米豆機殼

近幾年由於智慧手機(SP)的崛起,加上製造技術的進步,桌上型電腦(Desktop Computer,DC;俗稱PC售價變得很便宜。另外還有一點,也是致使PC降價的原因-體積過於龐大。相信SP的崛起,跟輕巧的體積有很大的關係;輕巧的體積有方便攜帶的優勢,帶到哪、用到哪,加上SP可以上網、聽音樂、看影片、玩遊戲,已經滿足常務應用需求。相較之下,PC體積為了相容ATX標準,以及良好的散熱,一直都保持其碩大的體積。

雖然PC一般比較不會隨意移動,但龐大的體積跟平板(TC)相較之下,對普通電腦使用者(無電腦組裝及重灌OS的經驗)顯然較無吸引力,而且故障送修也比較費力;儘管對電腦玩家而言,PC的結構比較容易維護,但龐大的體積佔據更多的空間,移動較為吃力不便,也是不可否認的問題。

後來印象中是浩鑫帶起迷你PC風潮,PC市場逐漸小型化,乃至華碩EeePC時代,PC已經輕薄到剩下1.6公分厚度,在不含螢幕的前提下,已經筆記型電腦(NB)的厚度。但這股風潮,在TC開始流行以後,迷你PC及輕薄PC開始銳減,剩下傳統大於40公升的PC為大宗。

米豆認為會有這種現象,是因為輕薄PC已經失去PC特有的高效能、高擴充姓、可升級的特色;此外TC除了輕薄特色,還多了觸控螢幕,性質更接近簡單易用的手機,也更迎合普通電腦使用者的口味。難道說PC末日到了?當然不是,PC的高效能、高擴充姓、可升級等特性,這是不可取代的。此外就應用層面而言,x86平台也遠勝ARM平台,而目前TC主要又以ARM為主。

 

 

 

←將平板跟桌電放在一起,你會發現桌電身軀有多龐大!!!


PC體積實現小型化後,米豆對於現有主機設計感到不滿意;因其為了縮小體積,犧牲了效能與擴充性;例如電源供應器,必須採用特製或者小型規格,這致使選擇性變少,供電量變小,普遍供電量不到300W;電力問題伴隨適用的元件受限,不能使用高瓦數的CPU和GPU,因此同時嚴重限制了主機效能。因此早在2009年,米豆著手設計PC機殼的設計,以相容ATX標準設備為基礎,並以縮小體積至15公升以下為目標,設計符合時代潮流的PC主機,並於2010年實作出米豆PC原型機。

首先來看看PC、NB、UB、TC、SP的差異性……

  桌上型電腦(PC) 筆記型電腦(NB) 超輕薄筆電(UB) 平板電腦(TC) 智慧手機(SP)
效能 最高 最低
升級可能 CPU、RAM、HDD、GPU、MB、POW RAM、HDD RAM、HDD 不行 不行
有線介面 USB、VGA、HDMI、E-SATA、RJ-45、SPDIF、多聲道音訊插座、PS/2、序列埠、並列埠 USB、VGA、HDMI、RJ-45、SPDIF、音訊插座 USB、Micro HDMI、mini VGA、音訊插座 Micro USB、Micro HDMI、音訊插座 Micro USB、音訊插座
無線介面 WIFI、藍芽 WIFI、藍芽 WIFI、藍芽 WIFI、藍芽
光碟機 可能有
體積 ATX > 40 L、microATX >25 L、miniITX > 13 L
厚度 > 180 mm
體積 < 4 L
厚度 < 40 mm
體積 < 2 L
厚度 < 20 mm
體積 < 1 L
厚度 < 15 mm
體積 < 0.1 L
厚度 < 12 mm
重量 ATX > 18 kg、microATX >8 kg、miniITX > 3 kg <3 kg 要求 < 1.4 kg <1 kg <200 g
晶片類型 x64(x86) x64(x86) x64(x86) x64(x86)、ARM ARM
售價 最低 最高

以上表格,是參考資料近期各式設備的資料,整理出來的@Apr-2013

透過比較表格,很明顯可以看出PC擁有最高效能、最有彈性:元件可自由升級、支援介面最多、價格低廉、以應用範圍最大的x86為主流等特色;但最大的缺點在於龐大的體積與過沉的重量。相信改善體積與重量,PC將會更受歡迎;而要改善此問題,就要改進機殼的設計。

米豆設計時,最先考慮到的就是光碟機;傳統5.25吋的光碟機體積很龐大,佔據很大的空間,加上光碟逐漸遭到淘汰,資料傳輸普遍被隨身碟和網路傳輸取代,目前僅剩商業販售的應用。光碟機想到的處置方式,是改以外接的方式使用;但此舉並不受到廠商方面的支持,由於PC是固定式裝置,因此多數人還是期許內建光碟機。米豆此想法必須作罷,改將傳統光碟機,汰換為超薄型光碟機,體積由原先的1227.85 cc(41.4x146.1x203 mm),縮小為209.7 cc(128x12.7x129 mm),比例縮小為17.08%。其餘剩下比較實用的元件,只有讀卡機和硬碟機。米豆先前使用兩台硬碟機;但由於SSD的廉價化,改配備一台2.5吋的SSD當系統碟,傳統便宜大容量的HDD硬碟機,保留一台當資料碟,這樣其中一台會從376.78 cc(25.4x146x101.6 mm)瘦身為66.36 cc(9.5x100x69.85 mm),比例縮小為17.62%。

