Внутри Xbox Series X: все параметры новой консоли Microsoft

Коллектив Digital Foundry посетил Microsoft для знакомства с технологиями флагманской консоли Xbox

После нескольких месяцев ожидания, представленных трейлеров, тизеров, постов в блогах и даже случайных утечек американская корпорация наконец-то может раскрыть официальные, неопровержимые факты о Xbox Series X. В первую неделю марта сотрудники Digital Foundry посетили кампус Microsoft для знакомства и изучения нового Xbox. В ходе посещения они играли на новой консоли, обрабатывали полученные данные и даже рассмотрели консоль изнутри. Они изучили расширяемое хранилище NVMe, впервые рассмотрели аппаратное ускорение трассировки лучей и познакомились с тем, как один из самых талантливых разработчиков Microsoft стремится улучшить одну из самых технически впечатляющих игр, доступных на рынке, на сегодняшний день. Кроме того, была изучена функция обратной совместимости игр доступная на Xbox Series X.

Всё начинается с трёх ключевых принципов Xbox следующего поколения: мощность, скорость и совместимость. Существует огромное количество материалов, которыми можно поделиться с пользователями, но в Digital Foundry попытались донести ключевые моменты. В этой статье подробно рассмотрена технология, на которой работает новая консоль, и рассказано:

• Как Xbox Series X на практике более чем в два раза мощнее Xbox One X.
• Какое изменение привнесёт аппаратное ускорение трассировки лучей во внешний вид видеоигр.
• Как радикальный подход к памяти и быстрому хранению может изменить игру, включая функцию быстрого возобновления.
• Война Microsoft с задержкой ввода и разрывом экрана.
• Некоторые впечатляющие функции совместимости, включая автоматический HDR для старых игр.

Насколько мощный Xbox Series X?

Всё начинается с питания, Project Scarlett SoC – система на чипе. Процессор изготовлен на основе усовершенствованной технологии TSMC 7nm, которая, по мнению Digital Foundry, включает в себя множество улучшенных технологий, вплоть до нового 7nm на базе EUV. Сам чип представляет собой кусочек кремния размером 360 мм2 (значительно меньше, чем предполагали), который сочетает в себе специализированные версии ядра AMD Zen 2 с 12,155 терафлопсами вычислительной мощности графического процессора.

Как и ожидалось, мы получаем восемь ядер ЦП и 16 потоков, поставляемых через два четырехъядерных модуля на кремнии, с одним ядром ЦП (или двумя потоками), зарезервированным для работы базовой операционной системы и интерфейсной «оболочкой». Microsoft обещает четырёхкратное улучшение как одноядерной, так и общей пропускной способности по сравнению с Xbox One X – скорость процессора впечатляет, с максимальной частотой 3,8 ГГц – это когда SMT или гиперпоточность отключена. Любопытно, что разработчики могут выбрать работу с восемью физическими ядрами с более высокой тактовой частотой или все ядра и потоки могут быть включены с более низкой частотой 3,6 ГГц. Эти частоты полностью заблокированы и не будут регулироваться в зависимости от нагрузки или температурных условий, на это Microsoft неоднократно обращала внимание во время визита DF.

В проводимых тестах на PC включение SMT может обеспечить до 30% и более дополнительной производительности в многопоточных приложениях. Однако, по крайней мере, для выпуска игр Microsoft ожидает, что разработчики выберут более высокий режим 3,8 ГГц с отключённым SMT.

С точки зрения разработчика игр, мы ожидаем, что многие из них действительно будут придерживаться восьми ядер, потому что их текущие игры работают с дистрибутивом, часто настроенным на семь ядер и семь рабочих потоков, – объясняет технический специалист Microsoft и системный архитектор Xbox Эндрю Гуссен (Andrew Goossen). Для того, чтобы они стали шире, для них 14 аппаратных потоков означает наличие системы, которая делает это, но тогда вам нужны рабочие нагрузки, которые распределяются между ними ещё более эффективно. И поэтому мы на самом деле находим, что подавляющее большинство разработчиков, обсуждая с ними свой выбор для запуска, собираются пойти по пути с отключёнными SMT и более высокими результатами.

Существуют настройки ядра ЦП, в частности, для обеспечения безопасности, мощности и производительности, а также 76MB SRAM по всей SoC, разумно предположить, что гигантская кэш-память L3, обнаруженная в чипсетах Zen 2 для настольных PC, была несколько уменьшена. Тот же самый процессор Xbox Series X используется в облачных серверах Project Scarlett, которые заменят модели xCloud на базе Xbox One S. Для этого в AMD встроены средства коррекции ошибок EEC для GDDR6 без снижения производительности (на самом деле нет таких вещей, как EEC-совместимые G6, поэтому AMD и Microsoft разрабатывают собственное решение), в то же время включены и функции виртуализации. Это приводит нас к первому открытию: процессор Xbox Series X способен одновременно запускать четыре игровых сеанса Xbox One S на одном чипе и содержит новый внутренний видеокодер, который в шесть раз быстрее, чем более скрытый, внешний кодер, используемый на текущих серверах xCloud.

