PS3内部结构全面剖析

图1 PS3主板正面
在PS2游戏机上市6年半后, PS3终于在2006年11月开始上市。PS3中的亮点技术是新型微处理器Cell与显示芯片RSX，其所有元件的最大总功耗为380W。PS3采纳了各方意见，所有部件都能容纳于体积为5L的机身里。

PS3机身侧面有许多方形孔，是用于进气与排气的散热孔，可散去内置微处理器Cell与显示芯片RSX等产生的热量。

索尼电脑娱乐公司(SCE)设计生产本部副本部长伊藤雅康指出：“光是要通过反应注射成型来加工具有许多孔的光滑部件，就已经非常困难了。”这是因为当树脂材料从2个方向到孔的周围汇合时，汇合部分容易产生条状的线，即熔接线(Weld Line)。

如果在金属板上制作同样形状的部件并不难，但由于孔内会吹出热风，因此，与树脂相比，金属表面的温度就会相当高。伊藤指出：“目标是控制PS3的机身表面温度，使其即使在运行时，机身温度也仅比环境温度高25℃左右。”

因此，为了防止熔接线，PS3采取的措施是将保持高温的树脂直接灌入金属模型内，在汇合部分将树脂充分混合。

巨大的散热风扇
就开孔而言，最具说服力的开孔理由就是机身内嵌入了巨大的散热风扇，其直径超过13cm，大小类似换气扇，独力承担了PS3的散热任务。

PS3处于平放状态时，机身内部由主板分为上部与下部。安装于下部的散热风扇一转动，就会通过机身上部侧面的孔吸入空气。吸入的空气首先吸收主板上电源的热量，然后冷却最大的热源Cell与RSX的散热器，并通过机身下部的孔排出。

之所以在PS3上采用如此大的散热风扇，是为了解决噪音问题。要得到同样大小的风量，与小风扇相比，大型风扇能以较低的速度运转，所以可抑制一部分的噪音。同样,使用大型散热风扇以抑制噪音的方法也应用于索尼公司的VAIO X系列媒体中心，该系列产品将在家庭客厅中使用。普通PC风扇的直径一般为6cm，转速为4000rpm～5000rpm；但VAIO X中采用了2个直径为9cm、转速为900rpm的散热风扇，从而达到了静音目的。PS3采用的散热风扇比VAIO X中的风扇更具静音效果。SCE 公司未公布风扇的转速，但据了解，根据发热量可进行10级调控。

类似散热器的散热片
由日本古河电气工业公司开发的容纳散热风扇的散热模块里，9个散热片排列在与风扇旋转轴垂直的方向上(涡轮式风扇)，形成了Cell与RSX的散热器。这些散热片有23根支柱，可传递芯片热量，但是会增加PS3的成本。

PC中一般采用的是轴流式散热风扇，即散热片与风扇旋转轴是平行排列的。在PS3里之所以采取垂直排列的形式，主要有2个原因：首先是为了增加散热片的表面积，从而提高散热效率；其次是为了抑制散热片与空气流摩擦所产生的噪音。

支柱的形状是流线型的，用来降低空气阻力，并沿着气流方向倾斜安装。通过这些方法，可以将噪音抑制到与PS2相同的水平。

散热模块的重量大约为400g，相当重。这是因为，要转动大型风扇叶片，就需要加大转矩，因此叶片的旋转轴部分堆积了较大的磁铁。为了减轻重量，散热片采用了铝及铝合金。

上市半年前进行了全面修改
散热模块里还有一个主板上大型芯片散热用的散热管。根据功率的不同，用于Cell的散热管有3根，用于RSX的散热管有2根。

实际上，该散热结构在2006年5月举办的游戏业界盛会——美国电子娱乐展 E3(Electric Entertainment Expo)之后进行了全面修改。最初设计的元件因为不能完全容纳到机身内，所以需要重新设计。特别是体积较大的散热模块更需要减小体积，以节省空间。

最终，散热模块整体减薄，体积也减小了。只有散热风扇的主轴部分为了不影响进气效率而无法减薄，因为要从主轴周围将空气吸入到风扇内部。

外观简洁流畅
PS3的主板设计非常简洁流畅(见图1)。主板正面最引人注目的是Cell处理器芯片、RSX图形芯片、与Cell连接的输入/输出芯片，以及用来与PS2保持兼容性的EE和GS芯片。PS3由4000多个元件构成，其中3000多个都安装在主板上，光是电容与电阻就达到2800个。

Cell、RSX的安装区域与EE、GS及DRAM的安装区域在PCB板上是完全分离的。SCE 总裁久多良木健表示：“这是因为今后将用Cell上的仿真器替代EE和GS。”因此在设计时留有余地，以便最初产品中采用的任一部件将来都可以被替代。

