À l'intérieur de la Xbox Series X : les spécifications complètes

Ça y est. Après des mois de

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articles de blog

et même occasionnellement

fuir

, nous pouvons enfin révéler des faits concrets et concrets sur la Xbox Series X. Nous avons visité le vaisseau-mère Redmond WA de Microsoft au cours de la première semaine de mars, nous l'avons vu, l'avons manipulé, joué dessus et même construit à partir de ses composants. Nous avons vu le stockage extensible NVMe, nous avons eu notre premier aperçu du lancer de rayons accéléré par le matériel sur la console de nouvelle génération et nous avons vu comment l'un des développeurs les plus talentueux de Microsoft cherche à améliorer l'un des jeux les plus techniquement impressionnants disponibles. aujourd'hui pour la nouvelle Xbox. Nous avons eu un avant-goût de certaines fonctionnalités brillantes de rétrocompatibilité - et oui, nous pouvons aujourd'hui révéler les spécifications officielles complètes de la console Xbox Series X.

Il y a une grande quantité de matériel à partager, mais pour l'instant, nous allons essayer de livrer les points clés avec la promesse de beaucoup plus à venir. Dans cet article, nous examinerons en profondeur la technologie qui alimente la nouvelle machine et nous révélerons :

Comment la série X est plus de deux fois plus puissante que la Xbox One X en pratique ;

La différence que son lancer de rayons accéléré matériellement fera à l'apparence de vos jeux ;

Comment son approche radicale de la mémoire et du stockage rapide pourrait changer la donne - y compris l'incroyable fonction de reprise rapide ;

La guerre de Microsoft contre le décalage d'entrée et le déchirement d'écran ;

Et quelques fonctionnalités de compatibilité impressionnantes, y compris le HDR automatisé pour les jeux plus anciens !

Tout commence par les trois principes clés sur lesquels repose la prochaine génération de Xbox : puissance, vitesse et compatibilité. Microsoft a sans aucun doute sa propre messagerie à partager construite autour de ces piliers, mais ils constituent également une base solide pour notre histoire.

Quelle est la puissance de la Xbox Series X ?

Avec la puissance, tout commence avec le système sur puce Project Scarlett SoC. Le processeur est fabriqué sur une interprétation améliorée du processus 7 nm de TSMC, qui, nous le comprenons, rassemble un tas d'améliorations de la technologie, jusqu'à mais

ne pas

y compris le nouveau 7nm+ basé sur l'EUV. La puce elle-même est un 360mm

tranche de silicium (nettement plus petite que ce que nous supposions), qui associe des versions personnalisées du cœur de processeur Zen 2 d'AMD à 12,155 téraflops de puissance de calcul GPU.

Comme prévu, nous obtenons huit cœurs de processeur et 16 threads, livrés via deux unités quad-core sur le silicium, avec un cœur de processeur (ou deux threads) réservé à l'exécution du système d'exploitation sous-jacent et du « shell » frontal. Microsoft promet une amélioration de 4 fois du débit monocœur et global par rapport à la Xbox One X - et les vitesses du processeur sont impressionnantes, avec une fréquence maximale de 3,8 GHz. C'est à ce moment que SMT - ou hyper-threading - est désactivé. Curieusement, les développeurs peuvent choisir de fonctionner avec huit cœurs physiques à l'horloge la plus élevée, ou tous les cœurs et threads peuvent être activés avec une fréquence inférieure de 3,6 GHz. Ces fréquences sont complètement verrouillées et ne s'ajusteront pas en fonction de la charge ou des conditions thermiques - un point que Microsoft a souligné à plusieurs reprises lors de notre visite.

Dans nos tests sur PC, l'activation de SMT peut fournir jusqu'à 30 % - ou plus - de performances supplémentaires dans des applications bien conçues. Cependant, pour les titres de lancement au moins, Microsoft s'attend à ce que les développeurs optent pour le mode 3,8 GHz supérieur avec SMT désactivé. « Du point de vue d'un développeur de jeux, nous nous attendons à ce que beaucoup d'entre eux s'en tiennent aux huit cœurs, car leurs jeux actuels fonctionnent avec la distribution souvent définie sur sept cœurs et sept threads de travail », explique Andrew Goossen, collaborateur technique de Microsoft et architecte système Xbox. . "Et donc pour qu'ils aillent plus loin, pour qu'ils aillent à 14 threads matériels, cela signifie qu'ils ont le système pour le faire, mais ensuite, vous devez avoir des charges de travail qui se répartissent encore plus efficacement entre eux. Et donc nous sommes constatant en fait que la grande majorité des développeurs - en discutant avec eux de leurs choix de lancement - la grande majorité vont opter pour le SMT désactivé et l'horloge plus élevée. "

Une présentation vidéo des spécifications et des fonctionnalités de la Xbox Series X - et un aperçu d'une gamme de démos impressionnantes montrant les technologies clés en action.

