蜂鸟与科技散热:从自然到人工的散热智慧

来源: 果壳

发布日期: 2019-05-24

本文探讨了蜂鸟在高速飞行中的散热机制,并将其与现代科技产品,特别是智能手机的散热技术进行了比较。文章指出,蜂鸟通过自然选择和进化,发展出了高效的散热方式,而现代科技产品如智能手机也在不断创新散热技术以应对高性能带来的热量问题。

蜂鸟是全世界最小的鸟类,但飞行速度极快。根据种类的不同,蜂鸟飞行时每秒钟能拍打翅膀12到80次。但不像人类可以通过空调瞬间降温,蜂鸟(鸟类)不仅没有汗腺,在飞行时连个电扇都没有。比如红喉北蜂鸟能凭借其7厘米长、4克重的身躯,不间断飞行20小时,跨过宽度接近1000公里的墨西哥湾——想想就已经开始流汗了。

当蜂鸟的身体长时间保持着高速运动,它们的心跳大致可以达到每分钟五六百次,相比其他鸟类,蜂鸟身体内部会产生更大的热量。它们必须想办法释放这些热量,否则身体就会过热而影响正常的生理机能。

不过,到了2015年可能终于有研究团队开始关心蜂鸟到底飞得热不热了。通过研究星蜂鸟(Selasphorus calliope)的散热特点,人们发现蜂鸟可以根据飞行速度主动调节散热方式,而且蜂鸟飞行时的主要散热区域是头侧的眼周、两翼基部的关节轴和脚趾。

当蜂鸟在悬停和低速飞行时,它们甚至还会把脚伸出来以进一步增加散热效率;而高速飞行时(10~12m/s),它们则会把脚缩回去以降低风阻,这时眼部以及腋下关节处则成为主要散热位置。

当然不论大鸟小鸟都是自然的造物,但对于科技来说目前很大一部分产品都在进行着“蜂鸟化”。大家可以看看世界上第一台计算机的设计概念——由蒸汽和齿轮驱动的“分析引擎”。

计算机的体积每年都在变小变薄,这正符合1965年英特尔公司大佬戈登·摩尔提出的一条“铁律”:每两年芯片中元件的数量都会增加一倍,性能也会提升一倍。所以越来越多的公司都开始将芯片元件做得越来越小,但同时越来越小的芯片本身也得以被用在手机、手表这样更小的电子设备中,让人类生活变得愈发智能、舒适。

但芯片和电子元件的物理堆叠和更加高性能的算力提升,内部元件功耗也大,让智能电子产品每分每秒都产生着巨大的热量,这对散热又抛出了严苛要求。为了解决内部高温问题,像IBM的超级计算机就采用了水冷的方法。在处理器内有许许多多的孔道让液体流入,从而将核心温度降至85摄氏度以下。

但计算机还不够“蜂鸟”,随着性能的日益提升,手机在拍照、文档处理、视频编辑和高精度游戏等方面日渐全能。再加上时刻不离手的“人肉保温”,手机往往成为了一个行走的热源。但是过高的温度不仅会对内部元件的运行产生负面影响,还会对电池等重要零部件造成致命的损伤。尤其像在追求性能的道路上越走越远的手机,散热是一个大坎。

比如最近刚刚上市的OPPO Reno 10倍变焦版,高性能芯片在长时间的拍照,高强度的游戏,连续的办公的同时,消耗的功率是跟性能成正比的。手机本身AI性能是上代旗舰芯片的3倍,再加上最高8GB的运行内存……总之,强悍的性能也给手机散热带来了挑战。不过OPPO Reno既然有能力将性能水准拔高到这样的水准,自然在散热方面也留足了后路。

导热凝胶、铜管液冷和石墨片的散热三部曲,尽可能地让手机即使火力全开,也要keep calm and carry on。

在生物界,蜂鸟的独特存在是自然选择的结果,这对于恒温动物而言看似离谱的运动频率,经过千万年的进化,蜂鸟已经在飞行-散热-飞行的技术上越发成熟;而在人类文明攀升的螺旋阶梯上,每一个科技突破还需要人为去创新、测试,才会带来技术的进步。

利用导热凝胶、铜管液冷和石墨片来散热只是OPPO Reno 10倍变焦版在升级道路上为平衡性能提升所提供的一种优质解决方案,或许今后还有更先进的科技有待探索,但至少现在,OPPO Reno 10倍变焦版不会让你感到烫手。

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