如果通过仿真器可以实现与PS2的兼容，那么可能会取消EE和GS。不过，SCE 软件平台开发总监川西泉认为：“通过仿真器运行已烧制到硬盘里的全部PS2软件是很难的。但至少希望那些在网络上发布的旧游戏，能够通过仿真器完全执行。”

如果去除与PS2的兼容部分，主板的面积应该可以减小10％，并且元件数也将减少。与EE和GS相关的元件数大约是PS3所有元件的5%～7.5%左右，实际数量高达200个～300个。

要使主板看起来简洁流畅,电源电路应该是非常紧凑的。在PS3的设计中，采取了一些措施，使得电源部分的外围元件大为减少。例如, 在去耦电容方面，主板正面与背面分别使用了4个NEC Tokin公司的电容Proadlizer；并使用了国际整流器(IR)公司的DC-DC转换器iP2003APbF，它被封装在小型MCM(多芯片模块)里。SCE 设计生产总部设计2部2科科长赤泽亨认为：“如果用其它电容取代Proadlizer，那么去耦电容的安装面积将达到现在的1.3倍左右。”

在主板上Cell安装区的正背面有许多孔，这是为了在Cell底部安装用于去耦的35个多层陶瓷电容而设计的。因为芯片的高度问题，如果不在PCB板上开孔，就无法安装。

直径3mm的极粗插头
PS3内置电源模块的外型尺寸为147mm×144mm×40mm，考虑到其最大功耗为380W，这样的尺寸其实是非常小的。模块内部元件的排列十分紧凑，交流100V~直流12V的转换电路与交流100V~直流5V的转换电路组装在一起，前者作为主板、蓝光光盘、HDD等供电的电源，后者用作机器休眠时为电路供电的电源。如果是功耗仅为30W左右的笔记本电脑用AC-DC转换器，这种程度还属正常，但将功耗很大的电源电路如此高密度安装，是很少见的。在功耗与PS3差不多，大概为400W左右的PDP电视上，电源电路的PCB板大概有A4纸大小。

极为显眼的是连接电源模块与主板的极粗插头，其直径达3mm，可供给12V、最大32A的直流电。在优先考虑安装容积率的情况下，仍然选用了特别订制的极粗插头。SCE的赤泽表示：“如果出于电流容量方面的考虑而采用汽车上所使用的较厚连接器，就会占用许多空间，因此采用了新开发的插头。”

电源模块小型化不可缺少的方法是在模块盒里面贴上绝缘板，使模块盒与变压器周围的散热板之间基本没有间隔。

因为是高密度安装，所以也仔细考虑了相应的安全措施。变压器周围的散热板厚度大约是3mm，材料使用的是弯曲金属板，非常坚固。并且，变压器周围的散热板上，有所谓的“檐”。电源模块的盒盖不是长方体，而具有一定的倾斜度。这样，即使有力作用于这一部分，也可防止其与环形线圈等接触。

PS3采用的似乎是基于索尼能源设备公司设计的电源模块。某电源厂商已对该模块进行了分析，其技术专家认为：“PS3采用的是共振型开关电源，全波整流电路采用了零电流开关(ZCS)与零电压开关(ZVS)。”这种方式的效率较高。该模块中还包括了PFC电路等，因此其效率最大可以达到约90％。

更薄的光驱
PS3中的光驱可支持蓝光光盘/DVD/CD等3种标准，其外形尺寸大约为220mm×155mm×40mm，该厚度包括了安装设备时所使用的支柱部分。据某位技术专家说：“与2005年末～2006年初支持3种标准的索尼蓝光光盘播放器样品相比，体积大约只有1/2。”SCE也表明：“上市产品要比2005年11月以前的样品更薄。”

与以往的产品相比，之所以能够更薄，主要是在激光头部分作了改进。与2005年11月以前的激光头相比，上市产品的激光头大约只有之前的2/3，外型尺寸约为42mm×67mm×16mm。激光头重新进行了光学设计，变更了光路，从而使其更薄，同时，激光头的面积也减小了。

激光头的光学部分由物镜(该物镜可支持蓝光光盘/DVD/CD的3波长激光)、单面CD/DVD的半导体激光元件、蓝光光盘的半导体激光元件，以及反射镜等构成，2种激光元件是封装在一起的。其它公司的技术专家指出：“该光驱很有可能被用到其它产品上。”同时，该技术专家预测：“该光驱面向PS3，将会被大量生产。如果把它用作蓝光光盘的专用播放器，那么即使以5万日元(100日元约合6.7元人民币)左右的价格上市也会有利润，其它公司在价格方面毫无竞争力。”   [NIKKEI ELECTRONICS ?2005. Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.](南庭编译)