مقاله : نگاهی عمیق به درون Xbox One

در روز ۲۱ می سال ۲۰۱۳ در مراسمی  ویژه کمپانی بزرگ مایکروسافت  در اقدامی جالب از کنسول نسل هشتم خود تحت عنوان « XBOX ONE » پرده برداری کرد. کنسولی عظیم الجثه و با طراحی کلاسیک و شیک درست مثل یک کادیلاک قدرتمند. حال با گذشت اندک مدتی و در اختیار قرار گرفتن سخت افزار کنسول در دست عده ای از کارشناسان میتوانیم تحلیل هایی از این طراحی و معماری سخت افزاری این کنسول داشته باشیم.

طراحی بدنه :

عکاسان و حضار  درون سالن در لحظه رویایویی با این غول سیاه بزرگ بسیار شگفت زده شدند و برخی جا خوردند. کنسول سایزی بزرگ تراز XBOX 360  و حتی PS3 فت دارد ! ولی به راستی دلیل این بزرگ بودن اندازه کنسول چیست ؟

جام راحته و خوب کار میکنم !

اولین تحلیلی که از این فضای بزرگ میشود انجام داد ، پی بردن به مساله در نظر گرفتن فضای لازم برای هر یونیت و عدم تداخل نویز های الکترو مغناطیس حاصل از کارکرد با فرکانس بالا یا عملکرد نویز های حاصل از درایوی نوری میباشد. طراحان مایکروسافت؛ مادربرد را در پایین ترین لایه قرار داده و مش هایی حفاظتی در اطراف آن جهت افزونگی کشیده اند. قسمتی از مادر برد که قلب تپنده کنسول میباشد از سایر قسمت ها جداشده و تدابیر خاصی جهت خنک سازی و جدا سازی آن از سایر بخش ها در نظر گرفته اند. بی تردید کاملا روشن است کمپانی هرگز دوست ندارد این قسمت از مادربرد ذره ای داغ کار کند ، زیرا اگر این قسمت با وجود قرار گرفتن بیش از ۷۰ درصد پردازنده ها خنک کار کند کنسول میتواند سالیان متمادی به راحتی به سنگین ترین پردازش ها مشغول باشد و ایراداتی نظیر  اضافه گرما ( Over Heating ) هرگز رخ ندهد. با جدا سازی قسمت درایو نوری و هارد دیسک از این قسمت گرمای حاصل از کارکرد این قسمت که اتفاقا کم هم نیستند به بخش دیگری منتقل شده و این گرما تاثیری بر روی بخش حیاتی و مهم مادربرد ندارد. برای دمپ کردن ( خفه کردن ) گرمای حاصل از کارکرد درایو نوری این شرکت اگزاست های متعددی را در اطراف ، بالا و پشت کنسول قرار داده و این قسمت نیازی به کولر ندارد و با گردش هوای آزاد به راحتی خنک میشود . اصولا هارد یا درایو نوری به علت ماهیت فیزیکی و درگیرانه خود قطعات گرمی میباشند و نیازی به کولر و خنک سازی ندارند و اتفاقا هر چقدر گرم تر باشند گریپ قطعاتشان بالاتر میرود. ولی در قسمت پردازند های مادربرد در نقطه مقابل قراردارد. این قسمت تنها با گذشت چند ثانیه از شروع شدن عملیات رندرینگ میتوانند به جهنمی تبدیل شوند که در صورت خنک نشدن مناسب و  Over Heat شدن حتی کنسول را دچار حریق کند. پس مایکروسافت تاکیدی خاصی برای خنک سازی این  قضیه داشته و از سیتمی بسیار جالب و کارآمد جهت خنک سازی بخش چیپ ست ها استفاده کرده است. ابتدا یک لایه عایق حرارتی بر روی قسمت پایه های SND قرار داده ( پایه های SND همان پین های  ریزی میباشند که باعث اتصال چیپست با درگاه مادربر میشوند ). به گفته سازنده این عایق ها از مرغوب ترین نوع خود در بازار بوده و همگی ساعت ها تست های حرارتی گذرانده اند. سپس یک سینک گرمایی بر روی چیپ ست اصلی قرار داده شده و با اضافه کردن پره ها و قرار دادن خطوط رفت و برگشتی لوله های مسی  و توسعه دادن آن ها هم فضای بالای چیپ ست را پوشش داده و هم محل قرار گرفتن سایر چیپ ها که شامل مودول های پردازنده اصلی ، حافظه های اصلی و جانبی ، ESRAM ها ، Data Move engine ها و همچنین شتاب دهنده های گرافیکی و در نهایت بخش پردازش گرافیکی میشود. سپس درون لوله ها را با مقداری گاز های  خنک مخصوص  شارژ کرده و بر روی این قسمت یک پوشش مخصوص و مبدل قرار داده  که سطح مقطع عالی دارد و بر فراز این پوشش یک عدد عدد فن بزرگ با طراحی منحصر به فرد قرارداده است. این فن وجه شباهت های بسیاری با فن های بکار رفته در کامپیوتر های پردازش سنگین دارد ولی سایز پره های آن و زاوایای انحنای پره ها افزایش یافته در در هر سیکل یا چرخش خود حجم عظیمی از هوای خنک را تبادل کنند و کورس خوبی دارد. پس با وجود لوله های شارژ شده خنک و قرار گرفتن یک مبدل و یک فن گردش هوا ، گرمای این قسمت به خوبی دمپ شده و این قسمت خنک کار میکند.

