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！