일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2024.2.28

‘Apple Vision Pro’ 철저분해 (3)
고부하 상태에서 70℃를 초과한 'Apple Vision Pro'
소비전력은 Quest 3의 약 4배

본 기사에서는 전 회에 이어서 미국 애플의 헤드 마운트 디스플레이(HMD) ‘Apple Vision Pro’(이하, Vision Pro)의 열 설계에 대한 분석을 소개한다. iOS용 벤치마크 앱‘3D Mark’ 실행 중에 계측을 실시, 고부하 상태에서의 측정 결과를 중심으로 정리했다.참고로 계측시 실온은 약 21~22℃였다.

-- 고부하 상태에서 내부는 약 70℃에 달하지만, 표면은 사람의 체온 수준 --
먼저 서모그래피(Thermography) 카메라로 Vision Pro의 맨 위에 있는 배기구 주변을 촬영했다. 3D Mark의 벤치마크를 실행하면서 계측하자, 온도가 급상승해 2개의 배기구 중 오른쪽 눈 쪽의 배기구 내부는 무려 약 68.1℃가 되었다. 벤치마크 실행 시간이 짧아 서모그래피 카메라의 화상을 남기지 못했지만, 온도가 한때 70℃를 넘은 것을 확인할 수 있었다.

전 회의 기사에서 소개한 바와 같이 (1)비디오시스루 영상이 표시된 채 방치된 아이들링 상태에서 촬영했을 때에는 배기구 내부 온도는 약 48.2℃였다. (2)3Dmark의 벤치마크를 실행 중인 고부하 상태에서는 온도가 약 20℃나 상승한 것이다.

한편, 아이들링 상태에서 35℃ 전후이던 배기구 바로 옆의 알루미늄합금제 프레임 부분의 온도는 고부하 상태에서 39℃ 전후까지 올라갔다. 약 20℃나 상승한 내부 온도에 비하면 대부분의 표면이 아이들링 상태에서 몇 ℃ 정도밖에 오르지 않았다. 만져도 살짝 따뜻하다고 느껴지는 정도였다.

얼굴에 가깝거나 손이 닿는 Vision Pro 표면의 온도가 올라가지 않도록 방열해 유저의 체험을 방해하지 않으려고 한 것으로 보여진다. 이것은 아이폰 등과 같은 설계 방침이라고 생각할 수 있다.

참고로 좌우 배기구에서는 내부 온도에 차이가 있었고, 이것은 열원이 다르기 때문일 것이다. 아이들링 상태에서 오른쪽 눈 쪽에 있는 배기구의 온도는 2℃ 정도 높았으며, 고부하 시에는 현저하게 온도 차이가 있었다. 이것은 연산 처리를 실시하는 메인 프로세서의 ‘M2’가 오른쪽 눈 전용 냉각 팬 측에 배치되어 있기 때문이라고 추측할 수 있다.

-- 고부하 상태의 소비전력은 30W 이상 --
다음으로, Vision Pro의 방열량과 추정 발열량(소비전력)을 확인했다. 우선 열류센서와 열전대, 풍량계 등을 이용해 표면 방열과 환기 방열량을 알아보았다.

표면 방열량은 표면 열유속의 값과 방열하고 있는 표면적에서 구할 수 있다. HMD 전면부에 열류센서를 부착해 측정한 값 등을 통해 표면 방열량을 계산한 결과, 각각 약 2.564W와 약 2.927W였다.

이어서 환기 방열량은 배기구의 면적과 풍속, 배기온도에서 구한다. 배기구에 풍량계를 대고 풍속을 측정하면, 아이들링 상태에서는 풍속 약 0.8 m/s의 바람이 뿜어져 나왔고, 고부하 상태에서는 풍속이 약 1.7 m/s였다.

열전대를 배기구 부분에 꽂아 측정하면 아이들링 상태의 배기 온도는 약 50℃였고, 고부하 상태의 배기 온도는 약 60℃였다. 이러한 값을 이용해 환기 방열량을 계산하면, 각각 약 9.128W와 약 28.387W였다.

마지막으로, 배터리 잔량치의 감소 정도를 통해 대략적인 발열량(소비전력)을 확인했다. 배터리팩 뒷면에는 배터리 용량이 35.9Wh로 기재되어 있었다. 먼저 (1)아이들링 상태와 (2)고부하 상태에서 연속 가동시킨 초 수와 배터리 잔량의 추이를 각각 기록하고 계산했다.

(1)아이들링 상태에서는 2,940초의 연속 사용으로 배터리 잔량이 '100%→73%'로 감소했다. (2)의 고부하 상태에서는 840초의 연속 사용으로 '91%→76%'로 감소했다. 이를 통해 발열량을 계산하면 각각 약 11.869 W와 약 34.618 W이었다.

이러한 계산 결과를 표로 정리해보았다(표1). 각 방열량의 합계치와 추정 발열량을 비교하면 고부하 상태에서는 다소 차이가 있지만 아이들링 상태에서는 거의 일치하는 것을 알 수 있었다.

즉, 아이들링 상태에서 Vision Pro의 소비전력은 11W 정도로 추측되며, 고부하 시에는 30W 이상이 될 것으로 추측된다. 기능이 유사한 제품인 메타의 HMD ‘Meta Quest 3’는 소비전력이 8W 정도로, Vision Pro가 아이들링 상태에서도 Meta Quest 3보다 소비전력이 크며, 고부하 상태에서는 약 4배였다.

발열량이 늘어도 표면의 온도 상승을 피하기 위해 표면으로부터의 방열은 거의 늘지 않았다. 그 대신 발열량 증가의 대부분은 냉각 팬의 회전 회수 증가로 처리되었다. (2)의 고부하 상태에서는 약 90%의 배열을 냉각 팬으로 처리했다.

-- 고부하에서도 배터리팩은 차가운 상태를 유지 --
배터리팩의 온도 분포도 살펴보았다. 충전 케이블을 접속하지 않고 아이들링 상태에서 Vision Pro를 동작시켰을 때의 온도는 28~29℃ 전후로, 배터리 전체가 균일한 온도 분포로 되어 있었다.

이후 충전하면서 Vision Pro 사용하면 충전 커넥터 측의 온도만 서서히 올라가 30℃를 넘었다. 또한 충전하면서 고부하 상태로 사용하자 최종적으로 커넥터 부근은 32~33℃ 정도까지 올라간 것을 확인할 수 있었다.

 -- 끝 --

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