“简直是一件艺术品”（工业设计师、东京大学生产技术研究所教授山中俊治），“当前个人电脑的理想形态”（精通热设计和电磁噪声对策的技术人员），“生产恐怕没考虑成本。真羡慕那些参与开发的技术人员”（精通热设计的技术人员）
Mac Pro主机（左）与拆下外壳之后（右）。高25.1cm，直径16.7cm，重5kg。
有一台个人电脑博得了工业设计师和电子技术者的交口称赞。那就是美国苹果于2013年12月推出的“Mac Pro”。这台电脑配备了一个美国英特尔的服务器CPU“Xeon E5”，两个美国AMD（Advanced Micro Devices）的高端GPU“FirePro D300/D500/D700”，是该公司的旗舰产品。
其定价十分霸气，最低配置也要大约30万日元。如果通过BTO定制，选择高性能的CPU和GPU，以及大容量的SSD和内存等，价格还会攀升到接近100万日元。不只是性能和价格，闪耀着黑色光泽的圆筒型外形设计也与普通的个人电脑形成了鲜明对比。
《日经电子》买来Mac Pro，在工业设计师、电子技术人员、加工技术人员的协助下，对主机进行了拆解和分析注1）。在这样的一个过程中，我们不难发现到了苹果对于外形设计的精益求精、把重点放在主机小型化和降噪上面的热设计，以及细致入微的电磁噪声对策。在每一个方面，苹果耗费的人工和成本都绝非普通的个人电脑可以企及。
Mac Pro首先吸引人们目光的，是闪烁着黑色光泽的圆筒型外壳。外壳的加工精度非常高，圆筒几乎成正圆形，表面加工也没有一点瑕疵。用荧光灯照射外壳表面，能够正常的看到一条笔直的反射光线）。简直就像“口红盖一样精美”（精通金属加工的技术人员）。
Mac Pro的圆筒型外壳拥有口红盖一样的光泽。圆筒几乎成正圆，加工精度非常之高。容纳各种接口的开口部分做了倒角处理，工艺也十分精湛。
实际上，其加工方法也与口红盖如出一辙，使用的似乎是“冲击挤压成型”方法。这是对金属进行冲压，一次性完成成型的加工方法。通过采用这种加工方法，金属块首先加工成凹形，然后再对内侧和外侧进行切削，制成圆筒状。外表面在实施黑色的防蚀铝处理后，还要进行研磨，工艺十分复杂。研磨采用“抛光”的方法，利用旋转的皮毛、树脂等柔软材料对表明上进行打磨。
特殊的不只是外形设计。内部结构也与常见的个人电脑大不相同。中央配置了三角柱形的大型散热器（图2）。从上往下看，就像是一个等腰三角形。安装CPU和GPU的基板环绕在散热器周围。CPU基板位于等腰三角形的底边，两个腰各配置一枚GPU基板，贴合地十分紧密。
使用的基板也为数众多。最重要的包含6枚（图3）。除了前面提到的CPU基板和两枚GPU基板之外，还有接口基板、圆形基板，以及电源基板等其他三枚基板。接口基板与电源基板位于CPU基板一侧。从散热器开始，依次是CPU基板、电源基板、接口基板。
Mac Pro主要由6枚基板组成。分别是GPU基板（2枚）、CPU基板、安装电源电路的基板、安装各种接口收发IC和连接器的基板，和控制接口收发IC“PCH”的IC等所在的底部圆形基板。
接口基板上安装了“Thunderbolt 2”、“USB 3.0”等设备接口连接器和收发IC。圆形基板配置在主机底部，通过连接器，与接口基板、CPU基板、GPU基板相连，是连接各个基板的桥梁。配备的IC叫作“PCH”。具有控制接口收发IC的功能。
与圆形基板连接的位置，采用了支持高速通信的高价连接器，在消费类产品中实属罕见。端子数量多达200～300个左右。拆解人员惊叹道：“这种连接器在通信设施中比较普遍，但在消费类个人电脑中采用还是第一次看到。而且，连接器配备了柔性基板（FPC）。而通信设施是板对板连接，不配备FPC。因为端子数量越多，FPC的价格就越贵，所以正常情况下不会用”（部件企业的技术人员）。
