Architektura Xbox Velocity: przyjrzyj się innowacjom nowej generacji w Xbox

Xbox zaprezentował jak zaprojektowana została technologia Xbox Velocity Architecture, zwana duszą Xbox Series X – głównym celem nowego rozwiązania było uzyskanie niespotykanego dotąd w grach konsolowych poziomu głębi i realizmu.

XBox Series X

Kiedy rozpoczynano projektowanie Xbox Series X, celem było zbudowanie najpotężniejszej w historii konsoli, wykorzystującej innowacyjne technologie, która zapewnia niespotykaną dotąd wydajność. Aby osiągnąć ten cel trzeba było przemyśleć każdy element konstrukcji, przekraczając w ten sposób ograniczenia w zakresie wydajności i budowy tradycyjnego sprzętu gamingowego. Kluczowe znaczenie podczas pracy nad Xbox Series X, miało zagwarantowanie graczom doskonałej równowagi pomiędzy mocą, szybkością i wydajnością, przy jednoczesnym nie tłumieniu twórczych ambicji najlepszych twórców na świecie.

Sprzęt napędza specjalnie zaprojektowany procesor, korzystający z najnowszych architektur Zen 2 i RDNA 2 firmy AMD. Nowy system wbudowany w układ (System On a Chip – SOC) stworzono od podstaw z myślą o prędkości i wydajności, dostarczając moc obliczeniową 12 teraflopów mocy GPU i ponad 4 razy większą moc obliczeniową niż Xbox One X.

Urządzenie oferuje najwyższą przepustowość pamięci spośród wszystkich konsol nowej generacji z 16 GB pamięci GDDR6, w tym 10 GB zoptymalizowanej pod kątem GPU pamięci przy prędkości 560 GB/s. Kiedy analizowano podsystem pamięci masowej, stało się jasne, że osiągnięto górne granice tradycyjnej technologii dysków twardych. By zrealizować aspiracje projektowe, twórcy musieli radykalnie przemyśleć i zrewolucjonizować podejście do Xbox Series X. 

Projektowanie gier nowej generacji – nowa jakość

Najnowsze tytuły wymagają znacznej ilości danych do stworzenia realistycznej rozgrywki, której będą doświadczać gracze. Dynamiczny rozwój ogromnych i zmieniających się środowisk w grach, światów o wysoce zagęszczonych obszarach i różnorodności, zwiększył zapotrzebowanie na dane. Począwszy od tekstur w wysokiej rozdzielczości, po animacje, pliki źródłowe audio i wideo, które po połączeniu zapewniają graczom najbardziej wciągające doznania. 

Xbox Velocity

Architektura Xbox Velocity została zaprojektowana jako najlepsze rozwiązanie do strumieniowego przesyłania zasobów gry w Xbox Series X. Ta radykalna zmiana tradycyjnego podsystemu I/O wpłynęła bezpośrednio na wszystkie aspekty projektu nowej konsoli. Jeśli specjalnie stworzony procesor jest sercem Xbox Series X, to Xbox Velocity jest jej duszą. Dzięki głębokiej integracji innowacji sprzętowych i programowych, architektura zapewni niespotykane dotąd wrażenia z gier. 

Architektura Xbox Velocity składa się z czterech głównych komponentów: naszego dysku SSD NVME, sprzętowo przyspieszonych bloków dekompresyjnych, zupełnie nowej warstwy API DirectStorage i Sampler Feedback Streaming (SFS).

  • Dysk SSD NVME: Podstawą Architektury Xbox Velocity jest nasz dysk SSD NVME 1 TB, zapewniający 2,4 GB/s nieprzetworzonej przepustowości I/O, ponad 40 razy większej niż w Xbox One. Tradycyjne dyski SSD stosowane w komputerach PC, często zmniejszają wydajność wraz ze wzrostem temperatury lub podczas konserwacji dysku. SSD NVME w konsoli Xbox Series X zapewnia spójną i stałą wydajność. Deweloperzy mają gwarantowany poziom wydajności I/O przez cały czas i mogą projektować, i optymalizować swoje gry, usuwając bariery i ograniczenia. 
  • Sprzętowa przyspieszona dekompresja: Pakiety gier i zasoby są kompresowane w celu zminimalizowania czasu pobierania i ilości pamięci wymaganej dla każdej gry. Dzięki przyspieszeniu sprzętowemu, zarówno dla standardowego dekompresora LZ, jak i zupełnie nowego, zastrzeżonego algorytmu specjalnie zaprojektowanego dla danych tekstur o nazwie BCPack, Xbox Series X dostarcza programistom to, co najlepsze, aby osiągnąć korzyści bez utraty jakości lub wydajności. Ponieważ dane tekstur stanowią znaczną część całkowitego rozmiaru gry, mając specjalnie opracowany algorytm zoptymalizowany dla danych tekstur (oprócz ogólnego przeznaczenia dekompresora LZ), oba mogą być używane równolegle w celu zmniejszenia rozmiaru gry. Zakładając współczynnik kompresji 2:1, Xbox Series X zapewnia efektywną wydajność I/O 4,8 GB/s, około 100 razy większą niż I/O w konsolach obecnej generacji. Aby zapewnić podobny poziom wydajności dekompresyjnej w oprogramowaniu, potrzebne byłyby więcej niż 4 rdzenie procesora Zen 2.

