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原文作者：Richard Leadbetter, 科技编辑, Digital Foundry
TGA 2019的最大惊喜毋庸置疑，就是微软决定公布全新一代主机Xbox Series X，从主机的名称到新的品牌，还有最重要的主机外观形态。这一台主机不同于我们以往见过的任何一台机器，它可能是自2001年任天堂Game Cube以来最有原创性的一台主机。在我们近期前往微软位于华盛顿州雷蒙德市的园区之旅中，我们有机会与几位硬件团队的重要成员近距离接触，他们创造了这台外观令人印象深刻的新主机，在这一过程中，我们对Xbox Series X为什么采取垂直散热风道设计有了更深入的理解。
“当我们开始考虑要如何设计新主机的时候，所有想法都只是纸上谈兵，”Chris Kujawski说道，他是微软的资深设计师。“我们没有可以验证设计思路的条件，我们也没办法做基准测试，我们知道这台主机的性能会十分强劲，所以需要按照完全不同的思路来设计这台新主机。”
设计师们需要面对的最关键问题是，新主机所需要的能源功耗以及如何达到预设的性能水准。Xbox的系统架构设计师们为新主机设定的性能最低标准是达到前代主机Xbox One X的两倍图形性能，这意味着12TF的图形计算能力，除此之外，Zen 2架构的CPU核心可以带来4倍CPU性能提升。在满足这些性能提升的同时，新主机的噪音表现要和Xbox One X一样，在整个主机系统功耗大幅提高的情况下，这是一个非常苛刻的要求。
只有整机的功耗设计确定了，主机外形的设计才能开始，而这可不是一件简单的事情。根据我们所看到的原型机，Xbox Series X搭载了一个315W功率的电源，而且从Xbox One S开始电源都内置在主机里，新主机也同样如此。如此多的电能被传输到处理器内，每平方英尺的整流器能够提供100W的功率以及最高190A的电流。能够高效地将电源整合进主机内部是新主机能够采用分离主板设计的关键：一块主板搭载高功耗的元器件，如Series X的处理器，GDDR6内存颗粒以及供电模块。另一块主板搭载的南桥芯片，主要处理I/O读写请求。两块主板分别放置在主机机箱的两侧，都紧贴在一整块铝合金板上。
“我倾向于将我们以前的主机看作是一种外骨骼结构，所以你手头上有的是一个机械结构，上面覆盖着电磁屏蔽罩，然后你把要装的东西放在这个框子里面，”Jim Wahl，Xbox硬件部门的机械工程(Mechanical Engineering)主管，解释道，“我们在新主机上所采取的设计则完全反了过来，这个外壳框架成为了新主机的核心支柱，我们围绕着这个框架来打造新主机。”
“这个（框架）其实是这台主机内部我最喜欢的部分，”Chris Kujawski补充道。“就好像所有买了主机的人却没办法看到最酷炫的部分。”这也让机身内部发热量最大的部件得到了妥善安排。“这样设计的内部空间创造出了一种我们称为并行散热的架构（Parallel Cooling Architecture），当冷空气进入主机内部，这些冷空气会同时从主机的不同区域通过（译注：这样不会在主机内部循环加热，最大化冷却效率），”Wahl补充道。“这个框架起到的第二个作用就是它能让内部的热源分散开来，这两点加在一起，造就了一个非常高效的主机散热方案。第三个作用就是，我们可以在主机内部像玩俄罗斯方块一样地安排零部件位置，为每一个部件找到最合适地方。”
就在他们给我们讲解这些的同时，Chris Kujawski就在旁边给我们演示如何组装一台Xbox Series X，运用所有提到的那些零件，我们在后面的几天里也自己亲手组装了一台。两块主板的尺寸大体上一致，分别放置在主机的两侧。这让我更多地想起了老款Apple Mac Pro的设计，而不像我所见过的任何一款主机。“你们已经见识了这些零件是如何以俄罗斯方块的形式组装起来的了。”Kujawski说道。“而且你们也能看出来，这和我们以往的产品有很大的不同。”
