不限于此。性能等级为100％时是处理能力未降低的状态，特别将该状态称为CPU11的常规状态。

在笔记本PC10中安装的硬件以及软件符合ACPI(Advanced Configurationand Power Interface)标准。ACPI是作为用于OS与BIOS协同工作来管理构成PC的各设备的消耗功率的统一方式，以美国Intel公司、美国微软公司以及东芝为中心而制订的标准，以OS为中心可以细致地设定管理与电源的接通/断开、挂起/重启、以及散热风扇的控制等消耗功率的控制相关的各种功能以及动作。ACPI与SpeedStep以及节流相对应。

CPU11控制北桥13以及经由各种总线与北桥13连接的各设备。北桥13包含用于控制对主存储器15的访问动作的存储控制器功能、用于吸收CPU11和其它设备之间的数据传输速度差的数据缓冲功能等。主存储器15是作为CPU31执行的程序的读入区域、写入处理数据的作业区域而被利用的易失性RAM。视频控制器17与北桥13相连，具备视频芯片以及VRAM，接收来自CPU11的命令，生成应该描绘的图像文件的图像然后写入VRAM中，将从VRAM读出的图像作为图像数据发送给液晶显示装置(LCD)19。LCD19被容纳在LCD机壳1中。

南桥19与北桥13相连，具备各种周边输入输出设备的接口、PCI总线、PCI-Express总线的端口。在南桥19上连接了音频控制器21以及HDD23等。HDD23除了OS、设备驱动程序以及应用程序等公知的程序以外，还存储本实施方式涉及的散热控制程序。在后面说明散热控制程序的结构。

OS具备表示CPU11的使用率的使用率测量仪(meter)。在Windows(注册商标)中，在任务管理器的性能项目中显示了使用率测量仪。OS可以将CPU11的使用率作为信息传递给其它程序。在此，CPU11的使用率是表示CPU11执行空闲进程这样的特别的空命令，CPU11在不进行操作的待机状态下经过的时间、和执行OS或应用程序等，占用CPU11的时间的某单位时间的比例的信息。CPU11的使用率根据执行的程序的内容以及数量进行变化。当使用率升高时，CPU在每单位时间内进行大量的操作，消耗功率以及发热量增大。此外，在此虽未详细地描述，但CPU11即使是在单一封装内部以多核方式(multi-core type)实质上具备有多个处理器的SMP(Symmetric MultipleProcessor)***的情况下，也可以把各个处理器核同时完全运转的情况当作运转率上限(即100％)，求出整个处理器组的适当的使用率。具体来说，例如在具有两个核的情况下，在一方为完全运转状态、另一方为空闲状态时，使用率为50％。

而且，南桥19经由PCI总线或LPC总线25，与目前笔记本PC10中使用的原有设备或者不要求高速的数据传输的设备相连。在LPC总线25上连接了嵌入式控制器(EC)27、闪速存储器ROM45以及I/O控制器47等。EC27是由8～16位的CPU、ROM、RAM等构成的微型计算机，还具备多通道的A/D输入端子、D/A输出端子、计时器以及数字输入输出端子。在EC27上经由这些输入输出端子连接了散热风扇驱动电路29、温度传感器31以及电源控制器35，可以与CPU11独立地执行笔记本PC10的内部的工作环境的管理所涉及的程序。在EC27的ROM中存储了控制散热风扇33的旋转速度的程序、和记载了基准温度值的热动作表(TAT)60(参照图3)。

在散热风扇驱动电路29上连接了散热风扇33。散热风扇33经由散热器(heat sink)排出取入到***机壳3内部的外部空气，由此对***机壳3的内部进行强制冷却，将各电子设备以及***机壳3的表面维持在允许温度以下。此外，在安装在***机壳3中的电子设备中，CPU11、视频控制器17的视频芯片以及北桥所产生的热量，经由散热管以及散热器被排到外部，其它电子设备所生成的热量通过在***机壳3内部移动的空气流被排到外部。

温度传感器31被设置在与主要电子设备对应的位置以及***机壳3的预定的位置。各温度传感器31作为外设型被配置在成为监视对象的电子设备的附近，或者作为嵌入型而形成在该电子设备的芯片(die)中。监视CPU11以及视频芯片的温度传感器为嵌入型，监视其它电子设备以及机壳表面的电子设备为外设型。在各个电子设备的附近，在主板上安装外设型的温度传感器。

