自從1945年電腦誕生之後，電晶體與IC晶片陸續被發明出來。儘管第一家發明電子遊戲的美國公司雅達利於1985年破產，然而遊戲機的發展腳步並沒有因此停止。從1983年任天堂開發了第三世代遊戲機Family Computer（FC），也就是大家耳熟能詳的紅白機之後，此款遊戲機為整體遊戲機產業帶來了先進的開發理念與革命性的遊戲技術，因此許多人將這款任天堂的紅白機當作遊戲機的開山始祖。

遊戲機負起娛樂大眾的重責大任，不僅受到了兒童和青少年的歡迎，許多成年人也樂此不疲。目前最新一代的遊戲機分別是微軟的Xbox 360、Sony的PS3與任天堂的Wii，搭著半導體技術突飛猛進的順風車，新一代遊戲機的功能也如虎添翼。接下來本文將介紹新一代遊戲機在硬體設計上的新發展趨勢。

Power處理器為最大贏家

處理器市場儘管看似穩定，幾家處理器龍頭地位看似難以撼動，但事實上彼此間的競爭詭譎無法捉摸。一向以CPU微處理器睥睨市場群雄的Intel，有了蘋果電腦（Apple）宣布採用Intel處理器的加持，使其更為意氣風發。而一向與Intel關係密切的戴爾（Dell）則開始陸續採用超微（AMD）的處理器作為下一代產品的處理核心。儘管戴爾與蘋果電腦的訂單陸續流失，但這不並影響IBM持續發展其處理器的雄心。在中國所舉行的Power.org處理器聯盟大會上，IBM已經陸續得到Sony、Cadence、Chartered、緯創及EDA業者Mentor等三十多家業者的加盟。IBM計畫提供開放性的平台，讓這些業者可共同設計出以Power架構為基礎的處理器晶片、系統及應用軟體等產品。

隨著蘋果電腦與戴爾相繼捨棄Power處理器，個人電腦顯然已經不是IBM的主戰場了。IBM在過去銷售的Power處理器中，應用於個人電腦的比例逐漸偏低，目前IBM的目標是以機上盒（STB）、遊戲機與數位電視等領域為主力。

過去IBM為了擺脫虧損，將晶片與電腦部門整合為一，並將所有研發能量集中於Power處理器上。未來IBM所製造的處理器，除了供自己產品所使用之外，並有部分將用於客戶的產品，如任天堂遊戲機、蘋果的G5電腦以及思科的網路處理器等產品上。

IBM每年僅研發經費就將近50億美元，因此其Power處理器效能比Intel與AMD的處理器好上許多，而IBM也將其新一代採用Power架構設計的Cell處理器引進消費性電子市場，成功取得Sony PS3、微軟Xbox 360與任天堂Wii等遊戲機訂單。

以IBM為任天堂Wii遊戲機所設計與製造的主機微處理器百老匯（Broadway）為例，百老匯是IBM以Power微處理器架構所設計、預定供應給任天堂 Wii 主機所使用的微處理器，由IBM位於美國紐約州East Fishkill的12吋晶圓廠，以90nm絕緣層上覆矽（SOI）製程生產。透過SOI技術，使百老匯在提供充分效能的同時，也達成省電20％的目標。除了與任天堂合作研發Wii主機的微處理器百老匯之外，包括微軟Xbox 360主機與Sony PS3主機也都是採用與IBM合作研發生產的Power架構微處理器，因此IBM可說是這場遊戲機大戰中最大的贏家。

另外據了解，微軟也已經決定與目前的處理器合作夥伴Intel和IBM分道揚鑣，進而自行研發新一代Xbox遊戲機處理器。據紐約時報報導，微軟已經開始在內部實驗室研發新一代Xbox遊戲機處理器。為此，微軟還專門成立了電腦架構部門，由工程師Charles Thacker帶隊。而未來語音識別將成為遊戲機的重要功能之一，這也將是微軟研發遊戲機處理器的主要方向之一。

電容式感測技術提升操控樂趣

對電玩遊戲來說，繪圖與處理速度或許最能直接限制或展現遊戲中軟體的開發狀況，但主機控制器（console controller）也一樣非常重要。電玩控制器的介面方式不斷推陳出新，目的就是為了能與螢幕上所顯示出來的場景進行更有效的互動。儘管多數電玩遊戲的開發都著重在軟體和處理器上，但許多重大的創意和前瞻想法都與控制器相關。由於遊戲系統及周邊廠商努力改善玩家與其系統互動的方式，因此無論是在人體工學、風格、功能或是特色等方面都不斷地在開發改進。

