کالبدشکافی گوی موزیکال گوگل: بررسی قطعات داخلی و طراحی کروی Nexus Q

قبل از اینکه کلا دل و روده این دستگاه رو بریزیم بیرون، یه کم باهاش آهنگ پخش کردیم و به رقص نور جذابش خیره شدیم. اما خب، ذات ما اینه که دستگاه‌ها رو بشکافیم! بیا قبل از شروع، نگاهی به مشخصات اصلی این گوی درخشان بندازیم:

← حافظه فلش داخلی 16 گیگابایتی

← رم 1 گیگابایتی

← 32 عدد ال‌ای‌دی رنگی (RGB) دور دستگاه و یه ال‌ای‌دی رنگی برای نشانگر حالت بی‌صدا

← تراشه OMAP4460 (شامل پردازنده دو هسته‌ای ARM Cortex-A9 و گرافیک SGX540)

سیستم‌عامل اندروید 4.0 (بستنی حصیری) تو این کالبدشکافی سعی می‌کنیم علاوه بر معرفی قطعات، تا جای ممکن به کشور سازنده هر آیسی هم اشاره کنیم تا ببینیم این ادعای ساخت آمریکا چقدر دقیقه.

اینم از اولین نمای روشن Nexus Q. ظاهرش خیلی فضایی و متفاوته. طراحی کاملا گرد؟ بله، تیک خورد. یه کابل برق که مثل دم بهش وصل شده؟ اونم تیک خورد. اگه این مشخصات رو می‌بینی، پس قطعا یه Nexus Q روی میزته!

← وقتی دستگاه رو برمی‌گردونیم تا پایه سنگینش (که از جنس روی ساخته شده) رو ببینیم، اولین چیزی که جلب توجه می‌کنه عبارت "طراحی و ساخت آمریکا" هست که روش حک شده.

تو قسمت پشتی دستگاه و درست بالای پایه، پورت‌های ورودی و خروجی ردیف شدن:

← پورت‌های اتصال اسپیکر (فیش موزی)

← خروجی صدای اپتیکال

← پورت شبکه (Ethernet)

← خروجی Micro HDMI

پورت Micro USB

← سوکت ورودی برق شهری (AC)

همراه دستگاه یه کارت راهنمای ایمنی هم هست که یه سری هشدار داده. ما سعی می‌کنیم به بیشترشون عمل کنیم، اما برای باز کردنش مجبوریم بعضی از قوانینش رو زیر پا بذاریم!

با اینکه می‌گن دستگاه تو آمریکا ساخته شده، اما اسم Q آدم رو یاد بخش تجهیزات مخفی سرویس جاسوسی بریتانیا (تو فیلم‌های جیمز باند) میندازه!

نیمه بالایی دستگاه در واقع یه ولوم تنظیم صدای بی‌نهایته. این نیم‌کره مات خیلی راحت و بدون نیاز به باز کردن هیچ پیچ یا چسبی، فقط با کمی فشار از جاش درمیاد.

زیر این درپوش لمسی، یه دیفیوزر (پخش‌کننده نور) برای چراغ وضعیت قرار داره. خارهای کوچیکی که دور این نیم‌کره هستن، روی پایه چفت می‌شن و اجازه می‌دن درپوش به‌راحتی و بدون محدودیت بچرخه.

همین اول کار با یه برچسب هشدار مواجه می‌شیم که نوشته: "خطر برق‌گرفتگی. باز نکنید". گوگل مثل یه برادر بزرگ‌تر حواسش به ایمنی ما هست، ولی ما که گوش نمی‌دیم!

با کمک یه اسپاجر پلاستیکی، کابل آنتن وای‌فای دوبانده 2.4 و 5.0 گیگاهرتزی رو با احتیاط جدا می‌کنیم تا راه برای رسیدن به قطعات داخلی باز بشه.

جالبه بدونی این آنتن وای‌فای فقط برای وصل شدن به اپلیکیشن‌های ابری گوگل استفاده می‌شه. یعنی نمی‌تونی با این دستگاه وب‌گردی کنی؛ البته کاربریش هم اصلا این نیست.

با باز کردن یه کانکتور و دو تا پیچ تورکس T10، به قلب تپنده Q می‌رسیم. طراحی این دستگاه طوریه که خیلی سریع و فقط تو چند قدم تونستیم به قطعات اصلی دسترسی پیدا کنیم. این معماری سرراست برای تعمیرکارها یه نعمت بزرگه.

