Архітектура Xbox Velocity: ближчий погляд на технологію наступного покоління, що сприяє прогресу ігрових інновацій на Xbox Series X

Коли ми збиралися розробити Xbox Series X, ми прагнули створити нашу найпотужнішу консоль, яка коли-небудь була заснована на інноваціях наступного покоління та забезпечувала стабільну стабільну продуктивність, якої ніколи раніше не бачили в консолях без компромісів. Щоб досягти цієї мети, ми знали, що нам потрібно проаналізувати кожен компонент системи, щоб вийти за рамки обмежень у продуктивності та дизайні традиційної консолі. При розробці Xbox Series X було надзвичайно важливо забезпечити чудовий баланс потужності, швидкості та продуктивності, гарантуючи, що жоден компонент не буде обмежувати творчі амбіції найкращих у світі творців, надаючи їм можливість створювати справді трансформаційні ігрові враження наступного покоління. можливо в попередніх поколіннях консолей.

Серцем Xbox Series X є наш спеціальний процесор, який використовує найновіші архітектури RDNA 2 і Zen 2 від наших партнерів із AMD, щоб забезпечити найкращий у своєму класі процесор наступного покоління, що забезпечує потужність графічного процесора понад 12 TFLOPs і більш ніж у 4 рази потужність ЦП обчислювальна потужність Xbox One X. Xbox Series X включає найвищу пропускну здатність пам’яті серед консолей наступного покоління з 16 ГБ пам’яті GDDR6, включаючи 10 ГБ пам’яті, оптимізованої для графічного процесора, зі швидкістю 560 ГБ/с, щоб забезпечити живлення процесора без вузьких місць. Коли ми проаналізували підсистему зберігання, стало зрозуміло, що ми досягли верхньої межі традиційних технологій жорстких дисків, і щоб реалізувати наші прагнення щодо дизайну, нам потрібно радикально переглянути та революціонізувати наш підхід до Xbox Series X.

Розширення можливостей дизайну ігор нового покоління та творчого бачення

Сучасні ігри вимагають значної кількості даних, щоб створити реалістичні світи та всесвіти, які відчувають гравці. Щоб забезпечити оптимальну роботу процесора, усі ці дані потрібно завантажити зі сховища в пам’ять. Вибух величезних динамічних середовищ відкритого світу та живих стійких світів із підвищеною щільністю та різноманітністю лише збільшив кількість необхідних даних. Дані сітки навколишнього середовища, моделі персонажів із високими полігонами, текстури високої роздільної здатності, анімаційні дані, вихідні аудіо- та відеофайли та багато іншого поєднуються разом, щоб створити ігрове середовище для гравця з найбільшим ефектом занурення.

Незважаючи на здатність сучасних ігрових движків і проміжного програмного забезпечення передавати ігрові ресурси в пам’ять із локального сховища, дизайнерам рівнів досі часто потрібно створювати вузькі шляхи, коридори чи ліфти, щоб обійти обмеження традиційного жорсткого диска та конвеєра вводу/виводу.. Ці ігрові елементи часто використовуються для маскування необхідності вивантажувати активи попередньої зони з пам’яті під час завантаження нових активів для наступного ігрового простору. Оскільки ми обговорювали прагнення розробників щодо ігор наступного покоління та обмеження технологій поточного покоління, цей виклик продовжував би експоненціально зростати та ще більше обмежував амбіції щодо ігор, що справді трансформують. Цей відгук вплинув на дизайн і розробку архітектури Xbox Velocity.

Представляємо архітектуру Xbox Velocity

Архітектура Xbox Velocity була розроблена як найкраще рішення для потокової передачі ігрових активів наступного покоління. Це радикальне переосмислення традиційної підсистеми введення-виведення безпосередньо вплинуло на всі аспекти дизайну Xbox Series X. Якщо наш спеціально розроблений процесор лежить в основі Xbox Series X, архітектура Xbox Velocity — це душа. Завдяки глибокій інтеграції апаратних і програмних інновацій архітектура Xbox Velocity забезпечить ігровий досвід наступного покоління, якого ви не бачили раніше.