各温度传感器31除了保护对应的电子设备的目的以外，还出于将***机壳3的表面温度维持在预定值以内的目的，用于控制散热风扇33。EC27根据温度传感器31测得的测定温度生成散热风扇33的控制信号，然后发送给散热风扇驱动电路29。散热风扇驱动电路29根据从EC27送来的控制信号，进行散热风扇33的开/关控制以及旋转速度的分阶段的控制。在本实施方式中，散热风扇驱动电路29将散热风扇33的旋转速度控制成超低速旋转、低速旋转、中速旋转、或者高速旋转这4种中的某一种。此外，EC27使旋转速度在相邻的旋转速度之间变化，例如不进行从超低速旋转变化到中速旋转那样的控制。

电源控制器35是控制笔记本PC10的电源的半导体逻辑电路。在电源控制器35上连接DC-DC变换器37。DC-DC变换器37把从AC/DC适配器43或电池41供给的直流电压变换为多个电压，向CPU11以及其它电子设备供电。当把AC/DC适配器43与笔记本PC10连接时，向DC-DC变换器37和对电池41充电的充电器39供电。

闪速存储器ROM45是非易失性的、可以进行存储内容的电气改写的存储器，存储控制I/O设备，管理电源以及机壳内的温度等的***BIOS；以及在笔记本PC10启动时进行硬件的测试、初始化的POST(Power-On Self Test)等。散热控制程序在使CPU11执行SpeedStep或节流时，指定应该设定的工作频率或节流率，通过电源管理驱动器通知给***BIOS。接收到通知的***BIOS，在CPU11的寄存器中设定所指定的工作频率或节流率。在I/O控制器47上连接键盘、鼠标等输入设备49。

图3举例说明TAT60的结构的一部分。TAT60针对每个电子设备记载了用于在超低速旋转、低速旋转、中速旋转、高速旋转之间变更散热风扇33的动作状态的基准温度值。基准温度值由对于各动作状态的允许温度和禁用温度构成，在旋转速度向上升方向变化的情况和向下降方向变化的情况之间形成了迟滞特性。允许温度LTe、MTe、HTe，是在温度传感器的测定温度处于上升趋势的情况下，散热风扇33从旋转速度慢1级的动作状态转移到该动作状态的温度值。禁用温度LTd、MTd、HTd，是在温度传感器的测定温度处于下降趋势的情况下，散热风扇33从该动作状态转移到旋转速度慢1级的动作状态的温度值。

假设对应于CPU11以及电子设备A～D分别设置了温度传感器11T至19T。此外，在笔记本PC10中，不仅在与电子设备对应的位置设置温度传感器，还在与***机壳3的表面对应的位置设置了温度传感器。对应于各温度传感器31设定的基准温度值被设定成，当把各电子设备和对其进行监视的各温度传感器实际安装在***机壳13的内部时，使散热风扇33以尽可能低的旋转速度进行工作，以使***机壳3的预定场所的表面温度不超过预定值。而且，基准温度值被设定成，为使各电子设备不超过临界温度，使散热风扇33以适当的旋转速度进行工作。当电子设备超过临界温度而上升时，笔记本PC10停止工作，或者转移到挂起状态或休眠状态。

EC27在某个温度传感器31所测得的测定温度达到对监视对象电子设备设定的允许温度时，使散热风扇33的旋转速度上升1级，在全部温度传感器31所测得的测定温度下降到对监视对象电子设备设定的禁用温度以下时，使散热风扇33的旋转速度下降1级。具体来说，当机壳内部的温度上升，某个温度传感器31的测定温度达到低速旋转的允许温度LTe时，散热风扇33以低速旋转来工作，当达到中速旋转的允许温度LTe时，以中速旋转来工作，进而在达到高速旋转的允许温度HTe时，以高速旋转来进行工作。

在从散热风扇33进行高速旋转的状态开始，笔记本PC10的负载减小，各温度传感器31所测得的测定温度降低时，散热风扇33在全部温度传感器31的测定温度达到高速旋转的禁用温度HTd时，转移到中速旋转，当达到中速旋转的禁用温度MTd时转移到低速旋转，当达到低速旋转的禁用温度LTd时转移到超低速旋转。