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Il existe des personnalisations du cœur du processeur - spécifiquement pour la sécurité, la puissance et les performances, et avec 76 Mo de SRAM sur l'ensemble du SoC, il est raisonnable de supposer que le gigantesque cache L3 trouvé dans les puces Zen 2 de bureau a été quelque peu réduit. Le même processeur Series X est utilisé dans les serveurs cloud Project Scarlett qui remplaceront les modèles xCloud basés sur Xbox One S actuellement utilisés. À cette fin, AMD a intégré la correction d'erreurs EEC pour la GDDR6 sans pénalité de performances (il n'existe en fait pas de G6 compatible EEC, donc AMD et Microsoft lancent leur propre solution), tandis que des fonctionnalités de virtualisation sont également incluses. Et cela nous amène à notre premier moment de micro : le processeur Series X est en fait capable d'exécuter quatre sessions de jeu Xbox One S simultanément sur la même puce, et contient un nouvel encodeur vidéo interne qui est six fois plus rapide que le plus encodeur externe latent utilisé sur les serveurs xCloud actuels.

Mais jusqu'à présent au moins, l'accent a été mis sur le GPU, où Microsoft a fourni 12 téraflops de performances de calcul via 3328 shaders alloués à 52 unités de calcul (de 56 au total sur le silicium, quatre désactivées pour augmenter le rendement de production) fonctionnant à un soutenu, verrouillé 1825MHz. Encore une fois, Microsoft insiste sur le fait que les fréquences sont cohérentes sur toutes les machines, dans tous les environnements. Il n'y a pas d'horloges boost avec la Xbox Series X.

« 12 TFLOP était notre objectif dès le début. Nous voulions un doublement minimum des performances par rapport à Xbox One X pour prendre en charge nos objectifs 4K60 et 120. Et nous voulions que ce doublement s'applique uniformément à tous les jeux », explique Andrew Goossen. "Pour y parvenir, nous avons fixé un objectif de 2x les TFLOP bruts de performance sachant que les améliorations architecturales rendraient les performances effectives typiques bien supérieures à 2x. pour plusieurs raisons : principalement, il a défini un objectif audacieux de consommation électrique et ainsi défini l'ensemble de l'architecture de notre système.

"Mais aussi, dans les premiers stades de la conception, il nous est difficile de prédire avec précision l'augmentation des améliorations architecturales dans nos pires cas. Notre barre était un double dans tous les cas, pas seulement une moyenne. C'est donc le moyen d'ingénierie le plus pratique pour garantir L'amélioration de base de 2x dans les pires cas enregistrés dans tous les jeux consistait à fixer un objectif de deux fois les performances brutes des TFLOP. Nous avons donc concentré nos efforts sur l'amélioration des performances effectives avec des améliorations architecturales et de nouvelles fonctionnalités. "

Nous avons une pièce distincte couvrant les bases du facteur de forme de la série X - mais pour le moment, voici la console dans sa configuration horizontale.

Xbox série X

Xbox One X

Xbox One S

CPU

8x Zen 2 Cores à 3,8 GHz (3,6 GHz avec SMT)

8x cœurs Jaguar personnalisés à 2,13 GHz

8x cœurs Jaguar personnalisés à 1,75 GHz

GPU

12 TFLOP, 52 CU à 1,825 GHz, RDNA 2 personnalisé

6 TFLOP, 40 CU à 1,172 GHz, fonctionnalités GCN + Polaris personnalisées

1.4 TFLOPS, 12 CU à 914 MHz, GPU GCN personnalisé

Taille de matrice

360.45mm

366,94 mm

227,1 mm

Traiter

TSMC 7 nm amélioré

TSMC 16nmFF+

TSMC 16nmFF

Mémoire

16 Go de GDDR6

12 Go de mémoire GDDR5

8 Go DDR3, 32 Mo ESRAM

Bande passante de la mémoire

10 Go à 560 Go/s, 6 Go à 336 Go/s

326 Go/s

68 Go/s, ESRAM à 219 Go/s

Stockage interne

SSD NVMe personnalisé de 1 To

Disque dur de 1 To

Débit E/S

2,4 Go/s (brut), 4,8 Go/s (compressé)

120 Mo/s

Stockage extensible

Carte d'extension 1 To

Stockage externe

Prise en charge du disque dur USB 3.2

Lecteur optique

Lecteur Blu-ray 4K UHD

Objectif de rendement

4K à 60 ips - jusqu'à 120 ips

4K à 30 ips - jusqu'à 60 ips

1080p à 30 ips jusqu'à 60 ips

Nous avons

démontré

au cours des mois que l'architecture RDNA d'AMD offre considérablement

plus de « performances pour votre téraflop »

, en raison de la nouvelle conception radicale associée à des horloges beaucoup plus élevées (le GPU de la série X fonctionne avec un avantage de fréquence de 56% par rapport à la Xbox One X), mais il existe des multiplicateurs qui devraient entrer en vigueur grâce à l'utilisation de nouvelles fonctionnalités intégrées dans la conception telle que l'ombrage à taux variable, qui tente essentiellement d'augmenter et de diminuer la précision du rendu en fonction de la visibilité.

Cependant, même les ports de base qui utilisent à peine les nouvelles fonctionnalités de la série X donnent des résultats impressionnants. Mike Rayner et Colin Penty de la Coalition nous ont montré une conversion Series X de Gears 5, produite en seulement deux semaines. Les développeurs ont travaillé avec Epic Games pour faire fonctionner UE4 sur la série X, puis ont simplement augmenté tous les préréglages de qualité internes à l'équivalent de l'ultra PC, en ajoutant des ombres de contact améliorées et le tout nouveau UE4 (basé sur un logiciel) ray traced screen-space global éclairage. En plus de cela, les cinématiques de Gears 5 – fonctionnant à 30 ips sur Xbox One X – ont été portées à 60 ips sans faille. Nous en parlerons bientôt plus, mais il y avait un point à retenir surprenant - on nous a montré des résultats de référence qui, sur ce port non optimisé de deux semaines,

déjà

offrent des performances très, très similaires à celles d'un RTX 2080.

