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Nikkei X-TECH_2024.2.27

'Apple Vision Pro' 철저 분해 (2)
'Apple Vision Pro' 알루미늄 채택은 열 대책인가
'Meta Quest3'와 설계 사상에 차이

닛케이 크로스테크 편집부에 도착한 미국 애플의 헤드 마운트 디스플레이(HMD) ‘Apple Vision Pro(이하, Vision Pro)’. 분해 전에 서모그래피 카메라 등을 사용해 온도 분포나 소비전력을 조사해 열설계에 담긴 아이디어를 분석했다.

-- 저소음 대풍량 듀얼팬 --
우선 타사의 분해 기사나 외부 관찰 등을 통해 판명된 Vision Pro의 냉각기구를 소개한다. 냉각팬을 2개 사용한 강제공랭을 메인으로 한 구조로 되어 있다. 통풍공은 주로 HMD의 위쪽과 아래쪽에 있다. 우선 위쪽에 있는 것은 에어 플로우의 배기구로 보이고, 폭이 약 5.5mm, 길이가 약 44mm인 타원 형태의 통풍공이 좌우에 1개씩 배치돼 있다.

아래에는 작은 통풍공이 여러 개 뚫려 있는데, 이 통풍공은 에어 플로우의 흡기구로 보인다. 구멍 크기는 직경이 약 3mm이고, 구멍 수는 좌우 각각 31개가 있었다.

열설계 전문 기업 서멀디자인랩(군마현)의 구니미네(国峯) 대표는 “냉각팬을 2개로 함으로써 1개 팬을 돌려 풍량을 확보하는 것보다 소비전력 삭감과 저소음화에 이점이 있다”라고 말한다.

“예를 들어 냉각팬의 회전수를 3500rpm에서 2배인 7000rpm으로 하면 소비전력은 8배가 되지만, 3500rpm의 냉각팬을 2대로 하면 소비전력은 2배만 증가한다. 소음의 경우도 3500rpm에서 35dB의 냉각팬을 7000rpm으로 하면 15dB 늘어나 50dB이 되지만, 3500rpm 냉각팬을 2대로 하면 3dB 증가한 38dB로 억제된다”(구니미네 대표).

-- 알루미늄 프레임으로 핫스팟 회피 --
이번에 Vision Pro의 연산 처리에 부하를 걸었을 때의 냉각 동작을 검증하기 위해 2개의 패턴을 시험했다. 우선 첫 번째가 (1) 비디오 시스루 영상이 표시된 채 방치한 아이들링 상태, 두 번째가 (2) 고부하 상태가 되는 iOS 전용 벤치마크 앱 ‘3D Mark’가 실행 중이다. 이번에는 (1)의 결과를 중심으로 정리한다. 또한 계측 시 실온은 약 21℃~22℃였다.

우선, (1)의 아이들링 상태의 Vision Pro를 서모그래피 카메라로 촬영했다. 온도 분포를 확인하면, 위쪽의 배기구는 온도가 높아지고 있지만 케이스 표면으로부터의 방열을 억제하고 있어 표면 부분은 모두 체온 이하라는 결과가 나왔다.

참고로 (1)의 상태에서 시험삼아 Vision Pro로 동영상 촬영한 채 방치해 계측해 보았다. 아이들링 상태의 경우와 비교해 발열이나 배터리 잔량의 감소 상태에 큰 차이는 없었다.

그리고 동영상 전달 앱 ‘Apple TV’로 3D 영화를 전화면 표시(cinema 모드)로 실행하면, 반대로 아이들링 상태보다 배터리 잔량이 줄어드는 방식은 작아지고 있었다. 비디오 재생용 전용 회로가 작용한다, 영상 이외의 부분이 어두워진다, 등의 결과라고 추측된다.

구체적으로는 위쪽의 배기구 안쪽의 온도는 약 48.2℃로 고온이 돼 있었다. 그러나 배기구 바로 옆의 알루미늄 합금제 프레임 부분의 온도는 35℃ 안팎까지 내려가 있었다.

프레임을 알루미늄으로 함으로써 HMD의 중량은 증가했지만, 그 대신 알루미늄으로 열이 전체로 확산되며 배기구 주변에 핫스팟이 생기지 않는다는 열설계상의 이점이 있었던 것 같다.

유사한 기능을 갖춘 미국 메타의 HMD ‘Meta Quest 3’는 프레임이나 외장 커버가 수지로 만들어졌기 때문에 배기구 부근이 핫스팟이 되어 있었다. 이 대책을 위해 통풍공 근방에 흑연 시트를 붙여 커버 표면에 열을 확산시킬 필요가 있었다.

-- 전면부나 접안렌즈부의 온도는 낮게 --
HMD의 전면부를 관찰해 보니 가장 온도가 높아진 부분도 약 34.2℃였다. 그림5 상부의 측정점 M1과 M6가 알루미늄 프레임 부분에 해당한다. 전면부 중앙에는 장착자의 눈을 가상적으로 영상으로 보여주는 'Eye Sight'라고 불리는 육안 입체시 디스플레이가 배치돼 있지만 디스플레이 부분에서의 큰 온도 변화는 보이지 않았다.

Vision Pro를 들어올려 아래에서 바닥 부분을 촬영하면, 알루미늄 프레임 부분이 약 33.5℃였다. 온도가 높은 것은 배기구뿐이고, 그 이외의 표면 온도는 억제되고 있는 것 같다.

접안렌즈 측은 한층 더 온도가 낮게 억제되고 있었다. 가장 온도가 높은 것은 중앙 아래쪽의 약 32.5℃로, 전면부 등의 표면보다 2℃ 가까이 낮다.

다음 기사에서는 (2) 고부하 상태에서의 온도 분포와, 열류량을 바탕으로 한 소비전력량 추정에 대해 정리한다.

 -- 끝 --

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