روی نیم‌کره داخلی، یه برد کوچیک قرار داره که با یه پیچ تورکس T6 بسته شده. روی این برد مدل E2230JG و یه بارکد چاپ شده. قطعه اصلی روی این برد، یه فتومیکروسنسور مدل EE-SX1131 هست (که تو کالیفرنیا یا ایلینوی ساخته شده).

این فتومیکروسنسورها در واقع سنسورهای نوری خیلی کوچیک، کم‌هزینه و کم‌جایی هستن که برای تشخیص موقعیت و حرکت استفاده می‌شن. تو این دستگاه وظیفه‌شون خوندن حرکت چرخشی درپوش ولوم صداست.

تا اینجای کار طراحی مکانیکی گوگل واقعا جالب بوده. قطعات خیلی تمیز و با کمترین دردسر روی هم سوار شدن. همیشه هدف ما اینه که با دقت قطعات رو باز کنیم تا نحوه کارکردشون رو بهتر درک کنیم. این دستگاه یه نمونه عالی از طراحی مینیماله. استفاده از ست پیچ‌گوشتی‌های متنوع اینجا خیلی به کار میاد، چون گوگل از پیچ‌های مختلفی تو بخش‌های متفاوت استفاده کرده.

طراحی بدون چسب این گوی، واقعا کار رو برای دسترسی به بردها راحت کرده. حتی قطعات مرتبط با تغذیه و حسگرها طوری جایگذاری شدن که با کمی دقت می‌شه بدون آسیب رسوندن، اون‌ها رو از بدنه جدا کرد.

با همون پیچ‌گوشتی تورکس T6، یه برد کوچیک دیگه رو از روی گنبد داخلی باز می‌کنیم. روی این برد چند تا آیسی جالب وجود داره که وظایف مختلفی رو بر عهده دارن:

← تراشه Atmel (تولیدشده در کلرادو آمریکا یا نانت فرانسه)

← کنترلر NFC ساخت NXP Semiconductors برای ارتباط نزدیک (تولیدشده در آلمان، چین، انگلیس، هلند یا سنگاپور)

← کریستال نوسان‌ساز 8 مگاهرتزی TXC (تولیدشده در تایوان یا چین)

← قطعه YF04E

ال‌ای‌دی وضعیت دستگاه که نورش از زیر اون درپوش مات دیده می‌شه.

مجموعه آنتن هم تو همین قسمت داخلی گنبد قرار گرفته تا احتمالا بتونیم با فضا ارتباط برقرار کنیم! آنتن خیلی راحت بیرون میاد، اما بخش فلزیش برای همیشه به گنبد داخلی متصل می‌مونه.

این گنبد داخلی که ساختار اصلی شکل کروی دستگاه رو می‌سازه، یکی از قطعاتیه که واقعا تو آمریکا تولید شده. اینطوری مهندس‌های طراح می‌تونستن هر تغییری تو قالب رو سریعا با تولیدکننده محلی هماهنگ کنن و نیازی به پرواز تا اون سر دنیا نبود.

با باز کردن چند تا پیچ دیگه، حلقه بلبرینگ از شاسی دستگاه جدا می‌شه. دور این حلقه پر از ساچمه‌های فولادیه که مکانیزم بلبرینگ رو تشکیل می‌دن. خارهای درپوش ولوم صدا تو این حلقه چفت می‌شن و اون چرخش نرم و بی‌نهایت رو می‌سازن.

با این طراحی، اگه روزی خاک و پرز لای این بلبرینگ‌ها بره، تمیز کردنش خیلی کار سختی نیست و با باز کردن چند تا پیچ ساده انجام می‌شه.

یا خدا، این خازن رو ببین! هرچی بیشتر می‌ریم داخل، با خازن‌های بزرگ‌تری روبرو می‌شیم. بزرگ‌ترینشون یه خازن 400 ولتی با ظرفیت 82 میکروفاراده.

بیاید یه کم فیزیک مرور کنیم! اگه ظرفیت 82 میکروفاراد باشه و ولتاژ 400 ولت، یعنی این خازن می‌تونه بار الکتریکی 0.033 کولن رو تو خودش ذخیره کنه.

همین شارژ ذخیره‌شده نشون می‌ده که چرا دست زدن به برد تغذیه این دستگاه، اگه خازن‌ها تخلیه نشده باشن، می‌تونه خطرناک باشه.