外观设计与内部结构乍看之下十分奇特，但这其实是“高性能个人电脑的理想形状”（参加Mac Pro拆解的多位技术人员）。因为这样的形状有利于热设计和降噪。从真实的情况来看，在室内温度约为23℃的地方，执行几十分钟CPU需要承受高负载的处理后，外壳表面所有位置的温度都维持在30℃多，排气温度也仅为42℃左右（图4）。此时散热风扇的转速约为800rpm，速度很慢，工作噪声也非常小。
利用热成像调查正在工作的Mac Pro主机的表面温度。使CPU的利用率接近100％，在室温22～23℃的环境下运行几十分钟后，外壳表面所有位置的温度都保持在30℃多。利用热电偶检测的排气温度约为42℃。拆下外壳后，内部的温度并不像外壳那样均匀。测试采用的是已经经过拆解的主机。
Mac Pro是把CPU和GPU升温后释放的热量集中到三角柱形的散热器，通过驱动主机顶部的散热风扇旋转，从主机底部的狭缝吸入空气，利用空气冷却散热器（图5）。散热器内部有许多条狭缝。其目的是增加散热片接触空气的表面积，提高冷却效果。“一部分大型复印机采用了在散热器内设置流路的管道式结构，但在消费类产品中还从没见过”（精通热设计的技术人员）。
三角柱型散热器的各边与CPU基板、GPU基板紧密接触进行冷却。在每一枚基板与散热器之间，都配置了板状导热管“蒸气室”，提高了热传导性。在进行冷却时，散热器利用顶部的风扇从底部吸入空气，从顶部排出。电源模块也与流动的空气接触，通过带有孔洞的树脂壳，对散热器和电源模块的通风量进行调整。
利用位于中央的散热器集中进行冷却不仅无需为CPU基板和GPU基板单独准备冷却机构，还能利用温度、风速相同的空气，同时冷却CPU和GPU。
在使用风扇进行强制空冷时，在装置内的不同位置，空气的温度和风速各不相同。其原理是从进气口吸入低温的外部空气，让空气带走装置内各构件的热量，达到冷却的效果，然后把温度上升的空气从出气口排出。因此，越靠近进气口，空气的温度越低，冷却效果越好，越靠近出气口，空气的温度越高，冷却效果越差。而采用Mac Pro的结构可以有效遏制这样的差异。
“这令人联想起超级计算机。过去超级计算机就像Mac Pro一样，把多台运算装置排列成环形，使空气在这个大号‘甜甜圈’的孔内流动，同时冷却多台运算装置”（精通热设计和电磁噪声的技术人员）。
为了进一步提升冷却效果，CPU基板与散热器、GPU基板与散热器之间还设置了宛若“蒸气室”的板状铜制冷却构件。蒸气室像导热管一样，在内部封入了液体，通过让液体在气态和液态之间反复发生相变，向平面方向快速散热。“导热率是单纯设置铜板的好几倍”（精通热设计的技术人员）。虽说“单价至少高达几百日元”（精通热设计的多位技术人员），但构件依然使用了三个之多，其目的估计是为实现主机的小型化和轻量化。假设不使用蒸气室，散热器的体积就会增大，因此导致主机直径变大、重量变沉。
不只是CPU和GPU，电源也是一大热源。Mac Pro的电源基板与CPU基板平行，利用风扇吸入的空气会在电源基板上的部件之间穿行。
此时，Mac Pro会调整散热器内部的通风量，以及电源基板的通风量。因为散热器与CPU和GPU连接，所以要的通风量较大。
而电源电路的TDP估计达到了450W的水平，假设转换效率为80～90％左右，则损耗（热）约为45～90W。也就是说，发热量之比大约是1：4～1：5。为了使风量符合这一比例，在电源电路的出气口一侧，安装了设置有多个小孔的树脂壳。“孔的直径约为3mm，乍看之下像是遏制电磁噪声辐射的构件。但从质地是树脂判断，其作用估计是调节风量”（精通热设计和电磁噪声对策的技术人员）。
圆筒型的机壳也适合遏制工作噪声。首先，这样的形状不易发生共振，易于遏制机壳内部发出的噪声。而常见的立方体电脑机壳会发生共振，使特定频率的噪声增大。
