自从1945年电脑诞生之后，电晶体与IC晶片陆续被发明出来。尽管第一家发明电子游戏的美国公司雅达利于1985年破产，然而游戏机的发展脚步并没有因此停止。从1983年任天堂开发了第三世代游戏机Family Computer（FC），也就是大家耳熟能详的红白机之后，此款游戏机为整体游戏机产业带来了先进的开发理念与革命性的游戏技术，因此许多人将这款任天堂的红白机当作游戏机的开山始祖。

游戏机负起娱乐大众的重责大任，不仅受到了儿童和青少年的欢迎，许多成年人也乐此不疲。目前最新一代的游戏机分别是微软的Xbox 360、Sony的PS3与任天堂的Wii，搭着半导体技术突飞猛进的顺风车，新一代游戏机的功能也如虎添翼。接下来本文将介绍新一代游戏机在硬体设计上的新发展趋势。

Power处理器为最大赢家

处理器市场尽管看似稳定，几家处理器龙头地位看似难以撼动，但事实上彼此间的竞争诡谲无法捉摸。一向以CPU微处理器睥睨市场群雄的Intel，有了苹果电脑（Apple）宣布采用Intel处理器的加持，使其更为意气风发。而一向与Intel关系密切的戴尔（Dell）则开始陆续采用超微（AMD）的处理器作为下一代产品的处理核心。尽管戴尔与苹果电脑的订单陆续流失，但这不并影响IBM持续发展其处理器的雄心。在中国所举行的Power.org处理器联盟大会上，IBM已经陆续得到Sony、Cadence、Chartered、纬创及EDA业者Mentor等三十多家业者的加盟。 IBM计画提供开放性的平台，让这些业者可共同设计出以Power架构为基础的处理器晶片、系统及应用软体等产品。

随着苹果电脑与戴尔相继舍弃Power处理器，个人电脑显然已经不是IBM的主战场了。 IBM在过去销售的Power处理器中，应用于个人电脑的比例逐渐偏低，目前IBM的目标是以机上盒（STB）、游戏机与数位电视等领域为主力。

过去IBM为了摆脱亏损，将晶片与电脑部门整合为一，并将所有研发能量集中于Power处理器上。未来IBM所制造的处理器，除了供自己产品所使用之外，并有部分将用于客户的产品，如任天堂游戏机、苹果的G5电脑以及思科的网路处理器等产品上。

IBM每年仅研发经费就将近50亿美元，因此其Power处理器效能比Intel与AMD的处理器好上许多，而IBM也将其新一代采用Power架构设计的Cell处理器引进消费性电子市场，成功取得Sony PS3、微软Xbox 360与任天堂Wii等游戏机订单。

以IBM为任天堂Wii游戏机所设计与制造的主机微处理器百老汇（Broadway）为例，百老汇是IBM以Power微处理器架构所设计、预定供应给任天堂Wii 主机所使用的微处理器，由IBM位于美国纽约州East Fishkill的12吋晶圆厂，以90nm绝缘层上覆矽（SOI）制程生产。透过SOI技术，使百老汇在提供充分效能的同时，也达成省电20％的目标。除了与任天堂合作研发Wii主机的微处理器百老汇之外，包括微软Xbox 360主机与Sony PS3主机也都是采用与IBM合作研发生产的Power架构微处理器，因此IBM可​​说是这场游戏机大战中最大的赢家。

另外据了解，微软也已经决定与目前的处理器合作伙伴Intel和IBM分道扬镳，进而自行研发新一代Xbox游戏机处理器。据纽约时报报导，微软已经开始在内部实验室研发新一代Xbox游戏机处理器。为此，微软还专门成立了电脑架构部门，由工程师Charles Thacker带队。而未来语音识别将成为游戏机的重要功能之一，这也将是微软研发游戏机处理器的主要方向之一。

电容式感测技术提升操控乐趣

对电玩游戏来说，绘图与处理速度或许最能直接限制或展现游戏中软体的开发状况，但主机控制器（console controller）也一样非常重要。电玩控制器的介面方式不断推陈出新，目的就是为了能与萤幕上所显示出来的场景进行更有效的互动。尽管多数电玩游戏的开发都着重在软体和处理器上，但许多重大的创意和前瞻想法都与控制器相关。由于游戏系统及周边厂商努力改善玩家与其系统互动的方式，因此无论是在人体工学、风格、功能或是特色等方面都不断地在开发改进。

