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Le métal liquide du refroidissement de la PlayStation 5 expliqué: pourquoi Sony l’a choisi pour sa console de nouvelle génération

Le métal liquide du refroidissement de la PlayStation 5 expliqué: pourquoi Sony l'a choisi pour sa console de nouvelle génération

Sony a une dette impayée auprès des utilisateurs. Il système de refrigération qu’il a implémenté à la fois sur PS4 et PS4 Pro est très bruyant en période de charge de travail maximale. En fait, cela devient ennuyeux. Les dernières critiques de la PS4 Pro ont légèrement atténué ce problème et abaissé le niveau de bruit de quelques décibels, mais pas assez du tout pour résoudre ce handicap de manière pleinement satisfaisante.

De nombreux utilisateurs étaient impatients d’avoir plus d’informations sur le système de refroidissement PS5 pour pouvoir deviner si Sony avait réussi à résoudre ce problème dans sa console de nouvelle génération. Les forums de jeux vidéo regorgent de commentaires de fans qui ont exprimé leur inquiétude, et heureusement, Sony a répondu. Et c’est qu’il y a quelques heures, il a publié une vidéo dans laquelle l’un des chefs du département de génie mécanique a complètement démonté la console et a révélé à quoi ressemble son système de refroidissement.

Il ne fait aucun doute que nous ne pouvons pas être sûrs si cette solution est vraiment efficace et qu’il soit silencieux ou non jusqu’à ce que nous ayons la console à la maison, mais les informations que Sony a révélées confirment qu’ils ont apporté beaucoup de soin à la conception du refroidissement de la PS5. Par contre, c’est ce qu’il a joué.

L’énorme ventilateur de type turbine de 120 x 45 mm et le gigantesque dissipateur thermique riche en cuivre ont l’air vraiment bien, mais la caractéristique la plus frappante de ce système de refroidissement est le métal liquide qui agit comme une interface entre le cœur du SoC et la base du radiateur. Il est très probable que ce composant soit en grande partie responsable de la capacité de refroidissement de cette console, et pour cette raison, il vaut la peine de le connaître un peu mieux.

TIM: qu’est-ce que c’est et pourquoi est-ce si important

L’acronyme TIM vient du nom en anglais Matériau d’interface thermique, et décrivez quel matériau est utilisé interface thermique entre une puce et le radiateur qui est responsable de la réfrigération. Si l’on s’en tient aux microprocesseurs et aux processeurs graphiques, qui sont les puces qui ont tendance à dissiper le plus d’énergie sous forme de chaleur, le TIM agit comme une interface entre le boîtier qui recouvre le cœur du CPU et la base du dissipateur thermique.

Le mécanisme qui explique comment s’effectue le transfert d’énergie thermique entre deux éléments solides est appelé conduction, et son efficacité est plus grande lorsque la surface de contact entre les deux objets est maximale.

Les fabricants de semi-conducteurs et de dissipateurs ont tendance à faire très attention pour que la surface de contact entre ces composants soit homogène et aussi polie que possible car il est crucial de la maximiser pour optimiser le transfert d’énergie sous forme de chaleur entre eux. Cependant, quelle que soit la résolution du métal, il présente de petites imperfections très difficiles à corriger même si elles sont usinées très précisément.

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Le mécanisme qui explique comment le transfert d’énergie thermique a lieu entre deux éléments solides c’est ce qu’on appelle la conduction, et son efficacité est plus grande lorsque la surface de contact entre les deux objets est maximale. Le problème est que si ces deux surfaces ne sont pas complètement homogènes, ce qui dans ce contexte elles ne le sont jamais, ces petites imperfections finissent par être occupées par de minuscules poches d’air, ce qui est un mauvais conducteur d’énergie thermique.

Cette carence, précisément, justifie l’existence du TIM, qui en pratique est un mastic ou une pâte thermique qui est placé entre les surfaces du boîtier du CPU ou du GPU et le dissipateur thermique. De cette manière, la pâte thermique forme un film mince de matière qui comble les imperfections des surfaces métalliques en contact et favorise la conduction de l’énergie thermique, ce que nous recherchons précisément.

Le TIM est généralement une pâte thermique placée entre les surfaces du boîtier du CPU ou du GPU et le dissipateur thermique.

Chaque fabricant de pâte thermique a sa propre recette, donc tous les mastics n’ont pas exactement la même composition. Certains utilisent de l’oxyde d’aluminium; d’autres sont le nitrure de bore, l’oxyde de zinc ou le nitrure d’aluminium, et quelques-uns, les plus sophistiqués, contiennent des particules d’argent en suspension. La composition d’une pâte thermique est importante car conditionne son indice de conductivité thermique, un paramètre qui mesure la capacité à transporter de l’énergie sous forme de chaleur qu’un matériau possède.

La conductivité thermique des métaux est nettement supérieure à celle des matériaux non métalliques, tels que les thermoplastiques ou le bois, c’est pourquoi il est si important d’introduire des particules métalliques dans la pâte thermique. De cette manière, nous parvenons à augmenter la capacité de transport d’énergie sous forme de chaleur du composé, mais nous courons également le risque de augmenter sa conductivité électrique, et cela pourrait nous poser des problèmes si le mastic entre en contact avec un composant électrique ou électronique de notre ordinateur.

