為了展現能為PC提供更高效能和更佳電源效率的市場定位，Intel在今年的Computex Taipei 2006中發表了新的P965 Express晶片組。此晶片組工作代號為Broadwater，它除了支援Intel採用雙核心運算的新核心微架構（Core Microarchitecture），同時也應用了Intel最新的SST（Simple Serial Transport）匯流排技術，由於它可用來量測運算次系統的健全狀態（包括溫度和電壓），因此也可稱為系統健全狀態匯流排（System Health Bus）。與SMBus相較之下，單線的SST匯流排能為PC中的系統控制及管理資訊工作提供更快速的通訊傳輸效能。

對於新匯流排的需求

傳統的SMBus在使用上有三大缺點，包括傳輸速度太慢、噪訊問題嚴重以及傳送的資訊不夠充分。SST提出的目的即是針對SMBus的這些問題做出改善，進而能提供系統等級的溫度管理方案。

在傳輸速度上，支援CPU的匯流排正朝網路化的架構發展，而且被要求能以更高的速度及更大的彈性來進行傳輸。目前SMBus的操作時脈頻率是100KHz或400KHz，所能達到的傳輸速率遠低於1Mbps的最低需求。

雜訊問題方面，SMBus的雜訊問題會造成訊息錯誤（message corruption）。SMBus的誤碼率（bit error rate；BER）相當高，錯誤的產生和時脈頻率及終端裝置的數量是有關連的。

在資訊的準確性上，SMBus是一個單位元組（single-byte）協定，在每個傳送序列的晶片位址和暫存器指標（register pointer）位址資料中，所能接收的承載資料（payload）是一組單位元組的資料。如果要改善傳輸訊息的效益，需要發展一套讓單一訊息中具有讀寫多位元組能力的新協定。

SST在以上三個問題點都做了改善，Intel同時也為PC和伺服器、工業感測網路和可攜式產品等其他應用到處理器的產品，在溫度管理與風扇控制方面開創了一套新的方案。

SST如何工作

SST是一個用於系統溫度管理的單線序列傳輸協定，以1.5V操作，在目前的建置下具有1Mbps的資料傳輸率。如(圖一)所示，Intel的2006年平台是由具有溫度感測器的記憶體通道控制器（Memory Channel Controller；MCH或(G)MCH）、輸入輸出通道控制器（I/O Channel Controller；ICH8）和溫度感測器所組成的[2]。

單線SST協定是以時間為基礎。舉例來說，25％的工作週期（duty cycle）代表「0」，75％的工作週期代表「1」。由於不知道時脈頻率，主機（host）會在傳送開始時產生一個短序列（short sequence）來表示三個「0」。SST和SMBus相似，是一套網路由一個主裝置（master）對多個子裝置（slave）來運作，當slave接收到0的short burst時，會將它解譯為25％的工作週期。此作法和其他的單線作法沒有很大的不同，但這是已採行方案中最快的作法。它能達到2Mbps的速度，但現在的應用速度是1Mbps。每個設備可採行的速度最大可達2Mbps，最低到2Kbps，也就是它能提供1：1000的操作速度範圍。

SST的位址腳位（address pin）有三種狀態，每個腳位可以是高腳位或低腳位連結，或是浮動的（floated），所以每個腳位有三種位址。相較之下，SMBus所使用的腳位只有二種狀態。雖然SMBus和SST同樣都定義了位址腳位，不過，SST讓每個腳位有三種位址的架構改善了對有限腳位資源的利用。

《圖一　SST的架構包括記憶體通道控制器（MCH）、I/O通道控制器（ICH8）和外部溫度感測器》

ICH8的SST匯流排在多個溫度感測器之間進行傳輸。雖然稱為溫度感測器，還具有額外的訊號調節（signal conditioning）和處理能力。現在只有兩個感測器在平台上，上面的感測器連結到CPU內的溫度二極體；第二個溫度感測器位於下方，它會量測電壓和散熱器下游的空氣溫度（也就是位於一般位置的機盒內空氣）。

MCH中的管理引擎（Manageability Engine；ME box）是一個執行Flash記憶體晶片中程式碼的微控制器，其中也包括BIOS程式碼。量測到的溫度和驅動風扇的PWM輸出是由這些軟體所產生的。ME可為Intel的靜音系統技術（Quiet System Technology）執行先進速度控制演算法（advanced speed control algorithms），此外，ME中的記憶體位置為風扇的操作提供了系統配置參數。

