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):
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 (圖2)。
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(圖3)。
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(圖4)。
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(圖5),從左到右分別為:
圖5:主機背面的各種連接器。
現在準備開始拆解(非常感謝AnandTech、iFixit、TechRepublic和Wemod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(圖6)。
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(圖7)。
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(圖8)。
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(圖9)。
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)。
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(圖11)?
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(圖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)。
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(圖13)。
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(圖14)。
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(圖15)。
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(圖16)。
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(圖17)。為了便於展示,我暫時將它重新連接起來。
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),如圖18所示。
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(圖19)。
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(圖20)。
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(圖21)。
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(圖22)。
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(圖23)。
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)。
將系統整個翻轉過來,正面朝上,其內部結構終於清晰可見(圖24)。
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(圖25)。
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)。
圖26:來一張拆下DVD之後的系統IC特寫。
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(圖27)。
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(圖28)。
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(圖29)。
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(圖30)。
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(圖31)。
圖31:主機背面的機架面板。
現在終於將風扇完全分離了(圖32)。
圖32:將整個風扇拆下來了!
再看看前面提到的HDD支架,從圖33的第二張側視圖可以直觀地了解它如何「浮」在那裡。
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 (圖34)。
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(圖35)。
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(圖36)。
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(圖37)。
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(圖38)。
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。
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(圖39)。
圖39:取下「X型夾」。
看吧!在「X型夾」下面都是一些被動元件(圖40)。
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(圖41)。
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(圖42)。
圖42:CPU周圍是四個三星1Gb GDDR3 SDRAM。
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)。
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)。
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)。
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)。
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)。
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。
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)。
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)。
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)。
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)。
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)。
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)!
圖54:Xbox 360 S電源跟新的一樣好用了。
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)
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