"Je pense que par rapport à où nous en sommes et juste en regardant notre expérience avec le matériel avec ce jeu particulier, je pense que nous sommes vraiment positifs pour voir comment cette chose fonctionne, surtout sachant combien de performances inexploitées sont encore là dans la boîte sur la base du travail que nous avons fait jusqu'à présent », s'enthousiasme Mike Rayner, directeur technique de Coalition. "Gears 5 sera optimisé, donc le travail que vous avez vu aujourd'hui sera là, disponible au lancement sur Xbox Series X. Le titre prendra en charge Smart Delivery, donc si vous avez déjà le titre sous quelque forme que ce soit, vous pourrez pour l'obtenir gratuitement sur la série X."

C'était une performance impressionnante pour un jeu qui n'a même pas commencé à accéder aux fonctionnalités de nouvelle génération du nouveau GPU. À l'heure actuelle, il est difficile de quantifier avec précision le type d'amélioration de la qualité visuelle et des performances que nous verrons au fil du temps, car s'il existe des parallèles évidents avec les machines de la génération actuelle, le mélange de nouveau matériel et de nouvelles API permet des charges de travail très différentes à exécuter sur le GPU. L'apprentissage automatique est une fonctionnalité dont nous avons discuté dans le passé, notamment avec l'architecture Turing de Nvidia et la mise à l'échelle DLSS AI de la société. L'architecture RDNA 2 utilisée dans la série X n'a pas d'équivalents de cœur de tenseur, mais Microsoft et AMD ont mis au point une nouvelle solution efficace basée sur les cœurs de shader standard. Avec plus de 12 téraflops de calcul FP32, RDNA 2 permet également le double avec FP16 (oui, les mathématiques rapides sont de retour). Cependant, les charges de travail d'apprentissage automatique utilisent souvent une précision beaucoup plus faible que cela, de sorte que les shaders RDNA 2 ont été adaptés encore plus.

Mana du ciel pour les fans de silicium : une visualisation CG de la façon dont les différents composants du SoC Series X sont positionnés dans la puce.

« Nous savions que de nombreux algorithmes d'inférence n'avaient besoin que de positions entières sur 8 bits et 4 bits pour les pondérations et les opérations mathématiques impliquant ces pondérations constituent l'essentiel de la surcharge de performances pour ces algorithmes », explique Andrew Goossen. "Nous avons donc ajouté un support matériel spécial pour ce scénario spécifique. Le résultat est que la série X offre 49 TOPS pour les opérations d'entiers de 8 bits et 97 TOPS pour les opérations d'entiers de 4 bits. Notez que les poids sont des entiers, donc ce sont des TOPS et non TFLOP. Le résultat net est que la série X offre une intelligence inégalée pour l'apprentissage automatique. "

D'autres caractéristiques prospectives font également la coupe. Encore une fois, à l'instar de l'architecture Turing existante de Nvidia, les shaders de maillage sont incorporés dans RDNA 2, permettant une amélioration potentiellement explosive des détails géométriques.

« Alors que les GPU sont devenus plus larges et que les performances de calcul ont augmenté, le traitement de la géométrie est devenu de plus en plus lié à la configuration du triangle à fonction fixe et aux blocs de tessellation du GPU », révèle Goossen. « Le maillage ombragé permet aux développeurs de contourner complètement ces goulots d'étranglement des fonctions fixes en fournissant une alternative facultative aux parties existantes du pipeline GPU. En plus des performances, le maillage ombragé offre aux développeurs une flexibilité et des économies de mémoire. Le maillage shading permettra aux développeurs de jeux d'augmenter les détails dans les formes et les animations des objets et restituer des scènes plus complexes sans sacrifier la fréquence d'images."

Il y a plus. Beaucoup plus. Par exemple, le GPU Series X permet de partager le travail entre les shaders sans implication du CPU, économisant ainsi une grande quantité de travail pour les cœurs Zen 2, les données restant sur le GPU. Cependant, la grande innovation est clairement l'ajout du lancer de rayons accéléré par le matériel. C'est extrêmement excitant et chez Digital Foundry, nous avons suivi l'évolution de cette nouvelle technologie via les jeux DXR et Vulkan que nous avons vu fonctionner sur les cartes RTX de Nvidia et la mise en œuvre de la console de RT est plus ambitieuse que nous ne le pensions possible .

La différence de lancer de rayons

RDNA 2 prend entièrement en charge la dernière norme DXR Tier 1.1, et similaire au noyau Turing RT, il accélère la création des structures dites BVH nécessaires pour cartographier avec précision la traversée des rayons et les intersections, testées par rapport à la géométrie. En bref, de la même manière que la lumière « rebondit » dans le monde réel, l'accélération matérielle pour le lancer de rayons cartographie la traversée et l'intersection de la lumière à une vitesse pouvant atteindre 380 milliards d'intersections par seconde.

"Sans accélération matérielle, ce travail aurait pu être effectué dans les shaders, mais aurait consommé plus de 13 TFLOP à lui seul", explique Andrew Goossen. "Pour la série X, ce travail est déchargé sur du matériel dédié et le shader peut continuer à fonctionner en parallèle avec des performances complètes. En d'autres termes, la série X peut exploiter efficacement l'équivalent de bien plus de 25 TFLOP de performances pendant le lancer de rayons."

