新世代游戏主机硬件结构设计简要解析

来源：好游戏攻略时间：2024-11-30 18:08

随着时间的不断推进，离 Xbox Series X / S 和 PlayStation 5 发售的日子也越来越近了，微软和索尼也在这段时间不断地放出关于这三台新世代主机的消息。并且近日，PlayStation 官方频道放出了 PlayStation 5 的官方拆解视频，揭开了这“庞大”主机的面纱，同时也得到了更多有关于这台主机的资讯。本文基于现有的拆解视频、上手体验视频、技术规格等来解析 Xbox Series X （Series S 没有拆解所以就不做了）和 PlayStation 5 主机的硬件设计（内容连云评测都算不上）。文章内容如果有误欢迎指正。注：以下内容中 PlayStation 5 简称为 PS5，Xbox Series X / S 简称为 XSX 和 XSS。

此处我从 PlayStation 的官方拆解视频中截取几个我比较喜欢的点来讲一下，完整内容请在 YouTube 上观看。正面提供了一个 USB 2.0 Type-A 以及一个 USB 3 Type-C 10Gbps 接口。背面提供了两个 USB 3 Type-A 10Gbps 接口。最大速率 1Gbps 的有线网络 RJ-45 接口。风扇可以从两侧进风，此处还能看到 M.2 SSD 的加装槽位。集尘孔集尘孔，同上PCIe 4.0 M.2 插槽，可支持 2230 2242 2260 2280 规格。索尼并没有说明最高支持速率以及是否能支持 M.2 SATA SSD。此处我们可以得知 PS5 支持 Wi-Fi 6 以及 Bluetooth 5.1。直径 120mm 厚 45mm 的超大涡轮风扇，可双面进风。Ultra HD Blu-ray 光驱，可以放 UHD-BD 了。此处可以看到背面的显存通过导热介质传热到热管上，之后再导热到散热鳍片上进行散热。同时可以看到 GDDR6 和 SSD 的颗粒与背板之间都有导热介质填充。主板正面，可以看到 APU 以及巨大的 SSD 主控。右上角还有 CR2032 电池仓。采用了 Zen2 RDNA 2 架构的定制 APU 本体这颗 APU SoC 的规格我就不多说了，AMD Zen2 架构 8 核 16 线程 3.5GHz CPU + AMD RDNA 2 架构 2.23 GHz 36CU GPU 组成的 APU，并且支持 AMD 的 SmartShift 技术。详细规格可以看这里，详细解析可以看这篇文章。显存显存，同上推测显存采用了三星的 K4ZAF325BM-HC14 GDDR6 16Gb 14Gbps 显存，8 颗 2GB 容量的显存加上 256-bit 的位宽组合出了 16GB 容量以及 448GB/s 的带宽。自研 SSD 主控此处三个也是 SSD 颗粒结合这两张图片可以得知，这个 SSD 搭配了三星的 DDR4 作为缓存使用，根据颗粒面积大小以及 SSD 容量推断缓存颗粒容量应在 1GB 左右（因为看不清所以无法得知具体参数）。