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拆解微软Xbox 360 S:为什么尺寸变小了,发热反而更少?

时间:2021-12-24 01:45:35 作者:Brian Dipert 阅读:
为了改善Xbox 360的散热,同时降低BOM成本,微软多次对第一代设计进行改进,到了2010年重新设计Xbox 360 S (Slim版)主机,将其CPU和GPU整合于同一封装中,大幅简化了系统的散热...
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大约在2007年中,我曾经发表了‘Microsoft Xbox 360 Elite’拆解分析,后来还成为EDN最受欢迎的专栏文章之一。文中探讨Xbox 360游戏主机广受诟病的“三红”(RRoD)故障问题,大概是引起读者兴趣的一个主要原因。该系统的CPU和GPU采用90nm工艺技术制造(至少一开始如此),在工作时产生较高的热量,连续累积的温度最终导致焊点故障——这就是所谓的RRoD问题。尽管如此,时至今日我仍然认为,微软(Microsoft)为了加快产品上市时间而降低产品散热标准的这个决定是正确的。

微软决定更换游戏主机的组件并延长保修期,为早期用户提供了有力支持;同时还使用改进后的组件替换有问题的内部组件,将游戏主机翻新后重新投放市场。再者,微软在2005年底比竞争对手Sony领先一年推出硬件(当然也伴随吸引人的内容),确保了自家公司在第二代游戏主机的领先地位。事实上,微软和Sony成为目前仅存专注于家用游戏主机的“唯二”厂商。早期的领导者Sega几年前已放弃这个市场;其次是任天堂(Nintendo),凭心而论,它仍然应该算是便携式游戏主机市场的领导者。

为了改善Xbox 360的散热,同时降低主机的物料列表(BOM)成本,微软多次对第一代设计进行改进,在此过程(与制程)中不断地微缩Xenon CPU/GPU的制造微影线宽。到了2010年末推出的Xbox 360 S (Slim版)重新设计主机,才有较大改变。其CPU和GPU均采用45nm制程制造,并整合于同一芯片上。绘图内存虽然仍然采用标准的裸片实现,但也与CPU/GPU整合在一个封装中,大幅简化了系统的散热和风扇架构。

现在我要拆解的这台迷你版Xbox 360 S,其有线以太网络(Ethernet)功能(与其前代产品一样)已经故障,HDMI输出也不能用了(我只好改用VGA端子将其连接到电视,以解决这个问题)。主机的Wi-Fi虽然还能正常使用,但其802.11n带宽如今已过时了,不足以用来为强大的Windows Media Extender传输高解析(HD)的串流媒体内容。由于它的两个关键功能都已失效,我觉得不宜作为捐赠,因此决定与读者分享它的拆解过程和内部细节。另外,我还打算拆解它的电源作为给读者的福利,毕竟这是未事先计划的。如果拆解后的Xbox 360 S还能组装起来重新运作,那就更完美了。

一如往常地,我们从一些外观照片开始(顺道一提,这台迷你游戏机的尺寸为10.6×2.95×10.39英吋,重6.3磅):

图1:Xbox 360 S游戏主机外观。

你可能想知道,顶部这个奇怪的贴纸是什么?坦白说,我自己也不记得从哪里得到这台游戏机了,但这张“贴纸”清楚地标识了这是一台限量版的Xbox 360 S,用来纪念微软在2011年中期收购Skype (图2)。

图2:游戏主机上的「贴纸」标识这是一台限量版Xbox 360 S,用来纪念微软收购Skype。

主机底部还有一张更大的贴纸(图3)。

图3:主机底部贴着更大张的纪念贴纸。

除了顶部的通风口,左右两侧也有通风口(图4)。

图4:顶部和左右两侧都有通风口。

主机的背面有各种连接器(图5),从左到右分别为:

  • 电源输入
  • S/PDIF数字音频输出
  • A/V(上)和HDMI输出(下)
  • Kinect(上)和有线以太网络(下)
  • 三个USB2.0 (从上到下)

