在所有 Xbox Series X 的特性裡，估計一般玩家第一眼能看到的就是它那與傳統主機截然不同的外觀樣式。在這樣一個小巧的長方體機身中包含了強大的性能。設計團隊為何選擇這種與一般主機完全不同的結構，設計上和以往的遊戲主機又有哪些不同和挑戰呢？Digital Foundry 這篇深度文章將帶你一探究竟。
原文來自 Digital Foundry，原標題《Building Xbox Series X: why Microsoft redefined the console form factor》，作者： Richard Leadbetter。
本文對原文進行了一定程度的編譯，使其有更好的閱讀體驗，圖片來源為微軟官方，iFixit，以及 Digital Foundry 和 Austin Evans 的視頻。
Xbox Series X
平行主板與合金脊柱
在設計 Xbox Series X 這臺主機的初始，研發團隊只能紙上談兵，沒有能拿來測試的東西，沒有衡量的辦法，僅僅知道它的性能會非常強大，並且需要一個完全不同的主機設計思路。
設計之初的基本要素之一是性能這個硬性指標。Xbox 系統架構師們在最初給這臺主機頂下的性能目標就是 GPU 圖形性能至少為 Xbox One X 的兩倍，也就是指 12TF 浮點性能，CPU 至少達到 Xbox One X 四倍性能，且為 Zen 2 架構。
另一方面，Xbox One 家族低噪音的優良傳統也被團隊納入最初設計目標當中。Series X 在噪音控制上至少要與 Xbox One X 的表現齊平。
在高性能的同時兼顧低噪音和小巧機身，誕生出了如今我們眼前的主機設計。Xbox Series X 的主板被分成了兩塊：一塊是負責性能輸出，搭載了主處理器、GDDR6 內存、穩壓器等部件；另一塊是南橋，也就是負責 I/O 處理的板子。兩塊主板安在一個鋁合金骨架的兩面。
可以看到Xbox Series X的主板分成了兩個部分
有趣的是微軟又在主板上留下了彩蛋，而且這次兩塊主板都有。你會發現兩塊主板上都有一條蛇，明示了此前傳聞中 Xbox Series X 的開發代號「Anaconda」（巨蟒）屬實。從 Xbox One S/X 的情況來看，最終這兩條蛇也會依附在零售版的主板上。
主板的兩部分都有「巨蟒」的彩蛋圖案
以往的 Xbox 主機裡通常會有一層像外骨骼一般的金屬遮罩，把內部器件全部包裹起來。這一代的設計完全變了樣，不再有這種全包裹設計。中間的這塊鋁合金骨架如同 Series X 的脊柱，研發團隊在它的基礎上構建主機的樣子。
「這是這臺主機裡我最喜歡的部件。」微軟首席設計師克裡斯·胡雅夫斯基（Chris Kujawski）說道。
主板的兩個部分（綠色）分別在鋁合金骨架的兩側，創造了良好的散熱環境
散熱設計同樣重要，微軟將 Series X 的散熱設計稱為「平行冷卻架構」。由於這塊鋁合金脊柱將主板分成了兩塊，自然主機內部空間也分成了兩塊平行區域，「平行冷卻」的名稱就此而來。此外，脊柱根據主機內產生的熱量大小進行了非等量分割。這樣就給了散熱創造了良好條件。
鋁合金骨架還幹了一件事，就是讓內部硬體的排布如俄羅斯方塊一般錯落有致。倘若我們拆開外殼看一眼，就能知曉主機的內部器件結構，以及它們是怎麼拼在一起的。
Xbox Series X的內部結構非常清晰明了
「很有趣的一點是，如果你回顧以前的世代，我們總是會在這些內部器件外部加上一層精製的金屬殼，像一個法拉第籠。」Xbox 電氣工程總監安德烈斯·赫爾南德斯（Andres Hernandez）說道，「這一次，我們得想得更開一些。我們有了板載級別的擋板。通過這些局部擋板代替了巨大的金屬罩。」
比如Xbox One S裡面就有一層金屬殼