图4表示当EC27根据这样的TAT60控制散热风扇33的旋转速度时的散热风扇33的旋转速度和温度传感器11T所测得的测定温度。在图4(A)、图4(B)中，纵轴表示嵌入在CPU11中的温度传感器11T所测得的测定温度，横轴表示经过时间。在此，表示了在多个温度传感器中，温度传感器11T支配散热风扇33的动作时的情形。线61表示使CPU11执行了测试程序时的测定温度的变化。

在图4(A)中，在时刻t1-t2之间、时刻t3-t4之间、时刻t5-t6之间的时间段，散热风扇33的旋转速度成为中速旋转，在其它时间段成为低速旋转。图4(B)的线63表示使CPU11执行与图4(A)的情况相同的测试程序，将CPU的最大工作频率固定在常规状态的1/3时的测定温度的变化。CPU11的工作频率以及工作电压降低，线63相对于线61向温度降低的方向移动。在图4(B)中，在时刻t7-t8之间，散热风扇33的旋转速度成为中速旋转，在其它时间段成为低速旋转。

当验证这样的测定温度的变化和散热风扇的工作状态时，与CPU11执行复杂的技术计算或图像处理等负载较重的程序的情况不同，在以对话形式使用笔记本PC10的常规的使用状态下，测定温度超过允许温度MTe的状态是暂时性的，不会长久持续，以及在图4(A)的时刻t9和t4之间等，由于风扇控制的迟滞特性，在热平衡方面，尽管散热风扇33可以低速旋转，但仍以中速旋转进行工作成为过冷却状态。过冷却状态成为产生不必要的噪音和消耗功率损失的原因。

另外，在图4(B)中使工作频率降低到1/3的情况下，可知仅在时刻t7-t8之间散热风扇33成为中速旋转，与图4(A)的情况相比，中速旋转的期间缩短，但在测定温度对散热风扇33的旋转速度的上升没有影响的多个时间段中，工作频率降低。本实施方式的散热***利用由于常规地使用笔记本PC10导致CPU11的发热状态进行推移的特征，减轻从散热风扇33产生不必要的噪音以及减轻消耗功率的损失，而且不使CPU11的工作频率降低必要程度以上。

图5是表示本实施方式的散热***的结构的框图。散热***的主要部分由通过CPU11执行的散热控制程序100和以往通过EC27执行的程序构成。散热控制程序100是在OS上运行的应用程序，由用户界面部101、性能判定部103、温度预测部105以及处理能力设定部107构成功能。构成散热控制程序100的各功能块实际上作为散热控制程序、OS、主存储器15以及CPU11等软件和硬件的复合功能来实现。

温度预测部105从EC27的温度测定部61定期地取得各温度传感器31测得的温度信息，针对各温度信息计算温度上升的速度或加速度。此外，以后将温度上升的速度或加速度总称为温度上升速度。温度预测部105具有在TAT60中包含的允许温度HTe、MTe、LTe。温度预测部105根据各温度传感器31所测得的当前的测定温度、允许温度以及温度上升速度，在假定该时刻的温度上升速度持续的情况下，计算直到与某个温度传感器31相关的测定温度超过允许温度HTe、MTe、LTe为止的时间来作为预测时间，将其通知给处理能力设定部107。

测定温度上升意味着CPU11的发热量比散热风扇33的散热量大。并且，当在某个时刻降低温度上升的CPU11的处理能力时，测定温度收敛于由处理能力降低后的CPU11的发热量和散热风扇33的散热量的热平衡决定的温度。因此，在降低处理能力后，测定温度不会立即急剧降低，在达到收敛温度之前的期间，为使测定温度不超过允许温度，需要降低处理能力。

处理能力设定部107根据从OS的使用率测量仪67取得的最近的CPU11的使用率，修正从温度预测部105取得的预测温度，生成新的预测温度。根据图10(A)说明此时的情形。在图10(A)中表示了时刻t0的预测时间tp、修正预测时间tc和针对修正预测时间tc的阈值时间tt1。假设时刻t0的温度上升速度持续来计算温度预测部105生成的预测时间tp，但在时刻t0的CPU11的使用率低的情况下，时刻t0以后使用率上升，测定温度在预测时间tp以内达到允许温度MTe，散热风扇33的旋转速度有可能上升，因此希望通过使用率修正预测时间tp。

