从PS2到PS4索尼进化了多少？详解PS家族的散热设计（图）

    1月15日-17日，第43界日本国际电子产品展览会（NEPCON JAPAN）在东京召开。该大会始于1972年，以电子产品的封装和设计而著称，是目前亚洲最大的电子产品设计、研发以及制造展览会。1月16日，来自索尼电子娱乐（SCE）第一事业部的凤康宏先生针对PS4的散热设计进行了演讲。凤康宏先生1998年进入SCE社，设计了PS2、超薄型PS2、PSX、PS3和超薄型PS3以及PS4这一系列家族系产品。

　　

　　在PS4正式发售前，有一段广为流传的“设计师拆PS4”的视频，其中对PS4主刀的便是凤康宏先生。

　　

　　凤康宏在SCE社的简历，他设计PS2的时候只有28岁。

　　从PS2到PS4，冷却机能的设计、进化与比较

　　本次演讲的精髓在于设计师从PS2主机开始在散热设计方面所做的进化，而设计进化的主旨为“如何用更少的空气排量来为主机降温”。

　　PS2时代

　　

　　PS2内部构造一直在进行压缩化设计。虽然玩家从普通外观上是看不出来的，但各版本散热组件都有各自的编号，从A开始到B、C、D…。图中介绍CPU带有温度测试器，根据不同温度风扇会有6段不同的转速。

　　演讲开篇，凤桑表示PS系家族主机的特点皆为内藏型电源，主要原因是因为PS2这样功率的电器，其电源必须带有风扇。但考虑到一般家庭电源的工作环境灰尘比较多，如果电源外置的话，按照凤桑本人的话来说就是：“没有给外置电源装风扇的勇气…”。另一方面就是电源线的延长。当时来讲，PS2需要拥有对应80W的热处理能力，这一套冷却组件当时来讲价格并不便宜，内置电源无疑可减少电源线长度，从而压缩成本。

 

    第一点需要注意的是，上述为老版PS2，我们所用的PS2的外置变压器不是标配，因为中日两国电压不同，所以老版PS2在中国运行需要变压器。其次是所谓风扇制冷，其原理就是在通风的环境下将一侧的冷空气抽入由另一侧排出，类似于家居卫生间用的排风扇，将居室内的空气抽入管道内排出。这和大多数人想象的：“风扇将风吹到需要冷却的设备上”不太一样，我们所说的“散热孔”其实是“通风孔”。综上所述，风扇制冷所需要的前提条件就是通风。自从PS2开始主机可以纵置之后，它们就被尝试着放到各种狭窄的地方中去，特别是组合电视柜中各种狭小的隔断，这些都不利于主机散热。

　　

　　PS4的说明书上写着主机放置位置距离墙壁至少10CM以上。

　　演讲中，凤桑表示散热系统的设计理念不光是为了“第一台原型机”，还要考虑到批量生产时的难度，包括组件组装时的便利性、所用材料的泛用性（是否容易购买与价格），所以光考虑散热效率是不行的。

　　

　　PS2最初版的散热片的散热能力对应34W，热导管的直径为6毫米。

　　

　　随着主机的缩小化，散热系统也伴随着不断改变形状，但材质皆为铝制。图为B-J散热系统所采用的散热片。

　　

　　到了薄型PS2（7000型开始），风扇与散热片变为一体化，电源变成为外置电源。PS2也进入了宽电压的时代。

　　PS3时代

　　PS3从发售到现在进行了两次巨大的设计变革，所以算上最初型PS3在内共使用了三种不同的冷却设计。在演讲现场，凤桑将这三种冷却系统称之为“卷压之A、凝缩之G、流丽之N”并分别进行介绍。

 

    卷压之A

　　PS3内部依旧沿用了以英文字母排序而进行的版本编号，卷压之A型散热系统装载于Ver.A～B型号之中。最初的综合散热能力针对490W，大概是PS2（80W）的6倍。PS3的高配置硬件让主机整体的运行热量增高，所以本散热系统采用了超巨大的散热风扇。凤桑本人表示：“主机下半部分全部为冷却系统，这种设计让人觉得并非家用游戏机所有”。

　　

　　卷压之A型散热系统内的风扇直径为14厘米，主板上设置有4块温度测试器，风扇有10段不同转速。

　　

　　卷压之A型散热系统内的风扇直径为14厘米，主板上设置有4块温度测试器，风扇有10段不同转速。

　　凝缩之G

　　PS3第一次改变设计后出现的2000型（CECH-2000），主机有了明显的轻量化，从原来的4.4kg降低为3.2kg。冷却系统方面，以减少所需的流动空气为目标进行了改动，主机运行时整体的噪音和耗电量也因此有所下降。

　　