Архітектура Xbox Velocity складається з чотирьох основних компонентів: нашого спеціального NVME SSD, блоків декомпресії з апаратним прискоренням, абсолютно нового рівня DirectStorage API та Sampler Feedback Streaming (SFS).

Давайте глибше зануримося в кожен компонент:

• Нестандартний твердотільний накопичувач NVME: основою архітектури Xbox Velocity є наш нестандартний твердотільний накопичувач NVME ємністю 1 ТБ, який забезпечує пропускну здатність необробленого вводу-виводу 2,4 ГБ/с, що в 40 разів перевищує пропускну здатність Xbox One. Традиційні твердотільні накопичувачі, які використовуються в ПК, часто знижують продуктивність через підвищення температури або під час обслуговування диска. Нестандартний твердотільний накопичувач NVME в Xbox Series X розроблений для постійної стабільної продуктивності на відміну від максимальної продуктивності. Розробники мають гарантований рівень продуктивності вводу-виводу в будь-який час, і вони можуть надійно проектувати та оптимізувати свої ігри, усуваючи бар’єри та обмеження, які їм доводиться обходити сьогодні. Такий самий рівень сталої стабільної продуктивності також стосується карти пам’яті Seagate Expandable Storage Card, що гарантує вам однакові враження від гри незалежно від того, де знаходиться гра.
• Апаратне прискорення декомпресії:Ігрові пакети та ресурси стискаються, щоб мінімізувати час завантаження та обсяг пам’яті, необхідний для кожної окремої гри. Завдяки апаратній прискореній підтримці галузевого стандарту декомпресора LZ, а також абсолютно нового власного алгоритму BCPack, спеціально розробленого для текстурних даних, Xbox Series X забезпечує найкраще з обох світів для розробників, щоб досягти значної економії без втрати якості чи продуктивності.. Оскільки текстурні дані становлять значну частину загального загального розміру гри, маючи спеціально розроблений алгоритм, оптимізований для текстурних даних на додаток до загального призначення LZ декомпресора, обидва можуть використовуватися паралельно для зменшення загального розміру ігрового пакету. Припускаючи ступінь стиснення 2:1, Xbox Series X забезпечує ефективну продуктивність вводу-виводу в 4,8 ГБ/с, приблизно в 100 разів продуктивність вводу-виводу в консолях поточного покоління. Щоб забезпечити аналогічний рівень продуктивності декомпресії в програмному забезпеченні, знадобиться більше 4 ядер ЦП Zen 2.
• Новий API DirectStorage:Стандартні API файлів вводу/виводу були розроблені більше 30 років тому і практично не змінилися, тоді як технологія зберігання даних значно вдосконалилася з того часу. Проаналізувавши шаблони доступу до ігрових даних, а також останні досягнення апаратного забезпечення з технологією SSD, ми знали, що нам потрібно вдосконалити сучасні технології, щоб надати більше контролю в руки розробників. Ми додали абсолютно новий API DirectStorage до сімейства DirectX, надаючи розробникам детальний контроль над операціями вводу-виводу, дозволяючи їм створювати кілька черг вводу-виводу, пріоритезацію та мінімізуючи затримку введення-виведення. Ці API прямого низькорівневого доступу гарантують, що розробники зможуть повною мірою скористатися перевагами необробленої продуктивності вводу-виводу, яку забезпечує апаратне забезпечення, що призведе до практичної ліквідації часу завантаження або систем швидкого переміщення, які є саме такими. .. швидко.
• Потокова передача зворотного зв’язку семплера (SFS):Sampler Feedback Streaming — це абсолютно нова інновація, створена на основі всіх інших досягнень архітектури Xbox Velocity. Ігрові текстури оптимізовані на різних рівнях деталізації та роздільної здатності, які називаються mipmaps, і можуть використовуватися під час візуалізації залежно від того, наскільки близько чи далеко знаходиться об’єкт від гравця. Коли об’єкт наближається до гравця, роздільна здатність текстури повинна збільшуватися, щоб забезпечити чіткі деталі та зображення, яких очікують гравці. Однак ці більші mip-карти вимагають значного обсягу пам’яті порівняно з mip-картами нижчої роздільної здатності, які можна використовувати, якщо об’єкт знаходиться далі в сцені. Сьогодні розробники повинні завантажувати весь рівень mip у пам’ять навіть у випадках, коли вони можуть взяти лише дуже невелику частину загальної текстури. Завдяки спеціалізованому обладнанню, доданому до Xbox One X, ми змогли проаналізувати використання текстурної пам’яті графічним процесором і виявили, що графічний процесор часто отримує доступ до менш ніж 1/3 даних текстур, необхідних для завантаження в пам’ять. Одна сцена часто містить тисячі різних текстур, що призводить до значної втрати ефективної пам’яті та використання пропускної здатності введення/виведення через неефективне використання. Завдяки цьому розуміння ми змогли створити та додати нові можливості до графічного процесора Xbox Series X, які дозволяють йому завантажувати в пам’ять лише підчастини рівня mip на вимогу, саме вчасно, коли графічний процесор потребує даних. Ця інновація забезпечує приблизно 2,5-кратне збільшення ефективної пропускної здатності вводу-виводу та використання пам’яті, що перевищує в середньому необроблені апаратні можливості. SFS забезпечує ефективний множник доступної системної пам’яті та пропускної здатності вводу/виводу,