NAND 颗粒型号为 TH58LJT0T24BA4C，通过 KIOXIA 颗粒的命名规则以及市面上流通的相近型号颗粒可以推断出这是 KIOXIA BiCS4 96-Layer 1Tb 2CE TLC 颗粒，容量为 1Tb 也就是 128GiB，6 颗这样的颗粒就能组合成 128GiBx6=768GiB 的容量。那么索尼声称的 825GB 容量是怎么来的呢？答案是这个 825GB 是直接通过单位换算得来的，也就是 Gigibyte 和 Gigabyte 的区别，容量单位科普请看这篇文章此处就不再赘述了。编者注：768 GiB x 1024^3 / 1000^3 = 824.63 GB，当然这里有推测成分，还是要看实际情况才能定夺。这个颗粒的大致性能可以参考 KIOXIA 的平价 SSD RC10 系列，上面搭载的颗粒和 PS5 上的同根同源，区别仅在于容量和 CE 数。既然知道了用的是啥颗粒那为什么 PS5 的 SSD 会比使用相近颗粒的 RC10 快那么多呢？这是因为索尼的 SSD 不单使用了大容量的 DDR4 缓存和 PCIe 4.0，而且还通过同时读写多个 NAND 颗粒的方式来粗暴堆积读写速度。要处理这么多颗粒的同时高速读写就必须要有一个足够强大的主控，这也是索尼需要自己研发 SSD 主控的原因。多通道 PCIe 4.0 主控 + 大缓存 + 多 NAND 颗粒同时读写 + 经过优化的存储总线 + 优秀的压缩算法，这就是 PS5 SSD 如此快速的秘密。散热模组巨大，多热管并联并且使用了均热板（Vapor Chamber）散热模组全貌可以看到使用了 6 热管350W 电源，集成了无线天线索尼这次为了 PS5 的散热真的下了血本（芯片上抠的钱还是要吐回来），不仅使用了大尺寸风扇和大尺寸散热模组，APU 与散热模组之间居然使用了液态金属作为导热介质！液态金属导热剂有着比硅脂导热剂高得多的导热系数，所以在同样条件下就能比硅脂传递更多的热量。并且液态金属也比硅脂更容易填充散热模组与热源中间的空隙，同时液态金属不易挥发所以耐用性也比硅脂好得多。有了液态金属还不够，索尼这次破天荒地使用了巨大的散热模组和风扇，大面积的均热板覆盖了主板正面大部分热源所在的位置，同时大面积的鳍片也覆盖了风扇能吹到的绝大部分地方。搭配上同样巨大的涡轮风扇，从而让 PS5 在散热效果极好的同时保持极低的噪音并且不需要经常维护（比 PS4 全家不知道高到哪里去了）。PS5 的这套散热系统对用户来说导热介质部分就不需要操心了，易于拆解以及集尘孔的设计可以方便用户进行日常维护，可以预见在 PS5 的整个寿命周期里因为高温而损坏的可能性也大大降低。优点：底座设计巧妙、散热设计优秀、易于维护、有 USB Type-C 接口、有多个高速 USB 接口、支持 Wi-Fi 6 和 Bluetooth 5.1、可扩充 M.2 SSD、支持 UHD-BD 播放缺点：内部布局不够规整、主板利用面积略低、机身过于庞大总结：和 PS4 相比，PS5 硬件设计水平进步非常大，索尼将 PS5 散热做好的同时还能兼顾维护的容易程度，而且还在游戏之外提供了其他的次世代功能。但是体积真的太大了，希望后期的改进款机型能将尺寸缩小到 PS4 Slim 的水平。