图5:主机背面的各种连接器。

现在准备开始拆解(非常感谢AnandTechiFixitTechRepublicWemod为我提供了参考)。首先,我们再来看一下右侧。眼尖的读者可能已经在前面的照片中注意到,右侧面板有一部份应该很容易拆下来,确实如此(图6)。

图6:右侧面板部份很容易就拆下来了。

250GB版的Xbox 360 S配备了一个可拆卸的硬盘(HDD),现在拆解的是4GB版本,因此其HDD插槽是空的。右侧外部面板的其余部份无法直接拆下来,不过用一个小型螺丝起子即可(图7)。

图7:用一个小平头螺丝刀将右侧外部面板的其余部份拆下来。

采用与右侧同样的方法,将左侧通风口组件也拆下来(图8)。

图8:左侧通风口组件也拆下来。

再回到右侧。在前面的照片中,你可能已经注意到,取下外部面板后,里面还有一块黑色塑料板,其四周是一圈光亮的黑色塑料框。拆下来之后可发现它们是连在一起的(图9)。

图9:拆下主机右侧的黑色塑料板。

左侧则相反,两块塑料组件是分别拆下来的(图10)。

图10:分别拆下左侧的两块塑料组件。

看看角落里的那块电路板是什么(图11)?

图11:主机左侧角落的一块电路板。

卸下一颗Torx螺丝后,很容易地就取出这块电路板了。这是一个Wi-Fi模块(图12),配备微型PCB嵌入式天线(通常我也会查看是否有双功能的蓝牙收发器和天线,但Xbox 360并不支援蓝牙)。

图12:位于主机左侧角落的电路板Wi-Fi模块。

现在是时候分开机箱的上半部分和下半部份了。从两侧和背面的连接卡扣开始,只需使用前面提到的螺丝起子即可轻松地撬开左侧卡扣,毫不费力就分开了外壳左侧的两半部份(图13)。

图13:轻松分开主机外壳左侧的两半边。

而在右侧,即使撕开了安全标签也没那么容易分开。最终,我不得不弄断了一小块连接卡扣,才得以将其分开(图14)。

图14:为了将主机外壳右侧的上下两部份分开,只好先弄断一小块连接卡扣。

现在,外壳的下半部份也可以直接取下来了(图15)。

图15:直接取出主机外壳的下半部份。

将主机翻过来看看。请注意,前面板仍然连接着(图16)。

图16:将主机翻过来,可看到前面板仍然相连着。

前面板很容易就拆下来了;同时还可以看到一条带状电缆连接到机架端(图17)。为了便于展示,我暂时将它重新连接起来。

图17:前面板上有一条带状电缆连接到机架。

现在将整个前面板完全取下来。前面板上有一个十分显眼的圆形电容触控式电源开关;左边是DVD托盘的开口,其左上角有一个弹出按键;右边则是无线遥控器配对按键(兼作红外遥控接收“窗口”),以及一扇“门”(其后是两个USB 2埠),如图18所示。

图18:取下主机的前面板。

取下前面板,可以看到在其后的组件(图19)。

图19:取下前面板。

卸下另外两颗螺丝之后,就可以拆下射频(RF)-电源模块了。注意,从左到右现在可以看到的是:模块连接器、红外接收器和两个前面的USB 2连接器(图20)。

图20:拆下RF-电源模块。

Xbox 360用于无线控制器通讯的2.4GHz RF协议是专有的,其天线肉眼可见(图21)。

图21:Xbox 360采用2.4GHz RF专有协议进行无线控制器通讯。

现在回头来看露出的内部机架底部。在略微凸出的‘X’字的每个笔划末端处各有一颗螺丝,但卸下这四颗螺丝后,还是无法深入主机内部,这四颗螺丝的作用在于固定CPU散热器。卸下旁边安全贴纸下面那颗较长的螺丝倒是很有帮助(图22)。

