Xbox シリーズ X の構築: Microsoft がコンソールのフォーム ファクターを再定義した理由

間違いなく、2019 年 12 月の The Game Awards での最大の驚きは、Xbox Series X、つまり名前、ブランド、そして最も重要なことにフォーム ファクターを公開するという Microsoft の決定でした。それは私たちがこれまでに見たものとはまったく異なるコンソールで、おそらく 2001 年の任天堂のゲームキューブ以来、最も独創的な家庭用ゲーム機のデザインでした。ワシントン州レドモンドのマイクロソフト キャンパスを最近訪問した際、私たちはマイクロソフトの主要メンバーに会う機会がありました。この注目に値する外観のデバイスを作成したハードウェア チーム – その過程で、Xbox Series X が従来のコンソールのフォーム ファクターを徹底的に刷新する必要があった理由をより深く理解できるようになりました。

「これをどのように設計するかを考え始めたとき、すべてが理論上のものでした」とマイクロソフトの主席デザイナーである Chris Kujawski 氏は言います。 「私たちにはテストできるものがなく、測定できるものもありませんでしたが、それが強力になることはわかっていましたし、コンソールの設計方法についてまったく異なる考え方が必要になることもわかっていました。 」

設計者が直面する重要な問題は、結局のところ、電力と目標のパフォーマンスでした。 Xbox システム アーキテクトは、次世代コンソールが Xbox One X の全体的なグラフィックス パフォーマンスの少なくとも 2 倍、つまり 12 テラフロップスの GPU コンピューティングを提供する必要があると最初から決定しました。 CPU パワーが 4 倍向上。同時に、マシンは Xbox One X の音響性能と同等でなければならないという義務も設定されました。これは、システム電力が大幅に増加する中では難しい注文です。

新しいハードウェアの膨大な電力要件に焦点が当てられると、この課題に焦点が当てられるようになりました。私たちが見たプロトタイプのハードウェアに基づくと、Xbox Series X には 315 W の電源が付属しており、Xbox Series S 以降の Microsoft のすべてのコンソール設計に従って、これは内部で供給されることになります。プロセッサーを介して送られる膨大な量の電力により、レギュレーターは平方インチあたり最大 100 W を送出し、最大 190 A を供給します。これらすべてが現在のフォームファクタに統合されたのは、分割マザーボード設計に移行するという重要な決定でした。1 つのボードに、シリーズ X プロセッサ、GDDR6、電力レギュレータなどの高電力コンポーネントが収容されています。もう 1 つはサウスブリッジ ボードで、主に I/O を処理します。ボードは、純粋なアルミニウム鋳物である頑丈なシャーシ ブロックの両側に設置されています。

「私たちの過去の世代は、ちょっとした外骨格を持っていたと考えたいのですが、つまり、外側にすべて電気シールドを備えた機械構造があり、内側にはすべての根性があります」と、機械工学ディレクターのジム・ウォールは説明します。 Xbox ハードウェア。 「そして、この世代で私たちがやったことは、それを完全に裏返しにしたということです…したがって、このセンターシャーシは本質的に背骨、つまりこのシステムの基礎を形成し、そこから物事を構築します。」

「実際、これがコンソールの内部で私が最も気に入っている部分です」と Chris Kujawski 氏は付け加えます。 「それは、実際にゲーム機を購入した人には決して目にすることのない最もクールな部分のようです。」また、最も高温のコンポーネントの熱要求を抑えるためにも不可欠です。 「これにより、いわゆる並列冷却アーキテクチャが構築され、冷気を取り込み、コンソールの別々のゾーンに冷気を流すことができます」と Wahl 氏は付け加えます。 「2 番目に行うことは、実際にコンソール内の熱源を少し異なる方法で分配することです。つまり、これら 2 つのことを組み合わせると、コンソールを冷却するのに非常に効果的です。そして 3 番目に行うことは… 私たちはこの種のゲームをプレイします。 3D テトリス ゲームでは、コンポーネントをどこに配置するか、最適な配置は何かを理解しようとしており、それからいくつかの次元的な側面が確立され始めます。」