主板的選擇,除了ATX還有考慮過BTX和DTX。傳統ATX主板,提供較多的7個擴充槽,但現在基本只會插一張顯卡,頂多再加張USB3擴充卡,因此microATX 主板就已經很夠用了。就CPU、RAM的配置,還有散熱對流路徑,DTX會比ATX的散熱表現還要好,因此米豆比較想用DTX主板;但DTX並不流行;而且DTX跟microATX 有相容性,因此選定microATX 規格,等於可用DTX主板。再檢視BTX規格有比較好的散熱設計,伴隨著更好的靜音表現;但可惜跟DTX一樣,普及率遠不如ATX來得高,加上Intel 於2006年宣布放棄BTX發展,因此最後選定microATX 主板;為效仿BTX的設計,將傳統主板位置,以擴充槽為軸心轉180度移到對面,改善傳統ATX散熱問題。ATX主板面積為74.42平方公分(305x244 mm),microATX 主板面積為59.54平方公分(244x244 mm),可以縮小20%的面積。

 
米豆認為將ATX轉180度後,ATX也可以獲得BTX的散熱效率。

傳統microATX 的機殼,普遍高於35公分、寬約18公分、深度超過40公分;其內部空間配置,將電源供應器POW置頂,然後下面的空間給主機板;機殼正面的地方則是5.25吋和2.5吋的擴充槽,也就俗稱的幾大幾小;內部再配置一個3.5吋的內接用擴充槽。將5.25吋擴充槽移除後,機殼空間就大了許多;單看主板的空間利用情形,會發現其輪廓呈L型,而擴充卡經CPU到底端有15.87公分的空間,POW則只有15公分高。所以要縮小整個機殼體積,或許可以將傳統主板位置,以擴充槽為軸心轉180度移到對面,如此起BTX的設計之效,可以改善散熱;然後移動POW置底,如此有依託會比較穩固,高度也可以縮減到25公分。

機殼內配置好主板和POW後,還有HDD、SSD、光碟機,和讀卡機。光碟機不置可否,一定是配置在機殼正面。主要問題是HDD;就現在的眼光看來,3.5吋的硬碟真的太肥大,但又難捨其高效益的特性。在檢視光碟機和HDD的維度,可以發現HDD比較深,如果一樣置於POW右邊,那勢必會加深機殼深度,SATA線與電源線連接變得困難,且位置不在散熱氣流路徑上,對運作發熱容易破50度的HDD並不是好事;如果將其配置於POW上方,則可以避免加深及散熱問題,再將光碟機靠底連接面板,這樣HDD跟光碟機就會錯開,解決線材連結困難的問題。剩下SSD和讀卡機就簡單了,SSD置於光碟機上方,讀卡機靠機殼底部配置即可。為了追求更高的品質,直接內建SATA線與電源線以及連接埠,這樣使用者只要將裝置滑入,到位後鎖上螺絲即可。

本來僅繪製骨架圖;後來發現立體感不足,可能會看不懂上下,因此米豆又進行了著色 :)

以上的設計要面對的問題是“會不會過熱?”。整個空間跟傳統機殼比較小了很多,以米豆的舊機殼做比較,體積從48.9公升(205x450x530 mm)縮小到13.35公升(192.7x251x276 mm),比例縮小為27.3%。容易發熱的HDD又跟POW放在一起,POW也跟CPU很近,CPU風扇抽出熱氣後,也被對面的POW抽去,讓人十分擔心POW過熱;風扇方面的功課做過以後,得知18公分風扇在同轉速前提下,可以輸出12公分風扇兩倍的流量;若以同轉速為前提,則可以換來更安靜的環境;再加上更短的機殼深度,相信於機殼正面配置18公分風扇,可以有效解決散熱問題。對了確認此架構是否可行,米豆決定打造實機測試;先前買過一台準系統,淘汰後其上蓋恰巧可以拿來用,另外也認識做點焊的親戚,就請他幫忙打造了原型機;原型機跟設計有些許差異,並未內置光碟機,SSD與HDD並列置於原光碟機的位置。經過了兩年半的實測,這樣的配置確定可行!!! 而且第一年正面並未建置風扇;當時使用上主要的缺點,是熱氣會從正面散出,使用上比較不舒服,但並沒有熱當問題。隔年加裝風扇後,就不會再被熱到,目前米豆電腦原型機快樂使用中 :)


上半段為加裝風扇後於夜間測得的數據,下半段為日間測得的數據;最底下則是尚未加裝風扇的數據。

 

microATX 基板介面細節
www.formfactors.org/developer/specs/matxspe1.2.pdf

選擇適當的主機板尺寸(Form Factor) : 一招半式闖江湖 新手上路之主機板教戰守則
http://www.tomshardware.tw/1110,review-1110-4.html

Common Case Dimensions [Under Construction] - Overclock.net
http://www.overclock.net/t/595960/common-case-dimensions-under-construction


@19-Aug-2014 補上原型機的照片 :)

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