在不久前，索尼互動(dòng)娛樂(lè)（SIE）公布了旗下最新世代的游戲機(jī)PlayStation 5的主機(jī)拆解視頻，由PS5的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?熱設(shè)計(jì)的負(fù)責(zé)人鳳康宏進(jìn)行拆解、展示并解說(shuō)。在拆解視頻中，PS5散熱最大的亮點(diǎn)在于將主處理器（SoC）的熱量傳導(dǎo)到散熱片的熱導(dǎo)體（TIM）所采用的液態(tài)金屬。「我們非常希望使用以液態(tài)金屬制成的熱導(dǎo)體，對(duì)此我們需要做好充分的準(zhǔn)備與決心」。本次，日經(jīng)科技公布了對(duì)鳳康宏的采訪，將進(jìn)一步講解PS5散熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
鳳康宏（Otori Yasuhiro）
索尼互動(dòng)娛樂(lè)硬件設(shè)計(jì)部門 機(jī)械設(shè)計(jì)部 部長(zhǎng)
1993年畢業(yè)于東京理科大學(xué)工學(xué)部機(jī)械工學(xué)科，加入株式會(huì)社Ricoh，從事復(fù)印機(jī)的設(shè)計(jì)工作。1998年加入索尼電腦娛樂(lè)（現(xiàn)索尼互動(dòng)娛樂(lè)），從事PS2、PS3、PS4、toio的設(shè)計(jì)工作。
為了壓低成本而采用了液態(tài)金屬
在此前的PS5發(fā)布會(huì)上，索尼互動(dòng)娛樂(lè)宣布將推出搭載Ultra-HD光驅(qū)的標(biāo)準(zhǔn)版PS5與不搭載光驅(qū)的PS5 Digital Edition，分別定價(jià)499.99美元/399.99美元。而本次對(duì)PS5散熱設(shè)計(jì)，成功地讓游戲機(jī)的生產(chǎn)成本大大降低，讓PS5能夠以這一價(jià)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(tài)金屬這一材料的熱導(dǎo)體。如果PS5不使用液態(tài)金屬熱導(dǎo)體來(lái)散熱的話，游戲機(jī)的本體會(huì)比現(xiàn)在更大、價(jià)格更貴，散熱風(fēng)扇的聲音也會(huì)更響。根據(jù)鳳康宏的描述，在進(jìn)行游戲時(shí)的風(fēng)扇聲音的大小雖然視情況而定，但總體來(lái)說(shuō)PS5比PS4更加安靜。
說(shuō)到選擇液態(tài)金屬熱導(dǎo)體的原因，PS5的SoC在運(yùn)作時(shí)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(jìn)行游戲的時(shí)候基本能在滿功率下運(yùn)作，所以進(jìn)行游戲時(shí)的發(fā)熱量與TDP值（熱設(shè)計(jì)功耗）基本一樣。對(duì)比PS4來(lái)看，PS4的SoC很少能夠在最大功率下運(yùn)行，即使在進(jìn)行游戲的時(shí)候也達(dá)不到TDP值的發(fā)熱量。結(jié)果是PS5的SoC的晶粒熱密度非常高，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)PS4。
要說(shuō)到將PS5的SoC小型化的原因，是因?yàn)榫Я５某叽鐣?huì)直接影響制造成本和成品率。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是尺寸越小的話成本越低，并且晶粒中出故障的可能性也越低，會(huì)提高產(chǎn)品的成品率。
PS4的熱導(dǎo)體所使用的導(dǎo)熱硅脂
相比此前設(shè)計(jì)熱導(dǎo)體時(shí)所使用的導(dǎo)熱硅脂，采用液態(tài)金屬進(jìn)行制作的熱導(dǎo)體的成本要高出不少。但從對(duì)電子機(jī)械的熱設(shè)計(jì)上考慮的話，對(duì)熱源近處的散熱下的功夫越大，散熱系統(tǒng)的成本實(shí)效也就越好。因?yàn)槿绻茉跓嵩锤浇秃芎玫匚諢崮艿脑挘蔷涂梢圆挥迷谏崞c散熱風(fēng)扇上提高成本。反過(guò)來(lái)說(shuō)如果要繼續(xù)使用導(dǎo)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(dǎo)體的設(shè)計(jì)上采用了昂貴的液態(tài)金屬材料，但從整體上來(lái)看降低了散熱系統(tǒng)的總成本。同時(shí)也降低了散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，進(jìn)行游戲時(shí)的風(fēng)扇聲也隨之降低。從成本與靜音這方面來(lái)考慮的話，采用液態(tài)金屬是合乎道理的設(shè)計(jì)。
