کالبدشکافی Nvidia Shield Portable: نگاهی به دل اولین کنسول دستی انویدیا

قبل از اینکه پیچ‌گوشتی رو دست بگیریم و بریم سراغ کالبدشکافی، بیایم یه نگاه سریع به مشخصات سخت‌افزاری این غول جیبی بندازیم تا ببینیم با چی طرفیم:

← پردازنده موبایلی چهار هسته‌ای Nvidia Tegra 4

← نمایشگر 5 اینچی چندلمسی با کیفیت Retinal و رزولوشن 1280x720

← حافظه فلش 16 گیگابایتی به همراه درگاه کارت حافظه microSD

← دو گیگابایت حافظه رم (RAM)

ماژول وای‌فای 802.11n با تکنولوژی 2x2 Mimo

← بلوتوث نسخه 3.0

سیستم‌عامل اندروید نسخه Jelly Bean

وقتی صفحه نمایش 5 اینچی دستگاه رو مثل در لپ‌تاپ به سمت بالا باز می‌کنی، تازه حس می‌کنی که با یه کنسول جدی روبه‌رو شدی. وجود اسپیکرهای استریو در کنار نمایشگری که تراکم پیکسلی 294 پیکسل در هر اینچ (ppi) داره، تجربه بصری و صوتی خیلی خوبی رو برای یه دستگاه پرتابل تو اون زمان فراهم می‌کرد.

انویدیا این صفحه رو با اصطلاح "Retinal" تبلیغ می‌کرد؛ واژه‌ای که خیلی شبیه به نمایشگرهای رتینای اپله و صرفا یه ترفند بازاریابی برای نشون دادن شفافیت و وضوح بالای تصویر به حساب میاد.

خب، بررسی ظاهری دیگه کافیه. بریم ببینیم این پسر بد تو دل خودش چی قایم کرده.

این کنسول شاید به اندازه گوشی‌های امروزی سبک و قابل‌حمل نباشه، اما به جاش یه مجموعه کامل از پورت‌های کاربردی رو تو قسمت پشتی خودش جا داده:

← درگاه MicroSD برای ارتقای حافظه

← خروجی تصویر Mini-HDMI

← درگاه شارژ و دیتای Micro-USB 2.0

← جک 3.5 میلی‌متری برای هدفون‌های استریو

یکی از جالب‌ترین بخش‌های طراحی Shield، دریچه ورودی هوای اونه که با یه نوار سبز رنگ نئونی تزئین شده و ظاهر خفنی به دستگاه می‌ده.

شاید استفاده از رنگ نئونی ضروری نبود، اما تعبیه یه سیستم خنک‌کننده فعال (فن) روی یه دستگاه دستی، قطعا چیزیه که ارزش فخرفروشی داره. شماره مدل دستگاه P2450 هست که پشت بدنه حک شده.

حالا نوبت باز کردن پیچ‌ها و برداشتن درپوش‌هاست. ما این بخش‌ها رو سریع رد می‌شیم تا به قسمت‌های جذاب‌تر برسیم. پیچ‌ها همیشه هستن، اما چیزی که ما رو برای باز کردن این دستگاه هیجان‌زده می‌کنه، معماری عجیب‌وغریبشه: این دستگاه ویژگی‌های خاصی داره که اون رو از بقیه متمایز می‌کنه:

← با اینکه Shield اساسا یه دستگاه گیمینگه، اما تو دسته گجت‌های ترکیبی (کراس‌دیوایس) قرار می‌گیره.

← ساختار فیزیکی و امکانات سخت‌افزاریش طوریه که می‌تونه تا حد زیادی نقش یه تبلت کوچیک رو هم برات بازی کنه.

← این ترکیب، ایده تبلت‌های مخصوص بازی با کنترلر پیوسته رو به بازار معرفی کرد؛ ایده‌ای که تلاش می‌کرد چند تا دستگاه رو تو یک گجت ادغام کنه.

← و البته ظاهرش طوریه که انگار از فضا اومده!

قاب پشتی رو که برمی‌داری، یه چیز کاملا قطعی می‌شه: این دستگاه از داخل به هیچ تبلتی که تا حالا دیدیم شباهت نداره. حتی شبیه کنسول‌های بازی معمولی هم نیست. در واقع چیدمان قطعاتش به قدری خاص و فشرده‌ست که نظیرش رو به سختی می‌شه تو دستگاه‌های دیگه پیدا کرد.