图22:卸下内部机架底部的螺丝。

卸下更多这样的螺丝,外壳上半部份就可以完全分离了(图23)。

图23:将外壳上半部分完全分离。

再从外壳拆下法拉第笼(Faraday cage)。

将系统整个翻转过来,正面朝上,其内部结构终于清晰可见(图24)。

图24:主机内部结构。

你可能立即就会注意到,尽管该主机出厂时并没有安装HDD,但相关的安装支架和接线却都有。这是微软的聪明之举。这些组件成本可能很低,因此在主机中包含这些组件,就可以减少产线对象,从而简化装配线和仓储管理,而且还可以将HDD作为升级选项卖给终端用户。另外,HDD支架还“浮接”在塑料“弹簧”上,看到这里我停顿了几秒,然后想起在制造这个主机系统时,应该还没有进入便宜且防震的SSD时代。

接下来把DVD驱动器拆下来吧。DVD驱动器采用专有系统连接,其他与标准光盘驱动器并无太大不同(图25)。

图25:拆下DVD驱动器。

拆下DVD之后,一些系统IC随即映入眼帘(图26)。

图26:来一张拆下DVD之后的系统IC特写。

电路板左边是微软的PSB南桥芯片­­——第一代Xbox 360 XSB之后的芯片,用于处理SATA、USB、系统管理和其他控制任务。其右侧是海力士HY27US08281A 256Mb NAND闪存(flash)芯片,其下有更多的flash。从那块小型PCB上的群联(Phison) PS2251-50 USB 2控制器IC可知,这是我这台限量版游戏机配备的4GB储存模块。经过一番研究后可以确定的是,在此版本中并不会用到此256Mb独立型NAND芯片功能,但微软仍将其包括在内以简化装配线,因为配备HDD的游戏主机还需要用到该芯片。

我们取下eMMC模块来仔细看看(图27)。

图27:eMMC模块。

接下来看看那款标准型风扇,它的护罩很容易就能拆下来(图28)。

图28:取下风扇护罩。

卸下螺丝并取下风扇后,露出其下的散热器(图29)。

图29:取出风扇后,露出其下的散热器。

现在可以看到风扇、HDD (未安装)和光驱的主板电源线,以及周围的电源电路(图30)。

图30:风扇、HDD和光盘的主板电源线及其周边电路。

还有一个机架面板需要拆卸,它位于主机的背面(图31)。

图31:主机背面的机架面板。

现在终于将风扇完全分离了(图32)。

图32:将整个风扇拆下来了!

再看看前面提到的HDD支架,从图33的第二张侧视图可以直观地了解它如何“浮”在那里。

图33:从第三张侧视图可以看到HDD支架“浮”在塑料“弹簧”之上。

取下支架后可以看到‘HANA’视讯编码器IC (图34)。

图34:取下HDD支架后可见到‘HANA’视讯编码器IC。

现在可以更清楚地观察前面提到的电源电路了(35)。

图35:HDD主板周边的电源电路。

还有最后一个机架配件需要拆除,它原本位于光盘的下方(图36)。

图36:拆除光盘下方的最后一个机架配件。

拆下这个配件并松开几个螺丝(当然也要移除……我知道是冷笑话),主板就可以从机架中取出来了(图37)。

图37:从机架中取出主板。

最后一步是将散热器拆下来,首先得翻转主板(图38)。

图38:把主板翻转过来。

之前肯定有读者想知道机架上的‘X’是什么,现在终于到谜底揭晓的时间了。

前面提到的那四颗螺丝各自连接到一个散热柱上,并穿过主板直抵背面。螺丝通过这个「X型夹」将散热器固定并牢牢压在CPU上(我猜中间是导热膏)。用一个薄型螺丝起子在每个散热柱和“X型夹”之间撬一下,就可以轻松地取下“X型夹”了(图39)。

