Xbox Velocity Architecture: En närmare titt på nästa generations teknik som driver spelinnovation framåt på Xbox Series X

När vi gav oss i kast med att designa Xbox Series X strävade vi efter att bygga vår mest kraftfulla konsol som någonsin drivs av nästa generations innovation och leverera konsekvent, ihållande prestanda som aldrig tidigare setts i en konsol utan kompromisser. För att uppnå detta mål visste vi att vi behövde analysera varje komponent i systemet, för att gå bortom begränsningarna i traditionell konsolprestanda och design. Det var avgörande i designen av Xbox Series X för att säkerställa att vi hade en överlägsen balans mellan kraft, hastighet och prestanda samtidigt som vi säkerställde att ingen komponent skulle begränsa den kreativa ambitionen hos världens bästa kreatörer, vilket ger dem möjlighet att leverera verkligt transformativa nästa generations spelupplevelser. möjligt i tidigare konsolgenerationer.

I hjärtat av Xbox Series X är vår anpassade processor som utnyttjar de senaste RDNA 2- och Zen 2-arkitekturerna från våra partners på AMD för att leverera en klassens bästa nästa generations processor som levererar mer än 12 TFLOPs GPU-kraft och mer än 4 gånger så mycket CPU processorkraft för Xbox One X. Xbox Series X inkluderar den högsta minnesbandbredden för alla nästa generations konsoler med 16 GB GDDR6-minne, inklusive 10 GB GPU-optimerat minne vid 560 GB/s för att hålla processorn matad utan flaskhalsar. När vi analyserade lagringsundersystemet blev det tydligt att vi hade nått de övre gränserna för traditionell hårddiskteknik och för att kunna leverera på våra designambitioner måste vi radikalt tänka om och revolutionera vårt tillvägagångssätt med Xbox Series X.

Ge nästa generations speldesign och kreativ vision

Moderna spel kräver en betydande mängd data för att skapa de realistiska världar och universum som spelare upplever. För att processorn ska kunna arbeta med sin optimala prestanda måste all denna data laddas från lagringen till minnet. Explosionen av massiva, dynamiska miljöer med öppen värld och levande, beständiga världar med ökad täthet och variation har bara ökat mängden data som krävs. Från miljödata, karaktärsmodeller med hög polygon, högupplösta texturer, animationsdata, ljud- och videokällfiler och mer kombineras för att skapa den mest uppslukande spelmiljön för spelaren.

Trots möjligheten för moderna spelmotorer och mellanprogram att strömma speltillgångar till minnet från lokal lagring, krävs fortfarande ofta nivådesigner för att skapa smala vägar, korridorer eller hissar för att kringgå begränsningarna hos en traditionell hårddisk och I/O-pipeline. Dessa element i spelet används ofta för att maskera behovet av att ladda bort den tidigare zonens tillgångar från minnet medan du laddar in nya tillgångar för nästa spelutrymme. När vi diskuterade utvecklarnas ambitioner för deras nästa generations titlar och begränsningarna för nuvarande generations teknologi, skulle denna utmaning fortsätta att öka exponentiellt och ytterligare begränsa ambitionen för verkligt transformativa spel. Denna feedback påverkade designen och utvecklingen av Xbox Velocity Architecture.

Vi presenterar Xbox Velocity Architecture

Xbox Velocity Architecture designades som den ultimata lösningen för streaming av speltillgångar i nästa generation. Denna radikala återuppfinning av det traditionella I/O-undersystemet påverkade direkt alla aspekter av Xbox Series X-designen. Om vår specialdesignade processor är hjärtat i Xbox Series X, är Xbox Velocity Architecture själen. Genom en djup integration av hårdvaru- och mjukvaruinnovation kommer Xbox Velocity Architecture att driva nästa generations spelupplevelser som inte liknar något du har sett tidigare.

Xbox Velocity Architecture består av fyra huvudkomponenter: vår anpassade NVME SSD, hårdvaruaccelererade dekompressionsblock, ett helt nytt DirectStorage API-lager och Sampler Feedback Streaming (SFS).

Låt oss dyka djupt in i varje komponent:

• Anpassad NVME SSD: Grunden för Xbox Velocity Architecture är vår anpassade, 1TB NVME SSD, som levererar 2,4 GB/s rå I/O-genomströmning, mer än 40 gånger så mycket som Xbox One. Traditionella SSD-enheter som används i PC-datorer minskar ofta prestandan när värmen ökar eller när enheten utför underhåll. Den anpassade NVME SSD-enheten i Xbox Series X är designad för konsekvent, ihållande prestanda i motsats till toppprestanda. Utvecklare har en garanterad nivå av I/O-prestanda hela tiden och de kan på ett tillförlitligt sätt designa och optimera sina spel genom att ta bort de hinder och begränsningar som de måste kringgå idag. Samma nivå av konsekvent, ihållande prestanda gäller även för Seagate Expandable Storage Card, vilket säkerställer att du har exakt samma spelupplevelse oavsett var spelet finns.
• Hårdvaruaccelererad dekompression:Spelpaket och tillgångar komprimeras för att minimera nedladdningstider och mängden lagringsutrymme som krävs för varje enskilt spel. Med hårdvaruaccelererat stöd för både industristandarden LZ-dekomprimerare samt en helt ny, egenutvecklad algoritm speciellt designad för texturdata med namnet BCPack, ger Xbox Series X det bästa av två världar för utvecklare att uppnå enorma besparingar utan förlust av kvalitet eller prestanda. Eftersom texturdata utgör en betydande del av den totala totala storleken på ett spel, med en specialbyggd algoritm optimerad för texturdata utöver den allmänna LZ-dekomprimeraren, kan båda användas parallellt för att minska den totala storleken på ett spelpaket. Om man antar ett komprimeringsförhållande på 2:1, levererar Xbox Series X effektiva 4,8 GB/s i I/O-prestanda till titeln, ungefär 100 gånger I/O-prestanda i nuvarande generations konsoler. För att leverera liknande nivåer av dekompressionsprestanda i programvara skulle det krävas mer än 4 Zen 2 CPU-kärnor.
• Nytt DirectStorage API:Standard File I/O API:er utvecklades för mer än 30 år sedan och är praktiskt taget oförändrade medan lagringstekniken har gjort betydande framsteg sedan dess. När vi analyserade åtkomstmönster för speldata såväl som de senaste hårdvaruframstegen med SSD-teknik, visste vi att vi behövde utveckla den senaste tekniken för att lägga mer kontroll i händerna på utvecklarna. Vi lade till ett helt nytt DirectStorage API till DirectX-familjen, vilket ger utvecklare finkornig kontroll över sina I/O-operationer, vilket ger dem möjlighet att upprätta flera I/O-köer, prioritera och minimera I/O-latens. Dessa API:er för direkt åtkomst på låg nivå säkerställer att utvecklare kommer att kunna dra full nytta av den råa I/O-prestandan som hårdvaran erbjuder, vilket resulterar i att laddningstider eller system för snabba resor praktiskt taget elimineras. .. snabbt.
• Sampler Feedback Streaming (SFS):Sampler Feedback Streaming är en helt ny innovation byggd ovanpå alla andra framsteg i Xbox Velocity Architecture. Speltexturer är optimerade med olika detaljnivåer och upplösning, kallade mipmaps, och kan användas under rendering baserat på hur nära eller långt bort ett objekt är från spelaren. När ett objekt rör sig närmare spelaren måste upplösningen på texturen öka för att ge den skarpa detalj och grafik som spelare förväntar sig. Dessa större mipmaps kräver dock en betydande mängd minne jämfört med mips med lägre upplösning som kan användas om objektet är längre bort i scenen. Idag måste utvecklare ladda en hel mip-nivå i minnet även i de fall de kanske bara provar en mycket liten del av den övergripande texturen. Genom specialiserad hårdvara som lagts till Xbox One X, vi kunde analysera texturminnesanvändningen av GPU:n och vi upptäckte att GPU:n ofta kommer åt mindre än 1/3 av texturdata som krävs för att laddas i minnet. En enda scen innehåller ofta tusentals olika texturer, vilket resulterar i en betydande förlust av effektivt minne och I/O-bandbreddsanvändning på grund av ineffektiv användning. Med denna insikt kunde vi skapa och lägga till nya funktioner till Xbox Series X GPU som gör att den bara kan ladda underdelarna av en mip-nivå i minnet, på begäran, precis i tid för när GPU:n kräver data. Denna innovation resulterar i ungefär 2,5 gånger den effektiva I/O-genomströmningen och minnesanvändningen utöver den råa hårdvarukapaciteten i genomsnitt. SFS ger en effektiv multiplikator på tillgängligt systemminne och I/O-bandbredd,

Genom den massiva ökningen av I/O-genomströmning, hårdvaruaccelererad dekompression, DirectStorage och de betydande ökningarna i effektivitet som tillhandahålls av Sampler Feedback Streaming, gör Xbox Velocity Architecture det möjligt för Xbox Series X att leverera effektiv prestanda långt utöver de råa hårdvaruspecifikationerna, vilket ger direkt, omedelbar tillgång på låg nivå till mer än 100 GB speldata lagrad på SSD:n precis i tid för när spelet kräver det. Dessa innovationer kommer att låsa upp nya spelupplevelser och en nivå av djup och fördjupning som inte liknar något du tidigare har upplevt inom spel.

Låser upp nästa generations upplevelser

Vad betyder allt detta för dig som spelare? Eftersom branschens mest kreativa utvecklare och mellanvaruföretag har börjat utforska dessa nya möjligheter, förväntar vi oss betydande innovation under nästa generation eftersom denna revolutionerande nya arkitektur möjliggör helt nya scenarier som aldrig tidigare ansetts vara möjliga inom spel. Xbox Velocity Architecture ger en ny nivå av prestanda och kapacitet långt utöver de råa specifikationerna för själva hårdvaran. Xbox Velocity Architecture omprövar i grunden hur en utvecklare kan dra nytta av hårdvaran som tillhandahålls av Xbox Series X. Från helt nya renderingstekniker till virtuell eliminering av laddningstider, till större, mer dynamiska livsvärldar där du som spelare kan välj hur du vill utforska, vi kan inte vara mer exalterade över de tidiga resultaten vi redan ser. Dessutom har Xbox Velocity Architecture öppnat ännu fler möjligheter och möjliggjort nya innovationer på plattformsnivå, som Quick Resume som gör att du omedelbart kan fortsätta där du slutade i flera spel, vilket förbättrar den övergripande spelupplevelsen för alla spelare på Xbox Series X.

Vi kan inte vänta på att spelare runt om i världen ska få uppleva dessa nya, nästa generations spelupplevelser på Xbox Series X den här semestern och framåt. För mer information om Xbox Velocity Architecture, kolla in videon ovan.