SIE 硬件设计主管透露 PS5 内部设计秘辛导入液态金属材质降低整体散热成本

2020-10-21 10:43 560 1 来自: 巴哈姆特

简介

索尼互动娱乐（SIE）硬件设计部门机构设计部部长凤康宏拆解PS5视频，详细分析。

索尼互动娱乐（SIE）硬件设计部门机构设计部部长凤康宏，继日前在官方 YouTube 频道上公布由其亲自针对即将于 11 月 12 日陆续在全球上市之新一代主机「PlayStation 5（PS5）」进行大部拆解与内部构造解说之后，日前又陆续接受多家日本媒体的访问，针对 PS5 主机硬件设计的各种疑问进行解答，供玩家参考。

SIE 硬件设计部门机构设计部部长凤康宏

散热系统

大型离心式风扇

首先是关于许多玩家关心的散热部分。PS5 采用直径 12 公分、厚 4.5 公分的大型离心式风扇来负责整个系统的散热。风扇位于主机上端的中央处，会从主机两侧进气口吸入空气，均匀推向四周冷却系统。采用玻璃纤维 PBT 材质制造，兼具强度与耐热特性。扇叶片数是基于必要的正压与风量之间的均衡所计算出来的，同时保有足够的余裕，即使是在恶劣的环境下也能确保主机不会故障。之所以会采用如此巨大的尺寸，是希望透过压低转速来达成静音的运作。官方表示在一般的使用环境下，会比 PS3 与 PS4 的初版机型来得安静。

PS5 采用直径 12 公分、厚 4.5 公分的大型离心式风扇来负责整个系统的散热

主机板双面散热

PS5 的主机板分为正面的「A 面」与背面的「B 面」。其中 A 面配置有系统处理芯片、SSD 控制芯片与快闪存储器芯片，B 面配置有系统存储器芯片、快闪存储器芯片与直流转换电源供应回路。虽然热量主要来自 A 面的系统处理芯片，但 B 面的发热也达到 PS4 系统处理芯片等级，因此两面都配置有强力的散热系统。

PS5 主机板的「A 面」

PS5 主机板的「B 面」

液态金属 TIM

为了让 A 面的系统处理芯片的热量能更快速排出，PS5 导入了液态金属 TIM（热界面材料）※。虽然液态金属 TIM 存在已久，但有几个关键的问题需要克服。首先是液态金属会导电，如果渗漏出来会导致电路板短路故障，因此需要防止渗漏的设计。此外以镓合金为主的液态金属对铝有很强的浸润侵蚀性，而铝正是散热器最常见的材质。铜虽然比较能抵抗镓合金的侵蚀，但也无法完全避免。因此需要透过电镀的方式来保护。

※ 介于发热来源与散热系统之间、用来减少热量传递阻碍的材料，例如一般常见的硅质导热膏

PS5 在系统处理芯片上采用液态金属热界面材料

为了克服液态金属 TIM 应用在 PS5 量产上的问题，SIE 花费了 2 年的时间进行准备，并采用自家订制的配方。而之所以采用成本较高的液态金属 TIM，主要的着眼点在于降低散热系统的整体成本。虽然液态金属 TIM 的成本比一般硅质 TIM 来得高，但是却能更有效将热量导出，因此可以采用成本较低的散热器，降低散热系统的总成本。举例来说，假设某系统原本采用 10 日圆的 TIM 搭配 1000 日圆的散热器，现在换成 100 日圆的 TIM 搭配 500 日圆的散热器也能达成相同散热效果的话，则总成本就能从 1010 日圆降低至 600 日圆。

散热器

PS5 采用由 6 根导热管构成的大型散热器，所有导热管都汇集到与处理芯片接触的部分，将热量快速传导到所有散热鳍片上排出。与液态金属 TIM 接触的部分采用电镀处理以防止腐蚀。SIE 表示虽然只是采用一般的导热管，不过在散热鳍片形状与气流的设计上下了功夫，因此能达成与成本较高的均温板相同的散热效能。

PS5 采用由 6 根导热管构成的大型散热器

透过 6 根导热管将系统处理芯片的热传导到散热鳍片散出

散热器与液态金属 TIM 接触的部分采用电镀处理以防止腐蚀

主机板 B 面的散热则是整合在屏蔽电磁波的铝质金属板上，在直流转换电源供应回路、系统存储器芯片、快闪存储器芯片上都涂有液态导热膏，还设置了附带导热管的散热器来强化直流转换电源供应回路的散热。

PS5 主机板 B 面透过铝质金属屏蔽板与热导管散热器来散热

直立 / 横放散热效能

SIE 表示 PS5 在直立摆设与横放摆设的散热效能并没有差别。虽然可能有人会认为因为有「烟囱效应 ※」因此直立摆设的散热效能会比较好，但在安装有主动排气的散热系统中，烟囱效应带来的影响只在误差范围内。SIE 除了透过计算机辅助工程（CAE）来协助各散热零件的设计之外，还会制作全透明的 PS5 主机模型，透过导入干冰烟雾来观察主机内部实际空气流动的状况，同时测量各部分的温度，藉此来改良散热设计。

※ 指封闭空间内的空气沿着垂直的通道上升或下降，造成空气加强对流的现象

PS5 直立摆设与横放摆设的散热效能并没有差别

可在线更新的风扇控制参数

PS5 除了系统处理芯片内部的温度传感器之外，在主机板上还设置有 3 组温度传感器，系统可以根据这些温度传感器的数据来控制风扇转速。控制参数未来还可以透过在线更新来调整。官方表示，计划收集执行各款游戏时系统处理芯片的运作状况数据，借以最佳化风扇控制。报导中也指出 PS5 的散热设计具备高安全系数。如果未来出现长时间持续处于高负荷状态的游戏，甚至可以牺牲静音性，拉高风扇转速来提升散热效能。

SSD 扩充槽

PS5 内建订制版高速 SSD，由主控芯片与 6 颗快闪存储器芯片构成，频宽 5.5GB/s，总容量 825GB ※。此外还提供 PCIe 4.0 x4 规格的 M.2 NVMe SSD 扩充槽，可以自行扩充内部储存空间。该扩充槽提供多种螺丝孔位，可安装 30mm / 42mm / 60mm / 80mm / 110mm 长度的 SSD。可容纳带有散热器的 SSD，但高度限制在 8mm 以下、以不顶到保护盖为原则。配置有 2 个排气口，可透过邻近散热风扇进气的负压将热排出。

※ 824,633,720,832 Byte，采业界标准十进制四舍五入计算为 825GB，如以二进制计算则为 768GB

PS5 提供 PCIe 4.0 x4 规格的 M.2 NVMe SSD 扩充槽

光盘机与电源供应器

PS5 标准版主机配备吸入式 Ultra HD Blu-ray 光盘机模块，采用金属外壳密闭封装，且与外壳底盘接触的部分配置有双层防震垫片，借以减低运作时的震动与噪音。配备 350 瓦功率的电源供应器模块，外壳前后预留有通风口，可以让循着羊角螺线（Clothoid）轨迹流通的散热风扇气流进入进气口，再从主机后方排出。