Il est cependant important de replacer cela dans son contexte. Alors que les charges de travail peuvent fonctionner en même temps, le calcul de la structure BVH n'est qu'un élément de la procédure de lancer de rayons. Les shaders standard du GPU doivent également faire leur part, de sorte que des éléments tels que les calculs d'éclairage sont toujours exécutés sur les shaders standard, l'API DXR ajoutant de nouvelles étapes au pipeline GPU pour effectuer cette tâche efficacement. Alors oui, RT est généralement associé à une baisse des performances et cela se répercute sur la mise en œuvre de la console, mais avec les avantages d'une conception de console fixe, nous devrions nous attendre à voir les développeurs optimiser plus agressivement et aussi innover. La bonne nouvelle est que Microsoft autorise un accès de bas niveau au matériel d'accélération RT.

Les qualités transformatrices du lancer de rayons sont mieux démontrées dans la version DXR entièrement tracée de Minecraft, fonctionnant sur Xbox Series X.

"[Series X] va encore plus loin que la norme PC en offrant plus de puissance et de flexibilité aux développeurs", révèle Goossen. "Dans la tradition de la grande console, nous prenons également en charge la programmation directe vers le métal, y compris la prise en charge de la construction et de l'optimisation BVH hors ligne. Avec ces blocs de construction, nous nous attendons à ce que le lancer de rayons soit un domaine de visuels incroyables et de grande innovation par les développeurs au cours de la durée de vie."

La preuve du pudding est dans la dégustation, bien sûr. Pendant notre séjour sur le campus de Redmond, Microsoft a démontré à quel point les fonctionnalités RT de la console sont complètes en déployant une toute première démo technologique Xbox Series X Minecraft DXR, basée sur le

Code Minecraft RTX

nous l'avons vu à la Gamescom l'année dernière et cela semble très similaire, même s'il fonctionne sur un GPU très différent. Cela suggère une sorte d'ironie : le code Nvidia de base adapté et exécuté sur du matériel de traçage de rayons AMD au sein de la série X. Ce qui est impressionnant à ce sujet, c'est qu'il est entièrement tracé. Mis à part la skybox et la lune dans la démo que nous avons vue, il n'y a aucun élément rastérisé. L'intégralité de la présentation est ray tracing, démontrant que malgré les contraintes d'avoir à fournir RT dans une console avec une puissance et un budget silicium limités, la Xbox Series X est capable de fournir la mise en œuvre la plus ambitieuse et la plus frappante du ray tracing - et elle le fait en temps réel.

Minecraft DXR est une déclaration ambitieuse - le lancer de rayons total, si vous voulez - mais nous devrions nous attendre à voir la technologie utilisée de manières très différentes. « Nous sommes très enthousiastes pour le DXR et la prise en charge du lancer de rayons matériel », déclare Mike Rayner, directeur technique de Coalition et Gears 5. « Nous avons du lancer de rayons basé sur le calcul dans Gears 5, nous avons des ombres de lancer de rayons et le [ nouveau] l'illumination globale de l'espace écran est une forme d'IG basé sur un écran à traçage de rayons et nous nous intéressons donc à la façon dont le matériel de traçage de rayons peut être utilisé pour utiliser des techniques comme celle-ci, puis les déplacer vers l'utilisation des cœurs DXR.

"Je pense que, pour nous, la façon dont nous avons pensé à cela est que nous regardons vers l'avenir, nous pensons que le rendu hybride entre les techniques de rendu traditionnelles, puis l'utilisation de DXR - que ce soit pour les ombres ou l'IG ou l'ajout de reflets - sont des choses qui peuvent vraiment augmentez la scène et [nous pouvons] utiliser toute cette puce pour obtenir la meilleure qualité visuelle finale."

Dans cette prise de vue DF Direct sur place à Redmond WA, Rich Leadbetter et John Linneman discutent de leurs premières réactions à la Xbox Series X directement après une journée de présentations approfondies.

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Efficacité dans la conception

L'un des principaux points à retenir pour moi à propos du silicium de la série X n'est pas seulement la puissance, mais aussi l'efficacité de la conception. Avec toutes les nouvelles fonctionnalités graphiques et les 12 téraflops de performances de calcul constantes, nous avons envisagé une conception de processeur monstrueusement grande et d'un coût prohibitif - en bref, une console très chère. Cependant, la taille du SoC à 360 mm

signifie que nous avons une tranche de silicium qui est, en réalité, beaucoup plus petite que n'importe quelle mesure spéculative que nous pourrions trouver à partir des révélations précédentes du teaser - ses 15,3 milliards de transistors signifient que nous examinons un peu plus du double de la densité de transistors vue sur la Xbox 16nmFF Un processeur X, et pourtant nous obtenons considérablement

Suite

plus de deux fois la performance à tous les niveaux.

Cependant, atteindre les objectifs de performances, de puissance et de surface de silicium que Microsoft s'était fixés a nécessité une réflexion innovante. La puissance graphique n'est pas seulement une question de téraflops - la puissance de calcul doit être sauvegardée avec une bande passante mémoire, ce qui représente un défi unique pour une console. La solution de Microsoft pour le sous-système de mémoire lui a permis de fournir une interface 320 bits curieuse, avec dix modules GDDR6 de 14 Gbit/s sur la carte mère - six puces de 2 Go et quatre de 1 Go. La façon dont tout cela se divise pour le développeur est fascinante.

