PS5 と Xbox Series X: パフォーマンスが向上したにもかかわらず、より静かなコンソールは現実的ですか?
昔のビデオ ゲーム システムを思い出してみると、個々のモデルは特定の特性に基づいてすぐに特徴づけることができます。並外れた独占タイトル、創造的な操作コンセプト、さらには迷惑なハードウェアの欠陥さえも。上記の側面はすべて PlayStation 4 に当てはまりますが、そのボリュームが膨大であることで有名です。
直接の後継デバイスでは、PS5同様の間違いを避けることが重要です。ソニーの主任システムアーキテクト、マーク・サーニー氏が認める。これは、個々の冷却コンポーネントの高効率設計と、消費電力および可変クロック周波数に関する高度な方法の助けを借りて達成されます。
実際、PS4に対する非難はほとんど不当である。日本のゲーム機メーカーはデバイス内で発生する膨大な熱への対処法を熟知しているが、最新のハードウェアは他の分野で欠陥があるからだ。
敵を特定する
熱の問題を理解するには、マイクロプロセッサの基本原理を検討する価値があります。今日のコンピュータ技術は主に電界効果トランジスタに基づいており、スイッチング プロセスを実行するには電圧が存在する必要があります。結果として生じる電力損失は熱の形で放出されます。
それほど複雑ではないプロセッサの場合、必要な電圧が最小限であるため、ほとんどの場合ヒートシンクなしで済みます。モデルにもよりますが、たとえば、プレイステーション 1 チップは、わずか 33.9 MHz の周波数でスイッチング プロセスを実行する最大 100 万個のトランジスタで構成されていました。合計 153 億個のトランジスタを備え、常に 3.8 GHz で動作できる Xbox シリーズ X と比較した場合のピーナッツです。
情報：
結果として生じる電力損失は、トランジスタの数とクロック周波数に応じて均等に増加します。回路に必要な電圧が少なくなるため、より小さな製造構造のみが解決策となります。最小限の削減でも、冷却システムの負荷を大幅に軽減できます。
Xbox Oneにはほとんど不満はありません
チームグリーンに直接こだわりましょう。 Microsoft のコンソール ビジネスへの最初のステップでは、動作量と信頼性に関する深刻な問題が明らかになりましたが、Xbox One 世代以降は問題はないようです。製品サイクルが終了するまで、デバイスの過熱や高速ファンはほとんど発生しません。これは、ヒートパイプの広範な使用と銅のほぼ普遍的な使用が主な原因です。
とにかく…ヒートパイプ。この用語は何度か繰り返されるので、その仕組みを見てみましょう。
ヒートパイプの簡単なスケッチ - 液体は下部で蒸発し、上昇して上部で凝縮します。
基本的に、これらは銅管であり、加熱すると蒸発して上昇する液体が少量満たされています。チューブの低温側の端では、結果として生じたガスが再び凝縮し、毛細管システムを介して戻され、回路が形成されます。
ヒートパイプは上昇する蒸気を介して分配器として機能し、熱をアルミニウムフィンのブロックに伝達し、入ってくる空気に対して非常に大きな攻撃面を提供します。
ベイパーチャンバーの勝利
Microsoft が冷却に多大な労力を費やしたという事実は、言及しないわけにはいきません。結局のところ、Playstation 4 のわずかなパフォーマンス上の利点は、常に Playstation 4 にとってプラスの点であると考えられていました。ただし、銅はアルミニウムに比べて製造コストが約 2.5 倍高く、熱伝導率は約 50% 優れています。重量が重くなるため輸送コストも増加し、それがゲーム機の価格に反映されます。
エンジニアリング チームは Xbox One への投資を躊躇しませんでしたヒートパイプの物理的基礎は同じですが、寸法は完全に異なります。液体は細い管の中で気化されるのではなく、大きな銅製のチャンバー内で気化されます。ガスはいつものように上昇し、アルミニウムのフィンが取り付けられているクーラー上部で凝縮します。
蒸気室の簡略図 - 蒸気が上昇し、凝縮し、毛細管システムを介して戻されます。
当初、この冷却ソリューションは、マーケティング上の理由から、従来のヒートパイプとの違いを強調するために「液体冷却」として宣伝されていましたが、そこからはまだ遠いです。おそらく、以前はハイエンドのグラフィックス カードとサーバー市場でのみ使用されていたこのコンセプトが、結果的に大成功を収めたからでもあるでしょう。
Xbox システムで 4K と高リフレッシュ レートを確立した大幅なパフォーマンスの向上にも関わらず、One X の動作量は一貫して神経に優しいレベルに留まっています。
シリーズXの特長
私たちが設定した目標を達成し続け、レイ トレーシングと超高速 NVMe ストレージを含めて拡張できるようにするために、上部に 130 mm ファンを備えた縦型ケースを選択しました。シリーズ X メインボードには 2 つの対向するボードが中央に取り付けられているため、並列冷却が可能です。
Xbox Series X ケース全体に空気を流すには、1 つのファンで十分です。
最新のプロセッサではこれらにかかる負担が増大しているため、巨大なベーパー チャンバーが APU (メイン プロセッサとグラフィックス プロセッサを組み合わせたユニット)、RAM、さらにはマザーボードの電圧コンバータまでカバーしています。サポート フレームの反対側には、カスタムメイドの NVMe ストレージ、必要な PCI Express 4.0 チップセット、および電源があります。
これらのコンポーネントも熱を発生しますが、程度は低いため、このチャンバー内には UHD Blu-Ray ドライブなど、スペースを消費する他のコンポーネントが多数あります。ただし、APU への空気の流れは完全に自由のままです。
