PS5選擇「液態金屬導熱體」的真正目的在於降低成本

機界原種

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機界原種 2020-10-20 11:09:54
在不久前,索尼互動娛樂(SIE)公佈了旗下最新世代的遊戲機PlayStation 5的主機拆解視頻,由PS5的結構設計・熱設計的負責人鳳康宏進行拆解、展示並解說。在拆解視頻中,PS5散熱最大的亮點在於將主處理器(SoC)的熱量傳導到散熱片的熱導體(TIM)所採用的液態金屬。「我們非常希望使用以液態金屬製成的熱導體,對此我們需要做好充分的準備與決心」。本次,日經科技公佈了對鳳康宏的採訪,將進一步講解PS5散熱系統的優點。



鳳康宏(Otori Yasuhiro)

索尼互動娛樂硬件設計部門 機械設計部 **
  1993年畢業於東京理科大學工學部機械工學科,加入株式會社Ricoh,從事復印機的設計工作。1998年加入索尼電腦娛樂(現索尼互動娛樂),從事PS2、PS3、PS4、toio的設計工作。


為了壓低成本而採用了液態金屬

  在此前的PS5發佈會上,索尼互動娛樂宣佈將推出搭載Ultra-HD光驅的標準版PS5與不搭載光驅的PS5 Digital Edition,分別定價499.99美元/399.99美元。而本次對PS5散熱設計,成功地讓遊戲機的生產成本大大降低,讓PS5能夠以這一價格推出。
  成功降低成本的最大原因,正是前面提到的利用了液態金屬這一材料的熱導體。如果PS5不使用液態金屬熱導體來散熱的話,遊戲機的本體會比現在更大、價格更貴,散熱風扇的聲音也會更響。根據鳳康宏的描述,在進行遊戲時的風扇聲音的大小雖然視情況而定,但總體來說PS5比PS4更加安靜。



  說到選擇液態金屬熱導體的原因,PS5的SoC在運作時的頻率非常高、但它的晶粒卻很小。除了晶粒的尺寸,PS5的SoC在進行遊戲的時候基本能在滿功率下運作,所以進行遊戲時的發熱量與TDP值(熱設計功耗)基本一樣。對比PS4來看,PS4的SoC很少能夠在最大功率下運行,即使在進行遊戲的時候也達不到TDP值的發熱量。結果是PS5的SoC的晶粒熱密度非常高,要遠遠超過PS4。
  要說到將PS5的SoC小型化的原因,是因為晶粒的尺寸會直接影響製造成本和成品率。簡單來說就是尺寸越小的話成本越低,並且晶粒**故障的可能性也越低,會提高產品的成品率。
機界原種 2020-10-20 11:10:00
PS4的熱導體所使用的導熱硅脂

  相比此前設計熱導體時所使用的導熱硅脂,採用液態金屬進行製作的熱導體的成本要高出不少。但從對電子機械的熱設計上考慮的話,對熱源近處的散熱下的功夫越大,散熱系統的成本實效也就越好。因為如果能在熱源附近就很好地吸收熱能的話,那就可以不用在散熱片與散熱風扇上提高成本。反過來說如果要繼續使用導熱硅脂的話,則需要冷卻性能更好的昂貴散熱片。
  雖然在熱導體的設計上採用了昂貴的液態金屬材料,但從整體上來看降低了散熱系統的總成本。同時也降低了散熱風扇的轉速,進行遊戲時的風扇聲也隨之降低。從成本與靜音這方面來考慮的話,採用液態金屬是合乎道理的設計。



  雖然液態金屬導熱體有很多優點,但鳳康宏也認為這個材料需要注意使用方式。比如液態金屬具有導電性,要是液態金屬洩漏、流到主板上話則會導致主板電路發生短路而故障。此外,導熱體所採用的液態金屬對鋁會比較活潑,所以也需要與鋁材料隔離開。也因為各種各樣的問題需要克服,所以目前也很少有民用產品會採用液態金屬來散熱。而要讓年產數百萬至一千萬的遊戲機採用液態金屬導熱體來散熱,必然要克服這些課題。比如讓液態金屬不洩漏的密閉構造,鳳康宏稱這一構造是取得了專利的設計,雖然通過拆解視頻可以明白在這裡有塊液態金屬,但液態金屬導熱體的塗法、自動化生產的注意點是沒法通過看看就明白怎麼回事的。

尺寸大的原因在於散熱風扇

  PS5的散熱風扇與PS3、PS4一樣都是離心式的。直徑為120mm,和PS4一樣採用伺服式控制,會根據遊戲機的發熱狀態調節風扇轉速。離心式風扇在運作的時候會向全方向出風,和台式電腦常用的軸流式風扇相比風量會比較小,但相對來說靜壓會比較高一些。要選風扇的話一般會從靜壓和流量這兩點考慮,PS5所需要的靜壓值比較曖昧,在設計時猶豫過該選擇軸流式還是離心式,但而最後選擇了離心式風扇。