"Les performances de la mémoire sont asymétriques - ce n'est pas quelque chose que nous aurions pu faire avec le PC", explique Andrew Goossen "10 gigaoctets de mémoire physique [fonctionne à] 560 Go/s. Nous appelons cette mémoire GPU optimale. Six gigaoctets [fonctionnent à] 336 Go/ s. Nous appelons cela la mémoire standard. GPU optimal et standard offrent des performances identiques pour l'audio CPU et les E/S de fichiers. Le seul composant matériel qui voit une différence dans le GPU.

En ce qui concerne la façon dont la mémoire est allouée, les jeux obtiennent un total de 13,5 Go au total, ce qui englobe les 10 Go de mémoire GPU optimale et 3,5 Go de mémoire standard. Cela laisse 2,5 Go de mémoire GDDR6 du pool plus lent pour le système d'exploitation et le shell frontal. Du point de vue de Microsoft, il s'agit toujours d'un système de mémoire unifiée, même si les performances peuvent varier. "Dans les conversations avec les développeurs, il est généralement facile pour les jeux de remplir plus que leur quota de mémoire standard avec le processeur, les données audio, les données de pile et les données exécutables, les données de script et les développeurs comme un tel compromis quand cela leur donne plus de potentiel bande passante », explique Goossen.

Un rendu mettant en évidence l'interface mémoire 320 bits personnalisée de Microsoft.

Cela ressemble à une situation quelque peu complexe, surtout lorsque Microsoft lui-même a déjà fourni une interface mémoire plus traditionnelle et plus large dans Xbox One X - mais l'idée de travailler avec une mémoire GDDR6 beaucoup plus rapide a présenté quelques défis. "Lorsque nous avons parlé à l'équipe système, il y avait beaucoup de problèmes concernant la complexité de l'intégrité du signal et ainsi de suite", explique Goossen. "Comme vous le savez, avec la Xbox One X, nous avons opté pour le 384[-bit interface] mais à ces vitesses incroyables - 14 gbps avec la GDDR6 - nous avons poussé aussi fort que nous le pouvions et nous avons estimé que 320 était un bon compromis en termes d'atteindre des performances aussi élevées que possible tout en créant le système qui fonctionnerait réellement et que nous pourrions réellement expédier. »

Le principe de puissance est donc bien pris en compte, mais il ne s'agit pas seulement des performances de calcul brutes - l'ensemble de fonctionnalités est également crucial. En 2016, un an avant la fin des travaux sur Xbox One X, l'équipe de silicium Xbox travaillait déjà sur la série X, commençant le travail architectural sur les fonctionnalités de la prochaine génération que nous verrons enfin arriver sur le marché à l'occasion des vacances 2020 - un vif rappel du temps qu'il faut pour développer une nouvelle technologie. Même à l'époque, le lancer de rayons était à l'ordre du jour - et le besoin d'une approche révolutionnaire du stockage était également requis, ce qui nous amène au deuxième principe de la conception matérielle de la série X : un changement fondamental loin des disques durs mécaniques, embrassant stockage à l'état solide à la place.

Pourquoi le stockage rapide change tout

Les spécifications de cette page ne représentent qu'une infime fraction du potentiel de la solution de stockage que Microsoft a conçue pour la prochaine génération. Dans le teaser du projet Scarlett E3 de l'année dernière, Jason Ronald - directeur associé de la gestion de projet chez Xbox - a décrit comment le SSD pourrait être utilisé comme "mémoire virtuelle", une sorte de teaser qui commence seulement à faire allusion à la fonctionnalité que Microsoft a intégrée à son système .

Au niveau matériel, le lecteur NVMe personnalisé est très, très différent de tout autre type de SSD que vous avez vu auparavant. C'est plus court, pour commencer, se présentant plus comme une ancienne carte mémoire. Il est également assez lourd, probablement à cause de la construction métallique solide qui agit comme un dissipateur thermique qui devait gérer le silicium qui consomme 3,8 watts de puissance. De nombreux SSD PC "s'estompent" en termes de performances à mesure qu'ils chauffent - et comme les horloges CPU et GPU, cela n'était tout simplement pas acceptable pour Microsoft, qui pense que des performances cohérentes dans tous les domaines sont indispensables pour la conception de leurs consoles.

Le facteur de forme est mignon, les 2,4 Go/s de débit garanti sont impressionnants, mais ce sont les API logicielles et le matériel personnalisé intégrés au SoC qui offrent ce que Microsoft considère comme une révolution - une nouvelle façon d'utiliser le stockage pour augmenter la mémoire (un domaine où aucun détenteur de plateforme ne sera en mesure de réaliser un saut générationnel plus traditionnel). L'idée, du moins en termes simples, est assez simple - le package de jeu qui repose sur le stockage devient essentiellement une mémoire étendue, permettant au développeur d'accéder instantanément à 100 Go d'actifs de jeu stockés sur le SSD. C'est un système que Microsoft appelle Velocity Architecture et le SSD lui-même n'est qu'une partie du système.

« Notre deuxième composant est un bloc de décompression matériel à haute vitesse qui peut fournir plus de 6 Go/s », révèle Andrew Goossen. "Il s'agit d'un bloc de silicium dédié qui décharge le travail de décompression du processeur et est adapté au SSD afin que la décompression ne soit jamais un goulot d'étranglement. Le matériel de décompression prend en charge Zlib pour les données générales et un nouveau [système] de compression appelé BCPack qui est adapté au Des textures GPU qui représentent généralement la grande majorité de la taille du package d'un jeu."