游戏机摇杆从最早期简单的一个摇杆配合一颗按键，演变至今已变得复杂无比。现在许多游乐器摇杆都具备比以往更多的功能按键，而且每个按键都拥有更强大的功能。例如具备压力感应间断作用的按键，对于驾驶类电玩游戏中的煞车与加速控制上触发作用可获得更好的控制；而按键组合在格斗游戏中也常被用来启动特殊功能与动作；震动功能（rumble-packs）则可让玩家能体验声光效果外的真实感觉。对这些功能来说，电容式感测技术是最新的介面技术，能提高游戏控制器的可用性，并提供良好的机械设计。

电容式感测最常用于个人电脑触控板与可携式媒体播放器上。此外，手机制造商也开始投入资金来推广其用途，并已开发出数种机型销售上市。简单的架构、装置防水性及坚固的机械式设计等都是​​电容式感测介面极具吸引力的特性。

目前Cypress所提供的PSoC混合讯号阵列（Mixed Signal Array）是一套可配置式的数位与类比资源阵列、快闪记忆体与RAM、一个8位元微控制器，以及其他许多功能。这些功能让PSoC可在其CapSense系列元件中建置各种创新电容式感测技术。利用PSoC的直觉式开发环境来配置或重新配置元件设计，能符合设计规格与规格变更之需求。这项新的感测技术展现了更好的灵敏度与抗干扰能力，并能降低功耗、提升更新速率。

电容式感测器是在印刷电路板中连接至控制器电路上的铜片（pad）。感测按键与其连接导线的组合会在其周围产生电容。设计时所考量的接地面、金属支撑装置、还有其他电子与机械元件都会影响感测器的电容值。当具有导电性的触发物质（例如手指）靠近感测器到一定程度时，该电容值就会增加。在电容式感测器的前端是由切换式电容器（switched capacitors）、内部电流源或是具有外部电阻器的电压源所组成。这些方法都是为了要在感测电容器上输入电压值。而该电压值可透过ADC、或由比较器所构成的充电时间量测电路之处理，然后到达计数器或计时器。数位输出值被电容式感测系统的资料处理和决定（decision-making）所使用时，则会在ADC输出值中产生转变或在电容质中的计数值产生类比转变。

MEMS提供六轴感应新技术

任天堂（Nintendo）在其所推出的Wii游戏机上采用三轴动作讯号处理（three-axis motion signal-processing）技术。这样的新品推出也把游戏机产业的竞争焦点从快速、强大的处理引擎转移到使用介面上。

ADI和意法半导体（ST）两家公司是此种游戏机微电机系统（MEMS）感应器的主要供应商。该系统由两个控制器单元组成：主控制器和自由式单元，每个单元都由一个动作感应器驱动。任天堂所开发的这个控制器平台已用于该公司下一代游戏机「Wii」上。另外，Sony Computer Entertainment也不落人后，紧接着也宣布其Playstation 3游戏将纳入采用了六轴感应系统的游戏控制器。

虽然传统的游戏控制器需要使用两手来掌控，但Wii的主控制器和自由式控制器被设计成单手掌握。玩家可以挥舞、瞄准、扭曲和转动，就像是其手中的剑、摩托车把手或者网球拍一样。有些游戏将只需使用主控制器，有些则需要同时使用两个控制器。

而对于新一代游戏应用比较关键的是MEMS元件能够感应玩家在三维空间上的动作的能力，例如前/后，左/右和上/下。当控制器被抓在手上的时候，系统就会根据控制器加速度感知动作、深度和位置情况。透过把核心MEMS感应器技术用于游戏领域，游戏玩家便可以简化游戏过程，并使其更加自然，且不用再担心按错按钮。

任天堂新的家用游戏主机Wii在其motion-activated用户介面上便采用了前述ST的三轴加速感测器。 Wii控制器为微机电系统（MEMS）技术所驱动，以微型技术与真实世界产生互动，其优点在于能以三维检测游戏玩家的运动及倾斜程度，并将这些资料立即转换到游戏动作中。

这种控制器使用嵌入式加速感测器让使用者的手婉、手臂及手部运动能够与游戏互动。倾斜测量功能则能让使用者任意移动，而精确的三轴加速感测器能容易将该控制器转换为虚拟宝剑（virtual sword）、变速排档（gearshift）或乐器等虚拟动作。

此加速感测器的尺寸仅有5×5×1.5mm3，能为电视控制的手持游戏装置提供对用户更贴切的设计。此种MEMS元件具备低功耗特性，可延长控制器的电池寿命，而高度热稳定性则可在多种温度条件下避免多余的运动感测。该感测器同时提供振动抑制与达10000g的冲击阻抗。

成熟的矽晶片经验与微机电技术可提供新一代游戏机具备感测器解析度、尺寸与功耗特性的低成本方案。另外，拥有完整的元件制造流程，也可确保高品质、完整产品发展蓝图以及安全的元件供应况状。