平台環境控制介面（Platform Environmental Control Interface；PECI）也是一種單線序列匯流排，它是SST的一種專屬性延伸技術。這個匯流排支援處理器數位溫度計（Digital Thermometer；DT），並以CPU 終端電壓（Vtt）在運作。這個CPU的內部數位溫度計會透過PECI介面指示晶片的溫度，或將溫度值提供給內部的風扇速度控制系統。PECI和DT的詳細內容將在此系列的下篇文章中討論。

ICH8風扇控制有三種脈寬調變（PWM）輸出。在預設狀況下，輸出的驅動很低，此時風扇是停止的，直到以下的情況發生：內部看門狗計時器的時間到了（預設值是4秒）、系統從韌體程式PWM控制暫存器得到輸入訊號，或PWM的極性反轉，它的輸出是一個有5V 容忍度的開路迴路。ICH8有四組TACH輸入來監控最多四台風扇，輸入值最高可達3.3V，並具有DC滯後作用（hysteresis）和數位濾波功能。

這個新架構強調透過先進演算法來改善系統的噪音，此作法能減少需改變速度的風扇數目，並能更有效地運用風扇和額外的感測器。如(圖二)所示，整合到最新Intel處理器中的處理器數位溫度計會被運用到此系統中，圖中的TD表示溫度二極體（thermal diode）。此外，由於允許獨立風扇被移出並採用小型化的造型設計，此設計能降低對空間的需求。

《圖二　SST和PECI將數位溫度計（DT）和溫度二極體（TD）的數據傳送到ICH8，以進行風扇控制》

任何一個SST上的傳送資料包括寫入（write）的部分和讀取（read）的部分，host進行寫入動作並讀取從slave傳來的數據。在一個訊息動作裏，終端裝置應該會對數據有所反應。當host發出如GetIntTemp()的指令時，就會傳回溫度感測器的內部溫度。寫入數據（Write Data）的長度是0x01，讀取數據（Read Data）的長度是0x02，而指令程式碼（Command Code）是0x00。在(圖三)所示的範例中，溫度感測器裝置位於0x48這個位址的匯流排數據傳回了60°C的溫度值。

《圖三　取得內部溫度（GetIntTemp()）指令範例》

其他的SST指令包括，用來讀取設備標識區塊（Device Identifier Block；DIB）的GetDIB() 指令（0xF7）、Ping()指令、ResetDevice()指令、GetExtTemp()，和GetAllTemps()以及選擇性的SST指令，如Alert()、Suspend()。具有電壓監控功能的溫度感測器會回應其他的指令，包括：GetVolt12V()、GetVolt5V()、GetVolt3p3V()、GetVolt2p5V()、GetVoltVccp()和GetAllVoltages()，以及一些廠商專屬的指令。

不同協定的整合、相對於傳輸頻率的訊息大小改善，以及每個訊息封包中訊框檢查序列（frame check sequence；FCS）的可用性等，都是針對SMBus的雜訊問題所提出的改善作法，因此，SST的誤碼率比起SMBus來說好很多。

處理系統資料

為了對新的匯流排建置進行支援，Intel已為電路板製造商開發了組態（configuration）、flash image工具和SPI Flash Programmer程式軟體。系統整合設計師可運用Intel開發的調校工具來進行微調，以獲得最佳化的設定。在最佳化的程序中，每個風扇都針對個別的感測器進行最佳化的調校。為了降低噪音的狀況，會盡量使用安靜的風扇，而非吵雜的風扇，因此，當處理器的負擔沈重時，穩態（steady state）下的聲功率（sound power）可以降低[3]。

目前的應用

已有不少產品根據SST匯流排的定義被開發出來，它們都能提供架構中所定義的額外溫度感測器。如(圖四)所示，SST匯流排能為不同的建置方式提供彈性的作法。相較於SMBus，只要為具有溫度感測和電壓監控能力的單一溫度感測器增加最少的硬體，SST就能獲得明顯改善的量測能力。

《圖四　Intel針對PC溫度及電壓量測提出的架構》

(圖五)顯示二個溫度感測器的範例，他們是整合式的溫度感測器，能為CPU內部及外部感測器進行訊號調節，並能使用SST匯流排的傳輸能力。兩個感測器之間的差異在於aSC7531同時具有溫度和電壓輸入，aSC7521則只有溫度輸入；不過，aSC7521有二個位址腳位（address pin），而aSC7531只有一個。