在图10(A)中，线81表示在时刻t0，测定温度达到根据时刻t0的温度上升速度计算出的允许温度MTe之前的预测时间tp，线83表示根据时刻t0的使用率修正预测时间tp得到的修正预测时间tc。修正预测时间tc，是通过对预测时间tp考虑预测时的使用率，可以保证测定温度不会在比其短的时间内达到允许温度MTe的时间。

修正预测时间tc例如在预测时的使用率为100％时，可以成为与预测时间tp相等的值，在使用率为X％时，可以成为在预测时间tp上乘以使用率X％而得到的值。此时，通过使性能等级下降作为最小单位的1级，使修正预测时间tc增大以便超过阈值时间tt1，可以不超过允许温度MTe地决定测定温度。结果，处理能力设定部107在修正预测时间tc成为阈值时间tt1以下时，通过将性能等级降低1级，可以将测定温度维持在允许温度MTe以内。具体来说，在时刻t0的性能等级为100％、50％时，分别降低到75％、25％。在使性能等级降低作为最小单位的1级的情况下，可以使用户对于处理能力的降低而感到的不适感最小。

与之不同，处理能力设定部107在预测时间tp成为预定的阈值时间tt2以下时，还可以使性能等级的级数降低n(n＞1)以上，来将测定温度维持在允许温度MTe以下。根据图10(B)说明该情形。图10(B)的线85与图10(A)的线81相同，表示在时刻t0测定温度为T1时，在假定时刻t0的温度上升速度持续的情况下，达到允许温度MTe之前的预测时间tp。由于预测时间tp未考虑使用率，因此，假设没有根据预测时的使用率降低处理能力时的测定温度有可能在比预测时间tp早的时间达到允许温度MTe。

此时通过增加降低的级数，可以得到较大的抑制温度上升的效果。但是，在必要的程度之上增加降低的级数会浪费本来的CPU11的性能，因此不理想。为了在必要的最小限度范围内降低性能等级，处理能力设定部107根据计算预测时间tp的时刻t0的CPU11的使用率，决定降低的级数。即，在计算预测时间tp的时刻t0的CPU11的使用率高时，由于温度以比预测时间tp短的时间达到允许温度MTe的可能性低，因此降低1级使性能等级成为75％，在CPU11的使用率低的情况下，由于温度以比预测时间短的时间达到允许温度的可能性较高，因此可以降低2级或3级使性能等级成为50％、25％。在图10(B)的情况下，与图10(A)的情况相比，降低性能等级时的测定温度接近允许温度MTe，降低性能等级的频度降低，但因为降低时的级数有时在2级以上，因此用户感到处理能力降低的可能性升高。

在任何情况下，处理能力设定部107在从温度预测部105取得的与全部温度传感器相关的预测时间tp在一定值以上、或者是不意味着温度上升的特别的预约值的情况下，判断出在***机壳3的整个范围内散热风扇33的散热量和来自电子设备的发热量平衡、或者散热量较多，测定温度正在降低，将性能等级提高1级。此外，处理能力设定部107在根据修正预测时间tc或预测时间tp判断出不需要降低处理能力，并且判断出也不需要增大处理能力时，维持目前为止的性能等级。如此，处理能力设定部107根据从OS的使用率测量仪67取得的当前的CPU11的使用率和从温度预测部105取得的预测时间tp，判断是否需要向增加方向或降低方向变更当前的性能等级来变更性能等级，当没必要变更时，维持此时的性能等级。

处理能力设定部107在变更性能等级时，经由电源管理驱动器，在***BIOS中写入用于在CPU11的寄存器中执行的性能等级的设定值。把处理能力设定部107根据预测温度将测定温度维持在允许温度以下的处理，称为性能调整处理。此外，在性能调整处理中并非必须使用CPU11的使用率。

处理能力设定部107根据各温度传感器31测得的各个温度，判断是否需要向增加方向或降低方向变更当前的性能等级，在关于某个温度传感器的测定温度判断为向降低方向变更性能等级时，降低性能等级，另外，在关于全部温度传感器的测定温度判断为向增加方向变更性能等级时，增加性能等级。用户界面部101通过LCD19向用户提供设定画面，以便调整根据各用户的个性或此时的操作状况进行变化的处理能力和寂静性的平衡位置，使用户得到最大的舒适度。

