2008年秋季日本Yamato Lab參訪回憶錄(上)

距離上次組團拜訪日本已經整整兩年,今年適逢本站十週年紀念(也是ThinkPad 600發表十週年紀念),非常感謝Lenovo-tw排除萬難,順利舉辦2008年Yamato Lab參訪團,讓台灣的TPUSER們能再次踏上日本,前往ThinkPad設計殿堂—Yamato Laboratory(大和事業所,文後簡稱Yamato Lab)。

本站自從2003年舉辦首次的Yamato Lab參訪團,今年是第三次。全世界除了日本本國有舉辦類似的使用者參訪行程之外,台灣是唯一的例外,而TPUSER非常榮幸能代表台灣組團前往Yamato Lab。每次站長都感受到日方對客人的尊重,例如活動內容的安排均由我方提出,日方配合安排相關的人員出席。說來慚愧,站長每次都勞煩Yamato Lab安排某幾位重量級設計人員能夠上台簡報或是與進行會談,日方不但都順利安排,今年甚至還出現「神祕嘉賓」(笑),著實讓一行人大出意料之外。

下面便是今年最後定案的行程,通常上午會針對專題進行簡報,下午安排Yamato Lab內部測試設施參訪以及與開發人員對談。往年的主題都是各款ThinkPad,例如兩年前是依序介紹T-Series與X-Series,今年站長特別修改成針對ThinkPad「三大神器」進行深入的介紹,這三大主題便是:「機構及材料開發」、「散熱設計」與「鍵盤設計」,下午則與T-Series及X-Series的PM與網友對談。三大主題的主講者都是站長指定的,承蒙Yamato Lab的小笠原 明生所長的大力協助,順利安排主講人員的出席時間。站長在此表達感激之意。

今年的11月14日(星期五)東京天氣十分晴朗,早上八點不到TPUSER參訪團一行人便從新宿的下榻飯店出發,搭乘Lenovo-tw安排的遊覽車一路朝神奈川縣大和市出發。原本擔心路上會塞車,實際上只花了一小時不到便抵達Yamato Lab。這次Lenovo-tw隨行的是公關經理沈汝康先生,本次活動也是由沈經理與日方接洽。至於日方負責招待的則是高橋 達(Takahashi)先生,高橋先生引領大家到簡報室之後,便由橫田 聰一(Yokota)先生(職稱為Executive Director)開始介紹第一個專題簡報:「Yamato Overview & ThinkPad History」。由於第一個簡報內容算是概略介紹Yamato Lab及ThinkPad歷史,故站長就不在此說明。

緊接著開始的是連續三場的專題簡報,第一場由大谷哲也(Tetsuya Ohtani)先生擔綱,負責介紹「ThinkPad Mechanical Design & Material Development」(ThinkPad機構設計與材質開發)。大谷先生的職稱為Platform機構設計担当,站長曾在日本媒體上看到大谷先生講解ThinkPad的材料開發,沒想到Yamato Lab真的如願安排大谷先生為大家說明ThinkPad引以自豪的材料開發歷程。

由於三場簡報的內容非常豐富,站長無法逐頁介紹,僅針對幾張在台灣難得一見的簡報以饗網友,尚請大家見諒。

大谷先生多年來負責ThinkPad的材質開發,故簡報內容特別介紹「強化碳纖維」(Carbon Fiber Reinforced Plastic,文後簡稱CFRP)的開發歷程。由下圖可以看到ThinkPad所使用過的CFRP已經推進到第六世代。第一代的CFRP用於ThinkPad 700/750-Series,甚至還通過NASA測試而被帶上太空使用。大谷先生甚至拿出ThinkPad 750實機給大家鑑賞。第二代的CFRP用於ThinkPad 600-Series,之後的ThinkPad 570-Series則使用第三代CFRP,其實570與560都是同屬第三代CFRP。站長有詢問大谷先生,為何ThinkPad 600比560晚上市,卻使用第二代CFRP,答案是第二及第三代CFRP其實開發時程非常接近,站長個人推測ThinkPad 560機身較薄,故採用第三代的CFRP。第四代CFRP便廣泛用於 T20/30-Series,也就是大家常聽到的「Titanium Composite」(鈦合金複合碳纖維)。第五代CFRP首度出現在Z60t-Series,取名為「Hybrid CFRP」。為了解決無線網路訊號遭外殼材質遮蔽的問題,Yamato Lab特別將Hybrid CFRP與玻璃碳纖維(Glass Fiber Reinforced Plastic,文後簡稱GFRP)「融合」,開發出第六代CFRP,目前已使用在X300-Series以及X200s上。