电子屏蔽罩是和4K蓝光光驱以及315W电源一起安装的。这是一个十分均衡的设计，基本上，电磁辐射必须被控制在机身内部，但同时Xbox Series X也需要排出非常多热量。”如果你看看我们以前的设计将会非常有趣，我们一直以来都会把一大块金属盖在机身内部，看起来就像一个法拉第笼，“Andres Hernandez，Xbox设计部门电气工程（Electrical Engineering）主管。”这一次我们必须采取特别一点的设计。我们只在主板以及局部装了屏蔽罩，而不是一整块金属盖在上面。”
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在这一部分搞定之后，我们需要关注一下为Xbox Series X特别订制的固态硬盘模块，它也有自己的散热难点。”我们给主机安装的是一个1TB容量的内置存储模块，以2.4GB/s的速度运行，功耗为3.8W，这很了不起，但也很让人头疼，“Hernandez说道。”当你的SSD只有22x30mm的大小时，我是说这真的很小，你要怎么处理它所产生的热量？所以这块SSD成为了众多我们需要重新思考并设计散热策略的零件之一，因为这小小的零件拥有着大大的带宽。“
PC上的NVMe固态硬盘经常由于过热而损失性能，为了避免这一点，我们需要在新主机上采取创新的设计。”我们采用了一些弹簧，我们管它们叫热传导弹簧，“Jim Wahl说道。”这些弹簧能够将SSD模块和顶部的巨大散热鳍片连接起来，让SSD产生的热量被通过的冷空气所带走，还有很多经过我们精心思考并打磨的设计在整个主机内部。“
Chris Kujawski继续组装我们面前的这台Xbox Series X，是时候聊一聊最大的单一零件散热片了。相对来讲它非常大，它由一块很重的纯铜均热板以及一块很轻的铝制散热片组成。这块散热片大到足够覆盖SoC主板的大部分区域，但它不仅仅只吸收处理器的热量。”我们有着十分强劲的供电模块，所以如何为这些模块散热也是挑战之一。于是我们最后用均热板来为很多部件散热，“Andres Hernandez说道。”我们首先在GDDR6内存模块上安装了散热片，让它们能够和均热板相连。这很重要，特别是当你的内存有着如此之高的带宽时，这些模块的温度会非常高。第二个就是我之前提到的供电模块了。它们是整个主机内部电流最密集的部分。“
为了达到和Xbox One X同样的噪音表现，新主机需要一系列的零部件协作才能办到这一点，第一个就是在处理器内部集成的传感器。SoC上面有64个二极管不停地回传数据，让系统固件内部的风扇调速算法能够智能地调整转数，保证系统在不过热的前提下，尽可能安静地运作。”为了冷却如此强劲的硬件，你需要大量的空气流动，而且还得是安静地流动，”Jim Wahl说道。“在研究了很多种不同的风道布局之后，我们发现在主机内部的轴线上安装一个风扇是最有高效且安静的设计。我们在这一部分做了非常多的定制，比如扇叶的数量，每片扇叶的造型都为我们的主机进行了深度优化。”
“我们在很多消费者们看不见的地方下了功夫，比如我们的风扇轴承可以让这把强力风扇在整个寿命周期内都安静地运转，”Wahl补充道。“还有很多细节十分不起眼，比如整流罩边缘的曲率，甚至是这样的小地方也能改进空气的流通效率。”
所有将被装进主机内部的零件就静静地摆放在机壳的旁边，我们注意到这台主机内部的零件密度惊人。一旦一个零件被安装到位，留给其它零件的空间就很少了。这样的安排规划与我们熟知的PC机箱内部风道设计完全不同。“我们为了让空气顺畅地流通，必须在机壳上提供对应的孔位，”Jim Wahl解释道。“我们在顶部设计了出风口以及巨大的排气孔，我们所采取的这些措施加起来，包括多重并行风道和安装在机身顶部的强力静音风扇，给了我们比上一代主机多70%的进风量，仅仅散热片上通过的风量就多了20%。”
新主机在最底层的设计逻辑中有一系列基础规则，这些规则定义了Xbox Series X为满足前所未有的性能指标与功耗所需要的外形大小，正如Chris Kujawski解释的，“Jim提到的光驱是一方面，而散热片又另一方面，散热片的高度由需要的进风量来决定，通过这一些列复杂又相互影响的设计，我们搞清楚了整个主机内部的零部件该如何正确摆放，最后的成果就是现在的立方体结构外形，我们爱死它了。”