در پشت منطقه حیاتی چیپ ست ها یک عدد هارد دیسک ۵۰۰ گیگاباتی پر سرعت قرار گرفته و کمپانی مایکروسافت تاکید خاصی بر روی عدم تعویض پذیری این هارد با سایر هارد دیسک ها دارد.دلیل این سخت گیری  چیست ؟ به راحتی مشخص است که کمپانی مایکروسافت یک قرارد بزرگ تجاری با بهترین سازنده های هارد دیسک آمریکایی امضا کرده تا هارد دیسک هایی با کیفیت بر روی این کنسول قرار دهند تا در عملیات تبادل داده هیچ گونه ایرادی پیش نیاید و اگر بنا به هر دلیلی این هارد مشکل پیدا کرد متخصصان مایکروسافت این هارد را برای شما تعویض خواهند کرد یا با قراردادن هارد دیسک در دست نمایندگی ها و تهیه آن توسط شما، میتوانید به راحتی این هارد را تعویض کنید. سازندگان اطمینان داده اند که این هارد دیسک ها ضریب اطمینان فوق العاده بالایی دارند و بسیار سریع میباشند و اگر شما به کنسول آسیب نرسانید ! این هارد به خوبی و خیلی مطمئن کار خواهد کرد. البته همه میدانیم که امکان تعویض این هارد با سایر مدل ها و برند ها میباشد فقط کافی است مایکروسافت سیستم باز ( Open System ) برای این بخش در نظر گیرد تا دستگاه هر قطعه ای که شناسه  غیر مچ شده با دستگاه را داشته باشد بشناسد. همین موارد برای درایور نوری هم در نظر گرفته شده و برای تکمیل فرآیند ساخت بیش از هزار بارتست شده اند.

طراحی مادربرد و چیپ ست ها :

پس از برداشتن قسمت کولر و مبدل حرارتی و هیت سینک ها به طرز شگفت آوری جا میخوریم ! مایکروسافت چیدمان خاص و پیچیده ای از چیپ ست ها را برای بالا بردن راندمان این کنسول در نظر گرفته است. قرار دادن یک عدد  APU ساخت شرکت AMD  و متصل کردن آن به باس اصلی انقال داده. قرار دادن حافظه های متععد در سمت راست چیپ اصلی و استفاده از دوجین حافظه برای هر قسمت ( پردازشی و گرافیکی ) و قرار دادن یک عدد حافظه بسیار پر سرعت و گران قیمت ESRAM که پهنای باند و سرعت تبادل اطلاعات فوق العاده زیادی دارد و بسیار هزینه ساز هم میباشد. نکته دیگری که ما را شگفت زده میکند  قرارگرفتن دو واحد متقارن شتاب دهنده  در بالا و پاین APU  . این دو واحد هر یک از ۴ عدد شتاب دهنده اطلاعات ، یک عدد شتاب دهنده گرافیکی و یک چیپ پردازش تصویر تشکیل شده اند و چیزی که تا قبل از باز کردن کنسول در ذهن  متخصصان وب سایت ها بود ، فقط یکسری از این واحد ها باود ولی مایکروسافت در اقدامی سرعتی ! دو قسمت جداگانه برای این بخش ها در نظر گرفته تا باس اصلی و متصل به پل جنوبی ۲ بار در واحد زمان تقویت شود که بر اساس این چیدمان میشود سرعت کلی تبادل اطلاعات را تا ۲۰۰ گیگابایت بر ثانیه افزایش داد ولی چیز یکه مشخص است سازندگان بازی ها هرگز به چنین پهنای باند بالایی نیاز ندارند . تا حدود ۱۷۰ الی ۱۷۶ گیگابایت بر ثانیه تا انتهای نسل کافی مباشد ولی آیا به درستی دلیل این کار مایکروسافت چه بوده است ؟

