除了改写设计规则,Xbox Series X还有怎样的秘密?

作者:Digital Foundry资深技术编辑理查德·里德贝特(Richard Leadbetter)

原文名称《Xbox Series X rewrites the rules of console design – and the power level should be extraordinary》,本文有做一定的删减和内容顺序调整,标题为译者自行添加,以达到更好的阅读效果。

      Xbox Series X 作为微软的次世代主机(以下简称 Series X),不仅在 TGA2019 上的公布颇感意外,更令人吃惊的是其颠覆历史的主机设计 —— 1:1:2竖直长方体加垂直散热风道。微软称这犹如黑石碑一般的外壳下拥有远超 Xbox One X(以下简称 One X)的性能。真正的世代跨越正在到来,但在此之前需要对基于主机设计的核心基础进行重新审视。

大的背后是性能与散热

      游戏主机通常定义为是一台小巧的、客厅友好型的机器,它能够很容易地放在电视柜中。世代更迭下,主机的各种维度都在变化,但唯独外形的本质一直以来都从未改变,直到 Series X 的出现。三年时间把 One X 的 GPU 性能提升一倍,看起来不难,然而实际上遇到的挑战要困难得多。

      部分问题在于是处理器的制程技术的进步速度跟不上微软的野心。我们在今年 E3 期间看到了 Series X 的 7nm 制程的芯片,其物理大小和 One X 16nm 制程的“天蝎引擎”差不多一般大,可能还更大一点点。晶体管密度在如今的工艺下很可能没办法达到两倍的提升,意味着主要提升性能的手段就是依赖于大幅提升频率。你的目标越高,就需要越多的性能,也就意味着更多的热量。散热设计的创新在所难免。

      这就是为何 Series X 如此巨大的原因。大幅增加的功耗以及冷却方案的巨幅升级,加上 AMD 最新 PC GPU 的相同技术,两倍于 One X 的 GPU 性能丝毫不让人感到意外。

      这一切都服务于微软想要在次世代继续制霸主机性能的目标。此前传闻的 Project Scarlett 家族中,代号为 Anaconda 的 Series X 一直被提及目标为 One X 的两倍浮点运算性能,即 12 TFlops。One X 是一次成功的实验。对于核心玩家而言,保证性能优势带来更高端的体验是非常重要的一点。


两倍和12TF是矛盾的

      Series X 的性能说法仍有谜团。如果我们来“做算术”,就仅仅看单精度浮点性能(TFlops)这一数字,根据微软所言的两倍图形性能的说法,我们通过简单的相乘确实得到新主机为 12 TF。但全新的 Navi 显卡架构(RDNA)相比老旧的 GCN 技术在相同浮点性能数的情况下拥有更高的性能。9TF 到 10TF 之间的 Navi GPU 就足以提供两倍于 One X 的图形性能,如果包括其他新技术的加入,那这个结果更甚。

      微软在当下拒绝提供具体的性能表现数字,不过拥有良好曝光履历的 Windows Central 提供的信息显示,Series X 的 GPU 确实是 12TF。这个数字非常惊人,从当下 AMD 提供的技术信息计算,即便 GPU 频率飙到 2.0GHz 这样的高频,仍然需要 48 个计算单元才能够达到这个数字。这意味着它的 GPU 比当下 AMD 最强 Navi 显卡 Radeon RX5700XT 还要强 20%。而且这 48 个 CU 还必须全部处于工作状态,意味着可能还有额外 4 个 CU 被屏蔽以此提高良品率(One X 就是 44 个 CU 屏蔽了 4 个)。微软通过一个 6T GPU 的 One X 给了我们一个惊喜,而 Series X 的创新同样让人期待。

      频率会明显比我们所见过的 AMD Navi GPU 要更高(之所以不增加 CU 数量是因为核心面积所决定的)。而如今的主机内部芯片相比同等 PC 硬件的时钟频率都要低,这意味着情况将发生反转。芯片面积和频率的双重提高将使得功耗突破史上任意一台主机。初代 PlayStation 3 这个庞然大物是历史之最,游戏时功耗达到了 209 瓦。基于我们对现有的 Navi GPU,也就是更弱的 Radeon RX5700 系列的了解,加上 Series X 的机箱大小,新主机的功耗突破 300 瓦丝毫不让人吃惊。考虑到这一点,微软表示它的噪声表现比现在的 One X 更安静令人感到十分欣慰。

One X 采用了高端显卡使用的真空腔均热板进行高效散热

把性能用在刀刃上

      还有更多的线索表明 Series X 和其竞争对手在硬件上的不同之处。微软在官方文稿中着重提到了”获得专利的 VRS”技术,即可变速率着色技术(Variable Rate Shading)。这项技术背后的想法非常直接:没有必要让屏幕上的每一个地方都以同样的精确度去渲染。像低对比度的区域,或者大量动态模糊的场面是可以降低渲染精度的,因为人眼基本看不出区别。