به جرأت می‌تونم بگم تا حالا دستگاهی باز نکرده بودیم که این همه قطعه دایره‌ای و حلقوی داشته باشه. حالا یه حلقه دیگه رو درمیاریم.

چیزی که اولش شبیه یه قاب پلاستیکی ساده به نظر می‌رسید، در واقع همون دیفیوزر یا پخش‌کننده نور برای ال‌ای‌دی‌های دور دستگاهه.

نورپردازی شروع می‌شه! با برداشتن دیفیوزر، به برد ال‌ای‌دی‌ها می‌رسیم. دور تا دور این برد 32 تا چراغ ال‌ای‌دی رنگی (RGB) چیده شده تا اون رقص نور جذاب Q رو بسازن.

← روی این برد دو تا درایور ال‌ای‌دی دوازده‌بیتی و 24 کاناله ساخت Texas Instruments قرار داره که اسیلاتور داخلی هم دارن.

و بله، همچنان حلقه‌های جدیدی از راه می‌رسن. باید ببینیم کی به آخر این گوی می‌رسیم!

با چند تا صدای تق‌وتوق که تو کالبدشکافی‌ها کاملا عادیه، بقیه قطعات داخلی Q هم از جاشون خارج می‌شن و مسیر برای رسیدن به برد اصلی باز می‌شه.

کالبدشکافی این دستگاه نشون می‌ده که چطور می‌شه سخت‌افزارهای پیچیده رو تو یه فرم‌فکتور کاملا متفاوت جا داد.

طراحی کروی چالش‌های زیادی داره، مثل:

چیدمان بردهای مدار چاپی به‌صورت لایه‌لایه که مونتاژ رو سخت می‌کنه. مدیریت حرارت تو فضایی که گردش هوای خوبی نداره و باید از روش‌های انتقال حرارت خلاقانه استفاده کرد. انتقال سیم‌ها و فلت‌ها بدون اینکه زیر قطعات مکانیکی مثل بلبرینگ‌ها گیر کنن.

همه این موارد نشون می‌ده که تیم سخت‌افزار گوگل زمان زیادی رو صرف مهندسی داخلی این محصول کرده تا به یه ساختار پایدار برسه.

قبل از اینکه بریم سراغ بقیه قطعات، چند تا پد حرارتی و پایه‌های لاستیکی رو برمی‌داریم تا به نیم‌کره پایه دستگاه که از جنس روی دایکاست‌شده است برسیم.

وزن کل دستگاه حدود 923 گرمه. جالبه بدونی فقط همین پایه سنگین 423 گرم وزن داره؛ یعنی حدود 45.8 درصد از کل وزن دستگاه فقط مال پایه‌ست تا روی میز ثابت بمونه!

این پایه اونقدر سنگین و محکمه که اگه یه وقت سارقی اومد تو خونه، می‌تونی Q رو به سمتش پرت کنی! قطعا دردش از ضربه آجر کمتر نیست.

تولید این پایه سنگین تو آمریکا باعث شد طراحان گوگل بتونن خیلی سریع تغییرات مدنظرشون رو رو قالب‌ها اعمال کنن و کارها سرعت بگیره. سؤال اینجاست: آیا واقعا ارزش داره بابت برچسب "ساخت آمریکا"، هزینه بیشتری برای یه دستگاه پرداخت کنیم؟

ای وای، انگار نگهبان Q رو بیدار کردیم! شوخی کردم! این فقط مجموعه قطعات داخلی Nexus Q هست که از قابش بیرون اومده. بریم سراغ باز کردنش.

برای اینکه خیالمون از بابت شوک الکتریکی راحت بشه، اول از همه منبع تغذیه رو جدا می‌کنیم. این یه پاور سوئیچینگ 35 واتی یکپارچه است که با برق 85 تا 265 ولت متناوب (AC) کار می‌کنه و تو کل دنیا قابل استفاده‌ست.

برای بیرون آوردن برد صدا، باید سیم‌های ترمینال اسپیکر رو از پشت پورت‌ها جدا کنیم. از کجا فهمیدیم این برد صداست؟ خیلی راحت، از روی قطعات و خروجی‌هایی که برای اتصال به اسپیکرهای خارجی طراحی شدن.

← قلب این برد، یه آمپلی‌فایر دیجیتال 25 واتی ساخت Texas Instruments هست که به سیستم اکولایزر و کنترل داینامیک رنج (DRC) هم مجهز شده.

