Hardvérové detaily Xbox Scorpio konzoly

Po základných informáciách ponúka Microsoft detailnejší náhľad na samotné čipy a frekvencie v Scorpio konzole. Tentoraz to rozpísalo znovu digital foundry, ktoré ide hlbšie do architektúry.

Architektúra

Samotné technológie čipu sú už výrazne upravené oproti pôvodnému Xbox One. Microsoft už napríklad jaguár jadrá nenazýva jaguárom a rovnako GPU jadrá sú výrazne modifikované a majú funkcie z nových verzii čipov. Celé to tak nemá ekvivalent na PC. Je to jedinečný dizajn, aký inde nenájdete.

Nie je tam však žiadny Ryzen. Je to ako pre čas, tak aj cenu a miesto na čipe. Mali svoje ciele, ktoré chceli splniť a zároveň sa museli dostať do ceny, za ktorú by si ľudia aj konzolu kúpili. Museli to vyvážiť. Spravili tak vlastný dizajn s cieľom zefektívniť potrebné procesy vyžadované na 4K, ultra HD textúry, HDR a Wide Colour Gamut.

Zo zaujímavostí čip ma plochu 360 mm2, zatiaľ čo predošlý čip mal 363mm2. Je to vďaka tomu, že teraz už nie je na 28nm procese, ale na 16nm procese a bez ESRAM. Miesto na čipe už zaberajú len 4 clustre Radeon compute jednotiek, dva malé quadcore CPU clustre a pridaných je 4MB L2 cache.

Celkovo je v grafickej oblasti procesora 11 compute units v každom zo štyroch shader enginov, ale v každom je jedno CU zakázané. Je to preto, že procesory mávajú výrobné chyby a takto ich prejde finálnym testovaním viac.  Na druhej strane plne funkčné a odomknuté procesory teraz išli vývojárom preto tí majú 6.6Tflopu namiesto 6Tflopov. 

Celý procesor bude mať ešte niekoľko napäťových stavov pre šetrenie energie, 8 stavov bude pre CPU, 5 stavov pre GPU, 3 stavy pre pamäte.

CPU

Pre CPU je dôležitá ako frekvencia, tak aj lacencia, teda odozva. Ak je CPU rýchlejšie, môže rýchlejšie spracovať dáta, ale zároveň ak dáta nemá, nič nerobí a pri ich príchode sa vždy musí rozbehnúť. Takže aj latencia je dôležitá súčasť čipu. Preto frekvenciu teraz zvýšili na 2.3Ghz a latenciu znížili zvýšením rýchlosti pamätí. Je to dôležité hlavne v rámci jadier, pretože bežia na virtualizovanom OS prostredí a chceli optimalizovať ako fungujú presuny v pamäti, takže spravili niektoré kľúčové zmeny v samotných jadrách, aby sa veci zrýchlili.  V konečnom dôsledku tak nie je CPU len rýchlejšie ale beží aj efektívnejšie, čo celkovo znamená viac výkonu. CPU odťažili aj zapracovaním DX12 enginu do GPU, ktoré si tak vystačí s menej príkazmi z procesora.

Zo zaujímavostí Scorpio má aj samostatné regulátory napätia a každá doska je optimalizvaná pre efektivitu. Teda každá konzola môže nakoniec ísť na inom napätí. Je to iný systém optimalizácie výroby.

GPU

Do GPU pridali aj Polaris funkcie. Jednou je delta colour kompersia, ktorou šetria priepustnosť, ako pre 4K textúry, tak aj 4k rendering, k tomu pridali aj niektoré geometrické a quad-scheduling vylepšenia. Rovnako sú pridané aj niektoré výkonovové optimalizácie z Vega architektúry. Zo zaujímavostí, nepridali podporu renderovania v nekvalitnejšom FP16 móde, ktoré zapracovalo PS4 Pro. Veľké zisky však GPU bude mať vďaka spomínanému DX12 zapracovaniu do command procesorov. Zvýši sa tým efektivita spracovania informácii a ďalšie optimalizácie môžu robiť cez ovládače, dokonca aj na vydané tituly.

Microsoft bude môcť vytvárať profily pre hry a optimalizovať ich priamo na konzole. Niečo podobné ako to robia aj AMD a Nvidia cez ovládače na PC.  Rovnako to bude fungovať pre spätne kompatibilné tituly.

Hovoria, že ešte predtým ako naplánovali aktuálny čip a určili jeho výkon začínali s PIX utilitou, ktorá im umožnila analyzovať aktuálne hry a zistiť čo by bolo najlepšie pre 4K konzolu. Vytvorili si emulátor, na ktorom spúšťali každú hru a získali výstupy, ako aj zistili potreby pre spätnú kompatibilitu. Skúšali to na rôznych Xbox One tituloch, upravovali konfigurácie, CU, taktovania, prenosovú rýchlosť,  shader engine, cache. Bolo to pre nich dôležité pri vytváraní finálneho hardvéru.