Les connexions PCI Express 4.0 relient les SSD internes et externes en option directement au processeur.

Le dernier composant du triumvirat est une extension de DirectX - DirectStorage - une mise à niveau nécessaire en gardant à l'esprit que les protocoles d'E/S de fichiers existants frappent depuis 30 ans et, dans leur forme actuelle, il faudrait deux cœurs de processeur Zen simplement pour couvrir le frais généraux, que DirectStorage réduit à seulement un dixième d'un seul cœur.

« De plus, cela a d'autres avantages », s'enthousiasme Andrew Goossen. « C'est moins latent et cela permet d'économiser une tonne de processeur. Avec la meilleure solution compétitive, nous avons découvert qu'un logiciel de décompression correspondant au taux de SSD aurait consommé trois cœurs de processeur Zen 2. Lorsque vous ajoutez la surcharge du processeur IO, cela fait encore deux cœurs Ainsi, la charge de travail résultante aurait complètement consommé cinq cœurs de processeur Zen 2 alors qu'elle ne prend plus qu'un dixième de cœur de processeur. En d'autres termes, pour égaler les performances d'une série X à son taux d'E/S complet, vous auriez besoin de construire un PC avec 13 cœurs Zen 2. Cela fait sept cœurs dédiés au jeu : un pour Windows et le shell et cinq pour les E/S et la surcharge de décompression."

Le streaming d'actifs passe au niveau supérieur, mais Microsoft n'en avait pas fini là. Dernière génération, nous avons bénéficié d'une augmentation de 16x de la mémoire système, mais cette fois, c'est à peine 2x - ou seulement 50 % de plus si l'on considère la Xbox One X comme référence. En plus de s'appuyer davantage sur le stockage pour combler le déficit, Microsoft a entamé un processus d'optimisation de l'utilisation réelle de la mémoire, avec quelques améliorations surprenantes.

"Nous avons observé qu'en général, seul un petit pourcentage de la mémoire chargée par les jeux était accédé", révèle Goossen. "Ce gaspillage provient principalement des textures. Les textures sont universellement les plus gros consommateurs de mémoire pour les jeux. Cependant, seule une fraction de la mémoire pour chaque texture est généralement accessible par le GPU pendant la scène. Par exemple, le plus grand mip d'un 4K la texture est de huit mégaoctets et souvent plus, mais généralement, seule une petite partie de ce mip est visible dans la scène et donc seule cette petite partie doit vraiment être lue par le GPU. »

Microsoft s'est associé à Seagate pour son extension SSD externe propriétaire de 1 To. Elle est très courte, assez lourde pour ses dimensions et se présente en fait plutôt comme une carte mémoire.

Au fur et à mesure que la taille des textures a gonflé pour correspondre aux écrans 4K, l'efficacité de l'utilisation de la mémoire s'est progressivement détériorée - ce que Microsoft a pu confirmer en intégrant du matériel de surveillance spécial dans le SoC Scorpio Engine de Xbox One X. « À partir de là, nous avons découvert qu'un jeu n'accédait généralement au mieux qu'à la moitié à un tiers des pages qui lui étaient allouées sur de longues périodes de temps », explique Goossen. "Donc, si un jeu n'a jamais eu à charger des pages qui ne sont finalement jamais réellement utilisées, cela signifie un multiplicateur 2-3x sur la quantité effective de mémoire physique et un multiplicateur 2-3x sur nos performances d'E/S effectives."

Une technique appelée Sampler Feedback Streaming - SFS - a été conçue pour épouser plus étroitement les demandes de mémoire du GPU, en chargeant intelligemment les données de mip de texture réellement requises avec la garantie d'un mip de qualité inférieure disponible si la version de qualité supérieure n'est pas facilement disponible, arrêtant les blocages du GPU et les pics de temps de trame. Du matériel sur mesure au sein du GPU est disponible pour faciliter la transition entre les mips, au cas où la texture de meilleure qualité arriverait une ou deux images plus tard. Microsoft considère ces aspects de l'architecture Velocity comme un véritable changeur de jeu, ajoutant un multiplicateur à la façon dont la mémoire physique est utilisée.

L'architecture Velocity facilite également une autre fonctionnalité qui semble impressionnante sur le papier, mais qui est encore plus remarquable lorsque vous la voyez réellement se dérouler sur la console réelle. Quick Resume permet aux utilisateurs de basculer entre les états de jeu enregistrés, avec seulement quelques secondes de chargement - vous pouvez le voir en action dans la vidéo ci-dessus. Lorsque vous quittez un jeu, la RAM système est mise en cache sur SSD et lorsque vous accédez à un autre titre, son cache est ensuite restauré. Du point de vue du jeu lui-même, il n'a aucune idée réelle de ce qui se passe en arrière-plan - il pense simplement que l'utilisateur a appuyé sur le bouton de guidage et que le jeu peut reprendre normalement.