图39:取下“X型夹”。

看吧!在“X型夹”下面都是一些被动组件(图40)。

图40:“X型夹”下方的被动组件。

少了“X型夹”的固定,散热器马上就取下来了(图41)。

图41:取下散热器。

现在我们可以看到下面的CPU了(注意:这一代产品采用了双芯片封装,包含一个整合型GPU和一个独立的绘图内存),周围是四个三星(Samsung) K4J10324KE-HC14 1Gb GDDR3 SDRAM(图42)。

图42:CPU周围是四个三星1Gb GDDR3 SDRAM。

电源拆解

我原本并不打算拆开游戏主机配套的电源砖块,因为我已经用它来为另一台游戏主机供电了。不过我的长期读者们可能记得,我房子里的电视接收和播放系统包括一台SiliconDust HD HomeRun Prime,与一台Windows7迷你PC (作为Windows Media Center服务器)配合使用,同时还有许多Xbox 360(每个电视配一台)用作Media Center扩展器。有一台Xbox 360 S游戏主机位于客厅,其电源的整合型风扇噪音越来越大(这个问题很常见),最近变得愈发让人难以忍受。因为从原厂已经买不到这款电源了,所以我决定将其拆开进行清洁,而YouTube视视教程和其他用户的成功经验增添了我的信心。

图43是一个黑色的Xbox 360 S电源,以及一个体积大得多的第一代Xbox 360电源(碰巧我手头上有这个电源,它的游戏主机已经坏了)。

图43:Xbox 360 S电源和Xbox 360 电源。

似乎比较尺寸还不足以让人理解“S”主机世代的微影线宽的不断缩小以及「多对单(multi-to-single)之芯片和封装整合」为功耗(和发热)带来的好处,那么请查看203W与135W输出规格的比较(图44)。

图44:203W与135W输出规格比较。

现在深入内部来看看。将电源的橡胶脚(被塑料“圆垫”包围)从底部取出来恐怕是最难的一步了,在此过程中我搞坏了其中一个(图45)。

图45:将电源的橡胶脚从底部取出。

可以看见螺丝了,用T10螺丝起子将其卸下。在这里我放了一个直径为19.1mm的1美分硬币,用于比较大小(图46)。

图46:Xbox 360 S电源与1美分硬币的大小比较。

继续深入。

先看看一端的三色(绿色=开启、橙色=待机、红色=故障)LED线束(图47)。

图47:三色LED线束。

然后将PCB从机架中取出来,露出风扇组件(仍然连着机架),如图48所示。

图48:将PCB从机架中取出来。

卸下用来固定风扇组件的螺丝,可以看到其上经年累积起厚厚的灰尘(图49)。

图49:风扇组件上面是经年累积的灰尘。

将风扇组件翻过来,会发现更多的黏手脏污(图50)。

图50:风扇组件背面有很多黏手脏污。

几乎毫不费力就把风扇拆下来,太开心了(图51)。

图51:拆下风扇。

将风扇的叶片组件直接从穿过轴承的马达上取下来(图52)。

图52:将风扇的叶片组件从马达上取下来。

用压缩空气清除所有碎屑,再用轻油润滑风扇轴,然后按相反的顺序(大部份是这样)小心地将所有组件物归原位(图53)。

图53:将所有组件物归原位。

现在它和新的一样好用,也安静多了(图54)!

图54:Xbox 360 S电源跟新的一样好用了。

哇!不知不觉中已经写了这么多,我得就此结束这篇“巨著”了。与往常一样,工程师朋友们,我期待你的评论!

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

本文同步刊登于EDN Taiwan 20219杂志

责编:Luffy Liu

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Brian Dipert
EDN资深博客作者。Brian Dipert是前EDN杂志的高级技术编辑。 他是BDTi的高级分析师,嵌入式视觉联盟的主编,以及AnandTech、EDN杂志和《低功耗设计》的特约编辑。 他也是Sierra Media的创始人。
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