从SoC架构到电路板深度剖析微软Xbox One-电子工程世界

Xbox One在内地终于千呼万唤始出来，与Xbox 360相比其有很多改进，但是更应该是全新的设计。

“风格”是件很个人的东西，但是新的控制台看起来比前代更清洁和更简单，尽管它仍然有一个单独的电源获得的方式，不像索尼PS4。

内部有什么？

在里面我们看到飞利浦&光宝科技蓝光/DVD驱动、三星500 GB硬盘驱动、风扇、热管部分可见。在下图的左上部是一个Wi-Fi电路板，由一条很细的同轴电缆电线连接到右前端的天线板。

图 Wi-Fi板

主板
现在我们把散热器去除，取出了主板，和预期的一样，C/GPU处理器被DRAM所包围，这里面是16个SK海力士半导体的4GB DDR3 SDRAM，共提供了8 GB的动态内存。电路板上的其他大型部分是作为与大多数外设接口的南桥芯片，包括Kinect。

图主板，和预期的一样，C/GPU处理器被DRAM所包围

看看Wi-Fi电路板，内部采用了一对Marvell 802.11ac芯片Avastar，88W8897M WLAN/BT/NFC SoC 和 88W8782U WLAN SoC。仔细看电路板可以发现，内置天线，确认MIMO，但是我们没有听说任何设备有蓝牙或NFC功能的消息。

图 Wi-Fi电路板，内部采用了一对Marvell 802.11ac芯片Avastar

主处理器
放大主板，我们能辨认出DRAM是SK海力士半导体H5TQ4G63AFR DDR3 SDRAM。主处理芯片有和PS4 CPU同样的散热封装。

XBOX ONE和PS4采用了很多不同的存储架构。事实上，XBOX的存储架构复杂程度更高的背后是一些Xbox游戏较低的分辨率（与PS4相比）。以“使命召唤”游戏为例，其在PS4上的分辨率为1080p，而在微软XBOX上市720p。

索尼PS4使用了一个由CPU或GPU并行访问的统一的8 GB主系统存储器，它集成在一个面板上，通过相对高速的GDDR5内存接口。虽然XBOX也使用了CPU和GPU可以访问的8 GB主系统存储器，但是其选择了一个功率较低但性能也较低的DDR3接口。为了弥补低速存储带来的不足，32 MB超高速专用显存与CPU和GPU一起被嵌入到SRAM中。当然，对这样的架构编程将很复杂。然而，两个系统的理论峰值性能将很相似。其他人可以更有效地评价最终性能，然而我们在分享这些处理器的图片方面更有优势。下图包括一个Xbox C/GPU/SRAM的多晶层视图。

辨认出DRAM是SK海力士半导体H5TQ4G63AFR DDR3 SDRAM

电路版图

微软XBOx One中芯片预算显然比索尼PS4稍微多一点，起码在APU上是如此。

SoC架构

XBOx One APU面积为是363平方毫米，PS4 APU的面积为348平方毫米，都采用了相似的8核美洲豹处理器（2×四核），但是他们采用不同的AMD图形处理器。微软选择执行12计算单元，两个几何引擎和16个ROPS，而索尼选择了18计算单元，两个几何引擎和32个ROPS。索尼如何实现在更小的芯片中集成更多的计算单元和ROP？而不包括任何片上eSRAM。两个APU都执行256位宽存储接口，索尼选择运行在5.5 GHz数据传输速率的GDDR5存储器。微软坚持更传统的DDR3，其运行速率不及GDDR5的一半，只有2133 MHz。为了弥补带宽缺陷，微软在APU中集成了32 MB的eSRAM以缓解GPU带宽的需求。eSRAM以8 MB访问，共有204 GB/s带宽提供（每个方向为102 GB/s）给存储器。只有GPU eSRAM才能访问eSRAM，CPU访问需要复制到主存储器。

为了适应芯片中的eSRAM,微软不仅必须采用12个处理单元的GPU配置，还必须让ROPs下降到16（PS4 ROPs的一半）。ROPs负责最终像素输出。微软声称加了两个额外的计算单元，使得在时钟频率从800MHz到853MHz实现了很大的性能提高。ROPs运行在GPU的时钟上，因此在绑定ROP的环境中增加GPU的时钟，比增加更多的计算硬件所提高的性能更多。

微软承认Xbox One开发套件有14个计算单元让我对其芯片的样子充满好奇。确实让我知道Xbox一模看起来像。Chipworks发现PS4的APU实际上采用了20个计算单元，尽管只有18个对游戏开发者开放。我怀疑那最后的两个是为计算单位有缺陷或者增加效率而准备的，我想知道Xbox One的情况。