Nous avons vu du matériel Xbox Series X alterner entre Forza Motorsport 7 fonctionnant en mode 4K60 Xbox One X, State of Decay 2, Hellblade et The Cave (un titre Xbox 360). La commutation entre les jeux Xbox One X fonctionnant sur la série X, il y avait un délai d'environ 6,5 secondes pour passer d'un jeu à l'autre, ce qui est assez impressionnant. Microsoft ne partageait pas la taille réelle du cache SSD utilisé pour Quick Resume, mais déclarait que la fonctionnalité prend en charge au moins trois jeux de la série X. En gardant à l'esprit les 13,5 Go disponibles pour les titres, c'est un maximum théorique d'environ 40 Go d'espace SSD, mais en supposant que l'architecture Velocity dispose de fonctionnalités de compression matérielle ainsi que de décompression, l'empreinte réelle peut être plus petite. Quoi qu'il en soit, les titres qui utilisent

moins

la mémoire - comme les jeux que nous avons vus l'ont démontré - devrait avoir une empreinte plus faible, permettant de mettre plus en cache.

La guerre contre le décalage d'entrée et le déchirement d'écran

Le principe de vitesse de Microsoft pour la série X tient également compte d'une refonte radicale du traitement des entrées, conçue pour réduire la latence sur chaque partie imaginable du pipeline du jeu, ce qui signifie que le temps nécessaire entre l'appui sur le bouton et la réaction résultante à l'écran devrait être considérablement réduit. Microsoft a déjà mentionné Dynamic Latency Input, mais ne révèle que maintenant à quel point son travail est étendu ici. Cela commence par le contrôleur, où la latence typique de 8 ms sur l'entrée du contrôleur analogique est désormais considérablement réduite en transmettant les entrées les plus récentes.

juste avant

le jeu en a besoin. Les entrées numériques telles que les pressions sur les boutons sont horodatées et envoyées au jeu, réduisant la latence sans avoir besoin d'augmenter le taux d'interrogation, tandis que les pads connectés par USB voient les entrées numériques transmises immédiatement à la console. Pour faciliter tout cela, l'intégralité de la pile logicielle d'entrée a été réécrite, ce qui a permis d'améliorer encore la latence.

La latence a été une variable cruciale, mais invisible pour les développeurs, et à mesure que les moteurs de jeu deviennent de plus en plus complexes et parallèles, il n'est pas facile de suivre les décalages supplémentaires - autre chose que Microsoft tente de résoudre avec DLI. « Nous avons permis aux développeurs de jeux d'optimiser plus facilement la latence dans le jeu. Les jeux sur Xbox génèrent un identifiant pour chaque image lors de son passage dans son moteur », explique Andrew Goossen. "Lorsqu'il interroge l'entrée du contrôleur, il associe cet identifiant de trame à la synchronisation de l'entrée et lorsqu'il termine le rendu pour cette trame, il transmet cet identifiant ainsi que les informations de tampon avant complétées au système. Ainsi, avec ce mécanisme, ce système peut déterminez maintenant la latence complète dans le jeu pour chaque image."

Microsoft affirme avoir fourni un système qui permet aux développeurs de suivre avec précision le décalage d'entrée sur le moteur aussi facilement que les créateurs de jeux peuvent suivre la fréquence d'images - la métrique a été ajoutée à son outil d'analyse des performances interne, Pix. Le dernier élément de DLI est la prise en charge par la Xbox Series X de la nouvelle vague d'écrans 120 Hz HDMI 2.1 qui arrivent sur les marchés maintenant. The firm has already began testing of this feature at lower-than-4K output resolutions on supported HDMI 2.0 screens via Xbox One S and Xbox One X. Because the screens are updating twice as quickly as their 60Hz equivalents, users should have faster response - a state of affairs that should also apply to variable refresh rate (VRR) modes too. Microsoft has also pioneered ALLM modes in its existing machines, meaning that the console can command the display to shift automatically into game mode.

The Xbox One pad evolves - smaller, more accessible to people with smaller hands and now featuring a revamped d-pad and share button.

Microsoft has also made innovations that may also see the end of screen-tearing. Typically, displaying a new frame during scan-out is used to cut latency. Triple-buffering can even out drops to frame-rate, but can add extra lag - but Series X sees this situation evolve. "We redesigned the presentation API the games use to send their completed frames to the TV," shares Andrew Goossen. "We completely decoupled the traditional link between double- or triple-buffering and latency. It used to be that triple buffering was good to improve frame-rate when the game couldn't maintain their target frame-rate, but triple buffering was bad because it increased latency. But no longer. Now frame buffering and latency are fully decoupled, games can enable triple-buffering while separately specifying their desired latency. So that latency between the CPU frame start time and the GPU frame start time can now be specified in microseconds, rather than v-syncs.

"So, game developers can precisely dial down the latency between the CPU and the GPU until just before bubbles start to form or the GPU might idle because the CPU isn't feeding it fast enough - and the runtime provides extensive latency feedback statistics for the game to inform the dynamic adjustment. So using this mechanism, the games can very precisely reduce the in-game latency as much as possible - and quite easily as well."

While enhancements and optimisations - not to mention a new share button - are added to the Xbox Series X controller, the good news is that the DLI technology is compatible with existing pads, which should be upgraded with a simple firmware update.

How older games will play better on Series X

The last of Microsoft's three tenets that form the foundation of its next-gen endeavours is compatibility, an area where the firm has delivered remarkable levels of fan service since Xbox 360 backwards compatibility was first revealed to an incredulous audience at E3 2015. The firm has already announced that its existing library of back-compat Xbox 360 and OG Xbox games will run on Series X, while all existing peripherals will also work as they should (which, in part, explains why type-A USB is used on the system as opposed to the new USB-C standard). So yes, the steering wheel tax is over.