これらすべてが起こっている間、Chris Kujawski はこれらすべてのコンポーネント パーツを使用して、文字通り私たちの目の前で Xbox Series X を構築しています。トップのビデオ コンテンツの制作に関しては、翌日私たち自身がこの演習を実行することになります。このページの。 2 つのメイン ボードはほぼ同等のサイズで、シャーシの両側のスロットに差し込まれます。私は、これまでに見たどの種類のコンソールよりも、古い Apple Mac Pro のデザインを思い出します。 「すでに、これらの大きなコンポーネントがどのようにテトリス化されているかがわかります」と Kujawski 氏は言います。 「これまでとはまったく異なる形状の製品になることがすでにわかります。」

4K UHD Blu-ray 光学ドライブと 315W 電源に加えて、電気シールドが構造に追加されています。これには本当にバランスを取る必要があります。基本的に、電磁放射はマシン内に封じ込められなければなりませんが、同時に Xbox Series X は大量の熱を放散する必要があります。 「興味深いのは、前の世代を調べてみると、ファラデー ケージのような (内部の) 周囲に常に非常に優れた金属片があったということです」と Xbox の電気エンジニアリング ディレクターのアンドレス ヘルナンデスは言います。 「今回は、既成概念にとらわれずに少し考える必要がありました。基板レベルのシールドを使用しています。巨大な金属シールドの代わりに、局所的なシールドを使用しています。」

この後、ソリッド ステート ストレージ ドライブについて説明します。これは Xbox シリーズ X 用に構築されたカスタム モジュールであり、独自の熱的課題があります。 「本当に印象的なのは、これが 1TB の内部モジュールであり、最大 3.8W で 2.4GB/s で動作するということです。したがって、これは私たちにとって大きな課題です」と Hernandez 氏は言います。 「22x30mm [SSD] フォームファクターを使用すると、これは非常に小さいです…その熱をすべて放散するにはどうすればよいでしょうか? したがって、これは私たちが熱戦略の多くを再考しなければならなかった部分の 1 つです。このような小さなフォームファクタに押し込むには、かなりの帯域幅が必要です。」

PC NVMe SSD は、単に熱くなりすぎるためにパフォーマンスが低下することがよくあります。そのため、新しい Xbox には革新的なエンジニアリングが必要でした。 「私たちはサーマル バイアス スプリングと呼ぶ、競合するスプリングのセットを持っています」と Jim Wahl 氏は言います。 「これが何をしているかというと、実際にカードをこの上部の厚いヒートシンクに押し付けて、カードがシステムを通過する際に熱をコネクタを介してシャーシに伝え、冷却空気に変換するということです…鉛筆を削って正しくするようなものです。」

Chris Kujawski はシリーズ X の構築を続けており、設計全体の中で最大の単一コンポーネントの 1 つであるヒートシンクを取り出す時が来ました。これは比較的大きく、重い銅製のベーパーチャンバーに軽量のアルミニウム製ヒートシンクが取り付けられたものです。 SoC ボードの大部分をカバーするのに十分な大きさですが、メイン プロセッサから熱を吸い取るだけではありません。 「私たちはこれらの非常に強力なレギュレーターを持っています。そのため、課題の 1 つは、実際にこれほどの電力密度をどのように冷却するかということです。そこで、最終的にベーパー チャンバーをいくつかの用途に使用することになりました。」と Andres Hernandez 氏は言います。 「1 つ目は、GDDR6 メモリをベーパー チャンバーにヒートシンクするというものです。これは非常に理にかなっています。なぜなら、多くの帯域幅を押し上げると、チップの熱が高くなるからです。そして 2 つ目は、先ほど述べたように、これは、私たちのボックスの中で最も電力密度の高い部品の 1 つです。」

Xbox One X で見られるのと同じ種類の音響パフォーマンスを維持するには、多数のコンポーネントが必要ですが、それはプロセッサ自体に組み込まれたハードウェアから始まります。 SoC 上の 64 個のダイオードからの読み取り値が継続的に監視され、システム ファームウェアのファン アルゴリズムに供給されて、システムを可能な限り静かに保ちながら、必要なときに冷却電力を供給します。 「これだけの力があると、大量の空気を動かさなければなりません。そして、それを静かに動かしたいのです」とジム・ウォール氏は言います。 「製品内で空気を動かすためのさまざまな方法を研究しましたが、単一の軸流ファンが当社のシステムにとって最も効率的で最も静かな空気移動手段でした。ここでは多くのカスタマイズを行うため、ブレードの数、特にブレードジオメトリは、システムの範囲内で動作するように高度に最適化されています。