Aby uzyskać więcej informacji o Architekturze Xbox Velocity, zachęcamy do obejrzenia wideo demonstracyjnego:

  • Nowy interfejs API DirectStorage: Standardowe interfejsy plików API I/O zostały opracowane ponad 30 lat temu i praktycznie nie uległy zmianie. Od tego czasu technologia pamięci masowej znacznie się poprawiła. Analizując wzorce dostępu do danych gry, a także najnowsze osiągnięcia sprzętowe z technologią SSD, ulepszono stan obecny, by zapewnić większą kontrolę programistom. Dodano zupełnie nowy interfejs API DirectStorage do rodziny DirectX, przyznając programistom dokładną kontrolę nad ich operacjami I/O, umożliwiając im tworzenie wielu kolejek I/O, ustalanie priorytetów i minimalizowanie opóźnień I/O. Te interfejsy API bezpośredniego dostępu na niskim poziomie gwarantują, że programiści będą mogli w pełni korzystać z wydajności I/O zapewnianej przez sprzęt.
  • Sampler Feedback Streaming (SFS): To zupełnie nowa technologia oparta na wszystkich udoskonaleniach Architektury Xbox Velocity. Tekstury gry są zoptymalizowane na różnych poziomach szczegółowości i rozdzielczości, zwane mipmapami. Można ich używać podczas renderowania w zależności od odległości w jakiej dany obiekt znajduje się od gracza. Gdy ten zbliża się do gracza, rozdzielczość tekstury musi wzrosnąć, aby zapewnić wyraźne szczegóły i efekty wizualne. Jednak większe mipmapy wymagają znacznej ilości pamięci w porównaniu do mipsów o niższej rozdzielczości, których można użyć, jeśli przedmiot znajduje się dalej. Dzięki wyspecjalizowanemu sprzętowi dodanemu do Xbox One X, twórcy mogli analizować wykorzystanie pamięci tekstur przez GPU i odkryliśmy, że procesor graficzny często uzyskuje dostęp do mniej, niż 1/3 danych obrazów, wymaganych do załadowania do pamięci. Pojedyncza scena często zawiera tysiące różnych tekstur, co powoduje znaczną utratę efektywnej pamięci i przepustowości  I/O z powodu nieefektywnego wykorzystania. Dzięki temu wglądowi byli w stanie stworzyć i dodać nowe możliwości do procesora graficznego Xbox Series X.

Dzięki ogromnemu wzrostowi przepustowości I/O, przyspieszonej dekompresji sprzętowej, DirectStorage oraz znacznej poprawie wydajności oferowanej przez Sampler Feedback Streaming, Architektura Velocity Xbox pozwala Xbox Series X zapewnić efektywną wydajność, która znacznie wykracza poza specyfikacje sprzętowe. Umożliwia to natychmiastowy i niskopoziomowy dostęp do ponad 100 GB danych gry przechowywanych na dysku SSD, w sytuacjach gdy gra tego wymaga. Te innowacje wprowadzą nowe wrażenia z gry oraz poziom głębi i immersji, w przeciwieństwie do wszystkiego, czego użytkownicy dotychczas doświadczyli w grach.

Odkrywanie doświadczeń nowej generacji

Rewolucyjna Architektura umożliwia tworzenie zupełnie nowych scenariuszy, których wcześniej nie uważano za możliwe do zaadoptowania w grach. Xbox Velocity zapewnia wydajność i możliwości znacznie wykraczające poza specyfikację samego sprzętu. Architektura otworzyła jeszcze więcej opcji i umożliwiła implementacje innowacyjnych rozwiązań na poziomie platformy, jak „szybkiego wznawiania”, która pozwala na natychmiastowe wznowienie pracy w wielu grach. 

autor tekstu: Jason Ronald, Direct of Program Management, Xbox Series X