主题 : 统一散热的奥秘 苹果新Mac Pro深度解析
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0 统一散热的奥秘 苹果新Mac Pro深度解析

对任何一个品牌的台式机而言,无论它 采用多么顶级的配置都算不上本事,因为这都是只要花钱就能从上游供货商那里买到的,普通用户也能轻松组装出来。但要把这些顶级硬件塞进一个体积只有普通机 箱 1/8 的迷你机箱里面,还指望它散热良好、运行安静的话,就不那么容易实现了,至少在此之前,还没有哪个 PC 厂商能做到这一点。
  反过来说,从常理思考,这种小车拉大货的设计思路也是在和自己较劲——追求极致性能的用户通常不会在意机箱的大小,只要速度够快、运行稳定、扩展性好就 足够了。另一方面,今天的 PC 行业早已是夕阳产业,投入巨大资源来重新设计一款台式机,从制造商的角度来看似乎会是一桩亏本买卖。
  但苹果显然不这么认为,这一次它对 Mac Pro 进行了脱胎换骨的改变,大幅缩小体积,而且破天荒的采用了圆柱形设计,但性能却是之前那个巨无霸的两倍。在对这款产品的内部结构进行了深入的了解之后,我 认为可以说苹果重新定义了桌面电脑。Mac Pro 给其它品牌的台式机开启了新的思路,未来会有越来越多 PC 厂商效仿它的设计理念。


新一代 Mac Pro 揭秘
  2001 年,iPod 重新定义了音乐播放器,随后类似的 MP3 如雨后春笋般涌现出来。2007 年,iPhone 重新定义了手机,今天的结果大家都看到了,我们都在用触屏手机。2008 年,Macbook Air 重新定义了笔记本,这才有了现在的超极本。2010 年,iPad 定义了平板电脑,至今仍难以被超越。
  2013 年,无论从时间点还是从股价来看,苹果都必须再次推出一款颠覆性的产品,来证明自己依然 Think different,在智能电视、苹果眼镜、智能手表纷纷难产的情况下,重新定义一下台式机不失为一个明智的选择——作为一款小众产品,它本身并不能给苹 果带来利润增长,但它让消费者看到苹果依然充满魅力,这有助于 iPhone 等主力产品的销量,同时稳住投资者信心,稳住股价。
  苹果对新 Mac Pro 倾注全力,还有另一个更为重要的原因。你是否还记得,在过去的几十年里这家公司的注册名称一直是“苹果电脑”,直到 2007 年才更名为“苹果”。作为一家以 Mac 为基础的公司,苹果凭借独一无二的软件,在图形设计和视频制作等领域拥有大量的铁杆用户,包括《阿凡达》《复仇者联盟》在内的许多特效大片都是通过 Mac OS 环境下的专用软件开发出来的,这些行业用户很难迁移到 Windows 平台,也根本不打算那样做。因此,比起手机和平板,Mac 用户对苹果有最高的忠诚度,是苹果非常珍惜的核心客户。
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 在过去的几十年里,台式机的散热方式一直是处理器和显卡有各自 的散热风扇,然后通过机箱后部的网状格栅自然散发出去,有的用户为了加快机箱内部空气流通的速度,还会在机箱后部增加一个抽风风扇。如果有两片显卡,自然 是会有两个独立的风扇分别为它们散热。此外,部分发烧友还会给内存模组增加一两个额外的风扇。
  总而言之,就是不断的做加法。这样做虽然能够改善散热效果,但同时也不可避免的会增加噪音。游戏玩家倒是可以把它想象成大排量跑车的引擎轰鸣声,但对于苹果的核心用户——那些专业工作者来说,这些噪音会让人心烦意乱,难以集中注意力和发挥创造力。
  做加法容易,做减法难。在此之前,谁能想象仅用一个风扇就能为 Xeon 至强 12 核处理器 + 两片 FirePro W9000 顶级显卡这三大火炉同时进行散热呢?而且还是在那样狭小的一个空间中,还能保持运行安静。那么,苹果是如何做到的呢?答案就是:先将所有热量集中到一处,然后通过一个巨大的风洞来快速带走热量。


