拆解微軟Xbox 360 S:尺寸變小、發熱更少

作者 : Brian Dipert,EDN專欄作者

為了改善Xbox 360的散熱,同時降低BOM成本,微軟多次對第一代設計進行改進,到了2010年重新設計Xbox 360 S (Slim版)主機,將其CPU和GPU整合於同一封裝中,大幅簡化了系統的散熱...

大約在2007年中,我曾經發表了‘Microsoft Xbox 360 Elite’拆解分析,後來還成為EDN最受歡迎的專欄文章之一。文中探討Xbox 360遊戲主機廣受詬病的「三紅」(RRoD)故障問題,大概是引起讀者興趣的一個主要原因。該系統的CPU和GPU採用90nm製程技術製造(至少一開始如此),在工作時產生較高的熱量,連續累積的溫度最終導致焊點故障——這就是所謂的RRoD問題。儘管如此,時至今日我仍然認為,微軟(Microsoft)為了加快產品上市時間而降低產品散熱標準的這個決定是正確的。

微軟決定更換遊戲主機的元件並延長保修期,為早期用戶提供了有力支援;同時還使用改進後的元件替換有問題的內部元件,將遊戲主機翻新後重新投放市場。再者,微軟在2005年底比競爭對手Sony領先一年推出硬體(當然也伴隨吸引人的內容),確保了自家公司在第二代遊戲主機的領先地位。事實上,微軟和Sony成為目前僅存專注於家用遊戲主機的「唯二」廠商。早期的領導者Sega幾年前已放棄這個市場;其次是任天堂(Nintendo),憑心而論,它仍然應該算是可攜式遊戲主機市場的領導者。

為了改善Xbox 360的散熱,同時降低主機的物料清單(BOM)成本,微軟多次對第一代設計進行改進,在此過程(與製程)中不斷地微縮Xenon CPU/GPU的製造微影線寬。到了2010年末推出的Xbox 360 S (Slim版)重新設計主機,才有較大改變。其CPU和GPU均採用45nm製程製造,並整合於同一晶片上。繪圖記憶體雖然仍然採用標準的裸片實現,但也與CPU/GPU整合在一個封裝中,大幅簡化了系統的散熱和風扇架構。

現在我要拆解的這台迷你版Xbox 360 S,其有線乙太網路(Ethernet)功能(與其前代產品一樣)已經故障,HDMI輸出也不能用了(我只好改用VGA端子將其連接到電視,以解決這個問題)。主機的Wi-Fi雖然還能正常使用,但其802.11n頻寬如今已過時了,不足以用來為強大的Windows Media Extender傳輸高解析(HD)的串流媒體內容。由於它的兩個關鍵功能都已失效,我覺得不宜作為捐贈,因此決定與讀者分享它的拆解過程和內部細節。另外,我還打算拆解它的電源作為給讀者的福利,畢竟這是未事先計劃的。如果拆解後的Xbox 360 S還能組裝起來重新運作,那就更完美了。

一如往常地,我們從一些外觀照片開始(順道一提,這台迷你遊戲機的尺寸為10.6×2.95×10.39英吋,重6.3磅):

photo of the Xbox 360 S front

圖1:Xbox 360 S遊戲主機外觀。

你可能想知道,頂部這個奇怪的貼紙是什麼?坦白說,我自己也不記得從哪裡得到這台遊戲機了,但這張「貼紙」清楚地標識了這是一台限量版的Xbox 360 S,用來紀念微軟在2011年中期收購Skype (2)。

photo of the Xbox 360 S top

圖2:遊戲主機上的「貼紙」標識這是一台限量版Xbox 360 S,用來紀念微軟收購Skype。

主機底部還有一張更大的貼紙(3)。

photo of the Xbox 360 S bottom

圖3:主機底部貼著更大張的紀念貼紙。

除了頂部的通風口,左右兩側也有通風口(4)。

photo of the Xbox 360 S right side

photo of the Xbox 360 S left side

圖4:頂部和左右兩側都有通風口。

主機的背面有各種連接器(5),從左到右分別為:

  • 電源輸入
  • S/PDIF數位音訊輸出
  • A/V(上)和HDMI輸出(下)
  • Kinect(上)和有線乙太網路(下)
  • 三個USB2.0 (從上到下)

photo of the Xbox 360 S ports

圖5:主機背面的各種連接器。

現在準備開始拆解(非常感謝AnandTechiFixitTechRepublicWemod為我提供了參考)。首先,我們再來看一下右側。眼尖的讀者可能已經在前面的照片中注意到,右側面板有一部份應該很容易拆下來,確實如此(6)。

photo of the Xbox 360 S HDD exposed

圖6:右側面板部份很容易就拆下來了。

250GB版的Xbox 360 S配備了一個可拆卸的硬碟(HDD),現在拆解的是4GB版本,因此其HDD插槽是空的。右側外部面板的其餘部份無法直接拆下來,不過用一個小型螺絲起子即可(7)。

photo of the Xbox 360 S vent removed

photo of the Xbox 360 S vents

圖7:用一個小平頭螺絲刀將右側外部面板的其餘部份拆下來。

採用與右側同樣的方法,將左側通風口組件也拆下來(8)。

photo of the Xbox 360 S left vent removed

圖8:左側通風口組件也拆下來。

再回到右側。在前面的照片中,你可能已經注意到,取下外部面板後,裡面還有一塊黑色塑料板,其四周是一圈光亮的黑色塑料框。拆下來之後可發現它們是連在一起的(9)。

photo of the Xbox 360 S inner panel

photo of the Xbox 360 S left side exposed

圖9:拆下主機右側的黑色塑料板。

左側則相反,兩塊塑料組件是分別拆下來的(圖10)。

photo of the Xbox 360 S left side inner panels

photo of the Xbox 360 S left inner panels removed

圖10:分別拆下左側的兩塊塑料組件。

看看角落裡的那塊電路板是什麼(11)?

photo of the Xbox 360 S wireless module front

photo of the Xbox 360 S wireless module back

圖11:主機左側角落的一塊電路板。

卸下一顆Torx螺絲後,很容易地就取出這塊電路板了。這是一個Wi-Fi模組(12),配備微型PCB嵌入式天線(通常我也會查看是否有雙功能的藍牙收發器和天線,但Xbox 360並不支援藍牙)。

photo of the Xbox 360 S without wireless module

photo of the Xbox 360 S wireless module removed front

photo of the Xbox 360 S removed wireless module back

圖12:位於主機左側角落的電路板Wi-Fi模組。

現在是時候分開主機殼的上半部分和下半部份了。從兩側和背面的連接卡扣開始,只需使用前面提到的螺絲起子即可輕鬆地撬開左側卡扣,毫不費力就分開了外殼左側的兩半部份(13)。

photo of the Xbox 360 S shell separated

photo of the Xbox 360 S left side shell separated

圖13:輕鬆分開主機外殼左側的兩半邊。

而在右側,即使撕開了安全標籤也沒那麼容易分開。最終,我不得不弄斷了一小塊連接卡扣,才得以將其分開(14)。

photo of the Xbox 360 S damaged security sticker

photo of the Xbox 360 S right side shell separated

圖14:為了將主機外殼右側的上下兩部份分開,只好先弄斷一小塊連接卡扣。

現在,外殼的下半部份也可以直接取下來了(15)。

photo of the Xbox 360 S bottom shell removed

圖15:直接取出主機外殼的下半部份。

將主機翻過來看看。請注意,前面板仍然連接著(16)。

photo of the Xbox 360 S underside of chassis

圖16:將主機翻過來,可看到前面板仍然相連著。

前面板很容易就拆下來了;同時還可以看到一條帶狀電纜連接到機架端(17)。為了便於展示,我暫時將它重新連接起來。

photo of the Xbox 360 S front panel removal

圖17:前面板上有一條帶狀電纜連接到機架。

現在將整個前面板完全取下來。前面板上有一個十分顯眼的圓形電容觸控式電源開關;左邊是DVD托盤的開口,其左上角有一個彈出按鍵;右邊則是無線遙控器配對按鍵(兼作紅外遙控接收「窗口」),以及一扇「門」(其後是兩個USB 2埠),如18所示。