性能判定部103从处理能力设定部107最初开始进行性能调整处理的时刻起，开始计算性能特性值。性能特性值是将进行性能调整处理的期间的处理时间的延迟程度进行数值化后的值。可以根据降低处理能力的级数和性能调整处理的持续时间这两个因素来计算性能特性值。例如，在各性能等级Pn中把CPU11进行工作的时间设为ty时，可以通过Pf＝∑(100-Pn)×ty来计算性能特性值Pf。图9表示性能特性值的计算例。处理能力降低越大，此外持续时间越长，性能特性值越成为大的值，反映处理时间的延迟。

性能判定部103在性能特性值达到预定的阈值时，向处理能力设定部103发送用于使散热风扇33的旋转速度上升的性能优先命令。性能判定部103当通过处理能力设定部107从旋转速度设定部63取得旋转速度已增大的通知时，对性能特性值的计算进行复位，然后在开始进行性能调整处理的时刻重新开始计算性能特性值，同样地生成性能优先命令。而且，性能判定部103当从处理能力设定部107取得表示CPU11在常规状态下进行工作的时间持续了预定时间的信息时，对性能特性值的计算进行复位，然后在开始进行性能调整处理的时刻再次开始计算性能特性值，同样地生成性能优先命令。这是因为考虑了在性能调整处理中断预定时间的情况下，即使对性能特性值的计算进行复位，也不会对用户的舒适度造成影响。

可以通过用户界面部101提供的设定画面，由用户设定针对性能特性值的阈值。用户在针对当前的性能调整处理，想要使性能更加优先时，可以降低阈值使性能调整处理较早地结束，在想要使寂静性更加优先的情况下，可以提高阈值使性能调整处理的期间较长地持续。用户界面部101把用户设定的阈值发送给性能判定部103。RTC65是在笔记本PC10中安装的实时时钟，向性能判定部103供给时间信息。

处理能力设定部107，当从性能判定部103取得性能优先命令时，中断性能调整处理，使此时的性能等级恢复到最大的100％。若CPU11的负荷不变化，则测定温度即将超过允许温度，因此，EC27的旋转速度设定部63使旋转速度增加1级。处理能力设定部107，在取得性能优先命令以后从旋转速度设定部63取得旋转速度上升的通知时，对性能优先命令进行复位，在上升后的旋转速度下再次进行性能调整处理。此外，在中断性能调整处理来使性能等级恢复时，不一定需要像上述那样使其恢复到100％，当此时的发热量相对较大时，可以进行例如将到此为止为25％的等级恢复到75％的调整。由此，可以应对在短时间内一口气超过增加1级的下一旋转速度下的允许温度(例如HTe)的急剧的温度上升。

EC27的温度测定部61把从各温度传感器31取得的信号变换为数字的温度值。温度测定部61向温度预测部105和旋转速度设定部63传输温度值。旋转速度设定部63根据从温度测定部61取得的温度值和在TAT60中设定的阈值，向散热风扇驱动电路29发送信号，控制散热风扇33的旋转速度。散热风扇33在散热风扇驱动电路29的控制下，以预定的旋转速度进行工作。如此，EC27根据温度传感器31测得的测定温度控制散热风扇33的旋转速度的处理，称为散热量调整处理。

散热控制程序100构成通过变更CPU11的性能等级使散热量变化来控制***机壳3的内部温度的性能***的温度控制构造。另一方面，构成EC27根据温度传感器31测得的温度和TAT60的阈值调整散热风扇33的旋转速度，由此控制***机壳3的内部温度的强制冷却***的温度控制构造。构成性能***的散热控制程序100由CPU11执行，因此仍有可能受到CPU11执行的其它程序的影响而动作暂时变得不稳定。构成强制冷却***的温度测定部61、旋转速度设定部63以及TAT60由EC27的固件构成，独立于CPU11地发挥作用。

即，强制冷却***与性能调整处理无关，仅根据温度传感器31和TAT60的值来控制散热风扇驱动电路29，因此，即使由于任何原因，性能***的工作临时变得不稳定，也可以将***机壳3的温度维持在安全范围内。另外，散热控制程序100是CPU11执行的程序，因此可以容易地进行修正，并且因为在强制冷却***中是重叠层次的构造，因此不需要对强制冷却***进行变更。