Mac Pro 的散热原理和“风洞”有异曲同工之妙
  这就好比三个战士(一个处理器、两片显卡)分别有自己的医疗师(散热器),以前是当一个战士在奋力战斗(全速运行)时,只有他自己的医疗师在帮他补血 (降温),另外两个医疗师则是游手好闲的在旁边观望,这就造成了资源浪费。如果这六个人组成一支团结的队伍,当哪位战士需要补血时三个医疗师会一起上,资 源共享,从而大大提升了整支团队的工作效率。

Mac Pro 拆解后的俯视图
  圆形和等腰三角形都是经典的形状,各自都蕴含着奇妙的力量,新 Mac Pro 将它们巧妙的融合在一起。通过俯视图我们可以看到,圆形的切面被均匀的分成上下两个部分,上半部是一个等腰三角形的纯铜散热片模块,为了扩大散热面积还在 中间增加了一些连接线——但这些连接线又不能太密,否则会影响通风效果,相信这个平衡点是苹果经过多次测试后才最终确定的。

热量传导示意图
  在这个等腰三角形纯铜散热模块的三个面上,都紧靠着三个发热量最大的芯片,左右两边是两片完全相同的显卡,它们通过交火来获得最强的图形处理性能。较长的那条边则是主板以及处理器。三颗芯片都会紧紧贴在三个面的铜板上,它们发出的热量会快速被铜板分散开来。
  正如前面所说,如果其中某一个面的芯片发热量格外大,没关系,超出的热量会被另外两个面的铜板吸收,这就是新 Mac Pro 统一散热架构和核心理念。有消息称,苹果的设计师正是先想到了这个三菱柱形的散热结构,才有了重新打造 Mac Pro 的计划。
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 除了三菱柱形的纯铜模块之外,新 Mac Pro 的统一散热架构还有另一个重要的组成部分,那就是风扇。由于只有一个风扇,因此我们不能按照常理思考,把它简单的按在铜块上就完了,而是要从全局出发,去 设计整个风道的路线——进风量和出风量要相等,中间不能有瓶颈和死角、也不能有漏风的地方。
  由于风扇是圆形的,因此若想让它完 全掌控机身内部的空气流动,就要把出风口也设计成圆形。若想让进出风量达到均衡,那么进风口应该采取对称的设计,因此,圆柱形就成为了新 Mac Pro 最理想的外形。如果换成长方体,那么在风扇够不到的顶部四个角落,会不可避免的会出现热量堆积,从而提升机箱内的平均温度;如果换成圆锥梯形,那么进风的 速度会比出风的速度慢,一部分热量会在机身底部淤积,同样也会影响整体的散热效果。因此,只有上下均等的圆柱形能带来最高效率的空气对流。


冷空气从新 Mac Pro 的底部被吸入

在均匀密闭的环境中,空气整齐有序的向上移动
  众所周知,热量是会向上移动的,把出风口设计在机身上方更符合规律。在没有风扇的情况下,机身上部一定比机身下部更热,因此把风扇安置在机身顶部会带来 更高的散热效率。而最为重要的是,要想提升风扇的性能只有两个方法,一是加快转速,二是加大尺寸,由于前者会增加噪音,所以加大风扇的尺寸就是最理想的选 择。
  我们看到新 Mac Pro 最大限度的利用了圆柱体切面的空间,风扇的直径几乎等同于圆形外壳的直径,这样一来机身内部没有死角,任何位置的空气都会直接受到向上的拉力,从而被快速 吸出机身之外。有了这样高效率的风道路线,风扇通常也无需全速旋转,这就是新 Mac Pro 运行安静的原因。