在說明第六代CFRP之前,就必須先解釋第五代的CFRP架構。第五代便是Hybrid CFRP,將碳纖維以交叉方式編織成多層(MultiLayer),兩層碳纖維中間則是「低比重發泡材料層」比傳統CFRP更為堅固且輕量化,大谷先生特別強調Hybrid CFRP能夠浮在水面上。至於第六代CFRP則是融合了Hybrid CFRP的堅硬特性,以及GFRP電波傳導性佳的優點。大谷先生也帶來了一片採用第六代CFRP的ThinkPad背蓋樣品,請參閱下圖,可以看到CFRP與GFRP的鋸齒狀融合線,咖啡色的部份就是GFRP材質,因此背蓋是由兩種不同的材質「融合」相拼而成。根據 Yamato Lab的內部評估,X300比起T61採用LCD Roll Cage的設計降低了47%的重量,而且實測的抗衝擊效果甚至比T61更佳,X300的無線網路傳輸效果也比T60更佳。

既然第六代CFRP具備這麼多的優點,為何不全面應用於T-Series呢?大谷先生表示目前暫時無法大量生產,故T61之後改由機構上強化抗壓性,也就是不完全依賴背蓋材質。下圖也是大谷先生帶來的「LCD Roll Cage」實物樣品,站長覺得中間的蜂巢狀構型挺像STAR WARS星際大戰裡面的Tie Fighter駕駛艙造型(笑)。T61或T400背蓋採用的材質是超彈性聚碳酸酯(Super-Elastic PolyCarconate,文後簡稱SEPC),究竟有多「超彈性」呢,大谷先生現場直接示範給大家看,將T61的背蓋(當然LCD Roll Cage已經取下)直接對折!之後再將背蓋交給大家傳閱。SEPC可不是光有彈性而已,SEPC本身具有耐熱、抗衝擊、阻燃等特點,搭配鎂鋁合金建構而成的LCD Roll Cage提供T-Series強大的抗壓防護。(但即使如此大費周章…第六代CFRP抗壓力其實是勝過SEPC+Roll Cage的。)

接著幾張簡報大谷先生介紹為何從T60開始進行機構變革,要從美國的高中學生機故障率偏高開始談起,在美國的某些高中學校有提供ThinkPad供學生使用,根據當時的統計數據,T40/R40的硬碟、主機板、鍵盤維修率明顯高於一般商業用途,由於這些學校都是集體大量採購ThinkPad,Yamato Lab為了探究故障原因所在,特地派遣人員實地造訪當地學生的使用情境。實際訪查的結果發現ThinkPad是在非常「艱困」(笑)的情境中運作,例如高中生通常都「不關機」直接把螢幕闔上之後,往背包一扔然後接上耳機,邊騎腳踏車邊聽音樂,把ThinkPad當隨身聽使用,難怪硬碟容易因為震動而發生異常(當時還沒有內建APS硬碟防震系統);或是(美國)學生習慣在電腦前吃零食,為了清除鍵盤上的碎屑,常不小心將鍵帽拔起導致「剪刀腳」斷裂;再者隨著南北橋以及顯示晶片的BGA封裝腳位越來越多,T40-Series常發生的「晶片錫裂」自然也出現在將機器隨處擺的高中校園機身上,主機板維修率自然也居高不下。

凡此種種現象,如果單以一般商業用途時可能不會那麼嚴重,但既然是ThinkPad就必須加以克服。為此Yamato Lab開始重新設計機構以及鍵盤,從T60開始全面採用Roll Cage強化主機抗震能力,全新設計的按鍵設計讓鍵帽能夠輕鬆地拔起並安裝回去。所以這些變革竟然不是來自於商務人士,而是一群「活潑好動」的高中學生。

