Xbox Velocity Architecture: Bliższe spojrzenie na technologie nowej generacji napędzające innowacje w grach na Xbox Series X

Kiedy postanowiliśmy zaprojektować Xbox Series X, chcieliśmy zbudować naszą najpotężniejszą konsolę, jaka kiedykolwiek była napędzana innowacjami nowej generacji i zapewniać stałą, stabilną wydajność, jakiej nigdy wcześniej nie widziano w konsoli bez żadnych kompromisów. Aby osiągnąć ten cel, wiedzieliśmy, że musimy przeanalizować każdy komponent systemu, aby wyjść poza ograniczenia tradycyjnej wydajności i konstrukcji konsoli. Przy projektowaniu konsoli Xbox Series X kluczowe było zapewnienie doskonałej równowagi między mocą, szybkością i wydajnością, przy jednoczesnym zapewnieniu, że żaden element nie ograniczy twórczych ambicji najlepszych twórców na świecie, umożliwiając im dostarczanie prawdziwie transformujących doświadczeń w grach nowej generacji, a nie możliwe w poprzednich generacjach konsol.

Sercem konsoli Xbox Series X jest nasz niestandardowy procesor wykorzystujący najnowsze architektury RDNA 2 i Zen 2 od naszych partnerów z firmy AMD, aby zapewnić najlepszy w swojej klasie procesor nowej generacji zapewniający ponad 12 TFLOP mocy GPU i ponad 4 razy więcej procesora moc obliczeniowa konsoli Xbox One X. Xbox Series X oferuje najwyższą przepustowość pamięci ze wszystkich konsoli nowej generacji dzięki 16 GB pamięci GDDR6, w tym 10 GB pamięci zoptymalizowanej pod kątem GPU przy 560 GB/s, aby zapewnić zasilanie procesora bez wąskich gardeł. Gdy przeanalizowaliśmy podsystem pamięci masowej, stało się jasne, że osiągnęliśmy górne granice tradycyjnej technologii dysków twardych i aby spełnić nasze aspiracje projektowe, musielibyśmy radykalnie przemyśleć i zrewolucjonizować nasze podejście do Xbox Series X.

Wspieranie projektowania gier nowej generacji i kreatywnej wizji

Współczesne gry wymagają znacznej ilości danych, aby stworzyć realistyczne światy i wszechświaty, których doświadczają gracze. Aby procesor mógł pracować z optymalną wydajnością, wszystkie te dane muszą zostać załadowane z pamięci do pamięci. Eksplozja ogromnych, dynamicznych środowisk otwartego świata i żywych, trwałych światów o zwiększonej gęstości i różnorodności tylko zwiększyła ilość wymaganych danych. Od danych z siatki środowiskowej, modeli postaci o dużej liczbie wielokątów, tekstur w wysokiej rozdzielczości, danych animacji, plików źródłowych audio i wideo i nie tylko, wszystko to łączy się, aby zapewnić graczowi najbardziej wciągające środowisko gry.

Pomimo możliwości nowoczesnych silników gier i oprogramowania pośredniczącego do strumieniowego przesyłania zasobów gry do pamięci z pamięci lokalnej, projektanci poziomów nadal często muszą tworzyć wąskie ścieżki, korytarze lub windy, aby obejść ograniczenia tradycyjnego dysku twardego i potoku we/wy. Te elementy w grze są często używane do maskowania potrzeby wyładowania z pamięci zasobów poprzedniej strefy podczas ładowania nowych zasobów do następnej przestrzeni gry. Gdy omawialiśmy aspiracje deweloperów dotyczące tytułów nowej generacji oraz ograniczenia technologii obecnej generacji, wyzwanie to będzie rosło wykładniczo i jeszcze bardziej ograniczało ambicję tworzenia prawdziwie transformujących gier. Ta opinia wpłynęła na projekt i rozwój architektury Xbox Velocity Architecture.

Przedstawiamy architekturę Xbox Velocity

Architektura Xbox Velocity została zaprojektowana jako najlepsze rozwiązanie do strumieniowego przesyłania zasobów gier w następnej generacji. Ta radykalna zmiana tradycyjnego podsystemu I/O bezpośrednio wpłynęła na wszystkie aspekty projektu Xbox Series X. Jeśli nasz specjalnie zaprojektowany procesor jest sercem konsoli Xbox Series X, architektura Xbox Velocity to dusza. Dzięki głębokiej integracji innowacji sprzętowych i programowych, Xbox Velocity Architecture zapewni rozgrywkę nowej generacji, jakiej nie widzieliście wcześniej.