《圖五　用來處理系統溫度資訊的兩種不同解決方案：(a)只用於溫度處理的IC，以及(b)同時用於溫度處理和電壓監控的IC》

圖五的兩顆IC都能在50°C到70°C之間為遠端感測器提供±1°C的準確性，並在40°C to 70°C之間為它的內部感測器提供±2°C的準確性。就-40 to 125°C的整個操作範圍來說，兩種感測器的讀取能提供最大達±3°C的準確性。

未來的系統強化

在SST匯流排的建置發展下，採用新匯流排技術的桌上型或膝上型電腦將會更為可靠、安靜，也能提供更高的效能。不過，傳輸的需求並不只限於溫度和電壓。SST因讓更多的元素可以連結到網路中，進而讓熱量及噪音的管理表現能獲得更大的改善；這些元素包括系統中關於熱量管理的其他參數，例如風扇速度控制或風扇轉速（rpm）的讀取。

所量測的電壓可以位於系統的任何地方，例如電源供應器或主機板上；同樣的，溫度的感測也可以在系統中的任何地方，包括在電源供應器中，或風扇本身（量測流入空氣溫度）。驅動器等其他元件則可以依循協定和匯報的程式碼來進行操作。當溝通管道被建立起來後，任何數據都能夠被傳輸，而且可以是各種型式的數據。

為了解決與SMBus相關的許多問題，SST網路協定已放入Intel的生產計畫中，不久後我們將聽到採用的系統製造業表示，系統的熱量管理和風扇的噪音降低等議題都基於SST的能力而獲得了改善。（作者為Andigilog產品應用工程師）

（本專欄系列將介紹如何從桌上型電腦及可攜式電腦中移除熱量及減低噪音的技術原理及解決方案，接下來的系列將陸續介紹：PECI和CPU數位溫度計、智慧型系統控制、電源供應器中的SST，以及智慧型風扇，敬請期待）

延 伸 閱 讀

SMbus最早是由Intel提出來的，現在由SBS管理維護這一個規格，此規格是用Philips的I2C簡化而來；SMbus是由兩條訊號所組成的一種匯流排，是為了在系統上較慢速的裝置及電源管理裝置之間的溝通使用，使系統可取得這些裝置的製造廠商型號，一些控制資訊、錯誤訊息及狀態。相關介紹請見「SMbus－－System Management Bus」一文。 雖然在許多層面上MCU與MPU難有明確分際，但若反過來問：MCU與MPU的明顯分際為何？對此這樣的問題，答案可能會在整合度上，MPU求取較高的運算力、較豐富的硬體資源，及硬體架構組態上的設計彈性，所以整合度較鬆，相對的MCU則是以整合度為第一優先，盡可能將運算、記憶、介面等一併容納，資源與彈性反成次要考量。你可在「微控制器基本功效解讀」一文中得到進一步的介紹。 不管是桌上型PC、筆記型電腦或其他終端產品，功能愈來愈複雜、尺寸愈來愈小，致使散熱技術要求愈來愈高。Andigilog是美國新創公司，專事控溫IC設計，總裁暨執行長Bill Sheppard表示，將散熱管理提升到智慧型系統控制是公司發展方向，也是趨勢。在「PC散熱需求旺　智慧型系統控制新趨勢」一文為你做了相關的評析。

市場動態

凌力爾特（Linear Technology Corporation）發表一款快速的智慧型電池充電控制器LTC4101，其能以與主微控制器搭配、或不需主微控制器的方式操作，此IC相容於Rev. 1.1 SMBus規格，並符合智慧型電池系統（SBS）Level 2充電功能的需求。相關介紹請見「凌力爾特推出無需微控制器的快速4A單顆鋰離子SMBus 電池充電器」一文。 美商亞德諾（Analog Devices；ADI）推出一系列的數位溫度和電壓偵測器，適用於採用Simple Serial Transport（SST）匯流排的桌上型電腦和工作站。結合ADI在轉換器和電源管理技術的ADT748x偵測器系列，採用一組10位元類比數位轉換器（ADC），能提供可靠的高速環境管理匯流排所需要的溫度和電壓水準通訊工作。 你可在「ADI新型數位溫度/電壓偵測器支援SST匯流排」一文中得到進一步的介紹。 華邦電子針對Intel 新發表的946、965晶片組、以及AMD的 M2平台，開發出採用LPC介面的新款輸出輸入晶片（I/O）－W83627DHG，具有高整合度及強大的功能，可符合2006年甚至2007年新世代主機板的各項要求，目前W83627DHG已經獲得主要主機板廠的認證與使用。在「華邦電子推出新款採用LPC介面之輸入輸出控制晶片」一文為你做了相關的評析。