图6是表示图5所示的由性能***和强制冷却***这两个温度控制构造构成的散热***控制笔记本PC10的***机壳3内的温度的步骤的流程图。在块201中，散热风扇33通过强制冷却***的散热量调整处理以某个旋转速度进行旋转。在散热风扇33进行高速旋转的情况下，旋转速度不进一步上升，但还可以将***成为关机时的温度作为阈值温度来进行性能调整处理。温度预测部105从温度测定部61定期地取得各温度传感器31所测得的温度值，例如在每个为2秒钟的一定时间计算测定时刻的预测时间，然后通知给处理能力设定部107。

处理能力设定部107从旋转速度设定部63取得与当前的旋转速度相关的信息，执行性能调整处理。CPU11执行由用户指定的程序以及由***决定的程序，进行由性能等级和使用率决定的量的发热。处理能力设定部107，在块203中判断出需要降低处理能力时，在块205中采用参照图10说明的某个方法降低性能等级。处理能力设定部107在块207中判断出需要增大处理能力时，在块209中增大性能等级。性能判定部103在块211中判定性能特性值是否超过了阈值，在超过了阈值时，在块213中使CPU11恢复到常规状态。

在块215和块217中，强制冷却***独立于性能***，根据温度传感器31测得的测定温度执行散热量调整处理。然后，当某个温度传感器31所测得的测定温度超过TAT60的允许温度时，在块219中使散热风扇33的旋转速度上升1级，当全部温度传感器31所测得的测定温度低于TAT60的禁用温度时，在块221中使散热风扇33的旋转速度下降1级。在块217、219、221以后，返回块203，性能***根据与新的旋转速度相关的允许温度开始性能调整处理。

图7表示执行图6的步骤时的性能调整处理的一例。图7中横轴是经过时间，纵轴是嵌入在CPU11中的温度传感器11T表示的测定温度。在图7中，从时刻t0到时刻t9进行性能调整处理。在此期间，处理能力设定部107判断出需要降低性能等级时的判断由温度传感器11T支配。在时刻t0以前，散热风扇33以低速旋转进行工作，不进行性能调整处理，CPU11在常规状态下进行工作，但来自CPU11的发热量和低速旋转下的散热量的热平衡被打破，温度传感器11T的测定温度上升。

在时刻t0，温度预测部105计算时刻t0的温度T0达到允许温度MTe的时刻t0x之前的时间，来作为预测时间tf0。处理能力设定部107对预测时间tf0应用CPU11的使用率来计算修正预测时间，并与阈值时间进行比较。结果，处理能力设定部107判断出修正预测时间比阈值时间短，将CPU11的性能等级降低1级，设定为75％。由于根据时刻t1、t2的预测时间tf1、tf2计算出的修正预测时间分别比阈值时间短，因此处理能力设定部107在时刻t1、t2将CPU11的性能等级每次降低1级，设为50％、25％。此外，在时刻t1、t2，由于在前面的时刻t0、t1性能等级分别降低了1级，因此温度上升速度变慢，预测时间tf1、tf2变得比预测时间tf0、tf1长，但都比阈值时间短，因此处理能力设定部107判断出需要降低性能等级。

由于根据时刻t3、t4、t5的预测时间tf3、tf4、tf5计算出的修正预测时间分别比阈值时间长，并且不是增加性能等级的程度，因此处理能力设定部107在时刻t3、t4、t5不变更CPU11的性能等级而维持25％。在时刻t6，处理能力设定部107识别出测定温度平衡或正在下降，将性能等级提高1使其成为50％。由于根据时刻t7的预测时间tf7计算出的修正预测时间比阈值时间长，因此处理能力设定部107在时刻t7不变更CPU11的性能等级而维持50％。

性能判定部103在时刻t0处理能力设定部107开始进行性能调整处理后，开始计算性能特性值。性能特性值随着性能调整处理持续的时间而增加。降低的级数越大，性能特性值的增加率越高。在时刻t8，性能特性值达到预定的阈值，因此性能判定部103向处理能力设定部107发送性能优先命令。取得性能优先命令的处理能力设定部107在时刻t8使性能等级返回100％，使CPU11恢复到常规状态。

