[新闻] SCEI正式公布Playstation 4散热设计 历代PS主机散热大对比 PS系列设计者亲自揭秘 多图

本文为个人翻译自日站gamewatch的新闻，并使用原图链接，多图请留意对外访问网速，译文转载请注明A9VG

索尼在今年1月15日至17日的第44届日本高新电子技术博览会制造与实施技术展上的设计开发特别研讨会中公布了Playstation4的散热设计说明。

担当说明负责人的是有PS2\PSX\PS3的硬件开发经验以及带领着PS4硬件的开发团队资历的凤康宏(Yasuhiro Ootori)先生。

之前大家也有看到他首发拆解PS4的视频(拆机视频下载)，相信会对他有一定印象。上图是他的资历情况
下图是他拆解PS4时的照片(网址)


首先是PS系列的散热设计理念：为了制造出精美的机器，讲究至高细节和美观，还强调了并非美观的机器性能会好而是性能好的机器才是美观的。
并且指出了设计上考量了量产性、组装简便性、材料不稀有容易购入，并非单纯只讲究散热效率。

下面是PS主机历代的散热设计说明：


PS2初期厚机总体热处理能力约80W，在当时是非常高水准的能力
采用了直径60mm、厚15mm的普通轴流式风扇，内置了电源的原因当时在交流的电源上使用风扇会导致直流的接入主机的电线非常粗（本人猜测初代XBOX可能也因为该情况十分棘手而没有相应的技术从而内置了电源）
PS2初期厚机采用了CPU旁安装了温度传感器对风扇进行六段变速的温控方式

PS2初期厚机的热管热处理能力约34W，在当时采用了铝制直径6mm的热管是十分费工夫的

随着PS2芯片制程的提升，散热设计也变轻变薄

随后PS2初期薄机的出现，使得电源变成了外置，后期薄机又实现了电源内置，薄机的散热是使用了直径45mm厚5mm的离心式风扇对热管进行散热

PS3初期厚机的热处理能力是490W，以基准的380W数值来看安全率达到了130%，需要注意的是该负责人只负责散热的设计，因为芯片制程和焊接的良品率导致黄灯并不是他造成的原因，目前看来PS3初期厚机并没有任何因排热不足导致的问题。
由于双90nm的CELL+NV 7系GPU以及PS2硬件模式芯片的配置，PS3初期厚机使用了10段变速的140mm的大型离心式风扇和1.0mm厚的超大型热管，并且有4个温度传感器接在主板上。设计思路是使用所有可用的技术能力让主机变冷

PS3初期厚机的热管热处理能力约200W，使用了5条热管双方向排气，在铝制和铜制的支柱上为了散热风扇制造了排气的堆积立体式半封闭罩。



热管的制造工程很先进复杂，可以看出当年索尼下足了血本，PS3初期厚机的散热器制作工艺上无可挑剔，还可以看到照片是07年初拍摄的。

PS3的PS2软件模拟机型热管减少到了2条并且还减少了风扇直径，不带PS2模拟功能的PS3厚机型号因为芯片制程的提高不再需要热管，最后的PS3厚机型号仅仅只需要叠加铝片即可进行散热。

对于PS3厚机内置电源的原因，凤康宏认为如果外置，电源需要加上风扇然而会导致电源产生灰尘，因此没有勇气使用外置设计。

PS3薄机的总体散热能力约250W，而散热器容积由厚机的8.7升减少到了5.5升。在小型化、高密度化的情况下成功凝缩了散热体积。

PS3薄机热管的热处理能力约112W，采用了高性能散热片、直径100mm的离心式风扇和一条热管。

PS3超薄机的散热热处理能力是180W，散热器容积4升，靠压缩流路的方式实现了低负载静音、高负载能高速运转的结果。

PS3超薄机热管的热处理能力约83W，采用了75mm的离心式风扇和螺旋式的压缩流路从而达成了整体的静音。

PS4的散热设计使用了PS3超薄机的散热理念，并且最大限度的优化了散热水平。


PS4使用了主板+一体式散热器铝板构架和PC+ABS塑料的中间风导夹层。

PS4的配置，电源最大消耗为250W

接下来是给力的PS4的散热换气结构，使用了前方和两边的吸气口和后部的排气口。

PS4内部空气流动的方式，比PS3超薄机更有效率。

空气》前方和两边的吸气口》主机板的两面》APU》主机板的通风口》风扇》热管》电源》后部的排气口》排气

正圧、负压的分离设计，红色框内范围为正圧，也就是外泄的空气。

正圧、负压的分离是因为按照PS3初期厚机未分离的这种情况，散热效率不统一会导致逆流。

PS3初期厚机需要对散热器的排气口切割表面、机内隔断部分的表面进行打磨来减少不同散热区间的空气串流。

PS3初期厚机的电源位置是空气串流的一大因素



PS3薄机开始对该情况进行了改良，排气处和电源一体化，防止了空气串流，达成了直排和节省成本的效果。

PS4也使用了这种设计。

PS4使用了双热管，一条热管负责导热到一体化散热器铝板，另一条负责导热到离心式风扇。

PS4热管的布置方式和风扇结构能够同时照顾到离心式风扇的低转速区域和高转速区域，以高效率实现散热，增加了3.5%的流量，减少了2.5%的热阻和10%的风压损失。

各种类型的风扇的选择方法表，不愧是行业内风扇设计制造的巨头，按照上下气压以及左右流量的情况让人看出PS系列各型号风扇的实际情况，横流式风扇、轴流式风扇、离心式风扇、机械式压缩机


PS4风扇使用了台状改良外形，减少了噪音，增加了16%的风量。

PS3使用的是单相马达，而PS4使用了三相的马达，相比之下改善了50%的震动问题、低转速时的电流噪音以及耗电量。

PS2\PS3的温控方式是阶段型的，按照温度传感器的数值进行风扇的调控，缺点是调到高速后恢复低速会非常慢。

PS4使用了PID可调脉宽方式，系统负载和风扇调速同步进行，减少了风扇持续高速运转的时间。（其实PID在PC上老早就开始用了，可以看出整体构架就是一块全集成的APU PC主板）

PS4首次安装了排气口的温度传感器，因为APU的温度由APU内部温度传感器进行测量，所以PS4风扇调速会同时考量APU核心温度以及排气口温度来适应具体客厅摆放环境。（因此在封闭的散热环境中会有过热红灯提醒）



平均1秒的空气流量对比，PS4实现了和PS3超薄机一样的换气流量。



平均1升空气的热输送量、吸气口和排气口的总体面积、主机内的散热系统的空气阻力对比，PS4毫无疑问进化了不少。


噪音的对比，28℃室温18dBA的房间噪音距主机半米的情况下满载时和PS3超薄机一致而空载时则比PS3超薄机还小5dBA，运行KZSF时噪音平均为28~34dBA，最高37dBA，而APU温度平均为50度。（可以根据该温度和PS4的散热设计看出，PS4的下压散热区域的主机表面温度应该和APU的核心温度差不多，因此就有了PS4比较热的说法，其实应该是游戏时发热区域导热良好产生的错觉）

各代主机风扇的电力消耗对比，PS4三相风扇在同样的热处理能力下相比单相风扇的PS3薄机功耗少了3W。

系统整体散热器依照热处理能力的各代性价比对比，PS4采用三相风扇双热管仍然要比PS3薄机单相风扇单热管性价比更高，是PS2厚机的5.1倍。

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