Архитектура Xbox Velocity: более пристальный взгляд на технологии следующего поколения, продвигающие игровые инновации на Xbox Series X

Когда мы приступили к разработке Xbox Series X, мы стремились создать нашу самую мощную консоль, когда-либо основанную на инновациях следующего поколения и обеспечивающую стабильную, устойчивую производительность, никогда ранее не встречавшуюся на консоли без каких-либо компромиссов. Мы знали, что для достижения этой цели нам необходимо проанализировать каждый компонент системы, чтобы выйти за пределы ограничений, накладываемых традиционными консольными характеристиками и дизайном. При разработке Xbox Series X было крайне важно обеспечить превосходный баланс мощности, скорости и производительности, при этом гарантируя, что ни один компонент не будет ограничивать творческие амбиции лучших создателей мира, позволяя им создавать действительно преобразующие игровые возможности следующего поколения. возможно в предыдущих поколениях консолей.

В основе Xbox Series X лежит наш специальный процессор, использующий новейшие архитектуры RDNA 2 и Zen 2 от наших партнеров в AMD, чтобы предоставить лучший в своем классе процессор следующего поколения, обеспечивающий более 12 терафлопов мощности графического процессора и более чем в 4 раза превышающий мощность ЦП. вычислительная мощность Xbox One X. Xbox Series X включает в себя самую высокую пропускную способность памяти среди всех консолей следующего поколения с 16 ГБ памяти GDDR6, включая 10 ГБ памяти, оптимизированной для графического процессора, со скоростью 560 ГБ/с, чтобы обеспечить бесперебойную работу процессора. Когда мы проанализировали подсистему хранения, стало ясно, что мы достигли верхних пределов традиционной технологии жестких дисков, и чтобы воплотить в жизнь наши стремления к дизайну, нам необходимо радикально переосмыслить и революционизировать наш подход к Xbox Series X.

Расширение возможностей игрового дизайна нового поколения и творческого видения

Современные игры требуют значительного объема данных для создания реалистичных миров и вселенных, с которыми сталкиваются геймеры. Чтобы процессор работал с оптимальной производительностью, все эти данные должны быть загружены из хранилища в память. Взрыв массивных, динамичных сред с открытым миром и живых, устойчивых миров с повышенной плотностью и разнообразием только увеличил количество необходимых данных. Данные сетки окружающей среды, модели персонажей с большим количеством полигонов, текстуры высокого разрешения, данные анимации, исходные аудио- и видеофайлы и многое другое объединяются вместе, чтобы обеспечить максимально захватывающую игровую среду для игрока.

Несмотря на способность современных игровых движков и промежуточного программного обеспечения передавать игровые ресурсы в память из локального хранилища, дизайнерам уровней по-прежнему часто приходится создавать узкие проходы, коридоры или лифты, чтобы обойти ограничения традиционного жесткого диска и конвейера ввода-вывода.. Эти внутриигровые элементы часто используются для маскировки необходимости выгрузки ресурсов предыдущей зоны из памяти при загрузке новых ресурсов для следующего игрового пространства. По мере того, как мы обсуждали стремления разработчиков к своим играм следующего поколения и ограничения технологий текущего поколения, эта проблема будет продолжать расти в геометрической прогрессии и еще больше ограничивать стремление к действительно преобразующим играм. Эта обратная связь повлияла на дизайн и разработку архитектуры Xbox Velocity.

Представляем архитектуру Xbox Velocity

Архитектура Xbox Velocity была разработана как идеальное решение для потоковой передачи игровых ресурсов следующего поколения. Это радикальное переосмысление традиционной подсистемы ввода-вывода напрямую повлияло на все аспекты дизайна Xbox Series X. Если наш специально разработанный процессор лежит в основе Xbox Series X, то архитектура Xbox Velocity — это его душа. Благодаря глубокой интеграции аппаратных и программных инноваций архитектура Xbox Velocity обеспечит игровые возможности нового поколения, не похожие ни на что, что вы видели раньше.

Архитектура Xbox Velocity состоит из четырех основных компонентов: нашего специального твердотельного накопителя NVME, блоков декомпрессии с аппаратным ускорением, совершенно нового уровня API DirectStorage и потоковой передачи обратной связи сэмплера (SFS).

Давайте углубимся в каждый компонент:

• Пользовательский твердотельный накопитель NVME: основой архитектуры Xbox Velocity является наш специальный твердотельный накопитель NVME емкостью 1 ТБ, обеспечивающий пропускную способность ввода-вывода 2,4 ГБ/с, что более чем в 40 раз превышает пропускную способность Xbox One. Традиционные твердотельные накопители, используемые в ПК, часто снижают производительность по мере увеличения температуры или при обслуживании диска. Пользовательский твердотельный накопитель NVME в Xbox Series X предназначен для стабильной и устойчивой работы, а не для пиковой производительности. Разработчики имеют гарантированный уровень производительности ввода-вывода в любое время, и они могут надежно проектировать и оптимизировать свои игры, устраняя барьеры и ограничения, которые им приходится преодолевать сегодня. Тот же самый уровень стабильной и устойчивой производительности также характерен для карты памяти Seagate Expandable Storage Card, гарантируя одинаковый игровой процесс независимо от того, где находится игра.
• Аппаратное ускорение декомпрессии:Игровые пакеты и активы сжаты, чтобы свести к минимуму время загрузки и объем памяти, необходимый для каждой отдельной игры. Благодаря поддержке аппаратного ускорения стандартного отраслевого декомпрессора LZ, а также нового запатентованного алгоритма BCPack, специально разработанного для текстурных данных, Xbox Series X предоставляет разработчикам лучшее из обоих миров для достижения значительной экономии без потери качества или производительности.. Поскольку данные текстур составляют значительную часть общего общего размера игры, имея специально созданный алгоритм, оптимизированный для данных текстур, в дополнение к декомпрессору общего назначения LZ, оба могут использоваться параллельно для уменьшения общего размера игрового пакета. При коэффициенте сжатия 2:1 Xbox Series X обеспечивает эффективную производительность ввода-вывода 4,8 ГБ/с для игры. примерно в 100 раз выше производительность ввода-вывода в консолях текущего поколения. Для обеспечения аналогичного уровня производительности декомпрессии в программном обеспечении потребуется более 4 ядер процессора Zen 2.
• Новый API DirectStorage:Стандартные API-интерфейсы файлового ввода-вывода были разработаны более 30 лет назад и практически не изменились, в то время как технология хранения с тех пор значительно продвинулась вперед. Когда мы анализировали шаблоны доступа к игровым данным, а также последние усовершенствования аппаратного обеспечения с технологией SSD, мы поняли, что нам необходимо улучшить состояние дел, чтобы дать больше контроля в руки разработчиков. Мы добавили совершенно новый DirectStorage API в семейство DirectX, предоставляя разработчикам возможность точного контроля своих операций ввода-вывода, позволяя им создавать несколько очередей ввода-вывода, устанавливать приоритеты и минимизировать задержку ввода-вывода. Эти API-интерфейсы прямого низкоуровневого доступа гарантируют, что разработчики смогут в полной мере воспользоваться преимуществами необработанной производительности ввода-вывода, обеспечиваемой аппаратным обеспечением, что приведет к практически полному сокращению времени загрузки или систем быстрого перемещения, которые являются именно этим. .. быстро.
• Потоковая передача обратной связи семплера (SFS):Sampler Feedback Streaming — это совершенно новая инновация, созданная поверх всех других достижений архитектуры Xbox Velocity. Игровые текстуры оптимизированы для разных уровней детализации и разрешения, называемых MIP-картами, и могут использоваться во время рендеринга в зависимости от того, насколько близко или далеко находится объект от игрока. По мере того, как объект приближается к игроку, разрешение текстуры должно увеличиваться, чтобы обеспечить четкие детали и визуальные эффекты, которые ожидают геймеры. Однако эти большие мип-карты требуют значительного объема памяти по сравнению с мип-картами с более низким разрешением, которые можно использовать, если объект находится дальше в сцене. Сегодня разработчики должны загружать в память весь мип-уровень даже в тех случаях, когда они могут сэмплировать только очень небольшую часть общей текстуры. Благодаря специальному оборудованию, добавленному в Xbox One X, мы смогли проанализировать использование текстурной памяти графическим процессором и обнаружили, что графический процессор часто обращается менее чем к 1/3 данных текстур, необходимых для загрузки в память. Одна сцена часто включает в себя тысячи различных текстур, что приводит к значительной потере полезной памяти и пропускной способности ввода-вывода из-за неэффективного использования. Благодаря этому пониманию мы смогли создать и добавить новые возможности для графического процессора Xbox Series X, которые позволяют ему загружать только подфрагменты мип-уровня в память по запросу, как раз в тот момент, когда графическому процессору требуются данные. Это нововведение приводит к примерно 2,5-кратному увеличению эффективной пропускной способности ввода-вывода и использования памяти сверх возможностей аппаратного обеспечения в среднем. SFS обеспечивает эффективный множитель доступной системной памяти и пропускной способности ввода-вывода,

Благодаря значительному увеличению пропускной способности ввода-вывода, декомпрессии с аппаратным ускорением, DirectStorage и значительному повышению эффективности, обеспечиваемому потоковой передачей обратной связи семплера, архитектура Xbox Velocity позволяет Xbox Series X обеспечивать эффективную производительность, выходящую далеко за рамки необработанных спецификаций оборудования, обеспечивая прямое, мгновенный низкоуровневый доступ к более чем 100 ГБ игровых данных, хранящихся на SSD, как раз в тот момент, когда игра требует этого. Эти инновации откроют новые возможности игрового процесса и уровень глубины и погружения, которого вы раньше не испытывали в играх.

Открывая возможности нового поколения

Что все это значит для вас как для геймера? Поскольку самые творческие разработчики отрасли и компании-производители промежуточного программного обеспечения начали исследовать эти новые возможности, мы ожидаем значительных инноваций в следующем поколении, поскольку эта революционная новая архитектура позволяет реализовать совершенно новые сценарии, которые ранее не считались возможными в играх. Архитектура Xbox Velocity обеспечивает новый уровень производительности и возможностей, выходящих далеко за рамки необработанных спецификаций самого оборудования. Архитектура Xbox Velocity принципиально переосмысливает то, как разработчик может использовать преимущества оборудования, предоставляемого Xbox Series X. От совершенно новых методов рендеринга до виртуального устранения времени загрузки до более крупных и динамичных живых миров, в которых вы, как геймер, можете выберите, как вы хотите исследовать, мы не можем быть более взволнованы первыми результатами, которые мы уже видим. Кроме того, архитектура Xbox Velocity открыла еще больше возможностей и сделала возможными новые инновации на уровне платформы, такие как Quick Resume, которая позволяет мгновенно возобновлять игру с того места, на котором вы остановились, улучшая общий игровой процесс для всех игроков на Xbox Series. ИКС.

Мы не можем дождаться, когда геймеры со всего мира смогут испытать эти новые игровые возможности следующего поколения на Xbox Series X в эти праздничные дни и в последующие дни. Для получения дополнительной информации об архитектуре Xbox Velocity посмотрите видео выше.