SOI提供运算处理最佳效能

任天堂新一代游戏主机Nintendo Wii内建了PowerPC处理器架构。而该架构采用由IBM共同合作开发与生产而成的90奈米SOI CMOS制程技术。透过最佳化的先进制程技术设计，该游戏主机的功耗得以降到最低。同时，主机机体也变得更为轻巧，以达到最佳的效能。在Nintendo Wii标志与IBM/SOI认证后，业界三项新世代游戏主机（新力的Playstation 3、微软的Xbox 360与Nintendo Wii），均以采用Soitec的SOI CMOS制程技术所生产的晶片。

SOI 指的是一种基板技术，传统的矽晶圆正逐渐被含有三层结构的工程基板所取代：

采取以SOI作为基板的设计，晶片制造商可在半导体制程中，继续使用传统的制程与设备。

制造绝缘层上覆矽晶圆有许多种不同的方法。此种晶圆层转换以及接和的Smart Cut技术，是法国研究机构CEA-L?ti首度为Soitec（以及Soitec的授权厂商）所专利研发，并证实为对于高产量的工业制造而言，是最实用且稳定可靠的技术。 Smart Cut如今已成为SOI晶圆技术的最佳选择，在全球薄型SOI市场中拥有超过90％的市占率。

Smart Cut这项革命性技术，用来将晶圆基板材料（例如像矽）生成的超薄单晶体层移植到另一个表面。该技术采用离子植入以及原子解剖刀活性化制程作为一种“原子解剖刀”（atomic scalpel），逐一将晶圆水平横向切割，将薄层从“施体”基板上提起，然后再放置于新基板上。这种流程提供相当高的控制力，同一个施体基板能重复使用，配合后续元件层的移动作业。

SOI让晶片设计业者提供一个理想工具，在高效能与/或低功耗之间取得最佳的平衡点。其可提高30%的效能以及降低50％之耗电量。它亦带来更高的封装密度，让业者开发出更小的晶片。对于最终产品研发业者而言，可利用这些晶片设计出更小、更快、更低廉与更好的消费性产品。

在客厅争霸战中，SOI让业者开发出超强效能的晶片，例如像Sony/Toshiba/IBM Cell，在64位元PowerPC方面，包括微软的Xbox 360以及AMD 64技术，都利用SOI技术达到最高的每瓦效能

在SOI晶片中，电晶体是由许多相互隔离的“核岛”以及来自矽晶圆基板所组成，现成。这种设计能简化电路设计的流程: 因为电晶体相互隔离，晶片研发业者不必设计出复杂的机制，运用逆向偏差的接面来达到电子隔离的效果。绝缘层亦能保护上方的矽运作层，免于遭受传统矽晶圆的各种寄生效应所影响。这两项优点协助晶片研发业者开发出更小巧的VLSI晶片。

SOI技术亦让IC制造商能生产出在待机与运作模式耗电量都能降低的CMOS电路。绝缘层隔开了矽晶薄膜以及传统矽晶圆基板，介电质隔离层则取代大面积的PN接面。源极与汲极区域向下延伸至埋藏氧化层，借以降低漏电流与接面电容。结果提高了晶片的速度，并让晶片能在更大的温度范围下运作。

每个晶片内都含有一个客制化版本的IBM 64位元PowerPC核心。晶片中含有三个核心，每个核心各有二个同步执行绪，以及超过3GHz的时脉速度。它内含1.65亿个电晶体，采用IBM的90奈米绝缘层上覆矽（SOI）制程技术，能降低发热量并提高效能。

此外新加坡特许半导体（Chartered）最近针对SOI制程技术，也作了两项重要的宣布：第一项宣布是，特许半导体获得IBM 90奈米SOI技术的授权，协助特许将其技术更广泛地运用在消费性、多媒体、通讯、汽车及其他工业应用上。另外一项宣布是，在其90奈米的SOI处理器产品运用于Xbox 360，并获得广大的成功之后，特许半导体进一步与微软签定合约，为Xbox 360处理器提供采用65奈米SOI技术的晶片产品。

结语

为了满足游戏玩家们的需索无度，游戏机制造商研发新一代机种的脚步永远不会停歇，许多新技术也陆续加入游戏机之中，例如新一代的蓝光DVD技术便相继获得游戏机厂商的采用。从发展的角度来看，游戏机两个主要的发展方向将是体积更小与速度更快。尽管越来越多掌上型游戏机已经成为玩家新宠，但性能更为强大的家用游戏机仍将会是游戏产业发展的主流。展望未来，半导体产业的发展会将游戏机带往什么方向？新一代的游戏机又将以什么样的外貌呈现？很值得游戏玩家们引颈期待。