遊戲機搖桿從最早期簡單的一個搖桿配合一顆按鍵，演變至今已變得複雜無比。現在許多遊樂器搖桿都具備比以往更多的功能按鍵，而且每個按鍵都擁有更強大的功能。例如具備壓力感應間斷作用的按鍵，對於駕駛類電玩遊戲中的煞車與加速控制上觸發作用可獲得更好的控制；而按鍵組合在格鬥遊戲中也常被用來啟動特殊功能與動作；震動功能（rumble-packs）則可讓玩家能體驗聲光效果外的真實感覺。對這些功能來說，電容式感測技術是最新的介面技術，能提高遊戲控制器的可用性，並提供良好的機械設計。

電容式感測最常用於個人電腦觸控板與可攜式媒體播放器上。此外，手機製造商也開始投入資金來推廣其用途，並已開發出數種機型銷售上市。簡單的架構、裝置防水性及堅固的機械式設計等都是電容式感測介面極具吸引力的特性。

目前Cypress所提供的PSoC混合訊號陣列（Mixed Signal Array）是一套可配置式的數位與類比資源陣列、快閃記憶體與RAM、一個8位元微控制器，以及其他許多功能。這些功能讓PSoC可在其CapSense系列元件中建置各種創新電容式感測技術。利用PSoC的直覺式開發環境來配置或重新配置元件設計，能符合設計規格與規格變更之需求。這項新的感測技術展現了更好的靈敏度與抗干擾能力，並能降低功耗、提昇更新速率。

電容式感測器是在印刷電路板中連接至控制器電路上的銅片（pad）。感測按鍵與其連接導線的組合會在其周圍產生電容。設計時所考量的接地面、金屬支撐裝置、還有其他電子與機械元件都會影響感測器的電容值。當具有導電性的觸發物質（例如手指）靠近感測器到一定程度時，該電容值就會增加。在電容式感測器的前端是由切換式電容器（switched capacitors）、內部電流源或是具有外部電阻器的電壓源所組成。這些方法都是為了要在感測電容器上輸入電壓值。而該電壓值可透過ADC、或由比較器所構成的充電時間量測電路之處理，然後到達計數器或計時器。數位輸出值被電容式感測系統的資料處理和決定（decision-making）所使用時，則會在ADC輸出值中產生轉變或在電容質中的計數值產生類比轉變。

MEMS提供六軸感應新技術

任天堂（Nintendo）在其所推出的Wii遊戲機上採用三軸動作訊號處理（three-axis motion signal-processing）技術。這樣的新品推出也把遊戲機產業的競爭焦點從快速、強大的處理引擎轉移到使用介面上。

ADI和意法半導體（ST）兩家公司是此種遊戲機微電機系統（MEMS）感應器的主要供應商。該系統由兩個控制器單元組成：主控制器和自由式單元，每個單元都由一個動作感應器驅動。任天堂所開發的這個控制器平台已用於該公司下一代遊戲機「Wii」上。另外，Sony Computer Entertainment也不落人後，緊接著也宣佈其Playstation 3遊戲將納入採用了六軸感應系統的遊戲控制器。

雖然傳統的遊戲控制器需要使用兩手來掌控，但Wii的主控制器和自由式控制器被設計成單手掌握。玩家可以揮舞、瞄準、扭曲和轉動，就像是其手中的劍、摩托車把手或者網球拍一樣。有些遊戲將只需使用主控制器，有些則需要同時使用兩個控制器。

而對於新一代遊戲應用比較關鍵的是MEMS元件能夠感應玩家在三維空間上的動作的能力，例如前/後，左/右和上/下。當控制器被抓在手上的時候，系統就會根據控制器加速度感知動作、深度和位置情況。透過把核心MEMS感應器技術用於遊戲領域，遊戲玩家便可以簡化遊戲過程，並使其更加自然，且不用再擔心按錯按鈕。

任天堂新的家用遊戲主機Wii在其motion-activated用戶介面上便採用了前述ST的三軸加速感測器。Wii控制器為微機電系統（MEMS）技術所驅動，以微型技術與真實世界產生互動，其優點在於能以三維檢測遊戲玩家的運動及傾斜程度，並將這些資料立即轉換到遊戲動作中。

這種控制器使用嵌入式加速感測器讓使用者的手婉、手臂及手部運動能夠與遊戲互動。傾斜測量功能則能讓使用者任意移動，而精確的三軸加速感測器能容易將該控制器轉換為虛擬寶劍（virtual sword）、變速排檔（gearshift）或樂器等虛擬動作。

此加速感測器的尺寸僅有5×5×1.5mm3，能為電視控制的手持遊戲裝置提供對用戶更貼切的設計。此種MEMS元件具備低功耗特性，可延長控制器的電池壽命，而高度熱穩定性則可在多種溫度條件下避免多餘的運動感測。該感測器同時提供振動抑制與達10000g的衝擊阻抗。

成熟的矽晶片經驗與微機電技術可提供新一代遊戲機具備感測器解析度、尺寸與功耗特性的低成本方案。另外，擁有完整的元件製造流程，也可確保高品質、完整產品發展藍圖以及安全的元件供應況狀。