最后携带着热量从机身底部吹出

热量与空气在机身内部的流动路线 GIF 动态示意图
  为了最大化的提高吸风能力,风扇的叶片数量、间距、倾斜角度也是经过重新设计的,在对上百个模型进行反复测试后,最终确定下来一个性能最好的风扇,也就 是新 Mac Pro 采用的这个。苹果对风扇这么执着的原因也是为了在保证散热效果的同时,尽可能的降低风扇转速——减少噪音。对苹果的目标用户来说,只有安静的环境才能发挥 灵感与创意,从而更好的完成工作。事实上,这也不是苹果第一次对风扇的细节进行改进,在去年的视网膜屏 Macbook Pro 身上,苹果就已经在提升效率和降低噪音方面积累了丰富的经验
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顶级的配置,充满创意的散热系统,堪称艺术品的外观设 计,新一代 Mac Pro 确实令人眼前一亮。但毕竟是一款未上市的新品,目前全球范围内都没有任何人对真机进行评测体验,真正使用起来难免会有一些现 在还无法发现的问题。通过对目前掌握的资料进行分析,笔者发现几处似乎不那么尽如人意的地方,下面就谈一谈自己的拙见,与大家交流探讨。
  遗憾一:电源线插头在机身前部
  通过图片我们可以看到,新 Mac Pro 的所有接口全部位于机身正前方,甚至包括了电源线的插头!看看我们身边的台式机,这个接口无一例外的都在机 身后部,我们都希望目光所及的范围内,尽量少看到任何线缆,希望它们尽量被机身挡住,从而让桌面显得整洁一点。为了美观,我们家里的电视、电话、饮水 机.....。.所有电器设备的电源线接口都是尽量隐藏起来。
  你能想象一台主机的肚子上长出一根线吗?然后像脐带一样大摇大摆的爬到你 的面前,绕来绕去最后连接到脚下的插线板上,那将会是多么恶心的一件事情!什么精巧的圆柱形设计、铝合金抛光工艺,在这条线面前全都给毁了,用败笔来形容 这个接口的位置也毫不为过。希望当正式的新 Mac Pro 上市的时候,这个接口的位置能挪到机身后方去。毕竟,尾巴还是比脐带看着顺眼多了。