　　凝缩之G散热系统下的风扇面积全面缩小，热导管减少为2条。而到了Ver.D～E版本时完全抛弃了热导管，单纯依靠叠加散热片即可满足散热需求。

　　流丽之N

　　第二次设计变革带来了现行PS3的构造，型号为CECH-4000，内部硬件版本为N编号。流丽之N的最大特点在于可让PS3在低负荷运转时静音。凤桑在演讲中表示：“琉璃之N拥有非常洗练的空气动力构造”。

　　

　　以减少空气阻力为目标，实现了低负载时静音，高负载时高速转动的Ver.N，也是现行PS3所用的散热系统。综合散热对应180W，散热片对应约83W。设计参考了鹦鹉螺等自然界的螺旋构造，制造出了螺旋形状的压缩流路。

 

    　PS4的冷却系统设计集成了PS3中G和N的特点，最大特征为电源、风扇和散热片（含导热管）的一体化。风扇依旧采用螺旋构造，可以看出从N版中继承了比较多的血统。

　　PS4的最大耗电量为250W。超过250W的话，电源连接线原则上要变为3头（比如现在的PC电源线），这会对主机的小型化发展造成阻碍，故设计师想尽办法将耗电量压缩在250W。凤桑在演讲现场表示：“PS4所使用的是一套超高效率的电源回路”。

　　上下对流式散热系统

　　

　　PS4所采用了上下对流式的散热系统，主机上前侧和两端的缝隙为进气口，主机后面除了各线路接口之外皆为排气口（散热口）。

　　

　　这套散热系统的最大特点在于空气进入和排出所采用了不同的线路，避免了冷热空气的对流，达成了高效的直流进出排气。

　　

　　途中红色区域为正压区域。所谓正压即为高于大气压的空气压力，我们所处的1标准大气压下，正压会向负压区域流动，这就会在PS4内部形成冷热空气的对流，故设计者将PS4内正压部分进行了完全封闭，只留出排气口，这也就是此前所说的“电源、风扇和散热片的一体化”。

　　通过上述图片的讲解，我们现在可以大致了解到PS4冷却系统工作下空气的途径顺序，即：

　　冷空气进入前方和两侧的吸气口→掠过主板上下两面→进入风扇→掠过链接APU的散热片→掠过电源→排出机外

　　与老版PS3散热系统最大的区别在于空气是最后掠过电源。经过内部循环的空气温度会有所升高，特别是经过散热片之后温度会有明显提升，这原本不适于电源散热。凤桑表示由于散热组件一体化加之完全封闭的设计，温度上的损失可以利用空气流量来弥补，综合冷却效率足以应对PS4电源的散热需求，而这也要归功于PS4风扇的设计。

 

   PS4风扇并非泛用型号，而是设计师专门为PS4量身打造的“与PS4最匹配”的散热风扇。风扇扇叶集成了PS3N型散热系统的螺旋形状，从侧面看，PS4风扇形成梯形，是上下两面吸入型风扇。

　　

　　经过反复试验的结果表明，如果风扇为上下维度均衡的柱形设计的话，为确保空气流量，风扇会贴近散热片从而产生较大的空气噪音，而避免噪音拉远距离的话又无法保证空气流量。最终所采用的梯形风扇可在避免较大噪音的情况下较之柱形风扇多产出16%的空气流量。

　　PS4风扇所采用的马达为三相马达（PS2 PS3为单相），据说价格不菲，但较之单相马达能有效降低振动和低转速时的耗电量。家用游戏机的中央处理器会根据游戏场面的不同而有所变化，从而产生出不同的热量，这也就是家用机风扇采用多段不同转速的原因。简单来说，PS2和PS3的风扇在一度高速旋转后很难降低转速，而PS4风扇则可以通过PID制御系统（Proportional Integral Derivative Controller，自动调节系统的一种）即时改变风扇转速，节省电量并降低噪音。

　　

　　PS4的散热片采用了双热导管和不同密度散热片的设计，以解决螺旋状风扇吹出的空气流量不均的问题。双导热管均通过热源位置，也就是APU，一根将热源散布到基座内，另一根链接叶状散热片，借助风扇进行散热。

　　

　　PS4除了内藏的针对APU的温度探测器之外，在外壳的出风口处也有一枚探测器。外壳温度探测器专门用来探测排风口周围的温度状况。也就是说如果PS4在比较封闭的环境下运作导致周围温度上升的话，主机同样会发出警告。

　　历代主机散热性能比较：

　　

　　平均一公升空气的热处理能力。同样热处理能力为250W的PS4高于G型PS3。

　　

　　平均一秒的空气流量。与N型PS3相同。

　　

　　平均一公升空气的热输送量。

　　

　　进出气口的综合面积。PS4在进气方面进行了改善。

 

   

　　

　　各机种噪音值，大一点的为游戏时噪音，小一点的为菜单画面时噪音。

　　

　　各机种风扇耗电量。因为只有PS2选用的是轴流式风扇，故不在比对范围内。（运行环境皆为28摄氏度）

　　

　　各机种冷却系统性能价格比。以PS2为原始单位“1”，PS4采用三相马达依旧比N型PS3性价比高。