雖然液態(tài)金屬導(dǎo)熱體有很多優(yōu)點(diǎn)，但鳳康宏也認(rèn)為這個(gè)材料需要注意使用方式。比如液態(tài)金屬具有導(dǎo)電性，要是液態(tài)金屬泄漏、流到主板上話則會(huì)導(dǎo)致主板電路發(fā)生短路而故障。此外，導(dǎo)熱體所采用的液態(tài)金屬對(duì)鋁會(huì)比較活潑，所以也需要與鋁材料隔離開。也因?yàn)楦鞣N各樣的問(wèn)題需要克服，所以目前也很少有民用產(chǎn)品會(huì)采用液態(tài)金屬來(lái)散熱。而要讓年產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)至一千萬(wàn)的游戲機(jī)采用液態(tài)金屬導(dǎo)熱體來(lái)散熱，必然要克服這些課題。比如讓液態(tài)金屬不泄漏的密閉構(gòu)造，鳳康宏稱這一構(gòu)造是取得了專利的設(shè)計(jì)，雖然通過(guò)拆解視頻可以明白在這里有塊液態(tài)金屬，但液態(tài)金屬導(dǎo)熱體的涂法、自動(dòng)化生產(chǎn)的注意點(diǎn)是沒(méi)法通過(guò)看看就明白怎么回事的。
尺寸大的原因在于散熱風(fēng)扇
PS5的散熱風(fēng)扇與PS3、PS4一樣都是離心式的。直徑為120mm，和PS4一樣采用伺服式控制，會(huì)根據(jù)游戲機(jī)的發(fā)熱狀態(tài)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。離心式風(fēng)扇在運(yùn)作的時(shí)候會(huì)向全方向出風(fēng)，和臺(tái)式電腦常用的軸流式風(fēng)扇相比風(fēng)量會(huì)比較小，但相對(duì)來(lái)說(shuō)靜壓會(huì)比較高一些。要選風(fēng)扇的話一般會(huì)從靜壓和流量這兩點(diǎn)考慮，PS5所需要的靜壓值比較曖昧，在設(shè)計(jì)時(shí)猶豫過(guò)該選擇軸流式還是離心式，但而最后選擇了離心式風(fēng)扇。
PS5的散熱風(fēng)扇
為了同時(shí)為主板的兩面散熱，PS5的散熱風(fēng)扇的厚度定在了45mm，比目前現(xiàn)行的PS4與PS4 Pro所采用的都要厚。以裝有SoC的一側(cè)為A面、另一側(cè)為B面的話，B面發(fā)出的熱量要和PS4的SoC要差不多，在運(yùn)行的時(shí)候風(fēng)扇要同時(shí)從兩面吸氣并進(jìn)行散熱。而正是因?yàn)樯犸L(fēng)扇才決定了如今PS5的尺寸，因?yàn)镻S5在豎放時(shí)的寬度是以散熱風(fēng)扇的厚度為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)其實(shí)也曾考慮過(guò)讓PS5比如今尺寸更小的辦法，比如為A面與B面各準(zhǔn)備一個(gè)小型散熱風(fēng)扇的話可以比現(xiàn)在的尺寸更小。但這樣以來(lái)不但成本要比一個(gè)散熱風(fēng)扇更高，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)也要比1個(gè)散熱風(fēng)扇更加困難。
從方便用戶與安全性的考慮，PS5在散熱風(fēng)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(huì)因?yàn)轱L(fēng)扇的離心力被保存在PS5內(nèi)部的集塵器內(nèi)，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(gòu)造
在PS5中搭載的大型散熱片，實(shí)現(xiàn)了提升冷卻性能與降低生產(chǎn)成本這兩個(gè)目標(biāo)。雖然采用的是導(dǎo)熱管，但通過(guò)形狀與氣流的設(shè)計(jì)讓它擁有了和昂貴但散熱性能優(yōu)秀的均溫板相同散熱能力。就比如將導(dǎo)熱管扭曲之后分別連接在鰭片①的上側(cè)與下側(cè)，以提升散熱片的散熱性能。
剩下兩個(gè)鰭片也在設(shè)計(jì)上下了一些功夫，比如鰭片②向一邊傾斜一定的角度、并且在鰭片②與鰭片③之間留了一小段空間。這樣一來(lái)，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后冷卻、流到鰭片③時(shí)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(gè)大型的散熱片之外，在主板的B面的擋板上也有一個(gè)小型的散熱片與導(dǎo)熱管，這邊的散熱片是用來(lái)給裝在B面一側(cè)的DC-DC轉(zhuǎn)換器降溫的。順便一提，A面的擋板和之前一樣是鋼質(zhì)的，而B面材料則是鋁制的。
將主板B面一側(cè)的擋板取下來(lái)的時(shí)候，可以看到當(dāng)班上有一層灰色，就是上述的涂抹型導(dǎo)熱材料
除此之外，在構(gòu)造的設(shè)計(jì)上也用了一些心思。比如裝在主板B面的GDDR6內(nèi)存與擋板之間也有一層導(dǎo)熱材料。這個(gè)并不是常見的貼片型導(dǎo)熱材料，而是一種涂抹型的導(dǎo)熱材料。將液狀的導(dǎo)熱材料涂抹在擋板上之后不久，就會(huì)像橡膠一樣固定在上面。如果采用貼片型導(dǎo)熱材料的話不太適合自動(dòng)化操作，需要人力進(jìn)行，而涂抹型導(dǎo)熱材料更適合自動(dòng)化生產(chǎn)。在PS4時(shí)有一部分采用的是涂抹型的導(dǎo)熱材料，在PS5中用到的導(dǎo)熱材料都是涂抹型的，在生產(chǎn)時(shí)效率更高。
來(lái)源：日經(jīng)TECH