До сих пор, по крайней мере, основное внимание уделялось GPU, где Microsoft разместила 12 терафлопс производительности через 3328 шейдеров, выделенных для 52 вычислительных единиц (из 56 в общей сложности на кремнии, четыре отключены для увеличения производительности), работающих на устойчивой, заблокированной частоте 1825MHz. В очередной раз Microsoft подчёркивает точку, что частоты непротиворечивы на всех устройствах, во всех средах. В Xbox Series X нет тактовых импульсов усиления.

12 терафлопс были нашей целью с самого начала. Мы хотели как минимум удвоить производительность по сравнению с Xbox One X для поддержки наших 4K60 и 120 целей. Мы хотели, чтобы это удвоение применялось единообразно ко всем играм, – объясняет Эндрю Гуссен. Для достижения этой цели мы установили целевой показатель производительности в 2 раза выше, чем у исходных терафлопс, зная, что архитектурные улучшения сделают типичную эффективную производительность намного выше, чем в 2 раза. Мы ставили перед собой цель удвоения исходных показателей производительности до того, как были рассмотрены архитектурные улучшения по нескольким причинам. Главным образом, она определила дерзкую цель по энергопотреблению и, таким образом, определила всю нашу системную архитектуру.

Но и на ранних стадиях проектирования нам было трудно с точностью предсказать подъём архитектурных улучшений в наихудших случаях. Наша планка во всех случаях была удвоенной, а не просто средней. Таким образом, самый практичный инженерный способ обеспечить двухкратное улучшение базового уровня в наихудших случаях, зарегистрированных во всех играх, заключался в том, чтобы установить цель удвоения производительности исходных терафлопс. Поэтому мы сосредоточили наши усилия на повышении эффективности с помощью архитектурных усовершенствований и новых функций.

В течение нескольких месяцев мы демонстрировали, что архитектура AMD RDNA обеспечивает значительно большую «эффективность для ваших терафлопс» благодаря радикальному новому дизайну в сочетании с гораздо более высокими показателями результата (графический процессор Series X работает с 56-процентным преимуществом частоты по сравнению с Xbox One X), но есть множители, которые должны вступить в силу, благодаря использованию новых функций, встроенных в конструкцию, таких как затенение с переменной скоростью, которое в основном пытается увеличить и уменьшить точность визуализации, основываясь на видимости.

Однако даже базовые порты, в которых практически не используются новые функции Xbox Series X, дают впечатляющие результаты. Майк Райнер (Mike Rayner) и Колин Пенти (Colin Penty) показали порт Gears 5, полученный всего за две недели. Разработчики сотрудничали с Epic Games в адаптации Unreal Engine 4 для работы движка на Xbox Series X, а затем просто повысили все внутренние предустановки качества до аналога ультранастроек на PC, добавив улучшенные тени и совершенно новую (программную) трассировку лучей UE4 на экране глобального освещения пространства. В дополнение к этому, кат-сцены Gears 5, работающие на Xbox One X со скоростью 30 кадров в секунду, были повышены до безупречных 60 кадров в секунду. Показаны эталонные результаты, которые были достигнуты на двухнедельном, не оптимизированном порте – очень похожая производительность уровня 2080 RTX.

Я думаю относительно того, где мы находимся, и просто смотрю на наш опыт работы с оборудованием в этой конкретной игре. Думаю, мы действительно позитивно смотрим, как эта штука работает, особенно зная, как много неиспользованной производительности всё ещё остаётся в коробке, основываясь на работе, которую мы проделали до этого момента, – комментирует технический директор The Coalition Майк Райнер (Mike Rayner). Gears 5 будет оптимизирована, поэтому работа, которую вы видели сегодня, доступна при запуске на Xbox Series X. Проект станет поддерживать Smart Delivery, так что если у вас уже есть игра, вы получите её на Series X бесплатно.