    
电源线接口             开仓锁定键
  遗憾二:开仓键破坏外观统一性
  在机身正面的斜上部,我们还看到了一个独立的滑动按键,它是用于锁定外壳的。用户只需拨动这个按键,就可以解锁并取下铝合金外壳,从而看到机身内部结 构,或进行适当的维护。但是对新 Mac Pro 而言,从内到外无不遵循着“对称”的哲学——等腰三角形的板卡、左右对称的四通道内存、上下对称的进出 风口、甚至连正面的接口布局都是基本对称的....。.
  在这样追求完美的理念下,这个开仓键的位置多少显得有些突兀,就像帅哥额头上一 道疤、又如美女脸上一颗大黑痣,破坏了那种浑然一体的美感。其实和电源线接口一样,这个按钮完全可以设计到机身后部去啊,毕竟它又不是那种天天都要使用的 按键或接口,只是偶尔用一下,为何要让用户天天看到它呢?
  遗憾三:将 DIY 爱好者挡在门外
  对于 Mac Pro 的用户来说,新型号的推出是个喜忧参半的消息。首先,老款 Mac Pro 发布距今已经 7 年有余,配置逐渐落后,已被其他 高端 PC 所超越。但从另一方面看,新款 Mac Pro 可能牺牲掉了用户所喜爱的灵活性,取而代之的是所谓的新造型。想要升级,只能通过购买时的配 置选择了。
  新 Mac Pro 没有多余的硬盘托架,甚至连供老款硬盘使用的 SATA 连接都没有。内存位于逻辑主板两侧的扇形插槽 里,可以替换。就连知名的 Mac 升级服务商家 OWC 都表示,他们只能提供内存升级服务——每个插槽升级为 32GB,共计 128GB 。这样有 限的扩展性对 DIY 爱好者而言,自然是难以令他们感到满意的。
  遗憾四:雷电接口迟迟未普及
  升级 Mac 一直都要比升级 Windows PC 更麻烦,苹果在新 Mac Pro 上想表达的似乎是,如果连接标准——雷电2接口将能带来如此 高的性能,那为什么不可以设计出一款不支持 DIY 升级的产品呢?当然,这样做的弊端在于成本和可用性。雷电接口在 2011 年初就随 着 MacBook Pro 一同问世了,但过了 2 年多,使用这种接口的配件依旧少之又少。市场上可以买到的都非常昂贵,而新 Mac Pro 对于 雷电2接口的推广,似乎也不会改变这一点。
  遗憾五:显卡驱动有待完善
  当笔者第一次看到新 Mac Pro 的显卡配置时,就在想苹果为什么选择了 AMD 而不是  NVIDIA?这两个品牌在消费级显卡领域基本旗鼓相 当,但在专业显卡领域 AMD 则要弱一些,市场份额只有15%,比半年前丢掉了 3.4  个百分点,连续四年利润率也只有可怜的 5.1% 。
  和 AMD 相比,NVIDIA 不仅在游戏显卡上有 The Way 项目,专业领域也与  ISV(独立软件商)合作密切,保证了其专业显卡与专业图 形软件的兼容性、可靠性,这也是该领域内最为看重的地方。NVIDIA Quadro  得到的软件支持也比 AMD FirePro 更多,比如 说 Adobe Premiere Pro 5.5 / 6.0 的“水银回放引擎”就仅支持 N  卡加速,甚至支持部分 GeForce。 Adobe  CS 套装推荐显卡里就优先列举着 NVIDIA Quadro,而在 Adobe Photoshop 认证硬件中,N 卡 有 21 款,A 卡只有  13 款。不要说不公平,这都是 NVIDIA 花了大量时间和金钱投资换来的,OpenGL 驱动和 CUDA 工具都不 是白白写出来的。AMD  支持开放标准 OpenCL,但是投资力度明显不足,市场份额低也在情理之中。
  这一 次,FirePro W 系列凭借新架构带来了强大的浮点性能,Quadro K 系列的开普勒架构则退步非常大,因此至少理论而言,AMD  有希望胜 出一筹。但从测试成绩来看,对比上上代旗舰,AMD FirePro W9000  的流处理器、纹理单元、显存带宽都增加了六成,频率也高了,但平均性 能提升只有可怜的  11%,空有理论性能却没能展示出来。不管是因为驱动程序优化不到位,还是测试软件版本较老无法发挥 GCN 架构优势,抑或 是 NVIDIA  获得的支持力度更佳,至少现在看来,新一代 FirePro 的表现还无法令人满意,只是非常偶尔才有较好的表现,对比老产品进步也 太小。
  遗憾六:放弃主流市场
  新 Mac Pro  当前的定价我认为比较合理,因 为它顶级的配置面向的是那些不差钱的专业用户。但我在想苹果为何不推出平民配置的版本,从而让更多喜爱新 Mac Pro  设计理念的消费者也能够拥有 它。比如我个人就很想把家里那台服役近十年的老古董换掉,换成这部新 Mac Pro,里面的配置其实无所谓,换成普通 i5  处理器和中端独立显卡就 行了,我主要是喜欢它那充满创意的外观,相信会给房间增色不少。但从目前的情况来看,苹果似乎只愿推出顶级配置的 Mac  Pro,面向小众群体,这对 我们普通消费者而言不能不说是一个遗憾。
  总之,新 Mac Pro 确实是一款具有变革意义的产品,通过它也让我们看到了苹果公司对待 一款产品的专注和用心。虽然还有一些细节存在争议,但现在对它下定论还为时尚早,很多设计会在正式上市之前发生变化。但事实上,作为后 PC 时代的一款 小众产品,无论新 Mac Pro 成功还是失败,都不会对苹果公司下一阶段的整体兴衰带来太大影响。苹果要想对消费者继续保持吸引力,还需要尽快拿出一 款像 iPhone、iPad 那样颠覆性的产品才行。
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看看这个了
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一曦永乐
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思想与众不同,这才是生存法则!
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