با یه حرکت ظریف اسپاجر و جدا کردن چند تا کانکتور، می‌تونی برد مربوط به دکمه‌های کنترلر رو به راحتی آزاد کنی. دکمه‌های فیزیکی این دستگاه یکی از مهم‌ترین برگ برنده‌های Shield هستن که اون رو به یه کنترلر تمام‌عیار برای بازی‌های حرفه‌ای تبدیل کردن.

البته نقطه ضعف ماجرا اینجاست که خیل از بازی‌های اندرویدی از کنترلر فیزیکی پشتیبانی نمی‌کنن و مجبوری از صفحه لمسی استفاده کنی.

خبر خوب اینه که تو محیط رابط کاربری، می‌تونی از جوی‌استیک‌ها برای حرکت بین منوها و وب‌گردی استفاده کنی؛ هرچند ممکنه اولش کمی گیج‌کننده و غیردقیق به نظر برسه.

با توجه به اینکه این دستگاه بازی‌های کامپیوتر، بازی‌های اندروید، نتفلیکس و وب‌گردی رو با هم ترکیب کرده، پتانسیل بالاش کاملا غیرقابل انکاره.

اما چیزی که از دید فنی خیلی جذابه، وجود پتانسیومترهای باکیفیت تو این دسته است. این قطعات نارنجی‌رنگ زیر تریگرها و جوی‌استیک‌ها قرار گرفتن و کار اصلی پردازش حرکت‌ها رو انجام می‌دن. ما برد زیر جوی‌استیک رو باز می‌کنیم تا این قطعات مکانیکی-الکترونیکی جالب رو از نزدیک بررسی کنیم.

حالا که جوی‌استیک رو تکون می‌دیم، می‌تونیم عملکرد پتانسیومترها رو به صورت زنده ببینیم.

شاید بپرسی پتانسیومتر دقیقا چیه؟ سؤال خیلی خوبیه که تو الکترونیک زیاد به کار میاد.

پتانسیومتر در واقع یه نوع مقاومت متغیره که چند تا پایه داره و به عنوان یه مقسم ولتاژ قابل‌تنظیم عمل می‌کنه. وقتی تو جوی‌استیک رو با دستت حرکت می‌دی، این حرکت مکانیکی باعث تغییر مقاومت داخلی پتانسیومتر می‌شه. با اندازه‌گیری افت ولتاژ در هر محور، سیستم می‌تونه زاویه و شدت انحراف جوی‌استیک رو به صورت دقیق محاسبه کنه و کاراکترت رو تو بازی حرکت بده.

حالا نوبت درآوردن پدهای لاستیکی و دکمه‌های جهت‌دار (D-pad) از روی قابه. بردی که این زیر قرار داره، وظیفه ثبت فشارهای روی دکمه‌های ABXY، D-pad و پنج تا دکمه کنترلی دیگه رو بر عهده داره.

ما تو آیسی‌مدار عاشق این طراحی‌های ماژولار هستیم. از اونجا که گیمرها موقع بازی هیجانی می‌شن و دکمه‌ها رو محکم فشار می‌دن، اینکه برد دکمه‌ها از بقیه قطعات جداست و می‌شه راحت تعویضش کرد، یه نکته مثبت بزرگه. بیایم آیسی‌های روی این برد رو شناسایی کنیم:

← آیسی کنترلر USB 2.0 مدل CY7C64345 enCoRe V از شرکت Infineon

← میکروفون MEMS ساخت شرکت STMicroelectronics

← سنسور اثر هال مدل S-5712ANDL1-M3T1U ساخت ABLIC

← درایور Nexperia 74AUP1G14 Schmitt Trigger Inverter

قطعه بعدی که از روی شاسی جدا می‌شه، محفظه اسپیکرهای استریوئه.

اینکه اسپیکرها هم به صورت ماژول‌های جداگانه طراحی شدن، کار تعمیرات رو در صورت خرابی و خش‌خش کردن خیلی راحت می‌کنه.

با اینکه این اسپیکرها نمی‌تونن یه اتاق رو بلرزونن، اما کیفیت صدای خیلی خوبی دارن و بیس مناسبی برای یه دستگاه دستی تولید می‌کنن. یه نکته جالب دیگه: ما این گوشه یه آهنربای کوچیک پیدا کردیم!

این آهنربا دو تا کاربرد احتمالی داره: یا کمک می‌کنه که در دستگاه (نمایشگر) محکم بسته بمونه، یا برای فعال کردن سنسور اثر هال (جهت خاموش و روشن شدن خودکار صفحه موقع باز و بسته شدن) استفاده می‌شه. شایدم هر دو!