Это была впечатляющая демонстрация игры, которая даже не начала получать доступ к функциям нового поколения GPU. В настоящее время трудно точно определить степень улучшения качества и производительности изображения, которое мы увидим со временем, поскольку, несмотря на очевидные параллели с компьютерами текущего поколения, сочетание нового оборудования и новых API позволяет выполнять очень разные рабочие нагрузки на GPU. Машинное обучение – это функция, которую мы обсуждали в прошлом, в первую очередь с архитектурой Nvidia Turing и повышением масштаба DLSS AI. Архитектура RDNA 2, используемая в XSX, не имеет тензорных эквивалентов ядра, но Microsoft и AMD разработали новое эффективное решение, основанное на стандартных ядрах шейдера. Однако рабочие нагрузки машинного обучения часто используют гораздо более низкую точность, поэтому шейдеры RDNA 2 были адаптированы ещё больше.

Мы знали, что для многих алгоритмов вывода требуются только 8-битные и 4-битные целочисленные позиции, математические операции составляют основную часть затрат на производительность для этих алгоритмов, – говорит Эндрю Гуссен. Поэтому мы добавили специальную аппаратную поддержку для этого конкретного сценария. В результате Series X предлагает 49 TOPS для 8-битных целочисленных операций и 97 TOPS для 4-битных целочисленных операций. Обратите внимание, что тяжесть определяется целыми числами, поэтому они являются TOPS, а не TFLOP. В результате Xbox Series X предлагает непревзойдённые интеллектуальные возможности для машинного обучения.

Выделяются также другие перспективные особенности. Подобно существующей Turing архитектуре Nvidia, сетчатые шейдеры включены в RDNA 2.

По мере того как GPU стали шире, а производительность вычислений возросла, геометрическая обработка стала всё больше и больше привязываться к фиксированной функции выдачи вершин треугольника установки и тесселяции блоков GPU, – комментирует Гуссен. Затенение сетки позволяет разработчикам полностью обойти эти узкие места фиксированных функций, предоставляя опциональную альтернативу существующим частям GPU. Помимо производительности, затенение сетки обеспечивает разработчикам гибкость и экономию памяти. Затенение сеткой позволит разработчикам игр увеличить детализацию форм, анимацию объектов и визуализировать более сложные сцены без ущерба для частоты кадров.

Есть больше. Намного больше. Например, GPU Xbox Series X позволяет совместно использовать работу между шейдерами без участия ЦП, экономя большой объём работы для ядер Zen 2, с данными, оставшимися на GPU. Однако большое новшество, очевидно, заключается в добавлении аппаратного ускоренного отслеживания лучей. Это чрезвычайно захватывающе, и в Digital Foundry отслеживают эволюцию новой технологии с помощью игр на базе DXR и Vulkan, которые наблюдали на RTX-картах Nvidia.

Разница в трассировке лучей

RDNA 2 полностью поддерживает новейший стандарт DXR Tier 1.1 и подобно ядру Turing RT, ускоряет создание так называемых структур BVH, необходимых для точного отображения проходов и пересечений лучей, проверенных на соответствие геометрии. Короче говоря, точно так же, как свет «подскакивает» в реальном мире, аппаратное ускорение для карт трассировки лучей проходит и пересекает свет со скоростью до 380 миллиардов пересечений в секунду.

Без аппаратного ускорения эта работа могла быть выполнена в шейдерах, но потребила бы более 13 терафлопс, – говорит Эндрю Гуссен. Для Series X эта работа выгружается на выделенное оборудование и шейдер может работать параллельно с полной производительностью. Другими словами, XSX может эффективно использовать эквивалент более 25 TFLOP производительности при трассировке лучей.

Однако важно учитывать это в контексте. Хотя рабочие нагрузки могут работать одновременно, вычисление структуры BVH является только одним компонентом процедуры трассировки лучей. Стандартные шейдеры в GPU также должны тянуть свой вес, поэтому такие элементы, как расчёты освещения, по-прежнему выполняются на стандартных шейдерах, при этом DXR API добавляет новые ступени в конвейер GPU для эффективного выполнения этой задачи. Так что да, ray tracing, как правило, ассоциируется с падением производительности, что сказывается на реализации консоли, но с преимуществами фиксированной конструкции консоли, мы должны ожидать, что разработчики будут более агрессивно оптимизировать, а также внедрять инновации. Хорошей новостью является то, что Microsoft разрешает низкоуровневый доступ к аппаратному ускорению трассировки лучей.

[Series X] идёт ещё дальше, чем стандарт PC, предлагая больше мощности и гибкости разработчикам, – говорит Гуссен. В традициях «большой» консоли, мы также поддерживаем прямое программирование железа, включая поддержку офлайн BVH строительства и оптимизацию. Благодаря этим строительным блокам мы ожидаем, что трассировка лучей будет областью невероятных визуальных эффектов и больших инноваций со стороны разработчиков в течение всего срока службы консоли.