Beyond that, the Xbox back-compat team have been hard at work since drawing the line under their Xbox 360 and X-enhanced program a while back. It likely comes as no surprise to discover that Series X can technically run the entire Xbox One catalogue, but this time it's done with no emulation layer - it's baked in at the hardware level. Games also benefit from the full CPU and GPU clocks of Series X (Xbox One X effectively delivered 50 per cent of its overall graphics power for back-compat), meaning that the more lacklustre of those performance modes added to many Xbox One X games should hopefully lock to a silky smooth 60fps.

However, the compatibility team is renowned for pushing the envelope and some of the early work we saw with Series X is mouthwatering. Microsoft has already promised improved image fidelity, steadier frame-rate and faster loading times, but the early demos we saw look even more promising - and it is indeed the case that hints dropped in Phil Spencer's

recent Series X blog post

will result in selected Xbox One S titles running at higher resolutions on the new console. In fact, we saw Gears of War Ultimate Edition operating with a 2x resolution scale on both axes, taking a 1080p game all the way up to native 4K. It's an evolution of the

Heutchy Method

used to bring Xbox 360 720p titles up to full 4K, with often

spectacular results

. Crucially, the back-compat team does all the heavy lifting at the system level - game developers do not need to participate at all in the process.

Microsoft plans a new series of Series X-enhanced back-compat titles featuring improved resolution such as Gears of War Ultimate, here. Doubling of frame-rate is also mooted as a possibility.

"We are exploring ways of improving, maybe, a curated list of games," says Peggy Lo, compatibility program lead for Xbox. "Things that we are are looking at include improving resolution for games, improving frame-rates - maybe doubling them! And the way we're doing it is really exploring multiple methods. So we knew what we were doing with the Heutchy Method, maybe we'll change it a bit, there's a there's a few other methods that we're exploring.

"What we're probably not going to do is explain all those methods today because we're still in the process of figuring out what exact method will be best for the Series X but I want you to feel confident that we have a solution that we can fall back on or that we will always keep pushing forward to."

Microsoft set up two LG OLED displays, one running Gears Ultimate at its standard 1080p on Xbox One X (the game never received an X upgrade) and at native 4K on Series X. On-screen debug data revealed the amount of render targets the console was running at a higher resolution, along with the resolution scaling factor and the new native resolution - in this case, a scale of 2.0 and a 3840x2160 pixel count. The notion of displaying such a precise scaling factor made me wonder if it could actually go higher - whether 720p or 900p titles could also scale to native 4K. It's a question that went unanswered, though Lo chuckled when I asked.

Further goodies were to come - and owners of HDR screens are going to love the second key feature I saw. We got to see the Xbox One X enhanced version of Halo 5 operating with a very convincing HDR implementation, even though 343 Industries

never shipped the game with HDR support

. Microsoft ATG principal software engineer Claude Marais showed us how a machine learning algorithm using Gears 5's state-of-the-art HDR implementation is able to infer a full HDR implementation from SDR content on any back-compat title. It's not fake HDR either, Marais rolled out a heatmap mode showing peak brightness for every on-screen element, clearly demonstrating that highlights were well beyond the SDR range.

A heatmap of Halo 5 luminance, comparing the standard presentation with the machine learning-based auto HDR presentation. Note that many brighter elements map into HDR space on the right. Click directly on the image for higher resolution.

"It can be applied to all games theoretically, technically, I guess we're still working through user experiences and things like that but this is a technical demo," revealed Marais. "So this [Halo 5] is four years old, right, so let's go to the extreme and jump to a game that is 19, 20 years old right now - and that is Fusion Frenzy. Back then there's nothing known about HDR, no-one knew about HDR things. Games just used 8-bit back buffers."

This was a show-stopping moment. It was indeed Fusion Frenzy - an original Xbox title - running with its usual 16x resolution multiplier via back-compat, but this time presented with highly convincing, perceptibly

real

HDR. The key point is that this is proposed as a system-level feature for Xbox Series X, which should apply to all compatible games that don't have their own bespoke HDR modes - and as Marais demonstrated, it extends across the entire Xbox library.

"But you can think of other things that we could do," Marias adds. "Let's look at accessibility. If you have people that cannot read well or see well, you probably want to enhance contrast when there's a lot of text on-screen. We can easily do that. We talked to someone that's colourblind this morning and that's a great example. We just switch on the LUT and we can change colours for them to more easily experience the announcement there."

It's clear that there's a lot of love for the Xbox library and that the back-compat team are hugely excited about what they do. "Hopefully you realise that we are still quite passionate about this," says Peggy Lo. "It's a very personal project for a lot of us and we are committed to keep doing this and making all your games look best on Series X."

Power, speed, compatibility. Microsoft made a convincing pitch for all of the foundational pillars of Series X - and remarkably, there's still more to share. After the initial presentations, we headed over to Building 37 on the Microsoft campus, where principle designer Chris Kujawski and his colleagues gave us a hands-on look at the Series X hardware, a detailed breakdown of its interior components and

everything

we could possibly want to know about its innovative form-factor, along with the subtle, but effective refinements made to the Xbox controller. The bottom line? There is still so much to share about Xbox Series X and we're looking forward to revealing more.

Digital Foundry was invited to Microsoft in Redmond WA during early March to cover the Xbox Series X specs reveal. Microsoft paid for travel and accommodation.

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