و حالا لحظه‌ای که منتظرش بودیم: رسیدن به مادربرد. معمولا جدا کردن هیت‌سینک از مادربرد دردسر داره، اما اینجا فقط یه پد حرارتی ساده این دو قطعه رو به هم متصل کرده و راحت جدا می‌شن.

یادتونه یه پد حرارتی رو قبلا از زیر دستگاه برداشتیم؟ اون پد گرمای این هیت‌سینک کوچیک رو به اون پایه سنگین رویی منتقل می‌کنه. در واقع کل اون پایه فلزی، نقش یه هیت‌سینک غول‌پیکر رو بازی می‌کنه تا گرما رو به محیط دفع کنه.

وقتشه آیسی‌های روی مادربرد رو زیر ذره‌بین ببریم:

← حافظه فلش 16 گیگابایتی moviNAND ساخت سامسونگ

← کنترلر تبدیل USB 2.0 به شبکه اترنت (10/100) ساخت SMSC

← رم 1 گیگابایتی Elpida که روی پردازنده اصلی Texas Instruments OMAP4460 سوار شده

← ماژول وایرلس Murata KM10L3002

فرستنده و گیرنده یکپارچه و فوق‌سریع USB 2.0 ساخت SMSC

← آیسی مدیریت توان یکپارچه ساخت Texas Instruments

تو قدم بعدی، برد مربوط به پورت‌های شبکه و خروجی صدای اپتیکال رو درمیاریم.

← کاملا مشخصه که قرار نیست تک‌تک قطعات تو آمریکا ساخته شده باشن و خود گوگل هم همچین ادعایی نداشته. چاپ کلمه "تایلند" روی بعضی قطعات، نشون می‌ده که زنجیره تأمین جهانی تو ساخت این دستگاه دخیله.

دو تا قطعه مهم روی این برد به چشم می‌خوره: پورت شبکه که روش برچسب PulseJack J0011D0NL خورده (ساخت چین). پورت خروجی صدای اپتیکال مدل TX147APL ساخت شرکت توشیبا (تولید ژاپن).

آخرین چیزی که تو این گوی دوست‌داشتنی باقی مونده، چهار تا فیش اتصال اسپیکره که اونا رو هم باز می‌کنیم. برای باز کردن مهره‌های پشت این فیش‌ها، مجبور شدیم بریم سراغ ابزارهای کارگاهی‌مون؛ یه آچار بکس و یه بکس 3/8 اینچی (یا 10 میلی‌متری). حالا این فیش‌های بامزه دارن روی میز غلت می‌خورن!

به پایان مسیر رسیدیم. قطعات Nexus Q رو کنار هم چیدیم تا یه تصویر کامل از معماری داخلیش داشته باشیم. این دستگاه امتیاز تعمیرپذیری 8 از 10 رو می‌گیره (10 یعنی راحت‌ترین حالت):

← باز کردن درپوش رویی هیچ نیازی به ابزار نداره. استفاده کم از چسب و پیچ‌های استاندارد، کار رو خیلی راحت کرده.

← قطعات خیلی کمی به بردهای اصلی لحیم شدن که تعویض اونا رو ارزون‌تر و آسون‌تر می‌کنه.

← روند کلی باز کردن دستگاه کاملا سرراست و منطقیه.

← تعداد زیاد قطعات مکانیکی باعث می‌شه اگه حواست نباشه، ترتیب بستنشون یادت بره.

← فشردگی زیاد قطعات تو یه فضای کروی، دسترسی به بعضی بخش‌ها رو کمی چالش‌برانگیز کرده.

← منبع تغذیه (پاور) بدون هیچ محافظ خاصی تو دستگاه قرار گرفته که اگه موقع باز کردن احتیاط نکنی، می‌تونه خطر برق‌گرفتگی داشته باشه. طراحی کروی و مینیمال گوگل واقعا از نظر مهندسی یه شاهکار بود، هرچند که عمر این دستگاه تو بازار خیلی کوتاه بود. بررسی معماری قطعات و سیستم خنک‌کننده جالبش برای ما تجربه بی‌نظیری بود. اگه تو هم مثل ما از دیدن دل‌وروده گجت‌های خاص لذت می‌بری، حتما اپلیکیشن آیسی‌مدار رو به دوستای عشق تکنولوژی‌ت معرفی کن تا اونا هم از این کالبدشکافی‌ها لذت ببرن!