「この強力なファンが寿命にわたって静かであることを保証するために、非常に静かに保つための座面やベアリングの種類など、内部には多くの機能が備わっています」と Wahl 氏は付け加えます。 「さらに、シュラウドの角に至るまでの曲率など、より微妙な点もあります。こうした小さな細部でさえ、ボックスを通って上部から空気を移動させる効率を向上させます。」

Xbox Series X の構造が具体化しつつある隣に置かれているのは、これらすべての部品が詰め込まれるメイン ケースです。ただし、すぐにわかるのは、このデバイスは高密度であるということです。コンポーネント パーツを配置すると、その中に空きスペースはほとんどなくなります。これは、たとえば PC ケース内でよく知られているエアフローの概念に対する完全なアンチテーゼです。 「また、筐体内に良好な空気を取り込む必要があるため、特定の通気孔と大きな穴が必要です」とジム・ウォール氏は説明します。 「排気は上部にあり、私たちには大きな通気孔がありますが、これらすべてをまとめ、平行な経路を持ち、上部にこの非常に強力で静かなファンを設置することの最終的な効果は、通過する空気の流れが 70% 増加することです。このコンソールは前世代よりも優れており、ヒートシンクだけで前世代よりも 20% 多くの空気の流れが得られます。」

そして、最も基本的なレベルでは、プロセッサーの前例のない電力要件を超えて、Xbox Series X のフォーム ファクターを定義する非常に基本的な一連の「ルール」が存在します。Chris Kujawski 氏は次のように説明しています。「ジムは、ODD (光ディスク ドライブ) がどのように機能するかについて言及しました。一方の寸法を設定し、ヒートシンクの体積によってもう一方の寸法を設定し、高さは空気の流れによって設定され、これらがどのように組み合わされるかを理解するこの種の複雑な交渉を通じて、私たちは気に入っている正方形のフォームファクターにたどり着きました。」

特定の熱的現実も、ボックスの外観を定義するのに役立ちました。機械の上部にある大きな穴は、大量の熱風を排出する必要があるためです。 「私たちはこれを製品の署名面として特に重視することにしました」と Kujawski 氏は説明します。 「私たちは、それぞれの深さを約 1 センチメートルにして、奥行きを作ることから始めました。そして、この表面を削り出すと、近づくにつれて見た目が変わります。視線を上げ下げすると、より多くのものが見えるようになり、あるいは、より多くのものが見えるようになります。次に、その下に緑色の層を追加して厚みを増し、独自の可変の深さがあるため、中央が厚く、端が薄くなるのです。」

これで内部構造はほぼ完成しました。 Kujawski はヒートシンクの構造をつかみ、それを外部ケースに差し込みます。そして、プラスチック製の周囲は確かにデザインのよりシンプルな側面の 1 つであるに違いありません。結局のところ、それは長方形の筐体です。実際、シェルの寸法により、主にその深さが原因で、まったく新しい一連の課題が生じました。ロボットが生産ラインで Xbox シリーズ X を組み立て、工具がケースの内外を移動します。そしてある時点では、設計にまったく譲歩が残されていませんでした。工具がケースから出ることができず、もう一度エウレカの瞬間を作る必要がありました。シリーズ X のフォームファクターは量産可能です。

ハードウェア チームは、Game Awards の発表から出てきたミームのいくつかを見ることをまったく期待していなかったと言っても過言ではありません。しかし、より面白いフォーム ファクターの比較のいくつかに対して Microsoft がユーモアを持って反応するのを見るのは楽しかったです。悪名高いシリーズ X 対冷蔵庫の直接対決が Microsoft 自身のソーシャル メディアに登場したポイントです。しかし、それが根本的に異なる挑戦的なデザインであるという事実は変わりません。それを念頭に置いて、集中テスターの意見を求めて送信されました。

「私たちはそれを彼らに見せて、こう言いました。『どう思いますか、これは役に立ちますか? Xbox のプラグを抜き、これを差し込んでください。キャビネットに収まりますか? これを友達に見せびらかしたいですか?』そして、大多数の人々がこの作品を完全に気に入ってくれたことを知って、私たちは安堵し、満足しました」と Chris Kujawski は言います。 「設置面積は非常に小さいです。かなり奥行きのある従来の形状のコンソールと比較すると、実際には設置面積が非常に小さいため、すべてのケーブルを差し込むと、実際にははるかに浅い棚に置くことができます。 「これまでよりも浅いキャビネットに収めることができました。プログラムの早い段階でフィードバックを得ることができ、これはうまくいく、人々はこれにうまく反応するだろうという確信を得ることができたのは、私たちにとって非常に魔法のようなことでした。」