photo of the Xbox 360 S cable connector

photo of the Xbox 360 S front panel removed

圖18:取下主機的前面板。

取下前面板,可以看到在其後的組件(19)。

photo of the Xbox 360 S front without panel

圖19:取下前面板。

卸下另外兩顆螺絲之後,就可以拆下射頻(RF)-電源模組了。注意,從左到右現在可以看到的是:模組連接器、紅外接收器和兩個前面的USB 2連接器(20)。

photo of the Xbox 360 S front with module removed

photo of the Xbox 360 S RF and power module front

圖20:拆下RF-電源模組。

Xbox 360用於無線控制器通訊的2.4GHz RF協議是專有的,其天線肉眼可見(21)。

photo of the Xbox 360 S RF and power module back

圖21:Xbox 360採用2.4GHz RF專有協議進行無線控制器通訊。

現在回頭來看露出的內部機架底部。在略微凸出的‘X’字的每個筆劃末端處各有一顆螺絲,但卸下這四顆螺絲後,還是無法深入主機內部,這四顆螺絲的作用在於固定CPU散熱器。卸下旁邊安全貼紙下面那顆較長的螺絲倒是很有幫助(22)。

photo of the Xbox 360 S chassis screws

圖22:卸下內部機架底部的螺絲。

卸下更多這樣的螺絲,外殼上半部份就可以完全分離了(23)。

photo of the Xbox 360 S top assembly shield

圖23:將外殼上半部分完全分離。

再從外殼拆下法拉第籠(Faraday cage)。

photo of the Xbox 360 S top shield

photo of the Xbox 360 S shell underside

將系統整個翻轉過來,正面朝上,其內部結構終於清晰可見(24)。

photo of the Xbox 360 S internals

圖24:主機內部結構。

你可能立即就會注意到,儘管該主機出廠時並沒有安裝HDD,但相關的安裝支架和接線卻都有。這是微軟的聰明之舉。這些組件成本可能很低,因此在主機中包含這些組件,就可以減少產線物件,從而簡化裝配線和倉儲管理,而且還可以將HDD作為升級選項賣給終端用戶。另外,HDD支架還「浮接」在塑料「彈簧」上,看到這裡我停頓了幾秒,然後想起在製造這個主機系統時,應該還沒有進入便宜且防震的SSD時代。

接下來把DVD驅動器拆下來吧。DVD驅動器採用專有系統連接,其他與標準光碟驅動器並無太大不同(25)。

photo of the Xbox 360 S dvd drive

photo of the Xbox 360 S sata power cables

圖25:拆下DVD驅動器。

拆下DVD之後,一些系統IC隨即映入眼簾(圖26)。

photo of the Xbox 360 S internals without dvd drive

圖26:來一張拆下DVD之後的系統IC特寫。

photo of the Xbox 360 S motherboard

電路板左邊是微軟的PSB南橋晶片­­——第一代Xbox 360 XSB之後的晶片,用於處理SATA、USB、系統管理和其他控制任務。其右側是海力士HY27US08281A 256Mb NAND快閃記憶體(flash)晶片,其下有更多的flash。從那塊小型PCB上的群聯(Phison) PS2251-50 USB 2控制器IC可知,這是我這台限量版遊戲機配備的4GB儲存模組。經過一番研究後可以確定的是,在此版本中並不會用到此256Mb獨立型NAND晶片功能,但微軟仍將其包括在內以簡化裝配線,因為配備HDD的遊戲主機還需要用到該晶片。