下圖是大谷先生特別介紹X300底部防震橡膠的特殊設計:「Landing foot」,幾乎每台notebook底部都有類似的橡膠墊,Yamato Lab已申請專利的「Landing foot」則是在造型上進行修改,號稱可降低主機碰觸到平面時所產生的震動尖峰G值達30%。

最後大谷先生特別提起為了減輕Intel晶片組的錫裂問題,Yamato Lab建議Intel將南北橋晶片的四個角落把幾個BGA腳位設為「不作用」,後來Intel在「Santa Rosa」平台的Centrino notebook開始採用此項建議。所謂的Santa Rosa平台對應到ThinkPad便是T61/R61/X61-Series。

第二場主題是「ThinkPad Thermal Design History」(ThinkPad散熱設計歷史),由中村 聰伸(Fusanobu Nakamura)先生主講。中村先生在ThinkPad還未問世前就在IBM進行notebook的機構及散熱研究,之後歷任ThinkPad 600/T30/T40以及TransNote(一台可變形的10.4吋特殊機種)的機構設計師,目前在Yamato Lab的先端技術研究所擔任Technical Master of Thermal/Mechanical Design。站長與中村先生有過數面之緣,最早回朔到2003年參訪Yamato Lab時,當時日方詢問台灣想邀請哪些人出席,站長當時從日本媒體的報導知道中村先生擔任T40的機構設機師,便希望能與中村先生見面,有興趣的網友可參閱站長當年寫的訪談過程,事隔五年再對照當年的經歷,也算是見證了ThinkPad的發展過程。2006年拜訪Yamato Lab時,中村先生也應邀出席T-Series開發團隊的座談會,會上釐清了T60的散熱機制,讓站長獲益良多。故今年特地請中村先生主講ThinkPad散熱設計,可為實至名歸。

關於ThinkPad的散熱設計,必須從四個構面「同時」去考慮:

  1. 溫度(內部元件的溫度以及機體表面溫度)
  2. 運轉噪音等級(攸關風扇轉速及機構設計)
  3. 效能(CPU及顯示晶片的運轉速度)
  4. 散熱裝置規格(尺寸及重量)

中村先生強調如果放掉其中一個構面去處理散熱問題就會很容易(例如不顧慮風扇噪音,一味的提高風扇轉速),但最難的是要同時兼顧四個構面,後面的簡報內容也與這四個構面緊緊相扣。

下面的這張「Thermal Design History」簡報堪稱本節簡報的精髓,由不同年份的散熱設計與對應機種貫串主題,其實站長在ThinkPad X300的測試文章中便提起ThinkPad散熱歷史,但實際聽到中村先生講解時仍大為感動。ThinkPad最早僅使用散熱片,例如早年的ThinkPad 750C(80486SL/33MHz)其CPU TDP(Thermal Design Power)僅1.7W,隨著Intel的CPU運轉熱量越來越高,當Intel推出486DX4(75MHz)CPU時,TDP暴增為3.3W。Yamato Lab為了將這顆CPU用在ThinkPad 755C而傷透了腦筋。後來決定採用熱導管(Heat Pipe)解決散熱問題。

站長之前在日本媒體看到下列簡報所示的「冰淇淋剪」時一直大惑不解,只知道中村先生到美國參訪時受到啟示,卻一直不知道「冰淇淋剪」與熱導管有何淵源。直到中村先生本人解釋之後才豁然開朗,原來中村先生在美國偶然使用到一把採用熱導管技術的「冰淇淋剪」,它能將體熱傳導到前端的勺子,方便挖取冰淇淋,中村先生便聯想到熱導管應該可以應用在ThinkPad上面,回國後中村先生開始著手開發熱導管設計。無怪乎「冰淇淋剪」會在ThinkPad散熱設計史上佔有一席之地(笑)。

下圖是熱導管的運作示意圖,熱導管這項14年前的經典設計,從對付TDP「3.3W」的CPU一直進化到用來對付TDP 35W的Intel雙核心CPU,甚至高速GPU在內, 顯見技術不斷的演進而未退流行。除了熱導管之外,其實散熱片也有進步,例如從ThinkPad 600開始在銅(導熱性佳)與鋁(重量輕)金屬中取得平衡,採用「Material Hybrid」材質組合。ThinkPad的散熱設計可以說從散熱片然後演進到熱導管,之後加入散熱風扇,但ThinkPad首次採用散熱風扇已經是1997年的事情了。

