2014 년 1 월 15 ~ 17 일 도쿄 빅 사이트에서 " 인터 네프콘 · 재팬 '이라는 이벤트가 개최되고 있었다.
본 이벤트는 " 아시아 최대의 일렉트로닉스 제조 · 실장 기술전"이다. 그 방면의 업계 사람들을위한 이벤트이므로, 게이머가 모른다는 것은 무리가 아니다.
네프 콘 · 재팬에서는 소니 컴퓨터 엔터테인먼트 (이하 SCE)에서 PlayStation 시리즈의 기계 설계를 담당하고있다 鳳康宏 (야스히로) 씨의 기술 세미나 「PlayStation 4 냉각 설계 ~ PS 시리즈의 진화 '가 열린 것이다.
PlayStation ® 2 (이하 PS2) 이후 역대 PlayStation에서 기계 설계를 담당해온 인물이라고하기도 그의 세미나는 PS2와 PlayStation 3 (이하 PS3)의 냉각 설계를 개설 한 후 , PlayStation 4 (이하 PS4)의 냉각 설계를 기존 제품과 비교하는 흐름이되어 있었다.
초대 PS2의 총 열처리 능력은 80W이었다고한다. 그는 "(80W라는 숫자는) 지금부터 보면 귀여운 것이다 그러나 당시를 되돌아 보면 몹시 고생 한 기억이있다"고했다.
위의 슬라이드에서 "전원은 내장"이란 걸 눈치 챈 사람도있을 것이다. PS2뿐만 아니라 거치형 PlayStation는 PS2의 마지막 모델 등과 같은 일부 예외를 제외하고 전원 공급 장치를 본체에 내장하고있다. "전원을 내장하고있는 것은 (그렇지 않으면 외부) AC 어댑터에 팬을 붙일 필요가 있기 때문에. AC 어댑터를 두는 장소는 대부분 먼지 투성이가 될 수 있어, 그런 곳에 놓인 AC 어댑터에 팬을 넣을 용기는 우리에게는 없었다. 그러니까 기본적으로, 우리는 소비 전력이 떨어지지 않는 한 전원을 본체에 내장시키고있다 "
리비젼(버젼 A 처럼) 이 반드시 모델명과 일치하지는 않는다.
PlayStation 냉각 설계로 가장 많은 독자가 관심이 가는 것은 PlayStation 3 (이하 PS3)의 초대 기계라고 할지도 모른다. 초대 기계를 가지고 있던 사람이라면 그 열과 굉음을 기억하는 것이다.
그에 따르면, PS3의 초대 제품은 '무서운 구조 " "140mm 직경의 큰 팬 케이스의 하단은 모든 냉각 시스템이라는 소비자 가전과는 매우 생각되지 않는 디자인 "였다고한다
압권인 A, 대형 방열판과 140mm 대형 쿨러..
총 열처리 능력은 정격 380W에 대해 30 %의 높은 490W . 대부분의 데스크톱 PC보다 큰 열을 작은 케이스에서 처리 하자는 것이기 때문에, 그 고생의 정도가 심다.
아래에 나타낸 것은 그런 초대 PS3의 방열판 제조 공정으로 소개 된 슬라이드 다. HDD 용량 20GB 싼 모델 4 만 9980 엔 (세금 포함) 당시의 거치형 게임기로 이례적으로 높은 가격로 화제를 모았던 초대 PS3는 당시 그 원인으로 Blu-ray Disc 드라이브 탑재 가 잘 거론되고 있었지만, 실제로는 냉각기구의 제조 비용도 상당한 비중을 차지하고 있었던 것이 틀림 없다.
거대한 히트 파이프가 달려있는히트씽크 PC용 대형 CPU쿨러 이상의 스펙으로, 열처리 능력은 200W
(중략)
대규모 냉각 시스템이 채용되고 있던 PS3하지만 반도체 제조 기술의 진화에 따른 제조 공정의 미세화에 수반하여 본체의 소형화가 진행되고 간 것도 잘 아실 것이다. 그는 "PS3 Ver.G '에서 풀 모델 체인지와 대폭적인 소형화를 실현했다고 되돌아보고있다.
