X86的五大设计难点

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目前全球顶级的网络播放设备,几乎无一例外的采用了X86架构,但是使用X86架构设计HiFi系统也存在着一些先天困难,综合考虑存在五大设计难点。

高功耗:X86系统尤其是高性能X86系统,功耗巨大,直接导致电源设计困难。低功耗X86则失去了低延时和高性能的优势, 难以满足Roon Server等应用的需求。而性能和功耗比较平衡的NUC,虽然功耗相对较低,但是NUC的设计是单路12-19V供电,主板板载开关电源密度很高, 相比ATX架构,I/O供电质量难以提高,相互干扰严重。同时NUC的PCIE提供方式也难以满足高端HiFi系统回放的设计要求。

大发热量:高性能X86在工作时发热量大,这些热量导致温度升高,进而引发电路热噪声增加,一方面严重影响高性能X86自身的工作稳定性, 另外一方面,热噪声也是声音回放质量的杀手之一。通过主动散热方式解决发热量所带来的震动与噪声是HiFi回放设备必须避免的问题。 因此如何在提供高性能的基础上, 同时解决发热量问题,是高性能X86架构播放器必须解决的难点。

动态调压需求:高性能X86 CPU工作时需要大电流,并且电压会通过系统动态改变。这一问题直接导致了CPU这一路的供电必须由开关电源实现。 无论是NUC的电源方案, 还是ATX架构的12V CPU电源分立方案,均无法有效避免主板上CPU开关电源噪声对I/O系统的串扰。尤其是使用通用主板进行HiFi设计时, 尽管主板外提供了优质的线性电源, 但是仍然无法规避主板上存在大量开关电源而引起的干扰问题。而以太网、存储和USB等I/O接口的供电质量无疑是数播声音质量的关键要素。

避震处理:众所周知,标准X86主板的PCIE为立式安装,仅靠一个螺丝和一个卡具来固定, 这种安装方式非常不利于避震设计, 而避震处理无疑是高端HiFi设备设计过程中无法绕过的问题。

周边硬件对音频产生不利影响:例如普通主板为了保证工作顺利,会使用风扇散热。因此主板上用于调整CPU散热风扇转速的PWM调速系统始终处于工作状态, 并且会产生一定量的噪声,影响声音的回放质量。 此外,温度传感器、板载声卡等各种硬件也会对声音的回放质量产生影响。同时BIOS中的一些设定也会明显影响声音的回放质量。

赛耳之心CelHeart-G1音乐主板

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赛耳之声经过两年的预研,推出了CelHeart-G1音乐主板。该主板采用革命性的二次ATX供电架构,精简设计,仅保留了与音频回放相关和系统维护必须存在的硬件。同时通过针对音频系统优化的BIOS, 合理的PCIE接口和被动散热设计,使得CelHeart-G1成为赛耳之声新一代音乐服务器的核心硬件。

不可或缺的高性能CPU与I/O线性供电

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X86平台网络播放器的主要优势在于以下几点:

软硬件层面的低延时与多应用:高性能CPU搭配PCIE总线的转发延时很低,而低延时是数字播放声音质量的关键要素, 延时越低声音回放质量越好。 同时只有高性能CPU才可以满足Roon Server等应用的需求。

分立的南桥,PCIE供电:相比于ARM架构,一方面高性能X86平台拥有可以分立供电的南桥芯片,从而将计算和I/O处理分立。 另外一方面, 高性能X86平台可以提供庞大的PCIE总线数量,可以有效的通过PCIE将存储、网络、USB等对声音产生决定性影响的要素进行分立设计, 从而可以提供独立的高质量供电和时钟等, 因此精心设计的X86平台可以实现对声音回放质量的大幅提升。

综上所述,X86平台的优势在于CPU的高性能带来的低时延,可以满足Roon Server等应用的要求。同时硬件层面X86的南桥芯片和PCIE可以采用分立供电设计,以及芯片级的时钟优化方式。 因此在使用X86平台设计高品质HiFi产品时,同时支持高性能CPU和线性供电的I/O系统是不可或缺的

革命性的两级ATX供电设计

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传统HiFi设计使用普通主板,尽管主板自身使用的开关电源存在较高的噪声,但在使用线性外接12V/5V/3.3V ATX供电后,仍然能够很大程度上改善声音质量。赛耳之声则在设计上进一步降低噪声, 外部供电依然采用12V/5.9V/3.9V三路独立线性供电,同时主板上实现二次线性处理、ATX上电时序管理和电压调整,从而大幅度的提升声音质量。

主板CPU与I/O系统分立供电与相互隔离

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主板自身的CPU和内存由于需要动态调压,无法使用线性电源,因此继续采用开关电源。最为关键的I/O部分, 由主板板载线性电源供应。PCIE/SATA/USB/网络/USB/NVME等I/O电路,全部采用线性供电。 并且提供了CPU/内存12V供电与I/O系统5V/3.3V供电的隔离, 使得整体干扰降低到极低水平,从而提供了良好的声音细节、频宽和流畅性。

专为被动散热设计的主板结构

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在赛耳之心的设计过程中,充分的考虑了被动散热的需求。在一个X86高性能主板上,热源主要来自于CPU与NVME硬盘,对此赛耳之心采用了CPU与NVME共轴设计, 从而使得被动散热设计得以简化, 实现高效的散热。这一设计极好的抑制了热噪声,有力的保证了声音回放质量。

合理的PCIE接口规划

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赛耳之心CelHeart-G1音乐主板,设计了四路PCIE X1接口,完全满足各种安装条件下的PCIE扩展要求,可以实现多种业务形态。可以用于音乐服务器、 路由器、单纯的Roon核心机等多种设计。 同时还为FPC方式的PCIE接口专门设计了阻抗匹配的屏蔽柔性电路板,用于无损失的连接赛耳之心和其他业务板卡。

充分的散热与避震安装考虑

同样在避震考虑上,赛耳之心通过PCIE的设计,无论是在NS6、NSX音乐服务器中,还是在未来的路由器、Roon核心机中均可实现优良的避震效果, 从而使得声音得以优化。

赛耳之心的“声纹”调校考虑

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由于赛耳之心主板本身属于平台硬件,可用于多种不同的最终形态设备,因此不能赋予过度的声音特色。除去技术层面予以充分考虑, 在特殊器件选择层面上非常谨慎,没有采用音频电容, 而是大量采用了无副作用的贴片式薄膜电容,用于提升声音的鲜活度和微动态表现。

电源线的锁紧扭力可以灵活的调整声音走向,因此赛耳之心秉承了赛耳之声自2022年年底以来的一贯设计风格—— 所有电源接插件均选择黄铜镀锡锯齿形螺丝压接接插件,这种接插件经过精密的东日扭力螺丝刀手工精确校准的机内线锁紧扭力后, 可以有效的调整声音的宽松度和鲜活度比重,从而确保赛耳之心在所有产品形态下的普遍适用性。