Arquitectura de Xbox Velocity: una mirada más cercana a la tecnología de última generación que impulsa la innovación en los juegos en Xbox Series X

Cuando nos dispusimos a diseñar la Xbox Series X, aspiramos a construir nuestra consola más poderosa jamás impulsada por la innovación de próxima generación y que ofrece un rendimiento consistente y sostenido nunca antes visto en una consola sin concesiones. Para lograr este objetivo, sabíamos que necesitábamos analizar cada componente del sistema para ir más allá de las limitaciones en el rendimiento y el diseño de la consola tradicional. Fue fundamental en el diseño de Xbox Series X garantizar que tuviéramos un equilibrio superior de potencia, velocidad y rendimiento, al mismo tiempo que garantizamos que ningún componente limitaría la ambición creativa de los mejores creadores del mundo, permitiéndoles ofrecer experiencias de juego de próxima generación verdaderamente transformadoras no posible en generaciones anteriores de consolas.

En el corazón de Xbox Series X se encuentra nuestro procesador personalizado que aprovecha las últimas arquitecturas RDNA 2 y Zen 2 de nuestros socios de AMD para ofrecer el mejor procesador de próxima generación de su clase que ofrece más de 12 TFLOP de potencia de GPU y más de 4 veces la CPU potencia de procesamiento de Xbox One X. Xbox Series X incluye el ancho de banda de memoria más alto de cualquier consola de próxima generación con 16 GB de memoria GDDR6, incluidos 10 GB de memoria optimizada para GPU a 560 GB/s para mantener el procesador alimentado sin cuellos de botella. A medida que analizamos el subsistema de almacenamiento, quedó claro que habíamos alcanzado los límites superiores de la tecnología de disco duro tradicional y, para cumplir con nuestras aspiraciones de diseño, necesitaríamos repensar y revolucionar radicalmente nuestro enfoque con Xbox Series X.

Potenciando el diseño de juegos y la visión creativa de la próxima generación

Los juegos modernos requieren una cantidad significativa de datos para crear los mundos y universos realistas que experimentan los jugadores. Para permitir que el procesador funcione con su rendimiento óptimo, todos estos datos deben cargarse desde el almacenamiento a la memoria. La explosión de entornos masivos y dinámicos de mundo abierto y mundos vivos y persistentes con mayor densidad y variedad solo ha aumentado la cantidad de datos necesarios. Desde datos de malla ambiental, modelos de personajes de alto polígono, texturas de alta resolución, datos de animación, archivos fuente de audio y video y más, todo se combina para ofrecer el entorno de juego más inmersivo para el jugador.

A pesar de la capacidad de los motores de juegos modernos y el middleware para transmitir los activos del juego a la memoria fuera del almacenamiento local, a menudo se requiere que los diseñadores de niveles creen caminos estrechos, pasillos o ascensores para sortear las limitaciones de un disco duro tradicional y una canalización de E/S.. Estos elementos del juego a menudo se usan para enmascarar la necesidad de descargar los activos de la zona anterior de la memoria mientras se cargan nuevos activos para el siguiente espacio de juego. Mientras discutíamos las aspiraciones de los desarrolladores para sus títulos de próxima generación y las limitaciones de la tecnología de generación actual, este desafío continuaría aumentando exponencialmente y limitaría aún más la ambición de juegos verdaderamente transformadores. Esta retroalimentación influyó en el diseño y desarrollo de Xbox Velocity Architecture.

Presentamos la arquitectura Xbox Velocity

Xbox Velocity Architecture se diseñó como la solución definitiva para la transmisión de activos de juegos en la próxima generación. Esta reinvención radical del subsistema de E/S tradicional influyó directamente en todos los aspectos del diseño de Xbox Series X. Si nuestro procesador diseñado a medida está en el corazón de Xbox Series X, Xbox Velocity Architecture es el alma. A través de una profunda integración de la innovación de hardware y software, Xbox Velocity Architecture potenciará las experiencias de juego de próxima generación como nunca antes.

La arquitectura Xbox Velocity consta de cuatro componentes principales: nuestro SSD NVME personalizado, bloques de descompresión acelerados por hardware, una nueva capa API de DirectStorage y Sampler Feedback Streaming (SFS).

Profundicemos en cada componente:

• SSD NVME personalizado: la base de la arquitectura Xbox Velocity es nuestro SSD NVME personalizado de 1 TB, que ofrece 2,4 GB/s de rendimiento de E/S sin procesar, más de 40 veces el rendimiento de Xbox One. Los SSD tradicionales que se usan en las PC a menudo reducen el rendimiento a medida que aumentan las temperaturas o mientras se realiza el mantenimiento de la unidad. El SSD NVME personalizado en Xbox Series X está diseñado para un rendimiento constante y sostenido en lugar de un rendimiento máximo. Los desarrolladores tienen un nivel garantizado de rendimiento de E/S en todo momento y pueden diseñar y optimizar sus juegos de manera confiable eliminando las barreras y restricciones que tienen que sortear hoy. Este mismo nivel de rendimiento constante y sostenido también se aplica a la tarjeta de almacenamiento expandible de Seagate, lo que garantiza que tenga exactamente la misma experiencia de juego independientemente de dónde resida el juego.
• Descompresión acelerada por hardware:Los paquetes de juegos y los activos se comprimen para minimizar los tiempos de descarga y la cantidad de almacenamiento requerida para cada juego individual. Con soporte acelerado por hardware tanto para el descompresor LZ estándar de la industria como para un nuevo algoritmo patentado diseñado específicamente para datos de textura llamado BCPack, Xbox Series X ofrece lo mejor de ambos mundos para que los desarrolladores logren ahorros masivos sin pérdida de calidad o rendimiento.. Dado que los datos de textura comprenden una parte significativa del tamaño total total de un juego, al tener un algoritmo especialmente diseñado y optimizado para datos de textura además del descompresor LZ de propósito general, ambos pueden usarse en paralelo para reducir el tamaño total de un paquete de juego. Suponiendo una relación de compresión de 2:1, Xbox Series X ofrece un rendimiento de E/S efectivo de 4,8 GB/s para el título. aproximadamente 100 veces el rendimiento de E/S en las consolas de la generación actual. Para ofrecer niveles similares de rendimiento de descompresión en el software, se necesitarían más de 4 núcleos de CPU Zen 2.
• Nueva API DirectStorage:Las API de E/S de archivos estándar se desarrollaron hace más de 30 años y prácticamente no han cambiado, mientras que la tecnología de almacenamiento ha logrado avances significativos desde entonces. A medida que analizamos los patrones de acceso a los datos del juego, así como los últimos avances de hardware con tecnología SSD, sabíamos que necesitábamos avanzar en el estado del arte para poner más control en manos de los desarrolladores. Agregamos una nueva API de DirectStorage a la familia DirectX, que brinda a los desarrolladores un control detallado de sus operaciones de E/S, lo que les permite establecer múltiples colas de E/S, priorizar y minimizar la latencia de E/S. Estas API de acceso directo y de bajo nivel garantizan que los desarrolladores podrán aprovechar al máximo el rendimiento de E/S sin procesar que ofrece el hardware, lo que resulta en la eliminación virtual de los tiempos de carga o los sistemas de viaje rápido que son solo eso. .. rápido.
• Transmisión de retroalimentación de muestra (SFS):Sampler Feedback Streaming es una innovación completamente nueva construida sobre todos los demás avances de Xbox Velocity Architecture. Las texturas del juego están optimizadas en diferentes niveles de detalle y resolución, llamados mipmaps, y se pueden usar durante el renderizado en función de qué tan cerca o lejos esté un objeto del jugador. A medida que un objeto se acerca al jugador, la resolución de la textura debe aumentar para proporcionar los detalles nítidos y las imágenes que esperan los jugadores. Sin embargo, estos mipmaps más grandes requieren una cantidad significativa de memoria en comparación con los mips de menor resolución que se pueden usar si el objeto está más lejos en la escena. Hoy en día, los desarrolladores deben cargar un nivel de mip completo en la memoria, incluso en los casos en los que solo pueden probar una porción muy pequeña de la textura general. A través de hardware especializado agregado a Xbox One X, pudimos analizar el uso de la memoria de textura por parte de la GPU y descubrimos que la GPU a menudo accede a menos de 1/3 de los datos de textura necesarios para cargar en la memoria. Una sola escena a menudo incluye miles de texturas diferentes, lo que resulta en una pérdida significativa de la memoria efectiva y la utilización del ancho de banda de E/S debido al uso ineficiente. Con esta información, pudimos crear y agregar nuevas capacidades a la GPU Xbox Series X que le permite cargar solo las subporciones de un nivel mip en la memoria, a pedido, justo a tiempo para cuando la GPU requiera los datos. Esta innovación da como resultado aproximadamente 2,5 veces el rendimiento efectivo de E/S y el uso de memoria por encima y más allá de las capacidades de hardware sin procesar en promedio. SFS proporciona un multiplicador efectivo en la memoria del sistema disponible y el ancho de banda de E/S,

A través del aumento masivo en el rendimiento de E/S, la descompresión acelerada por hardware, DirectStorage y los aumentos significativos en la eficiencia proporcionados por Sampler Feedback Streaming, Xbox Velocity Architecture permite que Xbox Series X brinde un rendimiento efectivo mucho más allá de las especificaciones de hardware sin procesar, proporcionando directo Acceso inmediato, instantáneo y de bajo nivel a más de 100 GB de datos del juego almacenados en el SSD justo a tiempo para cuando el juego lo requiera. Estas innovaciones desbloquearán nuevas experiencias de juego y un nivel de profundidad e inmersión diferente a todo lo que haya experimentado anteriormente en los juegos.

Desbloqueo de experiencias de próxima generación

¿Qué significa todo esto para ti como jugador? A medida que los desarrolladores y las empresas de middleware más creativos de la industria han comenzado a explorar estas nuevas capacidades, esperamos una innovación significativa a lo largo de la próxima generación, ya que esta nueva arquitectura revolucionaria permite escenarios completamente nuevos que nunca antes se habían considerado posibles en los juegos. Xbox Velocity Architecture proporciona un nuevo nivel de rendimiento y capacidades mucho más allá de las especificaciones del hardware en sí. La arquitectura Xbox Velocity replantea fundamentalmente cómo un desarrollador puede aprovechar el hardware proporcionado por Xbox Series X. Desde técnicas de renderizado completamente nuevas hasta la eliminación virtual de los tiempos de carga, hasta mundos vivos más grandes y dinámicos donde, como jugador, puedes elige cómo quieres explorar, no podemos estar más emocionados por los primeros resultados que ya estamos viendo. Además, Xbox Velocity Architecture ha abierto aún más oportunidades y ha permitido nuevas innovaciones a nivel de plataforma, como Quick Resume, que le permite reanudar instantáneamente donde lo dejó en múltiples juegos, mejorando la experiencia de juego general para todos los jugadores en Xbox Series. X.

No podemos esperar a que los jugadores de todo el mundo experimenten estas nuevas experiencias de juego de próxima generación en Xbox Series X estas vacaciones y más allá. Para obtener más información sobre Xbox Velocity Architecture, consulte el video anterior.