Le métal liquide est un bon choix, mais difficile à manipuler

Comme on vient de le voir, l’indice de conductivité thermique des pâtes thermiques est supérieur à celui de l’air, qui est un bon isolant thermique. Même ainsi, la conductivité thermique de ces mastics est bien inférieure à celle des métaux, de sorte que le TIM idéal serait celui qui a un coefficient de conductivité thermique aussi proche que possible de celui des métaux. Dans ce cas, pourquoi ne pas utiliser un métal liquide comme interface entre le processeur ou le processeur graphique et le dissipateur thermique? De cette façon, nous maximisons la zone de contact entre les surfaces métalliques, nous évacuons l’air et nous avons haute capacité de transfert de chaleur.

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L’utilisation d’un alliage de métal liquide tel que le TIM est une stratégie très attractive de par sa capacité à conduire la chaleur, mais elle pose un défi: il est crucial d’éviter que ce composant, qui a également la capacité de conduire l’électricité, n’entre en contact avec d’autres éléments. Équipe. Les composés métalliques liquides utilisés dans les applications électroniques dans le but de favoriser le transport de l’énergie thermique ont généralement recours à un alliage de gallium, d’indium et d’étain connu sous le nom de galinstano.

L’indice de conductivité thermique du métal liquide peut être jusqu’à 80 fois supérieur à celui d’une pâte thermique conventionnelle

Son indice de conductivité thermique peut être jusqu’à 80 fois plus que celle d’une pâte thermique classique, mais, en plus de sa difficulté à manipuler pour l’empêcher d’entrer en contact avec d’autres composants, elle présente un inconvénient que l’on ne peut ignorer: le gallium affaiblit fortement l’aluminium car il parvient à s’infiltrer cristaux qui le composent et réduit la force avec laquelle ils sont liés les uns aux autres. Pour cette raison, l’idéal est que les alliages métalliques liquides qui utilisent du gallium ne coexistent pas avec des surfaces en aluminium. Le cuivre est une bien meilleure option.

Le choix du gallium n’est pas accidentel. Et c’est que le point de fusion de ce métal est de 29,7 ° C, il reste donc à l’état liquide à une température relativement basse. Les points de fusion de l’indium et de l’étain sont plus élevés, mais en agissant sur la proportion de ces éléments il est possible de jouer avec le point de fusion du composé métallique liquide. Sony assure que ses ingénieurs ont investi deux ans dans la conception du système de refroidissement de la PlayStation 5, ce qui traduit qu’ils sont conscients que cette console doit être plus performante dans ce domaine que son prédécesseur.

Nous ne connaissons pas la composition du métal liquide qui agit comme TIM dans PS5, mais il est probablement similaire à ce que nous venons de décrire, et contient donc du gallium. Dans tous les cas, il ne fait aucun doute qu’une partie importante de l’effort des ingénieurs de cette société a été consacrée à la conception de l’enceinte, qui est responsable de préserver l’étanchéité lorsque l’alliage métallique fond. Comme nous l’avons vu, il est essentiel que le métal liquide n’entre pas en contact avec d’autres composants. L’image suivante provient du brevet Sony qui décrit la conception du boîtier qui confine l’alliage de métal liquide.

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Brevet PS5

Le numéro 31 du schéma indique l’emplacement de l’alliage métallique, et le 33 la présence des éléments qui sont responsables de l’étanchéité et du maintien de l’étanchéité de l’enceinte lorsque la console est allumée, le métal chauffe et atteint son point de fusion. Les composants identifiés par le numéro 16 sont des condensateurs, et l’élément qui porte le numéro 15 est un matériau isolant qui empêche ces condensateurs d’entrer en contact avec le métal à l’état liquide. Dans le schéma suivant, j’ai marqué en rouge le boîtier où l’alliage métallique est distribué lorsqu’il atteint son point de fusion.

Ps5patente2

Dans ce brevet, Sony indique que sa conception garantit l’étanchéité de l’enceinte même lorsque la console est réorientée ou soumise à des vibrations, et il ne fait aucun doute qu’il doit en être ainsi car la PS5 peut être placée à la fois verticalement et horizontalement. De plus, une bosse accidentelle lorsque la console est en marche ne doit pas faire entrer en contact du métal liquide avec d’autres composants de la machine. Jusqu’à présent, il semble que Sony a tout sous contrôle.

Comme je l’ai mentionné dans les premiers paragraphes de cet article, le système de refroidissement que Sony a conçu pour PS5 sur le fond d’écran a l’air bien. En outre, le métal liquide se dégrade à peine avec les changements d’état, sa vie utile devrait donc être longue. Encore plus que celle de la pâte thermique conventionnelle. Dans tous les cas, nous mettrons ce système de refroidissement à l’épreuve lorsque cette console tombera entre nos mains.

images | Sony | Une sombre
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