当性能等级返回100％时，温度传感器11T的温度收敛于由低速旋转下进行工作的散热风扇33的散热量、和处理能力未降低的CPU11的发热量而决定的温度。在此例中，常规状态下的CPU11的发热量超过了散热量，因此在时刻t9，测定温度达到允许温度MTe，因此强制冷却***将散热风扇33的旋转速度上升1级，使其在中速旋转下进行工作。在时刻t4和时刻t5之间，CPU11成为空闲状态，如果使测定温度下降到禁用温度LTd，则旋转速度设定部63将散热风扇33的旋转速度下降1级，使其转移到超低速旋转。如此，性能***根据预测温度来控制CPU11的性能等级，以便在性能调整处理期间，温度不超过允许温度MTe，并且CPU11以最大的性能等级来进行工作。

图8说明利用测试程序来执行图7的步骤时的温度传感器11T所测得的测定温度和性能等级的推移。图8(A)表示仅使强制冷却***发挥作用的情况，图8(B)表示使强制冷却***和性能***发挥作用的情况。在图8(A)中，CPU11的发热量如整个期间ta中的期间条形图所示的那样变化，但由于不进行性能调整处理，因此线201所示的测定温度在3个地方超过了允许温度MTe，在强制冷却***的控制下，散热风扇33的旋转速度每次都变化为中速旋转。

在图8(B)中执行了与图8(A)相同的测试程序，但由于进行了性能调整处理，因此线203表示的测定温度不超过允许温度MTe。此时，对应对CPU11进行的处理能力的变更，CPU11的发热量变化。因为在期间tb使处理能力降低，因此发热量的上限下降，与之相应发热量也降低，因为在期间tc使处理能力增加，因此发热量的上限上升，与之相应发热量也增加。

由此，在性能调整处理中，在CPU11的操作增加，测定温度开始上升的期间tb暂时降低处理能力，把应该在处理能力降低的期间处理的操作的一部分移动到操作较少的后续的期间tc，抑制了测定温度的峰值。本发明协调折衷的CPU11的处理能力和散热风扇33的寂静性，来给用户提供最大的舒适度。

舒适度根据用户的个人差异以及此时的操作状况而变化。在本发明中，在用户界面部101提供的设定画面中由用户调整阈值，选择将性能优先还是将寂静性优先，可以针对每个用户进行细致的协调点的调整。具体来说，用户在想要使性能优先的情况下将阈值设定得较小，在性能特性值较小的阶段可以使散热风扇33的旋转速度上升。用户在想要使寂静性优先的情况下，将阈值设定得较大，可以在性能特性值增大之前持续进行性能调整处理。

在本发明中表示了通过CPU11进行处理能力调整的例子，但也可以通过视频芯片等其它的处理器来进行SpeedStep或节流。此时，可以利用CPU11以及视频芯片或其中的某一方来进行性能调整处理。另外，如果散热风扇33是构成参照图5说明的强制冷却***的散热风扇，则可以在***机壳3中设置多个。

至此，根据附图所示的特定的实施方式说明了本发明，但本发明并不限于附图所示的实施方式，只要达到本发明的效果，当然可以采用此前已知的任何结构。

Claims (16)

1. 一种散热***，其容纳在计算机的机壳内，其特征在于，具有：

处理能力可变的处理器；

散热风扇；

温度传感器；

旋转速度设定部，其根据阈值温度和所述温度传感器测得的测定温度，分阶段地变更所述散热风扇的旋转速度；以及

性能控制部，其在根据所述测定温度和所述阈值温度判断出所述测定温度将要在预定时间内超过所述阈值温度时，降低所述处理器的处理能力，

其中，所述性能控制部包含：

温度预测部，其根据所述测定温度、所述测定温度的上升速度和所述阈值温度，计算在维持当前的处理能力的情况下，所述测定温度超过所述阈值温度之前的预测时间；以及

处理能力设定部，其根据所述预测时间变更所述处理器的处理能力；

其中，所述处理能力设定部具体用于，生成根据所述处理器的使用率修正所述预测时间而获得的修正预测时间，根据所述修正预测时间使处理能力降低最小单位量。

2. 根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，

所述处理能力设定部根据所述预测时间执行处理能力的降低、维持或增大中的某一种。

3. 根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，

所述处理能力设定部根据所述预测时间和所述处理器的使用率，决定处理能力的降低量。

4. 根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，

具有性能判定部，其根据所述处理器的处理能力低于所述处理器常规状态下的时间和所述处理器的处理能力的降低量计算性能特性值，向所述处理能力设定部发送性能优先命令，所述处理能力设定部根据所述性能优先命令，使所述处理器恢复为常规状态或者以常规状态为基准的状态。