تاخیر نهان :

تاخیر نهان عاملی ذاتی در دل خود حافطه هاست . هر حافظه برای آماده شدن و به اصطلاح بوت شدن به مدت زمانی نیازدارد تا بتواند آماده کار شود وقبل ازاین آمادگی، دیتای خام و پردازش نشده که در قسمت های  خروجی قراردارند و آماده سازی نشده اند   را بر سر باس اصلی میریزد و پردازنده مرکزی مجبور است ثانیه هایی این داده ها رو بدون آماده شدن و به اصطلاح شناسایی شدن پردازش کند و یک شوک لحظه ای به پردازشگر وارد میشود و سپس رم ها بوت شده و داده های مناسب و آماده پردازش شدن به پردازند ها تحویل میدهند. عکس این عمل برای ذخیره سازی اطالاعات پردازش شده هم صورت میگرد و همان تاخیر در لحظه اول ذخیر سازی هم رخ میدهد و به محظه آماده شدن رم فضای خالی مناسب را در اختیار سیستم باس قرار میدهد تا داده ها ذخیره شوند. ولی اگر این تاخیر افزایش پیدا کند باس اصلی به سرعت اشغال شده و پردازنده ها هم از طرف دیگر داده منتقل میکنند و به نوعی سیستم تاکن پس باس ، آن را مسدود کرده و در این حالت پردازنده ها در حالتی مشابه اضافه بار ( Over load ) قرار میگرند و اگه این تاخیر ادامه پیدا کند میتواند به عملکرد سیستم یا حتی در حالت وخیم تر به پردازنده ها آسیب بزنند.  حال مایکروسافت بر خلاف کمپانی سونی از رم های DDR3 استفاده کرده که پهنای باند کمتری دارند ولی تاخیر نهان آن ها فوق العاده پایین تذ است و هرگز مشکلات تاخیر نهان برای آنها به میزان GDDR 5 وجود نمی آید برای همین مساله است که در کامپیوتر های شخصی برای حافظه های اصلی تا به امروز از حافظه های DDR 3 استفاده شده و حافظه های GDDR 5 با پهنای باند فوق العاده زیاد ولی تاخیر نسبتا زیاد برای قسمت گرافیکی استفاده میشود. چون در بخش گرافیکی سرعت پردازنده ( GPU ) سریع تر از CPU میباشد و همچنین حافظه اصلی از حافظه گرافیکی به کلی جداست و تاخیر حافظه گرافیکی تاثیری بروی حافظه اصلی ندارد. پس مایکروسافت مشکل تاخیر را حل کرده و همگان در روز مراسم معارفه کنسول دیدند که دستگاه در کسری از ثانیه با گفتن عبارت XBOX ON روشن شد و درست همان لحظه آماده به کار شد و یا در عملیت های چند وظیفه ای ( Multi Tasking ) به راحتی و نهایت سرعت و بدون ذره ای تاخیر از پس سوئیچ کردن ها بر می آمد. ولی خب DRR3 پهنای باند کمتری نسبت به GDDR 5 دارد و دراین صورت سیستم در حالت آماده به کار سرعت تبادل اطلاعات پایین تری دارد. مایکروسافت برای حل این مساله و بالا بردن سرعت تبادل اطلاعات یک راه حل ۲ جانبه در نظر گرفته. ابتدا یک حافظه فوق العاده سریع ESRAM با باس اصلی پارالل کرده و سپس تمام ورودی و خروجی های باس اصلی را با شتاب دهنده ها تقویت کرده تا عملیات انقال به سرعت افزایش یاقته و با یک باس ۱۷۰ گیگابایتی نرمال  ( متشکل از بخش های ۶۸ گیگابایت DDR 3  و بخش ۱۰۲ گیگابایتی ESRAM ) بتوان تا ۲۰۰ گیگابایت بر ثانیه داده منتقل کرد. حافظه های ESRAM بسیار سریع تر از حافظه های DDR و GDDR میباشند برای اینکه سیستم به اشبا یا اضافه بار نرود فناوری ساخت آن ها طوری است که در سایز های کوچک درنظر گرفته میشوند. همچنین مایکروسافت سرعت خواندن و نوشتن پردازنده گرافیکی را هم متفاوت در نظر گرفته تا در عملیات  خواندن که بسیار مهم تراست سیستم سریع تر عمل کند. پس میبیند که مایکروسافت در یک اقدام جالب هم پهنای باند را فزایش داد و هم تاخیر را باز بین برد ولی این طراحی دو مساله در پی دارد :

