谁帮助Xbox Series X实现了紧凑式设计？

Microsoft Game Stack 频道最近对新的 Xbox Series X 进行了拆解。在视频中，特别提到了Xbox的SoC处理器供电系统。

我们先来看一下Xbox Series X的产品图：

Xbox Series X SoC被称为“斯嘉丽（Scarlett）”，采用台积电N7工艺节点。该设计具有153亿个晶体管，尺寸为360.4 mm 2，长宽为15.831 x 22.765 mm2。

芯片内部有八个Zen 2移动内核，配置为两组，每组四个内核，每个共享4 MB的L3缓存，类似于AMD的移动Renoir / Lucienne处理器。这些内核通过可伸缩数据结构连接到基于RDNA的定制GPU，该GPU具有12 TFLOPS的峰值性能，可实现可变速率阴影，光线追踪和其他新的图形功能。该GPU是作为56个计算单元设计构建的，但是最终产品中仅使用了52个。

内存系统通过20 x16通道具有16 GB的GDDR6。此内存的10 GB更高性能，可为游戏提供560 GB / s的内存带宽，而其他6 GB在336 GB / s的内存带宽下，性能较低，适用于游戏或内存不是限制因素的情况。这也使能较低的功率状态。

高性能的同时，带来了功耗的增加。微软表示，与2013年芯片相比，所有这些功能的功耗提高了+ 15％。

根据Eurogamer的报道，认为Xbox Series X的上限为〜270 W，其电源采用了315 W电源的预生产样本（该电源会有一定的净空）。这个功率值必须覆盖系统内部的所有内容，因此Scarlett SoC可能占很大一部分，但不是全部。微软从未提供过官方编号，称他们不会在未描述芯片所处的技术环境的情况下提供（来自Hot Chips Q＆A）。重要的是要注意，GDDR6的20个通道也将消耗一部分功率，因此，即使系统的功率为270 W，如果将系统的大部分去掉，Scarlett芯片和内存也可能为225W。除去16 Gbps GDDR6的25W，SoC具有200 W的功耗。

实际上XBOX Series X的整体尺寸减少了将近20%，并且启用了三通道并行气流散热设计，结合了用于主SoC和内存的散热器，用于冷却电压调节器和其他与南桥相关的中央机箱气流挡板IO和定制的130mm轴流风扇——采用三相无刷直流电动机，可实现高性能，低噪音和低维护的特点。

XBOX散热系统拆解及热成像图

微软与AMD合作实现了许多新功能。我们已经在AMD处理器上看到了其中的一些功能，而斯嘉丽是当时使用该功能的第一个基于Zen 2的SoC产品。保罗·帕特诺斯特（Paul Paternoster）将节电分为三个关键领域：电源监视和调节（〜10％），过程优化（〜10-15％）和电源状态管理（可操作）。

总而言之，在SoC内部，微软与AMD设计了诸多的电源管理特性，以降低功耗的同时灵活提升性能。

Microsoft Game Stack表示，高性能，低功耗的SoC需要同样高性能、低功耗且可靠的稳压器子系统。

离不开的MPS电源管理技术

从 Xbox One X 开始，微软就利用了数字电源技术，此次Series X采用了MPS 的双回路和三回路数字稳压控制器，这意味着可以高精度控制多个速率轨道。

Series X为了有效实现功率性能比，设有多个工作状态，也正因此如果想降低系统功耗，还需要关注低功耗时的状态。SoC中的每个电压轨都是独立的，这样才可以实现尽可能的优化，为此斯嘉丽SoC调整了电源轨设计。

并且全新设计还优化了电容器的放置和选择，以减少这些高功率场景中的电压降。

此外，在SoC量产之前，MPS就与微软、AMD密切合作提前进行电源开发，这样就使得电源设计在早期就得到充分的优化。

如图所示，相比Xbox One S，Series X的功率级面积缩小50%以上，但由于传输功率更高，功率密度更是提高到了100W/平方英寸，是One S的五倍以上。

适用于类似游戏机之类的高功率SoC的产品主要包括以下几款：MP2161, MP86912, MP2926, MP86912C, MP86965,以及MP2855。

其中：

MP2161 是一款内置功率 MOSFET 的单片降压开关变换器。在 2.5V 至 6V 输入电压范围内，它可以实现 2A 的连续输出电流，且具有出色的负载和线性调整率。其输出电压可调节低至 0.6V。

MP86912C 是具有集成内部功率 MOSFET 和栅极驱动器的单片半桥驱动器。 它可以在宽输入电压 (VIN) 范围内实现高达 25A 的连续输出电流 (IOUT)。

由于降低死区时间和寄生电感，集成驱动器和 MOSFET 可提供高效率。 MP86912C 可在 100kHz 至 2MHz 的开关频率 (fSW) 范围内工作。

该器件与三态输出控制器配合使用，并提供通用电流检测和温度检测。 它非常适合注重效率和小尺寸的笔记本电脑应用。MP86912C 采用 LGA (3mmx4mm) 封装。

MP86965 是一款内置内部功率 MOSFET 和栅极驱动器的单片半桥。 MP86965 在宽输入电源范围内实现了 60A 的连续输出电流 (IOUT)。由于降低死区时间和寄生电感，集成驱动器和 MOSFET 可提供高效率。 MP86965 的工作频率范围为 100kHz 至 2MHz。

MP86965 提供了许多功能来简化系统设计。它与具有三态 PWM 信号的控制器配合使用，可提供准确的电流检测来监控电感、电流和温度。 MP86965 非常适合注重效率和小尺寸的服务器应用。 它采用 TLGA-31 (4mmx5mm) 封装。

MP2926 是一种三回路、数字、多相控制器，可为存储器和 SoC 供电。它可以与 MPS 的 Intelli-Phase 产品配合使用，以最少的外部组件完成多相电压调节器 (VR) 解决方案。 MP2926 最多可配置为每轨两相操作。

该设备具有集成的非易失性存储器 (NVM)，用于存储和恢复设备配置。可以通过 PMBus 和 I2C 接口配置和监控设备设置和故障参数。 MP2926 可以通过 Intelli-Phase产品的电流检测 (CS) 输出监控和报告输出电流 (IOUT)。

MP2926 基于独特的、数字、多相、非线性控制，以最少的输出电容提供对负载瞬态的快速瞬态响应。对于稳态和负载瞬态，只需要简单的功率环路配置即可控制。MP2926 采用 QFN-40 (5mmx5mm) 封装。

MP2855 是一款双回路、数字、多相控制器，可为 AMD SVI2 2.0 平台提供核心供电。该器件可与 MPS 的 Intelli-Phase 产品配合使用，以最少的外部组件完成多相电压调节器 (VR) 解决方案。 MP2855 可配置为轨 1 最多 9 相操作和轨 2 最多 4 相操作。

MP2855 提供片上非易失性存储器 (NVM) 来存储和恢复设备配置。可以通过 PMBus/I2C 接口轻松配置或监控设备配置和故障参数。该器件可以通过 Intelli-Phase产品的电流检测（CS）输出监控和报告输出电流 (IOUT)。

MP2855 基于独特的数字多相非线性控制，以最少的输出电容提供对负载的快速瞬态响应。对于稳态和负载瞬态，只需要简单的功率环路配置即可控制。该器件采用 TQFN-40 (5mmx5mm) 封装。