SOI提供運算處理最佳效能

任天堂新一代遊戲主機Nintendo Wii內建了PowerPC處理器架構。而該架構採用由IBM共同合作開發與生產而成的90奈米SOI CMOS製程技術。透過最佳化的先進製程技術設計，該遊戲主機的功耗得以降到最低。同時，主機機體也變得更為輕巧，以達到最佳的效能。在Nintendo Wii標誌與IBM/SOI認證後，業界三項新世代遊戲主機（新力的Playstation 3、微軟的Xbox 360與Nintendo Wii），均以採用Soitec的SOI CMOS製程技術所生產的晶片。

SOI 指的是一種基板技術，傳統的矽晶圓正逐漸被含有三層結構的工程基板所取代：

採取以SOI作為基板的設計，晶片製造商可在半導體製程中，繼續使用傳統的製程與設備。

製造絕緣層上覆矽晶圓有許多種不同的方法。此種晶圓層轉換以及接和的Smart Cut技術，是法國研究機構CEA-L?ti首度為Soitec（以及Soitec的授權廠商）所專利研發，並證實為對於高產量的工業製造而言，是最實用且穩定可靠的技術。Smart Cut如今已成為SOI晶圓技術的最佳選擇，在全球薄型SOI市場中擁有超過90％的市佔率。

Smart Cut這項革命性技術，用來將晶圓基板材料（例如像矽）生成的超薄單晶體層移植到另一個表面。該技術採用離子植入以及原子解剖刀活性化製程作為一種“原子解剖刀”（atomic scalpel），逐一將晶圓水平橫向切割，將薄層從 “施體”基板上提起，然後再放置於新基板上。這種流程提供相當高的控制力，同一個施體基板能重複使用，配合後續元件層的移動作業。

SOI讓晶片設計業者提供一個理想工具，在高效能與/或低功耗之間取得最佳的平衡點。其可提高30%的效能以及降低50％之耗電量。它亦帶來更高的封裝密度，讓業者開發出更小的晶片。對於最終產品研發業者而言，可利用這些晶片設計出更小、更快、更低廉與更好的消費性產品。

在客廳爭霸戰中，SOI讓業者開發出超強效能的晶片，例如像Sony/Toshiba/IBM Cell，在64位元PowerPC方面，包括微軟的Xbox 360以及AMD 64技術 ，都利用SOI技術達到最高的每瓦效能

在SOI晶片中，電晶體是由許多相互隔離的“核島”以及來自矽晶圓基板所組成，現成。這種設計能簡化電路設計的流程: 因為電晶體相互隔離，晶片研發業者不必設計出複雜的機制，運用逆向偏差的接面來達到電子隔離的效果。絕緣層亦能保護上方的矽運作層，免於遭受傳統矽晶圓的各種寄生效應所影響。這兩項優點協助晶片研發業者開發出更小巧的VLSI晶片。

SOI技術亦讓IC製造商能生產出在待機與運作模式耗電量都能降低的CMOS電路。絕緣層隔開了矽晶薄膜以及傳統矽晶圓基板，介電質隔離層則取代大面積的PN接面。源極與汲極區域向下延伸至埋藏氧化層，藉以降低漏電流與接面電容。結果提高了晶片的速度，並讓晶片能在更大的溫度範圍下運作。

每個晶片內都含有一個客制化版本的IBM 64位元PowerPC核心。晶片中含有三個核心，每個核心各有二個同步執行緒，以及超過3GHz的時脈速度。它內含1.65億個電晶體，採用IBM的90奈米絕緣層上覆矽（SOI）製程技術，能降低發熱量並提高效能。

此外新加坡特許半導體（Chartered）最近針對SOI製程技術，也作了兩項重要的宣佈：第一項宣布是，特許半導體獲得IBM 90奈米SOI技術的授權，協助特許將其技術更廣泛地運用在消費性、多媒體、通訊、汽車及其他工業應用上。另外一項宣布是，在其90奈米的SOI處理器產品運用於Xbox 360，並獲得廣大的成功之後，特許半導體進一步與微軟簽定合約，為Xbox 360處理器提供採用65奈米SOI技術的晶片產品。

結語

為了滿足遊戲玩家們的需索無度，遊戲機製造商研發新一代機種的腳步永遠不會停歇，許多新技術也陸續加入遊戲機之中，例如新一代的藍光DVD技術便相繼獲得遊戲機廠商的採用。從發展的角度來看，遊戲機兩個主要的發展方向將是體積更小與速度更快。儘管越來越多掌上型遊戲機已經成為玩家新寵，但性能更為強大的家用遊戲機仍將會是遊戲產業發展的主流。展望未來，半導體產業的發展會將遊戲機帶往什麼方向？新一代的遊戲機又將以什麼樣的外貌呈現？很值得遊戲玩家們引頸期待。