其中這三塊擋板根據各自區域的情況都做了不同的外形設計，使其保證擋板下的部件有著足夠的進風量或者散熱水平。
兩塊主板往脊柱上一拼，三塊鋁合金擋板分別往兩塊主板上一扣，散熱器蓋在處理器主板的擋板上， 藍光光碟機和電源蓋在 I/O 主板的兩塊擋板上，最後把風扇裝在頂部，塞進外殼，主機就成了。
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一切為了散熱和靜音
接下來是這代新主機的一個重要變化部件：為 Series X 打造的固態硬碟。它本身也有自己的散熱問題需要解決。PC 的 NVMe 固態硬碟如果過熱的話性能是會下降的。為了保證性能穩定，對於這塊 NVMe 固態的散熱工程團隊也下了不少心思。
固態硬碟如果過熱，就會導致性能下降
「這塊 1TB 內部模組的吞吐量在 3.8W 的功率下達到了 2.4GB/s，非常驚人。由此帶來的挑戰也很大。」赫爾南德斯說道。這塊固態模組的大小為 22*33mm，非常迷你，它產生的熱量又該如何全部散去？「這是我們重新思考散熱方案的原因之一，畢竟這麼小的部件有著這麼大的信息流密度。」
最終微軟的做法是在其外部增加一層熱流偏向（Thermal Bias Springs）散熱板，鋁合金骨架針對其位置做了突出設計，讓該散熱板能與骨架直接接觸，使熱量傳導至骨架本身，再通過流動的空氣把熱量帶走。這個設計就耗費了大量工程資源來讓它正常運作。擴展固態硬碟的接口部分也做了相同設計，確保其表現和內置固態同樣出色。
突出的部分讓散熱板能與骨架直接接觸，使熱量傳導至骨架本身，然後再通過空氣帶走熱量
微軟顯然從 Xbox One X 的均熱板散熱系統中獲得了不少經驗，這次的設計更加激進大膽。主處理器上的巨型散熱模塊同樣惹人注目。它真的非常非常大，中間底部是一塊非常大的均熱板，上面是鋁合金散熱片。它大到足以覆蓋到處理器及周邊 GDDR6 內存顆粒等部件，為這個區域提供統一散熱方案。
巨大的鋁合金散熱片
「我們有非常強大的穩壓器，在這種能量密度如此高的地方，散熱同樣是個挑戰。」赫爾南德斯說道。微軟的工程師做了兩個措施。第一，他們把均熱板覆蓋到了 GDDR6 內存。這非常有意義。內存本身的巨大帶寬意味著高密度的信息流，也就意味著高熱量。第二點，就是把均熱板再覆蓋到穩壓器，畢竟這是整臺機器裡能量密度最高的地方。
新主機的內存顆粒圍繞在晶片周圍（上圖綠色）
為了達到靜音目標，還需要多個部件的協同配合。硬體層面實現這一目標的開端就是處理器自身。處理器會不斷從周圍的二極體收集數據進行監控，再通過一個系統固件中的風扇算法讓整個系統在保持「冷靜」的同時也儘可能安靜。
「對於這種性能，你必須有足夠多流動的空氣進行散熱，同時你還要讓它安靜地動起來。」Xbox 硬體團隊機械工程總監吉姆·華爾（Jim Wahl）說道，「我們研究了很多讓空氣流動的方法，發現一個單軸風扇對於我們的系統而言是最安靜最高效的。」
團隊給這枚大風扇做了非常多的定製化設計，比如葉片數量、葉片的幾何形狀、軸承類型、軸承表面……甚至是風扇外框四角的曲線弧度都為了安靜和效率做了精心調教。
自Xbox One S以來，士官長彩蛋仿佛已是必不可少的設計了
機箱的設計讓人感覺這臺機器內部非常緊湊，沒有多少剩餘空間。不過對於 Series X 而言，風道才是關鍵。機箱頂部、底部、背部都留有大型通氣孔，保證足量的空氣能進入箱體。結果是喜人的，在各種散熱設計的加持下，Series X 的散熱氣流量比本世代主機要多出 70%，經過散熱片的氣流量要多出 20%。
而垂直光碟機和散熱片的體積最終決定了 Series X 正方形底面的設計。頂部的弧度不僅僅是為了更好的散熱，同時也是這臺主機的一個標誌性的設計 —— 不同的視線角度會有不同的觀感。團隊在散熱孔下面加了一個綠色層來加強這種視覺變換效果。
