在不久前，索尼互動娛樂（SIE）公布了旗下最新世代的游戲機PlayStation 5的主機拆解視頻，由PS5的結(jié)構(gòu)設(shè)計?熱設(shè)計的負責人鳳康宏進行拆解、展示并解說。在拆解視頻中，PS5散熱最大的亮點在于將主處理器（SoC）的熱量傳導到散熱片的熱導體（TIM）所采用的液態(tài)金屬。「我們非常希望使用以液態(tài)金屬制成的熱導體，對此我們需要做好充分的準備與決心」。本次，日經(jīng)科技公布了對鳳康宏的采訪，將進一步講解PS5散熱系統(tǒng)的優(yōu)點。
鳳康宏（Otori Yasuhiro）
索尼互動娛樂硬件設(shè)計部門 機械設(shè)計部 部長
1993年畢業(yè)于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(shè)計工作。1998年加入索尼電腦娛樂（現(xiàn)索尼互動娛樂），從事PS2、PS3、PS4、toio的設(shè)計工作。
為了壓低成本而采用了液態(tài)金屬
在此前的PS5發(fā)布會上，索尼互動娛樂宣布將推出搭載Ultra-HD光驅(qū)的標準版PS5與不搭載光驅(qū)的PS5 Digital Edition，分別定價499.99美元/399.99美元。而本次對PS5散熱設(shè)計，成功地讓游戲機的生產(chǎn)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(tài)金屬這一材料的熱導體。如果PS5不使用液態(tài)金屬熱導體來散熱的話，游戲機的本體會比現(xiàn)在更大、價格更貴，散熱風扇的聲音也會更響。根據(jù)鳳康宏的描述，在進行游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(tài)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在進行游戲的時候基本能在滿功率下運作，所以進行游戲時的發(fā)熱量與TDP值（熱設(shè)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，即使在進行游戲的時候也達不到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制造成本和成品率。簡單來說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，會提高產(chǎn)品的成品率。
PS4的熱導體所使用的導熱硅脂
相比此前設(shè)計熱導體時所使用的導熱硅脂，采用液態(tài)金屬進行制作的熱導體的成本要高出不少。但從對電子機械的熱設(shè)計上考慮的話，對熱源近處的散熱下的功夫越大，散熱系統(tǒng)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(xù)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(shè)計上采用了昂貴的液態(tài)金屬材料，但從整體上來看降低了散熱系統(tǒng)的總成本。同時也降低了散熱風扇的轉(zhuǎn)速，進行游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，采用液態(tài)金屬是合乎道理的設(shè)計。
雖然液態(tài)金屬導熱體有很多優(yōu)點，但鳳康宏也認為這個材料需要注意使用方式。比如液態(tài)金屬具有導電性，要是液態(tài)金屬泄漏、流到主板上話則會導致主板電路發(fā)生短路而故障。此外，導熱體所采用的液態(tài)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(chǎn)品會采用液態(tài)金屬來散熱。而要讓年產(chǎn)數(shù)百萬至一千萬的游戲機采用液態(tài)金屬導熱體來散熱，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，雖然通過拆解視頻可以明白在這里有塊液態(tài)金屬，但液態(tài)金屬導熱體的涂法、自動化生產(chǎn)的注意點是沒法通過看看就明白怎么回事的。
尺寸大的原因在于散熱風扇
PS5的散熱風扇與PS3、PS4一樣都是離心式的。直徑為120mm，和PS4一樣采用伺服式控制，會根據(jù)游戲機的發(fā)熱狀態(tài)調(diào)節(jié)風扇轉(zhuǎn)速。離心式風扇在運作的時候會向全方向出風，和臺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(shè)計時猶豫過該選擇軸流式還是離心式，但而最后選擇了離心式風扇。
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(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，在運行的時候風扇要同時從兩面吸氣并進行散熱。而正是因為散熱風扇才決定了如今PS5的尺寸，因為PS5在豎放時的寬度是以散熱風扇的厚度為基準進行設(shè)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(shè)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(xiàn)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(zhuǎn)速調(diào)節(jié)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(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，實現(xiàn)了提升冷卻性能與降低生產(chǎn)成本這兩個目標。雖然采用的是導熱管，但通過形狀與氣流的設(shè)計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。
剩下兩個鰭片也在設(shè)計上下了一些功夫，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，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(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)的擋板取下來的時候，可以看到當班上有一層灰色，就是上述的涂抹型導熱材料
除此之外，在構(gòu)造的設(shè)計上也用了一些心思。比如裝在主板B面的GDDR6內(nèi)存與擋板之間也有一層導熱材料。這個并不是常見的貼片型導熱材料，而是一種涂抹型的導熱材料。將液狀的導熱材料涂抹在擋板上之后不久，就會像橡膠一樣固定在上面。如果采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，而涂抹型導熱材料更適合自動化生產(chǎn)。在PS4時有一部分采用的是涂抹型的導熱材料，在PS5中用到的導熱材料都是涂抹型的，在生產(chǎn)時效率更高。
來源：日經(jīng)TECH