雖然Yamato Lab一直到1997年推出ThinkPad 760XD時,才首次採用散熱風扇,當時所搭載的CPU是Pentium 166MHz。Yamato Lab遲遲未採用散熱風扇的原因在於可靠度以及噪音問題。為了進一步解決這兩項問題,Yamato Lab開始投入「Hydro Dynamics Bearing」 (台灣通稱為「液態軸承」)的風扇研究。終於在ThinkPad 600首次採用液態軸承的新型散熱風扇。

散熱風扇除了在馬達軸承上改進之外,Yamato Lab也在葉片造型上費盡苦心。傳統思惟是「提高馬達轉速、增大風量以壓制CPU熱度」,但此舉卻會帶來提高運轉噪音的後遺症,使用者長時間使用時往往被噪音所惱。既然風扇轉速不能隨意提高,Yamato Lab便開始思索其他的改進方式,首先從ThinkPab T60採用的「Silent Owl Blade」(貓頭鷹羽毛造型葉片)開始,這項設計靈感取自貓頭鷹的羽毛造型,目的是藉由改進葉片造型,達成降低運轉噪音的目的。

目前「貓頭鷹羽毛造型葉片」已經推進到T400所使用的第三代設計,下圖則是T61/R61所使用的一系列葉片造型。有網友詢問T61與R61有何不同,從中村先生的簡報才知道,原來T61與R61的散熱風扇還是有區隔。

到了推出ThinkPad T61時,由於採用Intel Core 2 Duo (Merom) CPU,TDP又增加了,Yamato Lab這次不單從散熱機制上著手,轉而從機構設計下手。最後交出的亮麗成果是T61即使搭載更高TDP的CPU,機體底部溫度竟然還比T60低了五度!關鍵設計便是「通風斷熱」設計,師法住宅建築技術的發明,在高溫的發熱體下方裝設進氣孔,達到導入冷空氣的目的。

如果T61不採用通風斷熱設計,也想達成比T60低五度的結果,必須能確保增加15%的風量,相當於散熱片需增加2mm厚度或是提高2dB噪音量,很顯然地Yamato Lab決定同時兼顧機體散熱與降低噪音。「通風斷熱」設計後來也運用在X300-Series以及後繼的T400/R400等機種。事實上使用者對於T61或是T400的機體底部溫度都很滿意,相較於其他友商的同尺寸主機,ThinkPad的散熱設計成效良好。

中村先生的最後一張簡報談到ThinkPad未來的散熱設計,其中「Keep Investment(持續投資)」讓站長深為認同。notebook的散熱機制研發是一條不歸路,誠如中村先生所言,隨著未來CPU/GPU的TDP不斷提高,更能彰顯ThinkPad散熱設計的價值,這些都必須靠「Studying basic technologies(研究基礎科學)」以及「Simulation facility(模擬設施)」來累積經驗,也就是持續研究「基本功」並使用先進設施進行驗證,這些其實都是要長期投注研發資金的。就像「通風斷熱」設計以及「貓頭鷹羽毛造型葉片」,說穿了均取經自生活周遭以及大自然,但要如何實作到ThinkPad卻需要不斷的驗證、改進,才有今天的成果。

最後站長對於前面介紹過的「Thermal Design History」簡報中,提及「Liquid Cooling」詢問中村先生,他表示Yamato Lab一直有進行「水冷散熱」的研發,大家頗為驚訝。從1996年左右開始研發,目前已經進行到「Project D」,但中村先生並沒有透露何時會正式採用。至少Yamato Lab已經默默研發12年,對於研發的堅持可見一番。

上午的第三場簡報是由notebook Development Lab的堀內光雄(Mitsuo Horiuchi)副部長向大家介紹ThinkPad鍵盤設計。其實大家私下都稱呼崛內副部長為「Keyboard桑」,因為崛內副部長這十六年來一直參與ThinkPad鍵盤設計,故每次的參訪行程都會邀請出席。