为了更好地散热而采取的设计同样也影响了主机的外观。主机顶部的大洞完全是为了更好地排出大量热空气而设计的。“我们决定把这一点作为主机外观的特色来突出它的存在，”Kujawski解释说。“我们把这些孔洞做成大概1厘米深，然后雕琢出整个表面，它会随着你靠近而变化样子，你抬高或者降低你的视线，你能看到孔洞的数量也会随之变化。随后我们在底部添加了一层绿色让它们看起来并不是一样深，中间部分会深一点，边缘则浅一点。”
在我们完成了这一部分后，主机内部的设计基本上就完成了。Kujawski拿起来散热片然后把它插进主机外壳。在外壳内部的塑料件应该是比较容易设计并制造的部分了吧？毕竟就是一个方形的壳子而已。事实上这个零部件又带来了一系列全新的挑战，主要是由于它自身的厚度。Xbox Series X是由生产线上的自动化机器人生成的，在生产过程中，机器臂上的工具不会离开机壳本体，这意味着设计师们没有多少空间来施展拳脚，所以另一个灵光一闪的点子让Xbox Series X如此小巧高效的外形得以成功。
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老实说硬件开发团队并没有预料到，在TGA晚会上公布新主机之后会有这么多梗出现，但是微软应对这些幽默的方式也十分有意思，比如他们在自己的社交媒体上发布了Xbox Series X和冰箱的尺寸对比图。尽管如此，事实上这两者还是有着很大的区别，考虑到设计上的种种困难，硬件团队将新主机分发给测试人员以听取他们的意见和反馈。
“我们将新主机带到他们面前，然后说，‘你觉得怎么样？这个能行吗？把你现在的Xbox拔掉，把新主机插上。能不能放进你的柜子里？你愿意向你的朋友展示这台新玩意儿吗？’我们十分欣慰并感激，因为大部分用户都很喜欢这台新主机，”Chris Kujawski说道。“这台机器占地真的很小，当你对比传统造型的主机就会发现，它们所占的平面面积很大，所以你放完主机后没有多少空间来整理后面的线材。而新主机可以放进纵深更小的柜子或者架子上。这一点对我们来说很神奇，在这个项目进行的早期就得到这样的反馈给了我们很大的信心继续我们手中的工作，而且人们很喜欢这样的设计。”
当面前的Xbox Series X组装完毕后，我们将注意力转移到了改进过的Xbox手柄。在我们的介绍会上，设计团队展示了从2001年元组“Duke”手柄一直到最近的“精英手柄2”，以及专为残障人士设计的Adaptive Controller。Xbox Series X的全新手柄坐落在展示板的最右侧。这块板子上表现了Xbox手柄逐渐演化进步的过程，在这中间，Adaptive Controller是最“离经叛道”的那一个。
一眼看上去，全新的Xbox控制器和现款没有太大的不同，当然除了新添加的分享按钮和十字键，这两者和精英手柄系列的设计有很多相似的地方。微软从最热情的玩家那里得到的第一批反馈就是，玩家们很喜欢现有的设计，所以微软要做的就是在保持现有设计优点的基础上，让更多用户能够享受到Xbox手柄所带来的满足感。
“我们在讨论中有很多观点和方向被提出来，但最重要的就是人机工学，”Microsoft高级设计师Ryan Whitaker解释说。“你能够让这些手柄握起来更舒服一点吗？我的手很小。你能够让手柄更贴合我的手掌吗？兼容——我有很多新的设备，我想要在这些新设备上玩Xbox游戏，你能够让配对过程更简单明了一点吗？分享——截图与录像并分享出去已经成了游戏过程中的一个重要组成部分。”
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Microsoft在新产品也保持了一致的设计原则，确保现有的配件，诸如手柄键盘也能够直接用在新手柄上，在此基础上他们不断改良现有设计。事实上只要一点点改进就能让更多，非常多的用户用起来更加舒适。现款手柄能够贴合5%至95%的手型，但是细微的改进就能让手柄的易用性大大增强。“我们在设计过程中发现了，如果我们能够将手柄的适用范围调整到3%至95%，那么这两个百分点就代表着数亿人可以更好的享受用我们的手柄进行游戏，”Whitaker说道。“而我们只需要稍稍减少手柄某些区域的面积大小就可以让更多的人有更好的体验，同时又不需要牺牲其他人的感受。”
