Design Challenges

X86的五大设计难点

全球顶级网络播放设备几乎无一例外采用x86架构,但使用x86架构设计HiFi系统存在五大先天困难

01
高功耗

高性能x86系统,功耗巨大,电源设计困难,低功耗x86则失去了低延时和高性能的优势。NUC虽功耗相对较低,但其设计是单路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。

02
大发热量

高性能x86发热量大,引发电路热噪声增加,一方面严重影响自身的工作稳定性,另一方面,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设备必须面对的问题。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。

03
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。

04
避震处理

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。

05
周边硬件干扰

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。

The Solution

赛耳之心CelHeart-G1音乐主板

赛耳之心CelHeart-G1音乐主板

赛耳之声经过两年预研,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,仅保留与音频回放相关和系统维护必须的硬件。

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,CelHeart-G1成为赛耳之声新一代音乐服务器的核心硬件。

七大优化方向
高性能CPU与I/O线性供电 两级ATX供电设计 CPU与I/O分立供电隔离 被动散热设计 PCIE接口规划 避震安装 声纹调校
Core Design

不可或缺的高性能CPU与I/O线性供电

x86平台网络播放器的主要优势在于:

  • 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,低延时是数字播放声音质量的关键要素。同时只有高性能CPU才可以满足Roon Server等应用的需求。
  • 分立的南桥与PCIE供电:高性能x86平台拥有可以分立供电的南桥芯片,将计算和I/O处理分立。庞大的PCIe总线数量可有效将存储、网络、USB等要素进行分立设计。

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

高性能CPU与I/O线性供电
Power Architecture

革命性的两级ATX供电设计

传统HiFi设计使用普通主板,尽管主板自身开关电源存在较高噪声,但使用线性外接12V/5V/3.3V ATX供电后,仍能很大程度上改善声音质量。

赛耳之声则进一步降低噪声:外部供电采用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,从而大幅度提升声音质量。

两级ATX供电设计
Isolation Design

主板CPU与I/O系统分立供电与相互隔离

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/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。

传统ATX供电
CelHeart-G1供电逻辑
Thermal Design

专为被动散热设计的主板结构

在赛耳之心的设计过程中,充分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。这一设计极好地抑制了热噪声,有力保证了声音回放质量。

被动散热设计
PCIE Interface

合理的PCIE接口规划

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。

PCIE接口规划
Vibration Isolation

充分的散热与避震安装考虑

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。

优良的避震处理使得声音得以优化,是高端HiFi设备设计过程中无法绕过的重要环节。

Sound Tuning

赛耳之心的"声纹"调校

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。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调整声音走向,所有电源接插件均选择黄铜镀锡锯齿形螺丝压接接插件,经过精密的东日扭力螺丝刀手工精确校准,有效调整声音的宽松度和鲜活度比重。

薄膜电容
声纹调校