Во время пребывания DF в Редмонде, Microsoft продемонстрировала насколько полнофункциональны средства консоли с поддержкой RT, прокачав очень раннее технологическое демо Minecraft для Xbox Series X, которое мы видели ещё в прошлом году на Gamescom, несмотря на работу, на совсем другом GPU. Это говорит об одном: базовый код Nvidia адаптирован и работает на аппаратном обеспечении трассировки лучей от AMD в Xbox Series X, консоль способна обеспечить самую амбициозную, самую яркую реализацию трассировки лучей и делает это в режиме реального времени.

Minecraft DXR – это амбициозная реализация, но мы должны ожидать, что технология будет использоваться совершенно по-разному. «Мы очень рады DXR и аппаратной поддержке трассировки лучей, – говорит Майк Райнер (Mike Rayner), технический директор The Coalition и Gears 5. У нас есть вычисляемая трассировка лучей в Gears 5, у нас есть тени с трассировкой лучей и [новое] глобальное освещение в экранном пространстве – это форма GI, на основе экрана с трассировкой лучей и поэтому мы заинтересованы в том, как аппаратные средства трассировки лучей могут быть использованы для принятия таких методов, а затем переместить их к использованию ядер DXR.

Когда мы смотрим вперёд, мы думаем, что гибридный рендеринг между традиционными методами рендеринга и последующим использованием DXR будь то для теней или GI или добавления отражений – это вещи, которые действительно могут расширить сцену и мы можем использовать все эти чипы, чтобы получить лучшее качество изображения.

Эффективность в дизайне

Один из ключевых выводов о кремнии Series X – это не только мощность, но и эффективность в дизайне. Благодаря всем новым графическим функциям и 12 терафлопсам, обеспечивающим постоянную вычислительную производительность, мы предусмотрели монопрофильную, непомерно дорогую конструкцию процессора, короче говоря, очень дорогую консоль. Однако размер SoC при 360 мм2 означает, что у нас есть кусок кремния, который на самом деле намного меньше, чем любые приблизительные измерения, которые были предложены на основе предыдущих тизеров. 15,3 миллиарда транзисторов означают, что мы смотрим чуть более чем в два раза больше плотности транзисторов, наблюдаемых на 16nmFF процессоре Xbox One X и, тем не менее, мы получаем значительно более чем в два раза больше производительности по всей системе.

Однако достижение целевых показателей производительности, мощности и кремниевой технологии, которые Microsoft поставила перед собой, действительно потребовало некоторого инновационного мышления. Производительность графики – это не только терафлопсы. Вычислительную мощность необходимо резервировать с пропускной способностью памяти, что представляет уникальную проблему для консоли. Решение Microsoft для подсистемы памяти показало, что она предоставляет любопытный 320-битный интерфейс, с десятью 14 Гбит/с GDDR6 модулями на основной плате и шестью 2GB и четырьмя 1GB микросхемами. То, как всё это выделяется для разработчика, просто восхитительно.

Производительность памяти асимметрична – это не то, что мы могли бы сделать с PC, – объясняет Эндрю Гуссен. 10 гигабайт физической памяти [работает в] 560GB/s. Мы называем этот GPU оптимальной памятью. Шесть гигабайт [работает в] 336GB/s. Мы называем это стандартной памятью. Графический процессор, оптимальный и стандартный, обеспечивает одинаковую производительность для аудиопроцессора и ввода-вывода файлов. Единственный аппаратный компонент, который видит разницу в GPU.

С точки зрения того, как выделяется память, игры получают в общей сложности 13.5GB, что охватывает все 10GB GPU оптимальной памяти и 3.5GB стандартной памяти. Это оставляет 2.5GB GDDR6 памяти из более медленного пула для операционной системы и внешней оболочки. С точки зрения Microsoft, это всё равно унифицированная система памяти, даже если производительность может варьироваться. «В разговорах с разработчиками играм обычно легче, чем просто заполнить свою стандартную квоту памяти центральным процессором, аудиоданными, данными о стеке и выполнимыми данными, данными о сценарии, и разработчикам нравится такой компромисс, когда это даёт им больший потенциал пропускной способности, – говорит Гуссен.

Это звучит как довольно сложная ситуация, особенно когда сама Microsoft уже представила более традиционный, более широкий интерфейс памяти в Xbox One X. Но идея работы с гораздо более быстрой GDDR6 памятью представляла некоторые проблемы. «Когда мы разговаривали с командой системы, было много вопросов вокруг сложности целостности сигнала и того, что нет», – объясняет Гуссен. «Как известно, с Xbox One X мы шли с 384 [битным интерфейсом], но на этих невероятных скоростях – 14 Гбит/с GDDR6, мы упорно продвигались как могли, и мы чувствовали, что 320 хороший компромисс, с точки зрения достижения, как можно более высокой производительности при одновременном построении системы, которая бы действительно работала».