崛內副部長不但準備了兩份簡報內容,也特地準備兩個鍵盤讓大家見識見識,其中一個就是頗負盛名的「Butterfly」蝴蝶機鍵盤。當年為了在10.4吋小螢幕機型中擺入全尺寸鍵盤,Yamato Lab破天荒地設計出這個折疊機構鍵盤。但隨著LCD面板越來越大,再加上「Butterfly」鍵盤厚度不低且構造複雜(代表成本很高…),除了ThinkPad 701之外,就不再使用了。當年的IBM經常開發此類堪稱經典設計卻賣相欠佳的商品(苦笑),例如OS/2或是日後的TransNote。

崛內副部長也準備了X300的鍵盤,近期的ThinkPad機種裡面,站長個人認為X300的鍵盤是最佳的,無論敲擊觸感或是鍵帽塗裝都讓人印象深刻。不愧是600繼承人所採用的鍵盤。或許崛內副部長認為「Butterfly」鍵盤與X300鍵盤值得遠道而來的網友親自接觸吧。

其實崛內副部長有講解第二份簡報,但內容過於敏感故表示不方便開放拍攝,本份簡報是針對其他兩台友商機種的鍵盤與ThinkPad進行比較。即使不比較敲擊觸感,ThinkPad在按鍵排列、鍵帽造型以及防潑水等功能面上仍舊優於友商所採用的鍵盤。真不愧是「壓軸」的簡報內容,也是唯一一份必須親赴Yamato Lab才能拜讀的「鍵盤大亂鬥」。

以上便是上午的參訪行程摘要,聽取完簡報之後也到了中午用膳時間,此時Lenovo-tw的公關沈經理突然說中午有「神祕嘉賓」會一起用餐,原本只有安排上午的幾位主講者出席,究竟是誰臨時出席?下午的參訪內容有何驚人之處,請期待下回介紹!

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2008日本Yamato Lab參訪團!!!
2008年秋季日本Yamato Lab參訪回憶錄(下)

Comments

  1. 成田自走砲終於開火啦!(撒花轉圈圈)

    不過那個馬賽克的地方實在…

  2. 很精彩的介紹,感謝,讓我對Thinkpad更多了一點信心。

  3. 站長動作好快啊!(不是應該很忙嗎…哈哈)

    其實簡報當時我也只是聽個大概,

    沒想到還有這麼多絃外之音…

    身為Thinkpad fans及電子開發工程師,

    能去大開眼界真是不枉此生!

    謝謝站長的安排!

  4. 疑?這次沒講x200的特點阿?

  5. 感谢站长 🙂 看到参访预告一直都在期待!看过五年前的参访纪录。学习到很多。很期待站长的参访回忆录,再次表示感谢,每次都能学到很多!

  6. 站長忘了把崛內桑自己用的無印Thinkpad鍵盤照片放出來啊~~

  7. 站長處理崛內副部長第二部分簡報的方式真吊人胃口,不曉得此行有沒有提及Thinkpad鍵盤越來越鬆軟的原因?這三款商用機的鍵盤force-stroke曲線特性有什麼特別的地方?可以請站長多透露點細節嗎?感謝!

  8. 成田自走砲!? XDDD
    水球兄說的 S100 是啥呢? XDDD

  9. Galaxy 老大

    謝謝這次的招待,終於一圓多年來的夢想

    這次有帶相機的夥伴,可以把相片傳給我嗎

    謝謝

  10. 6910的鍵盤真的是很糟糕,比起自家更早的6400還差很多,應該是costdown的很嚴重,光鍵帽和觸感都完全不一樣。雖然,沒有數據佐證和thinkpad的差異,但我用過一年的感想是它就是一個能打字的鍵盤。老闆說便宜第一。

  11. 十二年不放弃研发水冷技术,大和的功力可见斑…….

  12. 我拍的照片:

    http://www.flickr.com/photos/dhchen/sets/72157609552175512/

    看到蝴蝶機鍵盤的時候真的是超感動的,沒想到竟然可以實際摸到這種神器…

  13. 太棒了。。。

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