برمی‌گردیم سراغ بدنه اصلی و کاور پلاستیکی دریچه ورودی هوا رو از روی شیلد جدا می‌کنیم. این قطعه پلاستیکی طراحی جذابی داره و می‌شد قطعات جانبی با رنگ‌های مختلفی براش تو بازار پیدا کرد.

متأسفانه کانکتورهای مربوط به آنتن‌ها فعلا زیر شاسی میانی (Midframe) گیر افتادن و نمی‌تونیم کامل درشون بیاریم. اما حداقل می‌تونیم با یه اسپاجر، آرایه آنتن جلویی رو از روی سطح باتری آزاد کنیم تا مسیر کمی باز بشه.

احتمالا شنیدی که Shield عمر باتری فوق‌العاده‌ای داره. بعد از کمی کلنجار رفتن، تونستیم مجموعه باتری رو که از سه تا سلول ساخت شرکت Sanyo تشکیل شده دربیاریم. این پک باتری لیتیوم‌یونی، با ولتاژ 3.7 ولت و ظرفیت عظیم 7350 میلی‌آمپرساعت طراحی شده و پارت نامبر 131907887 روش حک شده. این حجم از ظرفیت برای یه کنسول دستی به این معنیه که می‌تونی ساعت‌ها بدون نیاز به شارژر بازی کنی.

بین این سه تا سلول، یه مدار الکترونیکی کوچیک هم دیده می‌شه که وظیفه‌اش کنترل فرآیند شارژ و جلوگیری از آسیب دیدن سلول‌هاست.

خنک نگه‌داشتن قطعات الکترونیکی مخصوصا پردازنده، اهمیت خیلی زیادی داره. اگه فن از کار بیفته، طولی نمی‌کشه که بقیه قطعات دستگاه هم دچار مشکل بشن.

خوشبختانه تعویض فن تو Shield اصلا دردسر نداره. این فن هیچ پیچی نداره و ضربه‌گیرهای پلاستیکی اطرافش خیلی راحت تو شیارهای شاسی میانی چفت شدن و با یه فشار کوچیک بیرون میاد.

ما خیلی مشتاق بودیم که نمایشگر رو جدا کنیم، اما طراحی لایه‌ای دستگاه جلوی کارمون رو گرفت. شاسی میانی دقیقا روی کابل دیتای تصویر و کابل‌های آنتن قرار گرفته و اون‌ها رو پین کرده. برای برداشتن این شاسی هم باید با براکت‌های لولا سر و کله بزنیم که یه چرخه سخت از باز کردن قطعات رو به وجود میاره.

در نهایت با باز کردن چند تا پیچ، موفق می‌شیم شاسی میانی رو بلند کنیم و از بدنه خارج کنیم. زیر این شاسی، کابل تصویر به همراه یه برد کانکتور خاص دیده می‌شه که طراحی اون شباهت زیادی به اتصال نمایشگر مک‌بوک‌ها داره.

شاسی میانی که از دستگاه خارج کردیم ویژگی مهندسی جالبی داره. استفاده از متریال خاص برای این قطعه، نشون از دقت انویدیا تو مدیریت حرارت داره.

این شاسی در واقع از آلیاژ منیزیم ساخته شده.

دلیل استفاده از منیزیم اینه که علاوه بر استحکام بالا و وزن سبک، می‌تونه به عنوان یه هیت‌سینک سراسری عمل کنه و گرمای پردازنده رو به خوبی تو تمام سطح بدنه پخش کنه تا دستگاه بیش از حد داغ نشه.

آخرین قطعاتی که باید از داخل بدنه پلاستیکی جدا بشن، مادربرد اصلی و هیت‌سینک خنک‌کننده‌ای هستن که روش سوار شده. حالا که مادربرد رو درآوردیم، فقط یه قاب خالی و پلاستیکی باقی مونده.

بریم سراغ بررسی دقیق‌تر مدارها و قطعات روی مادربرد.

با آزاد شدن کامل مادربرد، می‌تونیم مهم‌ترین آیسی‌ها و کنترلرهای روی اون رو شناسایی کنیم:

← پردازنده چهار هسته‌ای موبایل Nvidia Tegra 4 مدل (T40T-A2)

← حافظه داخلی eMMC ساخت Samsung

← حافظه رم SK Hynix 512 MB DDR3 SDRAM (در مجموع 4 تا آیسی برای تأمین 2 گیگابایت رم)

← آیسی مدیریت تغذیه TPS65913 ساخت Texas Instruments

ماژول وایرلس AW-AH691 ساخت AzureWave

شتاب‌سنج و ژیروسکوپ 6 محوره InvenSense

← آیسی شارژر باتری USB-OTG ساخت Texas Instruments

وقتی مادربرد رو برمی‌گردونیم، تو سمت پشتش هم قطعات مهمی قرار دارن:

← مبدل Buck-Boost از برند Texas Instruments

← کنترلر کاهنده ولتاژ برای پردازنده‌های Tegra T40 ساخت Texas Instruments

← مانیتورینگ ولتاژ و جریان Texas Instruments

← دو آیسی باقی‌مانده حافظه رم SK Hynix 512 MB DDR3

آمپلی‌فایر صوتی کلاس D مدل TFA9887 ساخت NXP Semiconductor

رسیور GPS ساخت شرکت Broadcom

← کدک صوتی ALC5639 ساخت Realtek

بیا بقیه آیسی‌های کوچیک‌تر رو هم با هم بررسی کنیم:

← نشانگر سطح باتری MAX17048 ساخت Maxim Integrated

← مانیتور دمای دستگاه NCT72C از برند ON Semiconductor

← درایور ال‌ای‌دی سفید TPS61161A ساخت Texas Instruments

← درایور هاف‌بریج TPS51604 ساخت Texas Instruments

سوییچ‌های توزیع توان APL3510F/APL3511D از ANPEC و TPS22908 از Texas Instruments

آیسی بافر سینگل SN74LVC1G126 ساخت Texas Instruments

← تراشه‌های محافظ در برابر الکتریسیته ساکن (ESD) مدل‌های ESD7004 و MG2040 ساخت ON Semiconductor

اسم این دستگاه "شیلد" (به معنی سپر یا زره) هست و انویدیا این موضوع رو تو طراحیش هم پیاده کرده. روی در دستگاه یه قاب نقره‌ای‌رنگ و زره‌مانند قرار داره که فقط با چند تا آهنربا به بدنه چسبیده و خیلی راحت می‌شه جداش کرد.

این قابلیت باعث می‌شه کاربرها بتونن خیلی راحت قاب‌های شخصی‌سازی‌شده و طرح‌دار رو جایگزین این قاب نقره‌ای کنن و ظاهر کنسولشون رو تغییر بدن.

اینکه یه قطعه کاملا تزئینی با آهنربا به بدنه متصل شده، نشون‌دهنده اهمیت طراحی ظاهری برای گیمرها از دیدگاه انویدیاست.

برای باز کردن نمایشگر، حدود ده دقیقه کلنجار رفتن با اسپاجر و باز کردن چسب‌های قوی دور پنل لازمه تا بالاخره صفحه نمایش از قاب پلاستیکیش جدا بشه. وقتی قاب رو کنار می‌زنیم، کابل فلت تصویر، چند تا آنتن و یه آیسی کنترلر پشت پنل خودشون رو نشون می‌دن. مشخصات قطعاتی که اینجا می‌بینیم به این ترتیبه:

← پنل نمایشگر: مدل LH500W1-SD03 ساخت شرکت LG

← آیسی کنترلر لمسی: مدل RM31100 ساخت شرکت Raydium

← یه سری نوشته و لیبل که به سختی قابل خوندن هستن.

به پایان کالبدشکافی کنسول هیبریدی و جذاب Nvidia Shield رسیدیم. معماری داخلی این دستگاه ترکیبی از نقاط قوت و ضعف تو بخش تعمیرپذیری بود.

← استفاده از طراحی ماژولار برای قطعات پرمصرف مثل دکمه‌ها، جوی‌استیک‌ها و اسپیکرها یه نقطه قوت بزرگه و هزینه تعمیرات رو به شدت پایین میاره.

← بدنه مستحکم و شاسی منیزیمی نشون می‌ده که دستگاه برای دوام بالا ساخته شده و سیستم خنک‌کننده‌اش هم به راحت‌ترین شکل ممکن قابل سرویسه.

← با این حال، فشردگی بیش از حد قطعات و طراحی لایه‌لایه شاسی میانی، فرآیند باز و بسته کردن کامل دستگاه رو پیچیده و زمان‌بر کرده.

← وجود چسب‌های قوی تو بخش نمایشگر و دسترسی سخت به باتری، از جمله مواردی هستن که کار تعمیرکارها رو حسابی سخت می‌کنن.

← بررسی این شاهکار مهندسی انویدیا برای ما تو تیم آیسی‌مدار تجربه خیلی جالبی بود. اگه تو هم از دیدن مدارها، پتانسیومترها و چیدمان عجیب این کنسول لذت بردی، حتما اپلیکیشن آیسی‌مدار رو به دوستات معرفی کن تا اون‌ها هم به دنیای تعمیرات و سخت‌افزار علاقه‌مند بشن!