Таким образом, с принципом питания хорошо позаботились, но дело не только в производительности необработанных вычислений – набор функций также имеет решающее значение. Ещё в 2016 году, за год до завершения работы над Xbox One X, кремниевая команда Xbox уже работала над Series X, начав архитектурную работу над функциями следующего поколения, которые мы, наконец, увидим на рынке в праздничный сезон 2020 года – острое напоминание о том, сколько времени требуется для разработки новой технологии. Ещё тогда на повестке дня стояла трассировка лучей и также требовалась необходимость в революционном подходе к хранению данных, всё это подводит нас ко второму принципу аппаратной конструкции Xbox Series X: фундаментальный отказ от механических жёстких дисков в пользу твердотельных хранилищ.

Почему быстрое хранилище меняет всё?

Спецификации на этой странице представляют собой лишь малую часть потенциала решения для хранения, разработанного Microsoft для следующего поколения консоли. В прошлогоднем тизере Project Scarlett E3 Джейсон Рональд (Jason Ronald), директор по управлению проектами в Xbox рассказал, как SSD можно использовать в качестве «виртуальной памяти», своего рода тизер, который только начинал намекать на функциональность, встроенную в систему Microsoft.

На аппаратном уровне пользовательский диск NVMe очень сильно отличается от любого другого типа SSD, который вы видели раньше. Короче, для начала, больше похоже на старую карту памяти. Он также довольно тяжёлый, вероятно, из-за прочной металлической конструкции, которая служит теплоотводом камня, потребляющего 3,8 Вт электроэнергии. Многие твердотельные накопители PC «теряют» производительность по мере их нагрева и, похоже, на тактовые частоты процессора и графического процессора. Это просто было неприемлемо для Microsoft, которая считает, что стабильная производительность по всем направлениям является обязательной для проектирования их консолей.

Форм-фактор симпатичен, гарантированная пропускная способность 2,4 ГБ/с впечатляет, но именно программные API и пользовательское оборудование, встроенные в SoC, обеспечивают то, что Microsoft считает революцией – новый способ использования хранилища для увеличения памяти (область, где ни один владелец платформы не сможет совершить более традиционный скачок поколений). Идея, по крайней мере, в базовом смысле, довольно проста – игровой пакет, который находится в хранилище, по сути, становится расширенной памятью, что позволяет разработчику мгновенно получить доступ к 100 ГБ игровых ресурсов, хранящихся на SSD. Это система, которую Microsoft называет Velocity Architecture, а сам SSD – это только одна часть системы.

Наш второй компонент – это высокоскоростной аппаратный блок декомпрессии, который может обеспечивать скорость более 6 ГБ/с, – рассказывает Эндрю Гуссен. Это выделенный кремниевый блок, который разгружает работу по декомпрессии с ЦП и сопоставляется с твердотельным накопителем, так что декомпрессия никогда не становится узким местом. Аппаратная часть декомпрессии поддерживает Zlib для общих данных и новую систему сжатия BCPack, адаптированной к текстурам графического процессора, которые обычно составляют подавляющее большинство размеров игрового пакета.

Последний компонент в компиляции инновационных подходов – расширение DirectX – DirectStorage, необходимое обновление с учётом того, что существующие протоколы ввода-вывода файлов работают уже в течение 30 лет и в их нынешнем виде потребуют два ядра процессора Zen просто для покрытия издержек, которые DirectStorage сокращает до одной десятой от одного ядра.

Плюс, у него есть и другие преимущества, – восторгается Гуссен. Он менее латентный и экономит тонну ЦП. С лучшим конкурентным решением мы обнаружили, что для выполнения программы декомпрессии, соответствующей скорости SSD, потребовалось бы три ядра ЦП Zen 2. При добавлении нагрузки на процессор ввода-вывода это ещё два ядра. Таким образом, результирующая рабочая нагрузка полностью израсходовала бы пять ядер ЦП Zen 2, а теперь занимает только десятую часть процессорного ядра. Другими словами, чтобы сравнять производительность Xbox Series X с полной скоростью ввода-вывода, необходимо создать PC с 13 ядрами Zen 2. Это семь ядер, выделенных для игр: одно для Windows и оболочки и пять для операций ввода-вывода и декомпрессии.

Потоковая передача ресурсов выведена на следующий уровень. В прошлом поколении мы наслаждались увеличением системной памяти в 16 раз, но на этот раз это всего лишь в 2 раза или всего лишь на 50 процентов, если рассматривать Xbox One X в качестве сравнения. В дополнение к более интенсивному использованию памяти для восполнения дефицита, Microsoft начала процесс оптимизации реального использования памяти с некоторыми поразительными улучшениями.