PS3 Ver.G 모델 이름은 밝혀지지 않았지만, 슬라이드를 보면, 메인 프로세서의 제조 공정 기술이 64nm에서 45nm로 미세화 된 CECH-2000 시리즈가 아닐까 생각된다.
8.7리터 에서 5.5 리터로 약 63% 로 축소된 공간. 전체 열설계 능력은 490 W에서 250W로 반감.
내부에 공간이 거의 없어졌기 때문에공기 흐름이 어려워지고, 바열판 처리 능력은 Ver F 의 200W에서 Ver. G에서는 112W
한편 Ver.C에서 없어졌던 히트파이프를 다시 부활시키기도 했다.
Ver N 은 4리터 로 초대기 의 절반이하 이며, 열처리 능력도 180W로 37%까지 낮아졌다.
이때는 공기저항 저감에 최선을 다했다고.(유려의 N 이라고 표현)
로그 나선- 피보나치 수열에서 나오는 형상의 하나로, 조가비 같은 자연 곳곳에서 볼 수 있는 나선
이것을 채용해서 공기의흐름을 잡는데 송공. 1.5배 공기 유량을 확보하는데 성공.
PS4 이야기를 시작하면서 먼저 스펙 표를 보여 주었다. 독자에게 익숙한 것일지도 모르지만, 그에 따르면 "최대 250W '라는 소비 전력이 중요" 표준에서 250W를 초과하면, 대형 3P 전원 커넥터를 써야 하기때문에 세트의 소형화 화 등에지장이 있으므로,
전원 설계자에게 노력을 부탁해 매우 고효율 전원을 탑재하는 것으로 어떻게 든 250W에 담았다"고. 무심코 흘려 버릴 것 같은 250W라는 수치에 그런 의미가 있었다는 것은 과연이라고 감탄된다.
기본 적인 배치는 Ver. G와 N을 답습하고 있다.
코어 유닛을 분해한 그림. 메인보드는 2개의 쉴드 판에 끼워진다. 방열판 차폐 판에 달린 모습
바깥 공기는 본체 옆 측면에 마련한 흡기구에서 도입하고 팬 부분에 모아 APU의 방열판 부분에있는 방열판과 전원부를 통해서 마지막으로 본체 후면으로 배출하는 흐름. "PS3 Ver.N을 계승하면서, 모든 노하우를 응축 한 공기 흐름"이 있다고한다. 실제로 팬 커버는 PS3 Ver.N에서 채용 된 대수 나선을 채용하고있다.
이것이 PS4 공기의 흐름. 슬릿에서 들어간 공기가 팬부에 모이고, 팬의 바람에 의해 APU방열판을 냉각, 후 전원부를 통해 본체 후면으로 배출
PS3 Ver.A 세대에서는 부압과 정압을 고립시키기 위하여 내부 요소에 스폰지를 넣어 벽을 만들고 있었다고한다. 하지만이 방법은 시간과 비용이 소요된다.
그래서 SCE는 PS3 Ver.G에서 전원 공급 장치와 냉각 장치를 유닛 화했다고한다. 장치를 통해 장치의 바깥 쪽이 압력 분할되기 때문에 본체 측에 스펀지 등을 붙일 필요가 없어, 제조 비용 절감으로 이어졌다는 것이다. 또한 전원 및 냉각 장치를 포함하는 장치 측의 배기구를 루버 (Louver 날개 판)로 사용하는 것으로, 케이스 몸의 측면에 공기 흐름을 조절하는 루버를 준비 할 필요도 없어졌다한다. "본체 (= 케이스)에 구멍이 많아지면 그만큼 비용이 많이발생한다" 때문에 유닛 측의 배기구를 루버로 이용하면 그만큼 비용 절감이되는 셈이다 .
PS3 Ver.G 이상에서 채택된 전원 및 냉각 시스템의 일체화를 답습한 PS4.