注意看主機頂端（左側）有一個綠色的散熱層
從上看應該是這樣的
Xbox Series X的散熱圖
在 2019 年的 TGA 上，Xbox Series X 外形的公布激起了網友製作表情圖片的熱情，以至於微軟官方也加入其中，直接拿一臺冰箱與它對比。看似爭議的外觀背後是基於大量測試者的反饋所作出的決定。
「我們向他們展示這種外觀，問說『你覺得怎麼樣？對你的胃口嗎？把你的 Xbox 拔下來，再把這個插上去。是否適合你的柜子？你會向朋友展示它嗎？』令我們感到欣喜的是，絕大多數人都喜歡這種設計。」胡雅夫斯基說道。
Xbox自己也調侃了一下自己的新主機
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手柄大廠的手柄設計思路
Xbox 手柄是微軟引以為豪的一個產品。此前大獲好評的 Xbox 無障礙控制器影響了如今次世代 Xbox 主機的研發方向。可及性（accessibility）成為團隊給每個產品設計的基本要求之一。「就像我們會談論性能、規格、可靠性一樣。可及性也是橫跨我們所有硬體和包裝設計裡所需要考慮的部分。」
新手柄的外觀變化不大，最顯著的變化就是分享鍵和仿精英手柄設計的方向鍵。微軟所收集到的反饋中玩家對此前 Xbox 手柄的設計非常滿意，那麼新手柄的關鍵就在於如何將這種滿意度拓展至更多人群。
「在所有反饋的主題當中，人體工程學排第一。」微軟高級設計師瑞恩·惠克特（Ryan Whitaker）說道，「你能讓這玩意更舒服嗎？我手有點小，你能讓它變得更稱手嗎？連接性，我有所有這些新設備，我想在這些設備上玩 Xbox 遊戲，你能讓它與設備的配對更簡單嗎？分享，捕捉畫面並分享已經成為遊戲生活中非常重要的一部分。」
如今的 Xbox 手柄能覆蓋到 95% 的手型，在這基礎上團隊希望更進一步。他們首先保留原本的基本設計，保證如今的外設，比如聊天擴展按鍵，能夠繼續在新手柄上獲得良好支持。然後再進行精雕細琢，一些細微變化使得新手柄的舒適度能覆蓋到幾乎所有人群。
「玩家們對於如今的手柄已經有很多肌肉記憶，」惠克特說道，「我們發現一些能提高可及性的方法是讓扳機鍵（LT/RT）的一些角更加圓滑。」在扳機鍵的地方團隊修改了幾毫米的空隙，同時角度調整了一度。
此外扳機鍵和肩部按鍵（LB/RB）的表面也效仿精英手柄，從鏡面改為了磨砂處理，同時還加了一些防滑紋理。微軟表示無論是溼手還是幹手，都能獲得良好的操作體驗。「所有這些角度、高度、材質都做了調教。哪怕是 0.1 毫米的變化人們都會感受得出來。」
其他方面，比如搖杆的高度，出於肌肉記憶的考慮團隊沒有去改變它們。
還有比較關鍵的一點是，新手柄保留了五號電池的供電設計，而不是選擇精英手柄二代或是 Dual Shock 那種內置電池的方式。有人認為這不夠與時俱進，也有人認為這樣可以在沒電時快速恢復供電，是很方便的設計。
Xbox 項目管理總監傑森·羅納德（Jason Ronald）解釋說，他們收到玩家對五號電池的反饋非常強烈，於是就順水推舟保留這種設計。要是想擁有類似精英手柄二代那種內置電池的效果，玩家可以單獨購買官方的同步充電套裝。
此外，新手柄為了降低輸入延遲，在軟體層面上做出了改動。這個變化在未來也會通過更新推送給所有如今的 Xbox One 手柄和主機。
微軟如今公布 Xbox Series X 如此詳細的主機細節，確實讓人大飽眼福。不過目前離最終發售日仍然有一段不小的距離，問題依舊不少。比如最終零售版的表現究竟如何？它的造型該如何與媒體櫃很好地契合？以及有個最大疑問就是，如果傳聞中的第二臺次世代 Xbox 主機真的存在，那麼它會是什麼樣子呢？期待微軟日後透露進一步的消息。