此处我从 Austin Evans 和 Digital Foundry 两位 YouTuber 的视频中截取了部分我喜欢的内容来讲一下，完整视频请在 YouTube 上搜索观看。由于 XSX 没有详细的拆解视频所以只能找之前能清晰看到内部零件结构的视频来解析。 Ultra HD Blu-ray 光驱显存和定制的 APU这颗 APU SoC 的规格我也不多说了，AMD Zen2 架构 8 核 3.8GHz (SMT OFF) / 3.6GHz (SMT ON) CPU + AMD RDNA 2 架构 1.825GHz 52CU GPU 组成的 APU。详细规格可以看这里，详细解析可以看这篇文章。同上 XSX 的显存配置非常有意思，推测采用了 6 颗三星的 K4ZAF325BM-HC14 GDDR6 16Gb 14Gbps 显存和 4 颗三星的 K4Z80325BC-HC14 GDDR6 8Gb 14Gbps 显存，其中 4 颗 8Gb 显存的所有容量和其他 6 颗 16Gb 显存的一半容量作为高速显存使用，位宽为 320-bit 带宽为 560GB/s 容量为 10GB；6 颗 16Gb 显存的另一半容量作为普通显存使用，位宽为 192-bit 带宽为 334GB/s 容量为 6GB。合计 16GB 的显存容量中有 10GB 高速显存是专门划分给 GPU 使用的，另外还有 3.5GB 内存主要用于 CPU ，必要时也可以动态划分给 GPU ，剩下的 2.5GB 是系统运行所需要的内存。XSX 这样的显存配置方式就跟 PS5 SSD 的配置方式一样，通过增加可以同时读写的颗粒数量来提升速度，XSS 的显存也是相似的配置。很遗憾 SSD 被罩住了，无法得知具体用的是什么配置外置 SSD 由希捷 Seagate 制造，能提供跟内置 SSD 相同的性能。电源由光宝 LITEON 代工，输入可适应宽幅电压，输出额定功率为 255W + 60W 一共 315W。结构图，可以得知 XSX 使用垂直风道顶置轴流风扇抽风散热。超大一体式鳍片均热板散热模组，看着倒是没 PS5 大。鳍片还是挺厚的XSX有着非常厚的铝中框，中间有打孔可以让气流从中通过以起到散热作用。主板的金属罩子不仅能防止主板形变，同时也能给显存散热。针对外置的 SSD 模块的发热问题在机身内部的接口上也做了散热。背面也有巨大的进风口，顶部长条形的孔是给风扇在整个顶部被盖住时通气用的。XSX 的结构设计完全是为了散热服务的。除去 SoC 和显存的巨大散热片之外两块主板上所有的热源均被金属中框和罩子包裹从而将热量传导到金属表面进行散热，风先从底部以及背部的进风口流入，一大部分会直接流向巨大的散热模组，另一部分会流向铝中框再流向电源，最后由顶部风扇排出。顶部的风扇也大有学问。XSX 的轴流风扇与 PC 上能见到形状类似的轴流风扇原理是相同的，区别在于微软精细调整了风扇的叶片设计并且在出风口增加了特别设计的导风罩引导气流快速散开从而让这个风扇在同转速下能提供比近似规格 PC 风扇大得多的风量，再搭配上内部优秀的风道设计实现一个风扇给所有部件散热。不仅如此，轴流风扇在同等风压下转速也会比涡轮风扇更低，所以噪音也会更小。但是 XSX 的风扇在顶部并没有什么遮挡所以我推测在高负载下噪音表现并不会太出色。而垂直风道抽风设计在顶部风扇不转动时可能会影响主机的被动散热能力。结合以上图片以及 SoC 的工作频率不难推断 XSX 更大规模更大面积的 SoC 能耗比非常优秀（至少比竞争对手优秀），再搭配垂直风道抽风设计从而在体积不过分增大的情况下实现了高效率的整体散热。由于目前并没有 XSX 的完整拆解视频所以我们无从得知 XSX 具体用了什么散热介质。优点：结构设计巧妙、散热效率高、主板设计紧凑、内部布局规整、支持 ALLM VRR 和 FreeSync、支持 UHD-BD 播放缺点：无法扩充标准 M.2 SSD、不丧失保修的话用户无法对内部的散热模组进行任何维护、没有 USB Type-C 接口、没有 10Gbps USB 接口、不支持 Wi-Fi 6总结：XSX 的内部设计让我感受到了微软的财力，为了高效率的散热重塑了游戏主机的内部结构并且使用大面积的金属来辅助散热。但是除了 SoC 外的许多硬件规格都停留在上一世代的主机水平上，维护也不方便，没有 Wi-Fi 6 和不支持 M.2 SSD 扩充对使用还是有很大影响的，2020 年的产品没有 USB Type-C 接口和至少 10Gbps USB 速率支持实在是不应该。机身体积控制还算不错但是太厚了对电视柜过于不友好。但是横向放置只需要将主机横过来实在是太方便了！

微软从 Xbox One X / S 开始一改之前混乱的内部设计风格并且有了自己的特色，无论是规整的内部布局还是简洁的外观设计都一改之前 Xbox 的野蛮风格。Xbox Seires X 不仅延续了之前 Xbox One X / S 的规整设计还为了高效率散热重塑了内部结构，更加体现了微软对于美学和性能的追求。而索尼却一改 PS4 时代小而方正的设计做了个巨大又科幻的外观，同时在维护难易程度方面相较于 PS4 更进一步，PS5 甚至不拆一颗螺丝就能给风扇清灰。散热方面 PS5 更是一改之前 PS4 的孱弱表现，巨大的散热模组加上高效免维护的液态金属导热让 PS5 在风扇转速极低的情况下就能获得超强的散热能力。PS5 的内部布局体现了索尼为了降低生产成本所作出的努力，与财大气粗的微软形成鲜明对比。还有一个多月新世代主机就要发售了，希望到时候大家能够买到自己想要的主机。PS5XSX结语