۱- هزینه ساخت بالا میرود ( ولی عملا ضریب آسیب بسیار کاهش میابد )

۲-برنامه نویسان و متخصصان باید بسیار حرفه ای و آموزش دیده عمل کنند

کارکشیدن از معماری X86 پی سی برای همه پلتفرم های نسل بعد کار طراحی را راحت تر کردن و عملیات پورت کردن هزاران بار سریع تر شده است ولی سیستم معماری سخت افزاری پلی استیشن ۴ دقیقا همانند رایانه های شخصی میباشد و برنامه نویس میتواند همانند یک رایانه شخصی با پلی استیشن ۴ کار کند و برای آن برنامه بنویسد ولی واحد حافظه های اکس باکس وان مقداری پیچیده و برنامه نویسی برای آن مستلزم شناخت دقیق از منایع و نحوه کار با آنهاست. به همین دلیل مایکروسافت قبل از معرفی کنسول کیت توسعه کنسول خود را برای بازیسازان به  همراه توصیه های لازم فرستاد و آن ها را از نحوه و چگونکی کار کرد کنسول و حافظه ها آشنا کرد.

بطور کلی شما بروی مادربرد  وقسمت چیپ ست ها ، یک APU در مرکز ، در سمت راست آن واحد های حافظه (DDR 3 به ظرفیت ۸ گیگابایت  و ESRAM ) و در سمت چپ آن به ترتیب از بالا به پایین چیپ در گاها ( صوتی ، دوربین ، هارد، USB ) ، مدول صفر پردازنده مرکزی ، مدول ۱ پردازنده مرکزی و در آخر چیپ آدرس دهی پردازنده گرافیکی را مشاهده میکنید. در بالا و پایین جنوبی هم واحد شتاب دهنده اطلاعات و گرافیک را مشاهده میکنید.

APU متشکل از یک پردازنده ۸ هسته ای AMD ( متشکل از دو بخش ۴ هسته ای متحد ) با طراحی باب کت و معماری x86 میباشد که دقیقا همانند پردازنده مرکزی بکار رفته در کنسول پلی استیشن ۴ میباشد، با این تفاوت که مایکروسافت با خرج هزینه هنگفتی آن را کاستومایز شده قرار داده و مطئنا پردازنده بر اساس پردازش های گیمینگ اصلاح شده و بر روی کنسول قرار گرفته. همچنین یک عدد GPU ساخت شرکت AMD بروری این چیپ قرار گرفته که همانند پردازشگر های چند واحد دارای واحد های همکار میباشد و تا به این لحظه مایکروسافت اطلاعاتی از آن منتشر نکرده و شرکت سازنده چیپ ست نیز قدرت آن را همانند همان پردازش گر ۱۸ هسته ای بکار رفته در کنسول پلی استیشن ۴  دانسته وبازی سازان نیز قدرت آن را با مقداری تفاوت همانند پردازنده گرافیکی کنسول PS4 دانسته اند. نکته ای دیگری که حائز اهمیت هست مایکروسافت این چیپ را نیز ها با یک واحد اختصاصی کدر، انکدر شتاب داده تا سازنده در صورت نیاز سرعت آن را افزایش بخشند.هم اکنون به دلیل متحد بودن چیپ ست و عدم انشتار اطلاعات رسمی از سوی مایکروسافت به حرف سازنده و بازی سازان استناد میکنیم.همچنین بر روی مادربرد چیپ سته ای پردازش تصویر و چیپ ست گیرنده دیجیتال DVR قرار دارد و میتواند دستگا هرا برای پردازش هر گونه سیگنال دریافتی از ماهوره یا خطوط نت یا تولویزیون های کابلی آماده کنند. همچنین یک چیپ ست سنکرونازیسیون بر روی برد قرار گرفته است و مواقعی فعال میشود که کنسول شما با استفاده از قدرت پردازش های ابری به پردازشگرهای رزو متصل شود و سیستم شما از نظر سرعت و پالس زمانی با سیستم مبدا سنکرون شود. این ویژگی امکان افزایش قدرت تا ۳ برابر را برای کنسول با استفاده ار پرادزش های ابری مهیا میسازد.