Мы наблюдали, что, как правило, только небольшой процент памяти, загруженной играми, когда-либо был доступен, – раскрывает Гуссен. Эти потери связаны главным образом с текстурами. Текстуры являются крупнейшими потребителями памяти в играх. Однако только часть памяти для каждой текстуры обычно доступна GPU во время сцены. Например, самый большой размер 4K текстуры составляет восемь мегабайт и часто больше, но обычно только небольшая часть этого mip видна в сцене, поэтому только эта небольшая часть действительно должна быть прочитана графическим процессором.

По мере увеличения размера текстур в соответствии с 4K дисплеями эффективность использования памяти постепенно ухудшается, что Microsoft смогла подтвердить, встроив специальное оборудование мониторинга в SoC Scorpio Engine Xbox One X. «Исходя из этого, мы обнаружили, что игра в большинстве случаев доступна в лучшем случае только от половины до одной трети их выделенных страниц за длительные промежутки времени», — говорит Гуссен. «Таким образом, если игре никогда не приходилось загружать страницы, которые в конечном счёте никогда не используются, это означает 2-3-кратный множитель на эффективный объём физической памяти и 2-3-кратный множитель на нашу эффективную производительность ввода-вывода».

Технология Sampler Feedback Streaming (SFS) была построена таким образом, чтобы более точно соответствовать требованиям к памяти GPU. Интеллектуально загружая в текстуру mip данные, которые на самом деле требуются с гарантией доступности более низкого качества mip, если версия более высокого качества не всегда доступна. Дополнительное аппаратное обеспечение в пределах GPU доступно для сглаживания перехода между mips, при отсутствии шанса, что более качественная текстура приходит на кадр или два позже. Корпорация Microsoft считает, что эти аспекты Velocity Architecture действительно меняют правила игры, добавляя множитель к использованию физической памяти.

Архитектура Velocity также облегчает ещё одну функцию, которая звучит впечатляюще на бумаге, но ещё более примечательна, когда вы видите, как она воспроизводится на реальной консоли. Quick Resume эффективно позволяет пользователям циклически переключаться между сохранёнными состояниями игры, всего за несколько секунд загрузки. При выходе из игры системная RAM кэшируется на твердотельный накопитель, а при обращении к другой игре его кэш восстанавливается. С точки зрения самой игры, она не имеет реального представления о том, что происходит на заднем плане – она просто думает, что пользователь нажал кнопку guide и игра может возобновиться в обычном режиме.

DF утверждают, что видели работу аппаратного обеспечения Xbox Series X между Forza Motorsport 7 в режиме 4K60 Xbox One X, State of Decay 2, Hellblade и The Cave (тайтл для Xbox 360). Переключение между играми Xbox One X, работающими на Series X, составляло около 6,5 секунд задержки, что довольно впечатляет. Microsoft не делилась фактическим размером кэш-памяти SSD, использованной для Quick Resume, но заявила, что функция поддерживает минимум три игры Series X. Принимая во внимание доступные 13.5GB, это условный максимум, составляющий около 40GB пространства SSD, но при условии, что архитектура Velocity имеет аппаратные функции сжатия, а также декомпрессии, реальный объём может быть меньше. Независимо от этого, игры, которые используют меньше памяти, как и игры, которые были продемонстрированы – должны иметь меньший объём, позволяя больше кэшировать.

Война с задержкой и разрывом экрана

Скоростной тренд Microsoft для Series X также приводит к радикальному обновлению обработки ввода, предназначенной для того, чтобы снизить задержку в каждой мыслимой части игрового процесса — это означает, что время, затрачиваемое между нажатием кнопки и получающейся реакцией на экране, должно значительно сократиться. Корпорация Майкрософт уже упоминала динамический ввод данных с задержкой, но только сейчас показывает, насколько обширна здесь её работа. Она начинается с контроллера, где обычная задержка 8 МС на входе аналогового контроллера теперь значительно уменьшается за счёт передачи самых современных входов непосредственно перед тем, как они понадобятся игре. Цифровые входы, такие как нажатие кнопки, помечаются временем и посылаются в игру, уменьшая задержку без необходимости увеличения скорости опроса. Чтобы облегчить всё это, был переписан весь входной программный стек, что обеспечило дальнейшее улучшение задержки.

Задержка была важнейшей, но невидимой переменной для разработчиков, которые сталкиваются с ней по мере того, как игровые движки становятся всё более сложными и параллельными, непросто отслеживать дополнительное отставание – что-то ещё Microsoft пытается разрешить с помощью DLI. «Мы облегчили разработчикам игр оптимизацию задержки в игре. Игры на Xbox выводят идентификатор для каждого кадра, так как он протекает через свой движок», – поясняет Гуссен. «Когда он запрашивает входной сигнал контроллера, он связывает этот идентификатор кадра с синхронизацией входного сигнала и когда он завершает рендеринг для этого кадра, он передаёт этот идентификатор вместе с завершённой информацией переднего буфера в систему. Таким образом, с помощью этого механизма эта система теперь может определять полную игровую задержку для каждого кадра».