덕트 커버를 제공함으로써, 의도치 않게 정압->부정압 에 공기가 새는 사태를 막는다.
방열판의 구조. 히트파이프는 2개탑재
로그 나선을 이용한 압축 유로의 넓은 쪽은 풍속이 빠르다. 풍속을 차단하지 않고 냉각을 위해 피치를 2.2mm로 하여
풍량을 벌고 있다고. 한편 로그나선의 좁은 쪽은 풍속이 늦기 때문에 피치를 1.7mm로 좁혀 냉각면적을 크게 하고 있다.
피치를 좁히면 저항이 증가하지만, 풍속이 늦기때문에 영향은 적다고.
PS4의 냉각 원심 팬이 채용되고있다. 이것은 열 설계에있어서 상식적인 이야기지만, 원심 팬은 높은 정압 (≒ 팬이 만드는 압력)를 얻을 수 있으므로, 열 밀도 (= 부피 당 발열량)이 큰 기기에서는 제 1 선택 요소 이다. 그도 "앞으로 게임기 축류 팬 (= 선풍기 유형 팬)가 사용되는 일은 없을것 이라 생각한다"고했다.
팬에서 임펠러 최적화되어있는 것도 중요하다고한다.
임펠러라고하는 것은 "날개 모양" 정도의 의미. PS4의 임펠러는 바로 옆에서 볼 때 사다리꼴로되어 있지만, 이것은 사다리꼴이 난류를 감소시키고 기세 노이즈도 감소 효과가 인정되었기 때문이다 또한 임펠러 굽히는 방법도 최적화되어있어 큰 풍량을 확보 할 수 있다고한다.
덧붙여서, 임펠러의 형상이나 방열판이 슬라이드처럼 시뮬레이션을 사용하여 설계되는 것이 슬라이드에서도 엿볼 수있다. 시뮬레이션 기반 설계를 "CAE"(Computer Aided Engineering이라는)라고하지만, 그는 "세부 부분은 최적화 시뮬레이션을 사용하지만, 세트 전체를 시뮬레이션에 건다는 것은 하고 있지 않다. CAE는별로 좋아하지 않기 때문에 ......" 라고 말하고 있었다. CAE에 의지하는 것은 위험하다는 생각을 가지고있는 것 같다.
PS4의 임펠러는 밖으로 퍼지게 구부러져 있다. 이렇게 해서 풍량이 16% 향상되었다고.
팬을 돌리는 모터는 PS4에서 새로 삼상 모터를 채용하고 있다고한다. 삼상 모터는 위상이 120도 어긋난 3 상 교류 제어하는 모터로, 하나의 교류로 도는 단상 모터에 비해 코일과 자석의 위치 관계에 의한 토크 요동인 "코깅 토크"가 적고, 진동이 줄고 소음도 줄어든다는 것이 특징이다" 조용한 곳에서 사용하는 경우 (PS3에서는) 단상 모터 특유의 찌찌찌 ......하는 소리가 신경이 쓰이지 만, PS4에서는 그것이 해소되었다. "
PS4의삼상 모터는 토크의 파동이 작고 진동이 줄어들어 소음의 저감에 기여.
팬 제어 방법도 PS3 세대의 단계적인 제어 (계단 제어)에서 PID (Pro Portionalinte gralderiva TIvecontroller) 제어로 전환했다고 한다.
계단 제어는 비교적 자주 쓰는 방식으로 온도 센서로 온도를 측정하여 임계 값을 초과하면 단계적으로 회전 수를 변화 업시키는 방식이다. 간단하고 좋지만, 시프트 업과 시프트 다운의 한계를 늦출 필요가있다 - 임계치를 찾지 않으면 역치 부근의 온도에서 팬의 회전 수가 오르거나 내리거나 짧은 시간에 반복 불편 함이 발생 - 때문에 회전이 일단 오르면 좀처럼 내리지 않는다.