我們取下eMMC模組來仔細看看(27)。

photo of the Xbox 360 S motherboard without memory board

photo of the Xbox 360 S memory PCB

photo of the Xbox 360 S memory PCB back

圖27:eMMC模組。

接下來看看那款標準型風扇,它的護罩很容易就能拆下來(28)。

photo of the Xbox 360 S fan shroud

photo of the Xbox 360 S fan without shroud

圖28:取下風扇護罩。

卸下螺絲並取下風扇後,露出其下的散熱器(29)。

photo of the Xbox 360 S underneath fan heat sink

圖29:取出風扇後,露出其下的散熱器。

現在可以看到風扇、HDD (未安裝)和光碟機的主板電源線,以及周圍的電源電路(30)。

photo of the Xbox 360 S PCB power hookups

圖30:風扇、HDD和光碟的主板電源線及其周邊電路。

還有一個機架面板需要拆卸,它位於主機的背面(31)。

photo of the Xbox 360 S rear panel

圖31:主機背面的機架面板。

現在終於將風扇完全分離了(32)。

photo of the Xbox 360 S fan removed

圖32:將整個風扇拆下來了!

再看看前面提到的HDD支架,從33的第二張側視圖可以直觀地了解它如何「浮」在那裡。

photo of the Xbox 360 S HDD bracket

photo of the Xbox 360 S HDD bracket

photo of the Xbox 360 S floating HDD bracket

圖33:從第三張側視圖可以看到HDD支架「浮」在塑料「彈簧」之上。

取下支架後可以看到‘HANA’視訊編碼器IC (34)。

photo of the Xbox 360 S motherboard video encoder IC

圖34:取下HDD支架後可見到‘HANA’視訊編碼器IC。

現在可以更清楚地觀察前面提到的電源電路了(35)。

photo of the Xbox 360 S motherboard power circuitry

圖35:HDD主板周邊的電源電路。

還有最後一個機架配件需要拆除,它原本位於光碟的下方(36)。

photo of the Xbox 360 S front bracket

photo of the Xbox 360 S front bracket removed

圖36:拆除光碟下方的最後一個機架配件。

拆下這個配件並鬆開幾個螺絲(當然也要移除……我知道是冷笑話),主板就可以從機架中取出來了(37)。

photo of the Xbox 360 S motherboard

photo of the Xbox 360 S chassis underside

圖37:從機架中取出主板。

最後一步是將散熱器拆下來,首先得翻轉主板(38)。

photo of the Xbox 360 S motherboard back

圖38:把主板翻轉過來。

之前肯定有讀者想知道機架上的‘X’是什麼,現在終於到謎底揭曉的時間了。

photo of the Xbox 360 S X clamp

前面提到的那四顆螺絲各自連接到一個散熱柱上,並穿過主板直抵背面。螺絲通過這個「X型夾」將散熱器固定並牢牢壓在CPU上(我猜中間是導熱膏)。用一個薄型螺絲起子在每個散熱柱和「X型夾」之間撬一下,就可以輕鬆地取下「X型夾」了(39)。

photo of the Xbox 360 S x clamp closeup

photo of the Xbox 360 S x clamp detached from PCB

圖39:取下「X型夾」。

看吧!在「X型夾」下面都是一些被動元件(40)。

photo of the Xbox 360 S motherboard passives

圖40:「X型夾」下方的被動元件。

少了「X型夾」的固定,散熱器馬上就取下來了(41)。

photo of the Xbox 360 S heat sink

photo of the back of the Xbox 360 S heat sink

圖41:取下散熱器。

現在我們可以看到下面的CPU了(注意:這一代產品採用了雙晶片封裝,包含一個整合型GPU和一個獨立的繪圖記憶體),周圍是四個三星(Samsung) K4J10324KE-HC14 1Gb GDDR3 SDRAM(42)。