Xbox Velocity Architecture składa się z czterech głównych komponentów: naszego niestandardowego dysku SSD NVME, akcelerowanych sprzętowo bloków dekompresji, zupełnie nowej warstwy API DirectStorage i przesyłania strumieniowego informacji zwrotnych (SFS).

Zanurzmy się głęboko w każdym składniku:

• Niestandardowy dysk SSD NVME: Podstawą architektury Xbox Velocity Architecture jest nasz niestandardowy dysk SSD NVME o pojemności 1 TB, zapewniający przepustowość surowego wejścia/wyjścia 2,4 GB/s, ponad 40-krotnie większą niż w przypadku konsoli Xbox One. Tradycyjne dyski SSD stosowane w komputerach PC często zmniejszają wydajność wraz ze wzrostem temperatury lub podczas konserwacji dysku. Niestandardowy dysk SSD NVME w konsoli Xbox Series X został zaprojektowany z myślą o stałej, trwałej wydajności w przeciwieństwie do wydajności szczytowej. Deweloperzy mają zawsze gwarantowany poziom wydajności we/wy i mogą niezawodnie projektować i optymalizować swoje gry, usuwając bariery i ograniczenia, z którymi muszą się dzisiaj zmagać. Ten sam poziom stałej, trwałej wydajności dotyczy również karty Seagate Expandable Storage, która zapewnia dokładnie takie same wrażenia z rozgrywki, niezależnie od tego, gdzie znajduje się gra.
• Przyspieszona sprzętowo dekompresja:Pakiety gier i zasoby są kompresowane, aby zminimalizować czas pobierania i ilość pamięci wymaganej dla każdej gry. Dzięki akcelerowanej sprzętowo obsłudze zarówno standardowego dekompresora LZ, jak i zupełnie nowemu, zastrzeżonemu algorytmowi zaprojektowanemu specjalnie dla danych tekstur o nazwie BCPack, Xbox Series X zapewnia programistom to, co najlepsze z obu światów, aby osiągnąć ogromne oszczędności bez utraty jakości lub wydajności. Ponieważ dane tekstury stanowią znaczną część całkowitego całkowitego rozmiaru gry, mając specjalnie zbudowany algorytm zoptymalizowany pod kątem danych tekstur oprócz dekompresora ogólnego przeznaczenia LZ, oba mogą być używane równolegle w celu zmniejszenia całkowitego rozmiaru pakietu gry. Zakładając współczynnik kompresji 2:1, Xbox Series X zapewnia wydajną wydajność 4,8 GB/s we/wy w tytule, około 100x większa wydajność we/wy w konsolach obecnej generacji. Aby zapewnić podobny poziom wydajności dekompresji w oprogramowaniu, potrzeba więcej niż 4 rdzeni procesora Zen 2.
• Nowy interfejs API DirectStorage:Standardowe interfejsy API we/wy plików zostały opracowane ponad 30 lat temu i są praktycznie niezmienione, podczas gdy od tego czasu technologia pamięci masowej poczyniła znaczne postępy. Gdy analizowaliśmy wzorce dostępu do danych gier, a także najnowsze osiągnięcia sprzętowe z technologią SSD, wiedzieliśmy, że musimy udoskonalić stan wiedzy, aby zapewnić większą kontrolę programistom. Do rodziny DirectX dodaliśmy zupełnie nowy interfejs API DirectStorage, który zapewnia programistom precyzyjną kontrolę nad operacjami we/wy, umożliwiając im tworzenie wielu kolejek we/wy, ustalanie priorytetów i minimalizowanie opóźnień we/wy. Te interfejsy API bezpośredniego dostępu niskiego poziomu zapewniają programistom możliwość pełnego wykorzystania surowej wydajności we/wy zapewnianej przez sprzęt, co skutkuje praktycznie eliminacją czasów ładowania lub systemów szybkiej podróży, które są właśnie tym. .. szybki.
• Strumieniowe przesyłanie informacji zwrotnych z samplera (SFS):Sampler Feedback Streaming to zupełnie nowa innowacja oparta na wszystkich innych udoskonaleniach architektury Xbox Velocity. Tekstury gry są optymalizowane na różnych poziomach szczegółowości i rozdzielczości, zwanych mipmapami, i mogą być używane podczas renderowania w zależności od tego, jak blisko lub daleko znajduje się obiekt od gracza. Gdy obiekt zbliża się do gracza, rozdzielczość tekstury musi wzrosnąć, aby zapewnić wyraźne szczegóły i efekty wizualne, jakich oczekują gracze. Jednak te większe mipmapy wymagają znacznej ilości pamięci w porównaniu z mipami o niższej rozdzielczości, których można użyć, jeśli obiekt znajduje się dalej na scenie. Obecnie programiści muszą załadować do pamięci cały poziom mip, nawet w przypadkach, gdy mogą próbkować tylko bardzo małą część ogólnej tekstury. Poprzez specjalistyczny sprzęt dodany do Xbox One X, byliśmy w stanie przeanalizować użycie pamięci tekstur przez GPU i odkryliśmy, że GPU często uzyskuje dostęp do mniej niż 1/3 danych tekstur wymaganych do załadowania do pamięci. Pojedyncza scena często zawiera tysiące różnych tekstur, co powoduje znaczną utratę efektywnego wykorzystania pamięci i przepustowości we/wy z powodu nieefektywnego użytkowania. Dzięki temu spostrzeżeniu byliśmy w stanie stworzyć i dodać nowe możliwości do procesora graficznego Xbox Series X, które umożliwiają mu ładowanie do pamięci tylko pod-części poziomu mip, na żądanie, dokładnie w czasie, gdy GPU wymaga danych. Ta innowacja skutkuje około 2,5-krotnie większą efektywną przepustowością we/wy i zużyciem pamięci, przekraczającą średnio surowe możliwości sprzętowe. SFS zapewnia efektywny mnożnik dostępnej pamięci systemowej i przepustowości we/wy,