이것은 PS3를 사용하는 독자들은 체험 적으로 인식하고있는 것이다. 이에 대해 PS4의 PID 제어에서 피드백에 의한 제어하여 팬의 회전 수를 세세하게 변경할 수있다. 따라서 고부하시에 회전 수가 높아져도 부하가 내려 가면 즉시 회전 수가 변경될 수 있다.
PS2,PS3의 계단 제어
PS4의 PID제어. 보라색 선이 PS4의 팬의 회전수. 부하에 따라 회전이 부드럽게 바뀌고 있는 모습. 회전이 튀는 오버 슛이나 언더슛도 있긴 하지만,이것은 진동(링잉)에서의 제어 때문인 것이다.
PID 제어를 위해 센서도 늘어 났다. PlayStation 시리즈는 대대로 프로세서에 내장되는 열 다이오드를 이용한 온도 감지를 채용하고 있지만, PS4는 거기에 배기 온도 센서를 설치하고 있다고한다. 이렇게하면 전원 공급 장치의 온도 등 배기의 전체적인 온도를 팬의 회전에 반영 할 수있게되었다는 것이다.
배기구에 구멍으로 공기의 흐름을 이끌고, 메인보드와 연결된 온도센서를 장착, 배기온도를 측정한다.
역대 PS의 비교. 용적량과 열처리능력. PS4는 발열양(=열처리능력)에 비해 공간이 적다.
케이스 내부의 공기 흐름을 비교한 그래프. PS3 Ver.A 가 월등하지만, PS4도 PS3 Ver.N 과 같은 그룹으로 2위를 차지하고 있다.
이어 공기 1 리터당 열 수송량이다. 여기에서는 「공기에 얼마나 열을 옮겨 나르는지」의 비교가 되지만, "소음을 억제하려면 풍량을 줄이는 것이 효과적인 것이라고 생각으로 PS3 Ver.G까지"어떻게 적은 공기로 차게 할수 있는가 "로 설계했다. 그러나 PS3 Ver.N에서"어떻게 대량의 공기를 부드럽게 흐르게 하느냐 '는 방향으로 설계 방침을 전환했다 ".
실제로 차트에서는 PS3 Ver.N 1 리터 당 공기 유량이 내리고있는 것을 확인할 수있다.
PS4는 PS3 Ver.N까지의 경험을 살려 "두 마리의 토끼 잡기"를 목표로 한 설계가되어 있다고한다.
PS3 VerG 까지는 수송량만이 극대화 되었다. 하지만 PS4에서는 대량의 공기가 "조용히" 흐르는 것을 목표로 두마리의 토끼를 잡는다.
흡기공의 총 면적 비교. 입구가 눈에 띄지 않는 PS4이지만, PS3 Ver.G, N과 비교해도 흡입구의 면적의 크기가 크다.
많은 독자가 신경이 쓰이는 것인, 소음 데이터도 제시되었다. "1m 거리에서 측정하는 것이 일반적이지만, 1m 벗어나면 암소음 (= 배경 소음의 수)에 묻히기 때문에 부정확하다", SCE는 시스템 전면에서 0.5m 거리에서 소음 을 계측하고 있다고 하고, 측정법으로 역대 PlayStation을 비교 한 그래프가 공개되어있다.
이것을 보면 알 수 있듯이, PS4는 역대 PlayStation 중에서도 꽤 조용한 편이 될 것 같다. " 삼상 모터의 채용으로, 특히 저 부하시 소음이 줄어들고있다 "고 말하고 있었다.
평상시와 게임 실행시. 참고로 게임실행시 킬존 섀도우 폴로 측정.
킬존을 플레이 할때 소음레벨과 APU의 소비전력. 소음 레벨은 피크가 37dBA이며 PID제어에 의해 팬의 회전이 증가. 대략 평균 31dBA를 유지
각 기기의 전체 대비 팬의 소비전력. 삼상 모터 사용으로 PS4가 월등하다.
1달러당 열처리 능력의 비용 비교. 삼상모터는 다소 비싸지만, Ver N보다 저렴한 비용으로 열을 처리한다.
이 기사는 4gamer.net 에서 발췌한 내용입니다.
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