PS5的散熱風扇

  為了同時為主板的兩面散熱,PS5的散熱風扇的厚度定在了45mm,比目前現行的PS4與PS4 Pro所採用的都要厚。以裝有SoC的一側為A面、另一側為B面的話,B面發出的熱量要和PS4的SoC要差不多,在運行的時候風扇要同時從兩面吸氣並進行散熱。而正是因為散熱風扇才決定了如今PS5的尺寸,因為PS5在竪放時的寬度是以散熱風扇的厚度為基準進行設計的。
  PS5的外形大小為390mm×260mm×104mm,比PS4里最大的PS4 Pro(約327mm×295mm×55mm)還要更大。在設計時其實也曾考慮過讓PS5比如今尺寸更小的辦法,比如為A面與B面各準備一個小型散熱風扇的話可以比現在的尺寸更小。但這樣以來不但成本要比一個散熱風扇更高,轉速調節也要比1個散熱風扇更加困難。



  從方便用戶與安全性的考慮,PS5在散熱風扇周邊還增加了能夠收集灰塵與碎屑的集塵器。灰塵與碎屑會因為風扇的離心力被保存在PS5內部的集塵器內,玩家只需要拆卸白色外殼就能夠用吸塵器從集塵器中將灰塵與碎屑吸出。


PS5散熱片構造

  在PS5中搭載的大型散熱片,實現了提升冷卻性能與降低生產成本這兩個目標。雖然採用的是導熱管,但通過形狀與氣流的設計讓它擁有了和昂貴但散熱性能優秀的均溫板相同散熱能力。就比如將導熱管扭曲之後分別連接在鰭片①的上側與下側,以提升散熱片的散熱性能。
  剩下兩個鰭片也在設計上下了一些功夫,比如鰭片②向一邊傾斜一定的角度、並且在鰭片②與鰭片③之間留了一小段空間。這樣一來,在鰭片②處加熱的空氣與從其他不同路徑流入的空氣混合之後冷卻、流到鰭片③時能夠提升鰭片③的散熱效果。


上圖可看到B面擋板上的散熱部分

  除了這個大型的散熱片之外,在主板的B面的擋板上也有一個小型的散熱片與導熱管,這邊的散熱片是用來給裝在B面一側的DC-DC轉換器降溫的。順便一提,A面的擋板和之前一樣是鋼質的,而B面材料則是鋁制的。


將主板B面一側的擋板取下來的時候,可以看到當班上有一層灰色,就是上述的塗抹型導熱材料

  除此之外,在構造的設計上也用了一些心思。比如裝在主板B面的GDDR6內存與擋板之間也有一層導熱材料。這個並不是常見的貼片型導熱材料,而是一種塗抹型的導熱材料。將液狀的導熱材料塗抹在擋板上之後不久,就會像橡膠一樣固定在上面。如果採用貼片型導熱材料的話不太適合自動化操作,需要人力進行,而塗抹型導熱材料更適合自動化生產。在PS4時有一部分採用的是塗抹型的導熱材料,在PS5中用到的導熱材料都是塗抹型的,在生產時效率更高。
機界原種 2020-10-20 11:10:24
Gay界四天王 2020-10-20 11:13:07
如果唔過熱
其實冇所謂
星球大大戰 2020-10-20 11:18:55
可能性好低
佢本身個散熱設計係比未超頻嘅Navi用
主機好少會overspec佢嘅散熱
而加夾硬超左上去2.2ghz
發熱應該係指數級增長
所以我估一係就過熱降頻 一係會嘈到pk
DedSec 2020-10-20 13:57:04
dynamic 式降頻,gpu 同 cpu 唔會同時full performance mode
Gay界四天王 2020-10-20 17:47:49
佢推得出黎應該都test過係stable
唯一膽心就係部機長期熱會變短命種
機界原種 2020-10-20 18:01:26
點解?成本平咗、部機細咗,散熱仲好咗,三贏喎
西裝撚樣 2020-10-20 18:04:32
Xbox同樣價錢、部機細過佢,散熱都好過佢
~AllahuAkbar~ 2020-10-20 18:15:22
佢呢隻液金唔會乾?
乾左自己點補?
Battlefield(3) 2020-10-20 19:02:17
我想買PS5既原因唔係想買而買
買既原因係朋友多數係玩PS平台所以先買
xbox係好啲 但只會係單機on99係到一個人玩
機界原種 2020-10-20 19:13:05
唔係真係液態
西裝撚樣 2020-10-20 19:15:19
買咩機我都覺得冇問題 錢係你嘅你想買咩咪買咩
但係我唔明嘅係點解我講事實都無啦啦有兩個負皮
Ps機係咪真係少少批評都接受唔到
利申 pc玩家
Battlefield(3) 2020-10-20 19:16:34
我都係PC玩家
無買過ps
但會準備玩ps5 同朋友玩fifa
pc fifa 無咩人玩
Sonic 2020-10-20 19:17:24
如果PS5唔追番產量,xbox繼續有好消息咁今世代PS5淨係計產能落後果part都會比xbox追返唔小
美國版連登仔 2020-10-20 21:21:45

液態金屬play station
月下獨酌二世 2020-10-20 21:24:13
液態蛇
椰油炒飯 2020-10-20 21:29:04
turbo fan都可以打飛機
console peasant真係
在瘋狂OT 2020-10-21 20:58:44
點解唔用電腦玩
撚狗者 2020-10-21 21:07:17
部機越嚟越大部
機界原種 2020-10-22 07:58:26
未知目標 2020-10-22 08:46:04
如果PS5不使用液態金屬熱導體來散熱的話,遊戲機的本體會比現在更大、價格更貴,散熱風扇的聲音也會更響。

已經好大部, 唔用會幾大部
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