Завдяки значному збільшенню пропускної здатності вводу/виводу, апаратно-прискореній декомпресії, DirectStorage та значному підвищенню ефективності, що забезпечується Sampler Feedback Streaming, архітектура Xbox Velocity дає змогу Xbox Series X забезпечувати ефективну продуктивність, що значно перевищує вихідні характеристики апаратного забезпечення, забезпечуючи пряме, миттєвий низький рівень доступу до понад 100 ГБ ігрових даних, що зберігаються на SSD, саме вчасно, коли цього вимагає гра. Ці інновації відкриють новий ігровий процес, а також рівень глибини та занурення, які ви раніше не відчували в іграх.

Розблокування досвіду нового покоління

Що все це означає для вас як гравця? Оскільки найкреативніші розробники галузі та компанії проміжного програмного забезпечення почали досліджувати ці нові можливості, ми очікуємо значних інновацій у наступному поколінні, оскільки ця революційна нова архітектура дозволяє створювати абсолютно нові сценарії, які ніколи раніше не вважалися можливими в іграх. Архітектура Xbox Velocity забезпечує новий рівень продуктивності та можливостей, що виходять за рамки сирих специфікацій самого обладнання. Архітектура Xbox Velocity фундаментально переосмислює те, як розробник може скористатися апаратним забезпеченням Xbox Series X. Від абсолютно нових методів візуалізації до віртуального усунення часу завантаження до більших, динамічніших живих світів, де, як гравець, ви можете виберіть, як ви хочете досліджувати, ми не можемо бути більше схвильовані першими результатами, які ми вже бачимо. Крім того, архітектура Xbox Velocity відкрила ще більше можливостей і увімкнула нові інновації на рівні платформи, такі як Quick Resume, яке дозволяє миттєво продовжувати з того місця, де ви зупинилися в кількох іграх, покращуючи загальний ігровий досвід для всіх геймерів Xbox Series X.

Ми не можемо дочекатися, коли геймери в усьому світі зможуть відчути ці нові ігрові можливості наступного покоління на Xbox Series X цього свята та пізніше. Щоб дізнатися більше про архітектуру Xbox Velocity, перегляньте відео вище.