シリーズ X が構築されると、焦点は改良された Xbox コントローラーに移ります。私たちのブリーフィングのために、設計チームは、オリジナルのヴィンテージ 2001 年「Duke」から、Elite Wireless Controller Series 2 や Microsoft の評価の高い Adaptive Controller などの最近のデバイスに至るまで、長年にわたるすべてのジョイパッドを示すプレゼンテーション ボードを作成しました。ボードの右上にあるのは、Xbox Series X 用の新しいパッドです。ここには明らかに段階的な進化の旅がありますが、アダプティブ コントローラーは明らかに根本的な出発点です。

「本当に素晴らしかったのは、アクセシビリティとインクルーシブなデザインが、私たちがデザインするすべての製品の基本部分になっているということです」と Chris Kujawski 氏は言います。 「パフォーマンス、仕様、信頼性について話すのと同じように、アクセシビリティは、現在、当社のすべてのハードウェアとパッケージングにまたがる会話の一部となっています。これは、プロセスという点だけでも、私たちにとって本当に素晴らしいことであり、多くの人が成長するのに役立ったと思います」そしてより良い製品メーカーになれるのであれば、その一員になれるのは本当に素晴らしいことです。」

一見すると、新しい Xbox コントローラーは、シェア ボタンと、デザインと多くの共通点があるように見える新しい方向パッドを除いて、これまでに見てきたパッドとそれほど変わっていないように見えます。 Elite シリーズのコントローラーで。 Microsoft が最も熱心なプレイヤーから受け取ったフィードバックの中で最も多いのは、既存のデザインに満足しているということでした。重要なのは、その満足度をより多くのユーザーに拡張することでした。 「いくつかのテーマが挙がりましたが、一番のテーマは人間工学でした」と Microsoft のシニア デザイナー、Ryan Whitaker 氏は説明します。 「これをもっと快適にしてもらえますか? 私は手が小さいのですが、これをもっと手にフィットさせてくれませんか? 接続性 – 新しいデバイスをすべて持っています。これらすべてのデバイスで Xbox ゲームをプレイしたいのですが、もっと簡単にできるようにしてくれませんか?ペア? 共有 – キャプチャと共有はゲーム ライフスタイルの非常に大きな部分になっています。」

Microsoft は基本設計を維持し、チャット パッドなどの既存の周辺機器が新しいコントローラでも問題なく動作することを確認しましたが、設計の再構築に取り組みました。小さな変更を加えることで、パッドをより多くのユーザーにとってはるかに快適に使用できることが判明しました。既存のコントローラーは、5 パーセンタイルから 95 パーセンタイルの手のサイズに快適にフィットするように設計されていますが、小さな変更はアクセシビリティの点で大きな効果をもたらす可能性があります。 「私たちが発見したことの 1 つは、下位のパーセンタイルを実際に削減できれば、3 パーセンタイルから 95 パーセンタイルまでをターゲットにすると、これら 2 パーセンタイル ポイントが実際には何億人もの人々を表すことになるということです」とウィテカー氏は言います。 「そこで、コントローラーの一部の領域をわずかに縮小するだけで、実際にはより多くの人にリーチできると同時に、すべての人にとってより快適になることがわかりました。」

しかし、これは次世代 Xbox なのですから、もっと過激なデザインを推し進めてみてはいかがでしょうか。私たちの前にあるコントローラーの進化を示すプレゼンテーション ボードを見ると、基本が実際には変わっていないことがわかります。私たちの後ろのフリップボードには、ユーザーが既存のパッドをどのように操作しているかを示す写真があり、そこには奇妙な指と手の形があるとだけ言っておきましょう。 Microsoft によると、既存のデザインを進化させるという決定は、基本的にユーザーが現在の設定を気に入っているという事実から生まれました。彼らはそれに慣れていて、満足しています。

「彼らには筋肉の記憶がたくさんあるのです」とウィテカー氏は要約する。 「アクセシビリティを高めることができると私たちが発見した方法のいくつかは、バンパーの角を丸くすることです。開口部を数ミリメートル取り込み、そこにある迎え角が1度変化しました。サムスティックの高さなどを変更したくないことはわかっていましたが、人々の筋肉の記憶がまだそこにあることを確認したいのです。」

