Arquitetura Xbox Velocity: uma visão mais detalhada da tecnologia de última geração que impulsiona a inovação em jogos no Xbox Series X

Quando nos propusemos a projetar o Xbox Series X, aspiramos construir nosso console mais poderoso já alimentado pela inovação da próxima geração e oferecendo desempenho consistente e sustentado nunca antes visto em um console sem compromissos. Para atingir esse objetivo, sabíamos que precisávamos analisar cada componente do sistema, para ir além das limitações no desempenho e design de consoles tradicionais. Foi fundamental no design do Xbox Series X garantir que tivéssemos um equilíbrio superior de potência, velocidade e desempenho, garantindo que nenhum componente restringisse a ambição criativa dos melhores criadores do mundo, capacitando-os a oferecer experiências de jogos de última geração verdadeiramente transformadoras. possível em gerações anteriores de console.

No coração do Xbox Series X está nosso processador personalizado, aproveitando as mais recentes arquiteturas RDNA 2 e Zen 2 de nossos parceiros da AMD para oferecer o melhor processador de próxima geração da categoria, oferecendo mais de 12 TFLOPs de potência de GPU e mais de 4 vezes a CPU poder de processamento do Xbox One X. O Xbox Series X inclui a maior largura de banda de memória de qualquer console de próxima geração com 16 GB de memória GDDR6, incluindo 10 GB de memória otimizada para GPU a 560 GB/s para manter o processador alimentado sem gargalos. Ao analisarmos o subsistema de armazenamento, ficou claro que havíamos atingido os limites superiores da tecnologia tradicional de disco rígido e, para cumprir nossas aspirações de design, precisaríamos repensar radicalmente e revolucionar nossa abordagem com o Xbox Series X.

Capacitando o design de jogos da próxima geração e a visão criativa

Os jogos modernos exigem uma quantidade significativa de dados para criar os mundos e universos realistas que os jogadores experimentam. Para permitir que o processador funcione em seu desempenho ideal, todos esses dados devem ser carregados do armazenamento para a memória. A explosão de ambientes de mundo aberto massivos e dinâmicos e de mundos vivos e persistentes com maior densidade e variedade só aumentou a quantidade de dados necessários. Desde dados de malha ambiental, modelos de personagens de alto polígono, texturas de alta resolução, dados de animação, arquivos de fonte de áudio e vídeo e muito mais, todos se combinam para oferecer o ambiente de jogo mais imersivo para o jogador.

Apesar da capacidade dos mecanismos de jogos e middleware modernos de transmitir ativos de jogos para a memória a partir do armazenamento local, os designers de nível ainda precisam criar caminhos estreitos, corredores ou elevadores para contornar as limitações de um disco rígido tradicional e pipeline de E/S. Esses elementos do jogo costumam ser usados ​​para mascarar a necessidade de descarregar os ativos da zona anterior da memória enquanto carregam novos ativos para o próximo espaço de jogo. À medida que discutimos as aspirações dos desenvolvedores para seus títulos da próxima geração e as limitações da tecnologia da geração atual, esse desafio continuaria a aumentar exponencialmente e restringiria ainda mais a ambição de jogos verdadeiramente transformadores. Esse feedback influenciou o design e o desenvolvimento da Xbox Velocity Architecture.

Apresentando a arquitetura Xbox Velocity

A Xbox Velocity Architecture foi projetada como a solução definitiva para streaming de ativos de jogos na próxima geração. Essa reinvenção radical do subsistema de E/S tradicional influenciou diretamente todos os aspectos do design do Xbox Series X. Se nosso processador personalizado está no coração do Xbox Series X, a Xbox Velocity Architecture é a alma. Por meio de uma profunda integração de inovação de hardware e software, a Xbox Velocity Architecture fornecerá experiências de jogos de última geração diferentes de tudo que você já viu antes.

A Xbox Velocity Architecture compreende quatro componentes principais: nosso SSD NVME personalizado, blocos de descompressão acelerados por hardware, uma nova camada de API DirectStorage e Sampler Feedback Streaming (SFS).

Vamos mergulhar fundo em cada componente:

• SSD NVME personalizado: A base da Xbox Velocity Architecture é o nosso SSD NVME personalizado de 1 TB, oferecendo 2,4 GB/s de taxa de transferência de E/S bruta, mais de 40 vezes a taxa de transferência do Xbox One. Os SSDs tradicionais usados ​​em PCs geralmente reduzem o desempenho à medida que as térmicas aumentam ou durante a manutenção da unidade. O SSD NVME personalizado no Xbox Series X foi projetado para um desempenho consistente e sustentado em oposição ao desempenho máximo. Os desenvolvedores têm um nível garantido de desempenho de E/S o tempo todo e podem projetar e otimizar seus jogos de maneira confiável, removendo as barreiras e restrições que têm que contornar hoje. Esse mesmo nível de desempenho consistente e sustentado também se aplica ao cartão de armazenamento expansível Seagate, garantindo que você tenha exatamente a mesma experiência de jogo, independentemente de onde o jogo resida.
• Descompressão acelerada por hardware:Os pacotes e ativos de jogos são compactados para minimizar os tempos de download e a quantidade de armazenamento necessária para cada jogo individual. Com suporte acelerado por hardware para o descompressor LZ padrão do setor, bem como um novo algoritmo proprietário projetado especificamente para dados de textura chamado BCPack, o Xbox Series X oferece o melhor dos dois mundos para os desenvolvedores obterem economias massivas sem perda de qualidade ou desempenho. Como os dados de textura compreendem uma parte significativa do tamanho geral total de um jogo, tendo um algoritmo desenvolvido especificamente para dados de textura, além do descompactador LZ de uso geral, ambos podem ser usados ​​em paralelo para reduzir o tamanho geral de um pacote de jogo. Assumindo uma taxa de compressão de 2:1, o Xbox Series X oferece um desempenho efetivo de E/S de 4,8 GB/s para o título, aproximadamente 100x o desempenho de E/S nos consoles da geração atual. Para fornecer níveis semelhantes de desempenho de descompressão em software, seriam necessários mais de 4 núcleos de CPU Zen 2.
• Nova API do DirectStorage:As APIs de E/S de arquivo padrão foram desenvolvidas há mais de 30 anos e permanecem praticamente inalteradas, enquanto a tecnologia de armazenamento fez avanços significativos desde então. À medida que analisávamos os padrões de acesso aos dados do jogo, bem como os mais recentes avanços de hardware com tecnologia SSD, sabíamos que precisávamos avançar no estado da arte para colocar mais controle nas mãos dos desenvolvedores. Adicionamos uma nova API DirectStorage à família DirectX, fornecendo aos desenvolvedores um controle granular de suas operações de E/S, capacitando-os a estabelecer várias filas de E/S, priorizando e minimizando a latência de E/S. Essas APIs de acesso direto e de baixo nível garantem que os desenvolvedores possam aproveitar ao máximo o desempenho bruto de E/S proporcionado pelo hardware, resultando na eliminação virtual de tempos de carregamento ou sistemas de viagens rápidas que são exatamente isso. .. velozes.
• Fluxo de feedback do amostrador (SFS):O Sampler Feedback Streaming é uma inovação totalmente nova construída em cima de todos os outros avanços da Xbox Velocity Architecture. As texturas do jogo são otimizadas em diferentes níveis de detalhes e resolução, chamadas mipmaps, e podem ser usadas durante a renderização com base em quão próximo ou distante um objeto está do jogador. À medida que um objeto se aproxima do jogador, a resolução da textura deve aumentar para fornecer os detalhes e visuais nítidos que os jogadores esperam. No entanto, esses mipmaps maiores exigem uma quantidade significativa de memória em comparação com os mips de resolução mais baixa que podem ser usados ​​se o objeto estiver mais distante na cena. Hoje, os desenvolvedores devem carregar um nível de mip inteiro na memória, mesmo nos casos em que podem apenas experimentar uma parte muito pequena da textura geral. Através de hardware especializado adicionado ao Xbox One X, conseguimos analisar o uso da memória de textura pela GPU e descobrimos que a GPU geralmente acessa menos de 1/3 dos dados de textura necessários para serem carregados na memória. Uma única cena geralmente inclui milhares de texturas diferentes, resultando em uma perda significativa na utilização efetiva de memória e largura de banda de E/S devido ao uso ineficiente. Com esse insight, conseguimos criar e adicionar novos recursos à GPU do Xbox Series X, o que permite carregar apenas as subporções de um nível de mip na memória, sob demanda, bem a tempo quando a GPU exigir os dados. Essa inovação resulta em aproximadamente 2,5 vezes a taxa de transferência efetiva de E/S e o uso de memória acima e além dos recursos brutos de hardware em média. O SFS fornece um multiplicador eficaz na memória do sistema disponível e largura de banda de E/S,

Através do aumento maciço na taxa de transferência de E/S, descompressão acelerada por hardware, DirectStorage e os aumentos significativos na eficiência fornecidos pelo Sampler Feedback Streaming, a Xbox Velocity Architecture permite que o Xbox Series X forneça desempenho eficaz muito além das especificações de hardware bruto, fornecendo, acesso instantâneo e de baixo nível a mais de 100 GB de dados do jogo armazenados no SSD bem a tempo para quando o jogo o exigir. Essas inovações desbloquearão novas experiências de jogo e um nível de profundidade e imersão diferente de tudo que você já experimentou nos jogos.

Desbloqueando experiências de próxima geração

O que tudo isso significa para você como jogador? À medida que os desenvolvedores e empresas de middleware mais criativos do setor começaram a explorar esses novos recursos, esperamos inovações significativas em toda a próxima geração, pois essa nova arquitetura revolucionária permite cenários totalmente novos nunca antes considerados possíveis em jogos. A Xbox Velocity Architecture oferece um novo nível de desempenho e recursos muito além das especificações brutas do próprio hardware. A Xbox Velocity Architecture repensa fundamentalmente como um desenvolvedor pode tirar proveito do hardware fornecido pelo Xbox Series X. De técnicas de renderização totalmente novas à eliminação virtual de tempos de carregamento, a mundos vivos maiores e mais dinâmicos onde, como jogador, você pode escolha como você deseja explorar, não podemos estar mais animados com os primeiros resultados que já estamos vendo. Além disso, a Xbox Velocity Architecture abriu ainda mais oportunidades e permitiu novas inovações no nível da plataforma, como o Quick Resume, que permite retomar instantaneamente de onde parou em vários jogos, melhorando a experiência geral de jogo para todos os jogadores no Xbox Series X.

Mal podemos esperar para que os jogadores de todo o mundo experimentem essas novas experiências de jogos da próxima geração no Xbox Series X neste feriado e além. Para mais informações sobre a Xbox Velocity Architecture, confira o vídeo acima.