結局のところ、シリーズ X は以前の Xbox よりも大きな音であってはなりませんが、それでうまくいくでしょうか?私たちはこう言います：絶対に！ベイパーチャンバー技術は実証されており、シンプルだが非常に効果的な空気の流れが熱の発生を十分に阻止します。
シリーズ X の Hovis 方式…
プロセッサの製造は決して完璧ではないため、同じ製造シリーズのチップは、同じ仕様であっても大きく異なる場合があります。低品質のモデルでは、指定されたクロック速度を達成するためにより高い電圧が必要です。
ゲームによってコンソールに大きな負荷がかかると、エネルギー消費が増加し、より多くの廃熱が発生します。
したがって、メーカーは常に、高いチップ歩留まりを確保するために、電源電圧を十分に設計することを決定してきました。そうしないと、すぐに広範囲にわたる配送問題が発生し、大量のリソースが浪費されることになります。ただし、厳密な定義は、高品質プロセッサが不必要に大量の廃熱を生成することも意味しますが、結局のところ、理論的には大幅に低い電圧で済む可能性があります。
これに対処するために、Xbox チームのリード エンジニアである Bill Hovis は、プロセッサのパフォーマンス レベルを実際に測定する方法を実装しました。性能テストに基づいて、印加電圧を調整する個別のプロファイルが作成されます。 APU の品質が向上するにつれて、今後も APU はより低温であり続けるでしょう。
…対。 PlayStation 5 の可変クロック周波数
Microsoft は主に一定のパフォーマンスを宣伝していますが、第 5 世代 PlayStation の設計者はまったく異なるアプローチを追求しています。 AMD の SmartShift テクノロジーを使用すると、グラフィックス ユニットとメイン プロセッサのクロック速度がワークロードに応じて動的に調整されます。ただし、両方のコンポーネントはバランスを維持する必要があり、特定のエネルギー バジェットを超えてはなりません。
天秤の先端？ - PS5 における AMD の SmartShift テクノロジーの回路図
このようにして、ソニーはゲームがコンソールにさまざまな負担をかけることがなくなり、開発者が予算内で各シーンの最大のパフォーマンスを引き出せるようにします。粒子が豊富な爆発が発生する場合、グラフィックス ユニットのクロック速度が増加し、メイン プロセッサは少し休むことができます。後続の物理シミュレーションでは、分布は単純に逆転します。
このテクノロジーのおかげで、PS5 は柔軟性が高いだけでなく、Mark Cerny のチームは、初期設計プロセスでゲームが 5 年以上でシステムに与えるストレスを見積もる代わりに、あらかじめ決められたエネルギー割り当てに基づいて冷却を設計することもできます。 。
漏れと水晶玉の覗き込み
ただし、最終的にコンソールにどの冷却ソリューションが搭載されるかを予測するのは困難です。PS5開発キットの特許スケッチ2 つの部分に分かれた空気の流れを示します。 3 つのファンが両側で回転し、最も強い熱源に作用します。原則として、メインボードは依然として全体として認識できます。
V 字型は、APU の上に電源とヒートシンクが配置されているためにのみ作成されており、実際にはベーパー チャンバーとして解釈できます。
PS5 デザインの上部にある冷却フィンが、ケース上で唯一開いているスポットですか? ?
画像出典：ソニー
ソニーの最終デザインが明らかにしかし、再び疑問が生じます。上から下までくぼみのある、狭くて高い塔。背面がまだ示されていないため、ケース内の空気がどのように循環するかを推測することしかできません。たとえば、先端からの空気の流れがボード全体に伝わり、後方に排出されることが考えられます。
特許はさらに謎です、これは APU の下側の冷却を示唆しています。サーマルパッドはプレートに接続されており、プレートは円筒形のヒートパイプシステムを介してアルミニウムフィンのブロックに熱を運びます。これはメインボードの裏側に取り付けられています。
APU の上にある別の冷却コンポーネントと併用すると、発生する熱が非常に効率的に補償されるため、初日から PS4 ファンを悩ませてきた問題、つまり放熱ペーストの乾燥が解消されます。
リビングまでの長い道のり
個々のコンポーネントの製造は高度に専門化された工場で行われるため、最終的な組み立ては Foxconn などの委託製造業者によって行われます。設計に関係なく、プロセッサーとヒートシンクを重ねて配置すると、微細な空気室と隙間が生じます。そこで、シリコーンオイルと金属酸化物でできた展延性の塊を使って凹凸をシールします。
PS4 の音が大きすぎる一般的な原因は、塗布された放熱ペーストです。
サーマルペーストの状態は、通常約 2 年で著しく劣化します。その結果、プロセッサがさらに加熱され、より高い空気流によって冷却回路が維持されるため、デバイスのファンの回転数がさらに高くなります。温度が設定された制限を超えると、システムは単にオフになります。
コンソールは出荷されてから数か月間保管されるため、サーマルペーストの実際の寿命からこの時間を差し引く必要があります。動作音の悪化は1年目、遅くとも2年目には発生します。
個人的な経験から言えば、稼働直後に放熱グリスがほぼ乾燥していたシステムも報告できます。高品質で長持ちする製品がここでは役立つかもしれないが、ゲーム機の利益率と損失率は厳密に計算されている。
交換後、特にすべての Sony プラットフォームですぐに改善が見られました。アルミニウム ブロックに埋め込まれたヒート パイプが APU の廃熱をよりよく吸収するようになり、次のような複雑なタイトルでもファンが作動し続けるようになりました。戦争の神ほとんど静かにささやきます。 Mark Cerny のチームは、これらの製造上の欠陥を永久に修正するのに十分でしょう。
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