photo of the Xbox 360 S CPU on PCB

圖42:CPU周圍是四個三星1Gb GDDR3 SDRAM。

電源拆解

我原本並不打算拆開遊戲主機配套的電源磚塊,因為我已經用它來為另一台遊戲主機供電了。不過我的長期讀者們可能記得,我房子裡的電視接收和播放系統包括一台SiliconDust HD HomeRun Prime,與一台Windows7迷你PC (作為Windows Media Center伺服器)配合使用,同時還有許多Xbox 360(每個電視配一台)用作Media Center擴展器。有一台Xbox 360 S遊戲主機位於客廳,其電源的整合型風扇噪音越來越大(這個問題很常見),最近變得愈發讓人難以忍受。因為從原廠已經買不到這款電源了,所以我決定將其拆開進行清潔,而YouTube視視教程和其他用戶的成功經驗增添了我的信心。

圖43是一個黑色的Xbox 360 S電源,以及一個體積大得多的第一代Xbox 360電源(碰巧我手頭上有這個電源,它的遊戲主機已經壞了)。

photo of new and old Xbox power supplies

photo of new and old Xbox power supplies back sides

photo of new and old Xbox power supplies plug ends

photo of new and old Xbox power supplies LED end

圖43:Xbox 360 S電源和Xbox 360 電源。

似乎比較尺寸還不足以讓人理解“S”主機世代的微影線寬的不斷縮小以及「多對單(multi-to-single)之晶片和封裝整合」為功耗(和發熱)帶來的好處,那麼請查看203W與135W輸出規格的比較(圖44)。

photo of the old Xbox power supply label

photo of the new Xbox power supply label

圖44:203W與135W輸出規格比較。

現在深入內部來看看。將電源的橡膠腳(被塑料「圓墊」包圍)從底部取出來恐怕是最難的一步了,在此過程中我搞壞了其中一個(圖45)。

photo of the removed rubber feet

圖45:將電源的橡膠腳從底部取出。

可以看見螺絲了,用T10螺絲起子將其卸下。在這裡我放了一個直徑為19.1mm的1美分硬幣,用於比較大小(圖46)。

Xbox power supply with feet removed

圖46:Xbox 360 S電源與1美分硬幣的大小比較。

繼續深入。

先看看一端的三色(綠色=開啟、橙色=待機、紅色=故障)LED線束(圖47)。

Xbox power supply disassembly

圖47:三色LED線束。

然後將PCB從機架中取出來,露出風扇組件(仍然連著機架),如圖48所示。

photo of Xbox power supply LED cluster

圖48:將PCB從機架中取出來。

卸下用來固定風扇組件的螺絲,可以看到其上經年累積起厚厚的灰塵(圖49)。

photo of Xbox power supply PCB

photo of Xbox power supply open plug end

photo of Xbox power supply open cord end

圖49:風扇組件上面是經年累積的灰塵。

將風扇組件翻過來,會發現更多的黏手髒汙(圖50)。

photo of Xbox power supply fan assembly

圖50:風扇組件背面有很多黏手髒汙。

幾乎毫不費力就把風扇拆下來,太開心了(圖51)。

photo of Xbox power supply fan assembly underside

圖51:拆下風扇。

將風扇的葉片組件直接從穿過軸承的馬達上取下來(圖52)。

photo of Xbox power supply fan top

photo of Xbox power supply fan bottom

圖52:將風扇的葉片組件從馬達上取下來。

用壓縮空氣清除所有碎屑,再用輕油潤滑風扇軸,然後按相反的順序(大部份是這樣)小心地將所有組件物歸原位(圖53)。

photo of Xbox power supply fan blades

photo of Xbox power supply fan motor

圖53:將所有組件物歸原位。

現在它和新的一樣好用,也安靜多了(圖54)!

photo of Xbox power supply reassembled

圖54:Xbox 360 S電源跟新的一樣好用了。

photo of Xbox power supply back in service

哇!不知不覺中已經寫了這麼多,我得就此結束這篇「巨著」了。與往常一樣,工程師朋友們,我期待你的評論!

(參考原文:Teardown: Microsoft Xbox 360 S is cooler, more integrated,by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年9月號雜誌

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