По словам Microsoft, она поставила систему, которая позволяет разработчикам точно отслеживать запаздывание ввода по движку так же легко, как геймеры могут отслеживать частоту кадров – метрика была добавлена в собственный инструмент анализа производительности Pix. Последним элементом DLI является поддержка Xbox Series X новой волны 120Hz дисплеев HDMI 2.1, которые сейчас выходят на рынок. Фирма уже начала тестирование этой функции на выходных разрешениях ниже 4K на поддерживаемых экранах HDMI 2.0 через Xbox One S и Xbox One X. Поскольку дисплеи обновляются в два раза быстрее, чем их 60Hz эквиваленты, пользователи должны иметь более быстрый отклик – состояние дел, которое также должно относиться к режимам переменной частоты обновления (VRR). Кроме того, Microsoft на своих существующих устройствах инициировала режимы ALLM, то есть консоль может дать команду дисплею автоматически переключиться в игровой режим.

Microsoft также сделала инновации, которые могут покончить с разрывом экрана. Как правило, отображение нового кадра во время сканирования используется для сокращения задержки. Тройная буферизация может выровнять падения до частоты кадров, но может добавить дополнительное отставание, при этом Xbox Series X видит, как эта ситуация развивается. «Мы переработали API представления, которые игры используют для отправки своих законченных кадров на телевизор», – делится Эндрю Гуссен. «Мы полностью отделили традиционную связь между двойной или тройной буферизацией и задержкой. Раньше считалось, что тройная буферизация хороша для улучшения частоты кадров, когда игра не может поддерживать свою целевую частоту кадров, но тройная буферизация была плохой, потому что это увеличило задержку. Больше её нет. Теперь буферизация кадров и задержка полностью отделены, игры могут включить тройную буферизацию, отдельно указав желаемую задержку».

Таким образом, разработчики игр могут точно установить задержку между процессором и графическим процессором. Таким образом, используя этот механизм, игры могут очень легко и точно уменьшить задержки, насколько это возможно.

В контроллер Xbox Series X добавлены усовершенствования и оптимизации, не говоря уже о новой кнопке Share, хорошая новость заключается в том, что технология DLI совместима с существующими консолями, которые получат простое обновления прошивки.

Как старые игры будут работать лучше на Xbox Series X?

Последним из трёх принципов Microsoft, которые составляют основу её начинаний следующего поколения, является совместимость, область, где фирма поставила замечательный уровень фан-сервиса с момента, когда была впервые раскрыта обратная совместимость игр Xbox 360 на E3 2015. Компания уже объявила, что её существующая библиотека обратно совместимых игр оригинального Xbox и Xbox 360 будет работать на Xbox Series X, в то время как все существующие периферийные устройства также будут работать на новом поколении (что отчасти объясняет, почему используется USB type-A, а не новый стандарт USB-C).

Помимо этого, команда бэк-компата Xbox много работала с тех пор, как закончила добавлять новые проекты по обратной совместимости Xbox 360 и представлять тайтлы под заголовком
Xbox One X Enhanced некоторое время назад. Скорее всего, неудивительно обнаружить, что Series X может технически запустить весь каталог Xbox One, но на этот раз это сделано без эмуляции – она зашита на аппаратном уровне. Игры также получают преимущества от новых CPU и GPU в XSX.

Тем не менее, команда по совместимости славится тем, что раздвигает границы, и некоторые из ранних работ, которые были продемонстрированы на Series X, выглядят действительно «аппетитно». Microsoft уже обещала повысить точность изображения, увеличить частоту кадров и ускорить загрузку, но первые демонстрации выглядят ещё более многообещающими. И это действительно тот случай, когда намёки в недавнем блоге Фила Спенсера (Phil Spencer), приводят к тому, что отдельные проекты Xbox One S работают с более высокими разрешениями на новой консоли. На самом деле, была показана Gears of War Ultimate Edition, работающая с 2x кратным разрешением по обеим осям, увеличивая разрешение с 1080p вплоть до нативных 4K. Это эволюция Heutchy-метода, используемого в играх обратной совместимости Xbox 360, поднимающего разрешение с 720p до полных 4K. Крайне важно, что команда бэк-компата выполняет всю тяжёлую работу на системном уровне – разработчикам игр вообще не нужно участвовать в процессе.