其次，这样的形状易于扩大风扇的直径，实现静音化。如果把安装的位置选择在圆筒的顶部或是底部，就能够正常的使用直径几乎与圆筒相同的大型风扇（图6）。一般来说，在风量相同的情况下，风扇的直径越大，转速越低，工作噪声也就越小。Mac Pro采用的是直径约为13.4cm的大风扇。
Mac Pro采用“斜流风扇”，兼具容易加大风量的轴流风扇和容易提高风压的离心风扇的特点。通过采用直径约为13.4cm的大尺寸风扇、降低转速，在降低噪声的同时，提高了风量。而且，风扇周围设置了多个小孔。小孔分为深浅两种，因位置而异。在成型后，有些深孔还塞上了类似树脂的物质。这是为了使风扇永远相对于旋转轴稳定垂直旋转，以降低噪声。
Mac Pro采用“斜流风扇”，这种风扇兼具容易加大风量的轴流风扇和容易提高风压的离心风扇的特点。采用斜流风扇的目的，是为避免风速在压力损失较大的散热器和电源模块内部出现下降。
而且，为避免风扇旋转时的风噪在特定的频带增大，在不同的位置，散热风扇散热片的间隔也略有变动。但改变散热片的间隔有可能导致重心不稳，使散热片在旋转时发出“咔咔”的声响。因此，为了使风扇相对于旋转轴永远稳定地垂直旋转，风扇的重心做了调整。
具体来说，就是在风扇边缘设置深孔和浅孔，在成型之后，向部分深孔内填入类似树脂的物质，借此进行微调，使重心位于风扇的旋转轴上。“个人电脑使用的空冷风扇是以重心失衡产生噪声为前提，为防止噪声外漏，采用了填补机壳缝隙，或是加入吸收声音的材料的方法。像这样精密调节重心平衡，使噪声本身得到缩小的做法非常罕见”（精通热设计的技术人员）。
Mac Pro耗费大量成本，实施了周密的电磁噪声对策（图7）。以整个机壳为地（GND），杜绝了内部产生的电磁噪声外漏。风扇所在的主机顶部、接口部所在的机壳正面、圆筒型外壳、主机底部实现了电连续，起到了屏蔽的作用。
以机壳整体为GND，防止Mac Pro内部产生的电磁噪声外漏。比方说，接口部所在的机壳正面与主机顶部实现了电连续。圆筒型的外壳内部和底部也采用了相同的方法。
为了实现这一作用，圆筒型外壳的内部安装了海绵状的导电材料，与主机顶部相通。主机底部和机壳正面也安装了导电橡胶，与圆筒型外壳的内部连接，达到了互通。与导电橡胶连接的位置没有实施黑色的防蚀铝处理，而是使金属面暴露在外。连接圆筒型外壳与主机顶部、圆筒型外壳与主机底部的螺丝孔也未做处理，特意保留其金属面，实现了电连续。“因为会导致成本增加，企业正常情况下不会这样大量使用导电橡胶。而且，使金属面外露有必要进行遮蔽，这同样需要成本。在通常情况下，企业正常情况下不会为电磁噪声对策耗费如此之大的成本”（精通热设计和电磁噪声对策的技术人员）。
除此之外，主机顶部用于无线通信的天线也吸引了技术人员们的关注，令大家交口“称奇”。树脂做了镀金处理，形状也十分独特，看上去就像是头盔前面的装饰（图8）。之所以采用导电性强的金，似乎是为了更好的提高接收的灵敏度。而且，不容易生锈估计也是采用金的一个理由。
拆下顶壳后露出的金色构件估计是树脂镀金的无线通信天线。其目的似乎是要利用金的高传导性，提升灵敏度。除此之外，不易生锈估计也是采用金的原因之一。
综上所述，昂贵的技术和构件遍布于Mac Pro的每一个角落。在无法向消费者宣传、难以与商品附加值挂钩的散热措施和电磁噪声对策上，苹果更是不惜工本。参与拆解的技术人员一致表示，“这在日本企业是根本没办法想象的事情”。技术人员还说：“一般来说，对于热和电磁噪声，日本企业都是有意做出妥协，尽可能减少成本投入，或是在无意间增加附加成本。而Mac Pro却是在有意投入成本。在热设计上更是使出了浑身解数。这对设计人员来说，简直是无上的幸福。作为技术人员，这种设计可成为产品实在令人羡慕”（精通热设计的技术人员）。（作者：根津 祯，日经技术在线！供稿）
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