Nakoniec sa rozhodli pre vysoké GPU frekvencie, vyššie ako čokoľvek čo sme od AMD doteraz v konzolách videli. Taktovanie totiž zvyšuje rýchlosť globálne, a zároveň tým šetria miesto na čipe.  Z 853Mhz na Xbox One zvýšili na 1172Mhz, je to 37 percentné zvýšenie taktovania. Počet shader jednotiek sa zdvojnásobil čo spraví zvýšenie polygónov a vertexov  2.7x, L2 cache bola zvýšená 4x, celkový výkon 4.6 násobne.

Pamäť

Zistili aj to, že potrebujú cez 300GB/s priepustnosť, aby udržali 4K rozlíšenie. To ich priviedlo k 384 bitovej zbernici a to zadefinovalo aj 12GB GDDR5 pamäte. Teda pri 12 kanáloch s frekvenciou 6.8Ghz vyjde finálna rýchlosť 326GB/s. Zároveň im to umožnilo vypustiť ESRAM s 210GB/s rýchlosťou predtým zabudovanú v čipe. Teraz ju pre staré hry môžu vytvoriť virtuálne. Síce už nie je v čipe a teda odozva je pomalšia, ale tú zase vykrýva zrýchlenie ostatných častí a v pôvodných hrách z Xbox One tak nie je žiadne spomalenie.

Tu sa napríklad PS4 muselo uspokojiť s checkerboardom pre náročné tituly, keďže pri 8GB pamätí majú celkovo nízku priepustnosť. Aj na Scorpiu budú môcť vývojári používať checkerboarding, pre ktorý majú efektívnu hardvérovo zapracovanú techniku. Firmy sa pozerajú aj na TAA temporal antialiasing pre upscaling, ako mal napríklad Quantum Break. 

Použitie rozlíšení a techník Microsoft nebude obmedzovať. Čo však bude určené je to, že na Scorpio musia hry bežať v rovnakom alebo lepšom framerate ako na pôvodnom Xbox One. Rovnako všetky možné renderovacie módy musia byť dostupné na nastavenie hráčmi. Je jedno aký majú monitor alebo TV, musia si vedieť vybrať typ zobrazenia, či už 1080p alebo 4K alebo iné mody.  Microsoft dúfa, že toto autori umožnia hráčom nastavovať aj počas hrania, pre jednoduchšie porovnanie a výber.

Keď prvýkrát autori uvideli výsledky Forzy, uvideli, že prekonali dizajnové ciele Scorpia. Totiž ako sa už spomínalo hra tam ide v 4K/60fps s len 60-70% vyťažením čipu. Znamená to, že ako 1080p, tak aj 900p tituly by mohli bez problémov dosiahnuť 4K. Pre tých pár titulov, ktoré sú v 720p dúfajú, v checkerboard na 4K. Ale nie je to nevyhnutné a napríklad aj pri 900p 30fps tituloch môžu autori ponúknuť 1080p60 fps. 

HDD

Samotný harddisk musí rýchlejšie streamovať 4K textúry a náležite tomu má byť o 50% rýchlejší.  Zároveň však spravia niečo, čo ešte v konzolách nebolo a to že ho posadia na tlmiace podložky. Znížia sa tak jeho vibrácie, ktoré sú nepriateľom rýchlosti pri streamovaní dát. Vibrácie totiž vytvárajú chyby čítania a tým aj latencie.

Vylepšenia oproti PC

Microsoft spravil aj vylepšenia do svojho shader compilera, ktorý je rýchlejší ako to čo ponúka PC, k tomu majú API priamo na železe spolu s podporou ďalších možností pre shadre, ktoré nemôžu byť spravené na PC. Nakoniec PIX ponúka low level analýzu celej záťaže. Znamená to, že oproti PC s rovnakým výkonom vyťažia z konzoly viac.

Samotné shadre už budú mať Shader Model 6, okrem toho si z PC požičali aj variabilné framerate na displejoch, kde pribudne Freesync 2 a zapracujú aj HDMI 2.1. Nakoniec to dopĺňa GameDVR nahrávajúce videá v 4K60 fps. Tie budú kodované cez HEVC kodek, čo znamená vyššiu kvalitu s rovnakým bitrate, podporované v nich bude aj HDR. Pre uploadovanie na YouTube bude zapnuté automatické enkodovanie do h.264 kodeku.

 Viac o Scorpiu konzole sa dozvieme na E3 o dva mesiace, predstavené budú aj hry.