Мы изучаем способы улучшения, может быть, кураторского списка игр, – говорит Пегги Ло (Peggy Lo), лидер программы совместимости для Xbox. Вещи, на которые мы смотрим, включают в себя улучшение разрешения для игр, повышение частоты кадров – может быть, удвоение их! И то, как мы это делаем, действительно исследуем несколько методов. Так что мы знали, что делали с методом Heutchy, возможно, мы немного изменим его, есть несколько других методов, которые мы изучаем.

То, что мы, вероятно, не собираемся делать, это объяснить все эти методы сегодня, потому что мы всё ещё находимся в процессе определения того, какой точный метод будет наилучшим для Series X, но я хочу, чтобы вы были уверены, что у нас есть решение, к которому мы можем вернуться, или к которому мы всегда будем стремиться.

Microsoft установила два LG OLED-дисплея, один из которых работает с Gears Ultimate на стандартных 1080p на Xbox One X и на Xbox Series X в нативном 4K разрешении. Данные экранной отладки показали, сколько целей рендеринга консоль выполняла с более высоким разрешением, наряду с коэффициентом масштабирования разрешения и новым собственным разрешением. В данном случае с масштабом 2,0 и количеством пикселей 3840×2160. Понятие отображения такого точного масштабного фактора заставило Digital Foundry задуматься, может ли это на самом деле пойти выше, могут ли 720p или 900p тайтлы также масштабироваться до родного 4K. Это вопрос, который остался без ответа, хотя Ло усмехнулась, когда был задан вопрос.

Владельцы HDR-экранов приготовились полюбить вторую ключевую особенность, которая была продемонстрирована для DF. Они должны были увидеть улучшенную Xbox One X версию Halo 5, работающую с очень убедительной реализацией HDR, несмотря на то, что 343 Industries никогда не поставляла игру с поддержкой HDR. Главный инженер по программному обеспечению ATG Microsoft Клод Марэ (Claude Marais) показал, как алгоритм машинного обучения, использующий современную реализацию HDR в Gears 5, позволяет создать полную реализацию HDR на основе SDR-содержимого в любой игре бэк-компата. Это тоже не фейк HDR, Марэ развернул режим тепловой карты (heatmap), показывающий пиковую яркость для каждого экранного элемента, ясно демонстрируя, что блики были далеко за пределами диапазона SDR.

Теоретически, это может быть применено ко всем играм, технически, я думаю, что мы всё ещё работаем над пользовательским решением и тому подобными вещами, но это техническая демонстрация, – сказал Марэ. Итак, этому [Halo 5] четыре года, верно, так что давайте пойдём до крайности и перейдём к игре, которой сейчас 19, 20 лет – это Fusion Frenzy. Тогда ничего не было известно о HDR, никто не знал об HDR. В играх только что использовались 8-битные буферы.

Это был показательный момент. Это действительно Fusion Frenzy – игра для оригинального Xbox, работающая с обычным 16-кратным множителем разрешения с помощью обратной совместимости, но на этот раз с очень убедительным, ощутимо реальным HDR. Ключевым моментом стало то, что это предлагается в качестве функции системного уровня для Xbox Series X, которая должна применяться ко всем совместимым играм, не имеющим своих HDR режимов, она распространяется на всю библиотеку Xbox.

Но вы можете думать о других вещах, которые мы могли бы сделать, – добавляет Марэ. Давайте посмотрим на доступность. Если у вас есть люди, которые плохо читают или плохо видят, вы, вероятно, захотите усилить контрастность, когда на экране много текста. Мы можем легко это сделать. Мы просто включаем LUT и изменяем цвет.

Ясно, что есть большая любовь к библиотеке Xbox, и что команда back-compat чрезвычайно взволнована тем, что они делают. Надеюсь, вы понимаете, что мы всё ещё очень увлечены этим, — говорит Пегги Ло. Это очень личный проект для многих из нас, и мы стремимся продолжать делать это, чтобы все ваши игры выглядели лучше всего на Series X.

Мощность, скорость, совместимость. Microsoft сделала убедительный шаг для всех основополагающих принципов Xbox Series X. После первых презентаций журналисты Digital Foundry направились в строение 37 в кампусе Microsoft, где главный дизайнер Крис Куявски (Chris Kujawski) и его коллеги познакомили DF с Xbox Series X, подробно описав внутренние компоненты консоли и все желаемые подробности об инновационном форм-факторе, наряду с тонкими, но эффективными усовершенствованиями, внесёнными в контроллер Xbox. О Xbox Series X ещё многое можно рассказать, и мы с нетерпением ждём возможности рассказать больше.

Следите за скидками и новостями Xbox в нашей группе Вконтакте

---