کینکت و درون آن :

بی شک کینکت  یکی از  نو آورانه ترین فناوری های نسل هفتم بود. این حسگر حرکتی نوبل با ویژگی های منحصر به فرد و خاص خود میتواند در صورت استفاده درست و منطقی تحولی عظیم در دنیای گیم ایجاد کند. خب در ورژن اولیه این حسگر حرکتی به دلیل محدود بودن رم ۵۱۲ مگابایتی کنسول اکس باکس ۳۶۰ و سهیم شدن کینکت از آن میزان رم مقداری تاخیر در عملکرد این سنسور گاهی اوقات دیده میشدو همچنین دقت این حسگر VGA بود ولی مایکروسافت با ارتقا کینکت وساخن ورژن ۲ و همچنین افزایش رم های کنسول نسل بعد خود به ۸ گیگابایت به خوبی تاخیر در پاسخ دهی به این سنسور را از بین برد و همچنین با قرار دادن دوربین های با کیفیت و  با دقت فوق العاده ۱۰۸۰ p Full HD و همچنین بهبود ضرایب حلقه کنترلی و استفاده از کنترلر های فازی و PID جدید توانست محصولی با دقت باور نکردنی و قدرت پردازش ۲ گیگابایت در ثانیه از محیط پیرامون خود را تولید کند که حتی قادر است تپش قلب شما را تشخیص دهد. زمانی که بدنه کینکت باز شد ما درون آن دو برد اصلی مشاهده میکنیم. برد اولیه و قرمز رنگ مربوط به بخش پردازشی و سیگنال های ارسالی است و برد آبی رنگ مربوط به بخش وردی ها و همچنین فیلتر های مخصوص است. روی این برد یک عدد دوربین با دقت پذیری ۱۰۸۰ p ؛ یک عدد سنسور دنبال کننده لیزری که قادر است تا ۶ نفر همزمان را تریگر کند و یک مجموعه سنسور های متحد که جهت تنظیم ضرایب ورودی استفاده میشوند. چیپ جدا گانه نصب شده بر روی این برد به کینکت این امکان را میدهد که حتی با استفاده از کنترلر یا حالت های نامتعارف هم سیستم هدف را دنبال کند. همچنین قابلیت Time To Flight نیز به این دستگاه اضافه شده. با استفاده از این قابلیت کینکت میتواند فاصله مورد نیاز برای تنظیم دو نقطه و ارسال سیگنال کنترلی مناسب را با استفاده از موتور پردازشی خود و همچنین لیزر های نصب شده بر روی برد آبی رنگ محاسبه نماید و تا برد ۶۰ متر و دقت ۱ سانتی متر محل مورد نظر را مشخص کند.همچنین یک مجموعه یکپارچه از حساس ترین میکروفون ها در زیر این دستگاه قرار گرفته و کوچکترین صداهای محیط را میتواند نمونه بردرای کند. شما میتوانید حساسیت این میکروفون ها را نسبت به فرامین و صداهای اضافی موجود در محیط یا پس زمینه را از بین ببرید و دستگاه را فقط نصب به فرمانی صوتی خاصی حساس سازید.

از دیگر نکات قابل توجه طراحی کینکت ۲ میتوان به کاهش سایز چیپ ست های برد ها اشاره کرد که علاوه بر اضافه شدن واحد های پردازشی، سایز آنان بسیار کوچک و مناسب است و همچنین میتواند در حالت نرمال ۱۰۰ عکس در ثانیه کپچر کند.

حیاط خلوت کنسول چه چیزهای دارد ؟

در پشت کنسول شاهد وجود کانکتور برق ؛ ورودی HDMI  و  خروجی HDMI  هستیم. ورودی برای دریافت سیگنال های Full HD سایر دستگاها تعبیه شده و امکانات مناسبی برای این کنسول فراهم میکند. خروجی جهت ارسال تصویر با کیفیت های Full HD- 4k میباشد و همچنین توانایی ارسال خروجی صدای ۷.۱ کانال دیجیتال را با استفاده از پورت های گوناگون دارد. بهترین کیفیت صدا را میتوانید با استفاده از پورت اپتیکال بگیرید و برای این کار کافی  است فیبر نوری مورد نظر را به این درگاه نوری متصل کنید. همچنین در پشت کنسول ۲ عدد درگاه USB 3.0 قرار دارد و لازم به ذکر است که کنسول ۳ عدد از این درگاه دارد و یک عدد آن در کنار کنسول تعبیه شده است. پورت ارتباطی و شبکه و هچنین ورودی سیگنال دیجیال و Cable TV از سایر درگاهای این کنسول قدرمتند میباشد. این پورتها  حاکی از آن هستند که کنسول XBOX ONE علاوه بر یک کنسول بازی ، یک دستگا گیرنده و فرستند دیجیتال تمام عیار و کامل هم میباشد و شما تنها با پرداخت ۴۹۹ دلار آمریکا میتوانید صاحب همه این وسایل در غالب یک کنسول باشید. اینجاست که شعار این کنسول همه کاره معنا پیدا میکند.

روزبه سامانی