Dzięki ogromnemu wzrostowi przepustowości I/O, sprzętowej akceleracji dekompresji, DirectStorage i znacznemu wzrostowi wydajności zapewnianego przez Sampler Feedback Streaming, Xbox Velocity Architecture umożliwia Xbox Series X dostarczanie efektywnej wydajności znacznie przekraczającej surowe specyfikacje sprzętowe, zapewniając bezpośrednie, natychmiastowy, niskopoziomowy dostęp do ponad 100 GB danych gry przechowywanych na dysku SSD w sam raz, gdy gra tego wymaga. Te innowacje odblokują nowe wrażenia z rozgrywki oraz poziom głębi i zanurzenia, jakiego nie doświadczyłeś wcześniej w grach.

Odblokowywanie doświadczeń nowej generacji

Co to wszystko oznacza dla Ciebie jako gracza? Ponieważ najbardziej kreatywni programiści i firmy zajmujące się oprogramowaniem pośredniczącym zaczęli badać te nowe możliwości, oczekujemy znaczących innowacji w następnej generacji, ponieważ ta rewolucyjna nowa architektura umożliwia zupełnie nowe scenariusze, które nigdy wcześniej nie były uważane za możliwe w grach. Xbox Velocity Architecture zapewnia nowy poziom wydajności i możliwości znacznie wykraczający poza surowe specyfikacje samego sprzętu. Xbox Velocity Architecture zasadniczo zmienia sposób, w jaki programista może wykorzystać sprzęt dostarczany przez Xbox Series X. Od zupełnie nowych technik renderowania, przez wirtualną eliminację czasów ładowania, po większe, bardziej dynamiczne światy, w których jako gracz możesz wybierz, jak chcesz zwiedzać, nie możemy być bardziej podekscytowani wczesnymi wynikami, które już widzimy. Ponadto, Xbox Velocity Architecture otworzyło jeszcze więcej możliwości i umożliwiło nowe innowacje na poziomie platformy, takie jak szybkie wznowienie, które umożliwia natychmiastowe wznowienie w wielu grach od miejsca, w którym zostało przerwane, poprawiając ogólne wrażenia z gry dla wszystkich graczy z serii Xbox X.

Nie możemy się doczekać, aż gracze z całego świata będą mogli doświadczyć tych nowych gier nowej generacji na Xbox Series X w te święta i nie tylko. Aby uzyskać więcej informacji na temat Xbox Velocity Architecture, obejrzyj powyższy film.