他にも、想像以上に役立つ簡単な変更があります。 「バンパーとトリガーが光沢ではなくマット仕上げになっていることがわかります」とライアン・ウィテカー氏は言います。 「そして、それが私たちに役立つのは、手が乾いていても、とても激しくて指が汗ばんでいても、実際に同じ姿勢、グリップ、摩擦を維持するのに役立ち、パフォーマンスが変わらないことです」時間とともに。”繰り返しますが、新しいコントローラーの設計では何十万時間ものテストが行​​われます。 「これらすべての角度、高さ、テクスチャが最終的に調整されました。私たちは 0.1 mm の話をしていますが、人々はその違いに気づきます」とウィテカー氏は言います。 「実際にパフォーマンスを測定し、それらの表面をどのように調整するかに基づいて、物事がどのように上昇または下降するかを確認できます。」

議論の興味深い点は、デュアル ショック パッドに見られるような内蔵充電式セルとは対照的に、Xbox コントローラーには依然として単三電池が同梱されているという事実です。そしてその伝統はシリーズ X パッドにも拡張されています。テクノロジー界のインフルエンサーであるオースティン・エヴァンス氏（このイベントにも参加）は、次のステップに進む時期が来たかどうか尋ね、デジタルファウンドリーのジョン・リンネマン氏は、電池が切れたときに息子がどのように即座にゲームに復帰する必要があるかを指摘し、同時に単三電池のサポートも必要であると主張しました。これは、コントローラーが何年後も完全に動作し続けることを意味しますが、内部細胞は衰退して死滅します。

Xbox のプログラム管理パートナー ディレクターであるジェイソン ロナルド (E3 2019 スカーレット トレーラーの別名「Xbox ビアード ガイ」) は、会場内の意見が 50 対 50 に分かれたのは、顧客からのフィードバックがほぼ完璧に反映されていると考えています。実際にゲーマーと話していると、ある意味二極化していて、本当に AA を望んでいる強力な陣営がいます。ですから、柔軟性を与えることが、両方の人々を満足させる方法なのです… 充電式バッテリー パックを使用すると、次のように動作します。エリートでもそうなりますが、それは別のものです。」

私たちはパッドを使用する機会がありましたが、基本的には Xbox チームが言っているとおりの機能を提供します。なじみがありながらも持ちやすく、共有ボタンによりゲーム クリップやスクリーンショットに簡単にアクセスできるようになり、さらにクリック感のある D パッドが既存のパッドに比べて大幅に改善されているように感じられます。内部では、Xbox 以外のハードウェアへの接続を容易にするために最新の Bluetooth 無線が統合されており、既存のワイヤレス インターフェイスは遅延を低減するために改良されています。これは少なくともパッドに関してはソフトウェアベースの改良であるため、入力ラグを低減するという Xbox チームの取り組みは既存のコントローラーにも反映され、新しいモデルは Xbox One にもペアリングされます。

Microsoft の最初の Game Awards の発表は、シリーズ X コンソールと、そのコンソールの上に置かれた新しいコントローラーの外観で終わりました。この 1 枚の画像は、次世代デザインへのアプローチにおけるコントラストを効果的に要約しています。一方で、コンソール自体の形状、改良されたフォームファクター、ダブルボードデザイン、驚異的なエアフローに革命があります。そして、コントローラーがあります。おそらく全体的により慎重なデザインですが、価値のある新機能とアクセシビリティへのアプローチがあり、コントローラーをより多くのユーザーに開放し、すでにコントローラーに慣れているユーザーにとってはより快適になります。

しかし、まだ答えられていない疑問がたくさんあります。コンソールが実際に壁から消費する電力はどれくらいでしょうか?最終的な小売シリーズ X は本当に負荷をかけた状態でも Xbox One X と同じくらい目立たないのでしょうか? X と比較してフォーム ファクターをすでに紹介しましたが、メディア キャビネットへの実際の統合はどうですか?そして最後に、最大の疑問です。シリーズ X に加えて別の Xbox コンソールが登場するとしたら、それはどのようなものになるでしょうか?それが分かるのが待ちきれません。

Digital Foundry は 3 月初旬にワシントン州レドモンドのマイクロソフトに招待され、Xbox Series X の仕様発表を取材しました。旅費と宿泊費はマイクロソフトが支払った。