5. 根据权利要求4所述的散热***，其特征在于，

具有用户界面部，其生成由用户输入阈值的设定画面，并将所述阈值发送到所述性能判定部，所述阈值用于根据所述性能特性值生成所述性能优先命令。

6. 根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，

所述温度预测部计算与所述旋转速度设定部变更所述散热风扇的旋转速度后的新的阈值温度对应的新的预测时间，

所述处理能力设定部根据所述新的预测时间变更所述处理器的处理能力。

7. 根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，

所述阈值温度由第1阈值和第2阈值构成，

所述第1阈值成为使所述散热风扇的旋转速度从第1旋转速度上升到比该第1旋转速度快的第2旋转速度的基准，

所述第2阈值是使所述散热风扇的旋转速度从所述第2旋转速度下降到所述第1旋转速度的基准，所述第2阈值比所述第1阈值小。

8. 根据权利要求1所述的散热***，其特征在于，

将所述阈值温度设定为把所述计算机的机壳温度抑制到预定值以下。

9. 一种计算机，其特征在于，

安装有权利要求1至8的任意一项所述的散热***。

10. 一种散热方法，其是在机壳内设置有处理能力可变的处理器、散热风扇和温度传感器的计算机中的散热方法，其特征在于，具有以下步骤：

所述温度传感器测定温度的步骤；

根据阈值温度和所述温度传感器测得的测定温度，所述计算机分阶段地变更所述散热风扇的旋转速度的步骤；

所述计算机根据所述测定温度和所述阈值温度，判断所述测定温度是否将要在预定时间以内超过所述阈值温度的步骤；以及

当判断为将要超过所述阈值温度时，降低所述处理器的处理能力的步骤，

其中，根据所述测定温度、所述测定温度的上升速度和所述阈值温度，计算在维持当前的处理能力的情况下，所述测定温度超过所述阈值温度之前的预测时间；以及

根据所述预测时间变更所述处理器的处理能力；

其中，根据所述预测时间变更所述处理器的处理能力具体包括：

生成根据所述处理器的使用率修正所述预测时间而获得的修正预测时间，根据所述修正预测时间使处理能力降低最小单位量。

11. 根据权利要求10所述的散热方法，其特征在于，

所述进行判断的步骤根据所述阈值温度、所述测定温度和所述测定温度的上升速度来进行判断。

12. 根据权利要求11所述的散热方法，其特征在于，

具有当判断为未达到所述阈值温度时增加或维持所述处理能力的步骤。

13. 根据权利要求12所述的散热方法，其特征在于，还包括：

所述计算机根据所述处理能力降低的时间和处理能力降低的程度，计算性能特性值的步骤；以及

根据所述性能特性值，使所述处理器恢复到常规状态的步骤。

14. 根据权利要求13所述的散热方法，其特征在于，还包括：

所述计算机从用户取得针对所述性能特性值的阈值的步骤。

15. 根据权利要求12所述的散热方法，其特征在于，

针对每个变更后的旋转速度，根据新的阈值温度执行所述进行判断的步骤、所述降低的步骤、和所述增加或维持的步骤。

16. 一种计算机，其特征在于，在所述计算机的机壳内安装有处理能力可变的处理器、嵌入控制器、散热风扇和温度传感器，

所述温度传感器用于测定温度；

所述嵌入控制器用于根据阈值温度和所述温度传感器测得的测定温度，分阶段地变更所述散热风扇的旋转速度；

所述处理器用于根据所述测定温度和所述阈值温度，判断所述测定温度是否将要在预定时间以内超过所述阈值温度；以及

当判断为将要超过所述阈值温度时，降低所述处理器的处理能力，

其中，根据所述测定温度、所述测定温度的上升速度和所述阈值温度，计算在维持当前的处理能力的情况下，所述测定温度超过所述阈值温度之前的预测时间；以及

根据所述预测时间变更所述处理器的处理能力；

其中，根据所述预测时间变更所述处理器的处理能力具体包括：

生成根据所述处理器的使用率修正所述预测时间而获得的修正预测时间，根据所述修正预测时间使处理能力降低最小单位量。