      目前英伟达的图灵架构 GPU(20 系列和 16 系列)已经硬件集成了 VRS,并支持《德军总部 新帝国》《德军总部 新血脉》两款作品,不同场景下帧数提升大约在 10% 到 15% 之间。这还仅仅是一个应用案例,而且会随着画面内容的不同获得动态的提升效果。这项技术和如今实时渲染的大趋势非常契合,因为技术和艺术都在往电影化观感的方向靠拢。所以需要再次说明的是,单精度浮点这种指标已经不太能够反映出真实性能了——硬件架构革新和 VRS 带来了更多性能助力。况且这只是 AMD 技术路线图的冰山一角,新主机可能还会有更多的惊喜,比如已经确认的拥有硬件加速的光线追踪。

      尽管微软表示这是一项专利技术,但 VRS 能给 Xbox 带来多少优势还有待观察。Xbox 的 VRS 极有可能会基于适配 PC 硬件的 DirectX12 部署设计。而 VRS 也很明显不独属于微软的 DirectX12,上文两款支持英伟达 VRS 的游戏采用的是 Vulcan 图形接口。我们还需等待微软给出更多的技术原理,以及其他微软所提及的技术的详细信息,比如动态延迟输入(Dynamic Latency Input, DLI)等等。

      最高 8K 分辨率输出和 120 帧的支持也再次得到确认。可能某些特定游戏会在 Series X 上设定 120 帧的目标,为主机带来高端多人游戏体验,让电竞粉丝多了一个可接受的选择。同样,可能会有特定游戏目标为原生 8K 分辨率,但我们更可能看到的是,开发者会选择更多的分辨率范围(类似本世代主机的 900p、1440p 等等)或者是动态分辨率。如今像时间超采样(Temporal Super-Sampling)等技术让原生分辨率的意义变得愈发薄弱。更加精妙的拉伸技术可能会获得比原生分辨率更好的结果。机器学习也将扮演着重要的角色。


犹抱存储半遮面

      这次微软也正式确认了 GDDR6 内存,但内存大小仍旧没提。虽然这在今年 E3 的公开视频中已经展示了 GDDR6 的内存颗粒,但微软似乎搞了一出障眼法。Windows Central 所说的 16GB 看起来非常有可能,另一方面 E3 视频透露的信息表明它可能采用了非统一规格的内存颗粒。

微软刻意把镜头对焦在了令人疑惑的内存颗粒上

      还有一个官方透露的新信息是它将采用 PC 平台的 NVMe 固态硬盘,这意味着它不是此前猜测的板载定制式设计。微软此前就表示其 I/O 速度有了 40 倍的提升。假设他们的对比目标是 Xbox One 的 40MB/s 的硬盘,那么固态硬盘的速度会是 1.6GB/s;若是 60MB/s 的 One X 硬盘,速度会达到 2.4GB/s。结合固态硬盘本身没有物理读盘头的查找时间,我们确实会接近于消除读盘时间的目标。从这方面出发,主机将更接近于它的原始初衷——“即插即玩”


      NVMe 硬盘的另一个好处是,它为用户自己升级空间打开了大门。虽然 SSD 相比机械硬盘依然昂贵,但价格已经开始大幅下滑。Series X 应该留有空间为额外的 NVMe 硬盘做准备。之后的问题就是,未来会出现官方认证硬盘,还是说普通的 NVMe 硬盘就可以使用。虽然后者会带来更加灵活和可能更低的价格,但存在速度和板载硬盘不一致的情况,这可能会导致一些问题发生。但无论怎样,这是一个好事。


时代造就英雄

      固态硬盘、GDDR6 内存、全新设计的散热系统、强大的性能……这些前沿技术意味着它的造价绝对不低。虽然以往主机都会为平衡价格而去削减性能,但各种有利的证据表明 Series X 将颠覆这一方式。菲尔·斯宾塞就曾表示不会为了价格而去牺牲性能。走更高性能路线的 One X 让微软收获了相当的回报,第三方游戏诸如《荒野大镖客 2》在其上的最佳表现是非常巨大的价值。这次微软明确声称不会再犯 Xbox One 首发时价格更贵性能却更低的错误,另一方面,如此巨大的成本让人很难相信它会比 One X 499 美元的首发价更低,而且还要考虑到当初 PS3 灾难性的 599 美元首发价格。

      不过本世代的 PlayStation 4 和 Xbox One 诞生于一个游戏主机遭受质疑的时代(移动游戏的崛起和其他因素),同时主机提供商也不再像 PS3/Xbox360 那样对主机投入巨额研发资源。最终结果就是 PS4 和 Xbox One 各种保守和妥协的设计。但在如今对主机乐观自信的时代,Series X 以及索尼的 PlayStation 5 都为超强性能而生。CPU 都采用了高端 PC 的规格;PS5 的 GPU 规格尚不知晓,但 Series X 的规格倘若为真,那么微软将给你提供的是超越 2019 年任何一块 AMD Navi 显卡的 GPU 性能。

      你的次世代主机将会比现在主机大得多,而且也要更贵,但将如此级别的性能推向主流游戏市场是非常令人激动的。即便在性能实在有限的本世代依旧诞生了各种技术奇迹,那么到了如此规格的次世代,它们身上将像涌泉一般喷薄出更多的可能性。

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