不过这可是全新一代的Xbox，为什么不采用更加激进大胆的设计呢？我们将目光投向我们面前的展示板，上面展示了手柄虽然一直在不断进化，但是（手柄的）核心原则与基础却并没有真正改变。在我们身后，一些玩家如何与现款手柄交互的照片放在那里，这些照片上都是各种各样的手指和手的样子。根据Microsoft的说法，他们之所以决定进一步改良现款手柄的主要原因就是玩家们喜欢现在的产品。他们已经习惯了这款手柄，并且没有感到有什么糟心的地方。
“玩家们已经形成了很多的肌肉记忆，”Whitaker总结道。“我们通过将肩键打磨圆润来提高易用性。我们也调整了一些卡口的尺寸和角度。还有一些东西是我们不想做出改变的，包括摇杆的高度，因为我们希望玩家们的肌肉记忆不会出现差错。”
还有另外一些很简单的变动却能带来令人意想不到的进步。“你可以看到我们将肩键和扳机键都做了哑光磨砂处理，”Ryan Whitaker说道。“这可以让你的手无论是干燥还是因为紧张而变得汗津津，都能紧紧地握住手柄的同一位置，所以你不会影响自己的发挥。”同样的，这些手柄的新设计都经过了超过十万小时的测试时间以确保它们不会出问题。“所有的角度，高度，表面的纹理，它们都经过精心地调教，哪怕是0.1mm的区别用户都能够区分开来，“Whitaker说道。”实际上不同调教的手柄表面，可以让你很清晰地感受到将摇杆往上推或者往下推的不同。“
在我们的讨论中有一个有意思的地方，那就是新Xbox手柄还是默认搭配AA电池，而不是像Dual Shock手柄那样内置可充电的锂电池。Tech新闻频道主Austin Evans（YouTuber，同样也参加了这次体验活动）问道这个设计是不是应该往前进一步了呢，同时Digital Foundry的编辑John Linneman指出他的儿子在游戏过程中如果手柄没电了，可以立即换好电池继续游戏，这一点表明了AA电池还是有其优势的。
Jason Ronald，Xbox项目管理者之一，也是E3 2019 Scarlett预告片里面的”Xbox大胡子男“，打趣道这个房间里面对半开的意见基本上完美地反映了玩家们的真实意见：”当我们实际去和玩家们交流时，AA电池的拥护者们非常之多。所以我们为两派用户提供了灵活的选项，你可以像精英手柄一样使用可重复充电的电池包，只不过它不是内置的而已。“
我们有机会实际上手了全新的手柄，总的来说它就像设计团队所说的那样。让人熟悉的手感但更加容易握持，全新的分享键让游戏录像和截图更容易了，同时改进后的十字键比起现款手柄有了巨大的进步。在手柄里面，全新的蓝牙标准得到了支持，让手柄的兼容性更进一步的同时现有的专用无线标准让延迟更低了。得益于这是一次软件上的改进，所有现款Xbox手柄都能享受到更低的延迟，新手柄连Xbox One也是同样如此。
Microsoft在TGA上的预告片以Xbox Series X主机的外观作为结尾，在主机的上面放着全新的Xbox手柄，这一副画面完美地诠释了Microsoft下一代主机的设计思路。一方面，主机本体的外形规格得到了革命性的进化，分离式双主板以及令人惊叹的风道设计代表了Microsoft对主机本体的大胆创新。同时他们对待全新手柄的态度却又保守谨慎得多，在此基础上带来了一系列新的功能，让更多的用户可以更加舒适地使用新手柄。
我们还有很多的问题并未得到解答，比如新主机到底会消耗多少功率？最终零售版本的Series X会像Xbox One X在满负载运行时那样安静高效吗？我们虽然已经见识过了新主机和Xbox One X的直观对比，但实际放入电视柜中又会如何呢？还有最后也是最重要的问题，到底还有没有一台低配的Xbox和Series X一起推出，这台低配Xbox又长什么样？我们已经迫不及待想知道所有一切了。
Digital Foundry于三月初应Microsoft邀请，前往他们位于华盛顿州雷德蒙德市的园区，报道Xbox Series X的详细参数。Microsoft为此次旅程买单。
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