Xbox Series X の内部: フルスペック

これだよ。何ヶ月にもわたるティーザー トレーラー、ブログ投稿、さらには時折のリークを経て、Xbox Series X に関する確固たる事実をついに明らかにすることができます。私たちは 3 月の第 1 週にマイクロソフトのワシントン州レドモンド母艦を訪問し、ユニットを見て、扱い、プレイしました。そして、その構成要素からそれを構築することさえできました。私たちは NVMe 拡張可能なストレージを確認し、次世代コンソールでハードウェア アクセラレーションによるレイ トレーシングを初めて体験し、Microsoft の最も才能のある開発者の 1 人が現在入手可能な最も技術的に印象的なゲームの 1 つをどのように強化しようとしているのかを見てきました。今日は新しいXboxについて。私たちはいくつかの優れた下位互換性機能を試してきました。そして今日、Xbox Series X 本体の完全な公式仕様を明らかにすることができます。

共有すべき内容は膨大にありますが、今のところは、今後さらに多くの内容が提供されることを約束しながら、重要なポイントをお届けすることに努めます。この記事では、新しいマシンを強化するテクノロジーを詳しく調べ、次のことを明らかにします。

すべては、次世代 Xbox を構築する 3 つの重要な原則、つまりパワー、スピード、互換性から始まります。 Microsoft は間違いなく、これらの柱を中心に構築された共有すべき独自のメッセージを持っていますが、それらは私たちのストーリーの強固な基盤としても機能します。

電源に関しては、すべて Project Scarlett SoC (システム オン チップ) から始まります。このプロセッサは、TSMC の 7nm プロセスの強化版に基づいて製造されており、新しい EUV ベースの 7nm+ に至るまで、テクノロジーに対する多くの改善が積み重なっていると理解しています。チップ自体は 360mm2 のシリコン スライス (予想よりも大幅に小さい) で、AMD の Zen 2 CPU コアのカスタマイズされたバージョンと 12.155 テラフロップスの GPU 計算能力を組み合わせています。

予想どおり、シリコン上の 2 つのクアッドコア ユニットを介して 8 つの CPU コアと 16 のスレッドが提供され、1 つの CPU コア (または 2 つのスレッド) は、基盤となるオペレーティング システムとフロントエンドの「シェル」を実行するために予約されています。 Microsoft は、Xbox One X に比べてシングルコアと全体のスループットの両方で 4 倍の向上を約束しています。また、CPU 速度はピーク周波数 3.8 GHz と驚異的です。これは、SMT (ハイパースレッディング) が無効になっている場合です。興味深いことに、開発者は、より高いクロックで 8 つの物理コアで実行することを選択することも、すべてのコアとスレッドをより低い 3.6 GHz 周波数で有効にすることもできます。これらの周波数は完全にロックされており、負荷や熱条件に応じて調整されません。この点は、Microsoft が訪問中に何度も強調していました。

PC ベースのテストでは、SMT を有効にすると、適切にスレッド化されたアプリケーションで最大 30% 以上の追加パフォーマンスが実現できます。ただし、少なくとも発売タイトルについては、開発者が SMT を無効にしてより高い 3.8GHz モードを選択することを Microsoft は期待しています。 「ゲーム開発者の観点から見ると、現在のゲームは 7 コアと 7 ワーカー スレッドに設定されたディストリビューションで実行されていることが多いため、多くの開発者が実際に 8 コアに固執すると予想されます」と Microsoft テクニカル フェローで Xbox システム アーキテクトの Andrew Goossen 氏は説明します。 「そして、彼らがより広範囲に、14のハードウェアスレッドに行くためには、それを行うためのシステムがあることを意味しますが、その場合、ワークロードをさらに効果的に分割する必要があります。そして、私たちはそうしています」実際、開発者の大多数が、発売時の選択について話し合ってみると、SMT を無効にし、より高いクロックを選択するつもりであることがわかりました。」

CPU コアには、セキュリティ、パワー、パフォーマンスに特化したカスタマイズが施されており、SoC 全体に 76 MB の SRAM が搭載されているため、デスクトップの Zen 2 チップにある巨大な L3 キャッシュがある程度削減されていると考えるのが妥当です。現在使用されている Xbox One S ベースの xCloud モデルを置き換える Project Scarlett クラウド サーバーでは、まったく同じシリーズ X プロセッサが使用されています。この目的のために、AMD はパフォーマンスを犠牲にすることなく GDDR6 用の EEC エラー修正を組み込みました (実際には EEC 互換の G6 など存在しないため、AMD と Microsoft は独自のソリューションを展開しています)。また、仮想化機能も含まれています。そして、これが私たちを最初のマイク ドロップの瞬間に導きます。シリーズ X プロセッサーは実際に同じチップ上で 4 つの Xbox One S ゲーム セッションを同時に実行でき、他のプロセッサーの 6 倍高速な新しい内部ビデオ エンコーダーを備えています。現在の xCloud サーバーで使用されている潜在的な外部エンコーダ。

しかし、少なくともこれまでは GPU に焦点が当てられており、マイクロソフトは 52 個の計算ユニット (シリコン上には合計 56 個、生産歩留まりを高めるために無効になっている 4 個) に割り当てられた 3328 個のシェーダーを介して 12 テラフロップスの計算パフォーマンスを実現しました。持続、1825MHz にロック。 Microsoft は、すべての環境のすべてのマシンで周波数が一貫しているという点をもう一度強調します。 Xbox Series X にはブースト クロックがありません。

「当初から 12 TFLOP が私たちの目標でした。4K60 および 120 のターゲットをサポートするには、Xbox One X の少なくとも 2 倍のパフォーマンスが必要でした。そして、その 2 倍をすべてのゲームに均一に適用したいと考えていました」と Andrew Goossen 氏は説明します。 「これを達成するために、アーキテクチャの改善により一般的な実効パフォーマンスが 2 倍よりもはるかに高くなることがわかっているため、パフォーマンスの生の TFLOP の 2 倍という目標を設定しました。アーキテクチャの改善が検討される前に、パフォーマンスの生の TFLOP の 2 倍を目標に設定しました。主に、消費電力の大胆な目標を定義し、システム全体のアーキテクチャを定義しました。

「しかしまた、設計の初期段階では、最悪のケースにおけるアーキテクチャの改善による改善を正確に予測することは困難です。私たちの基準は、単なる平均ではなく、すべてのケースで 2 倍でした。したがって、確実な結果を保証するための最も実用的なエンジニアリング方法は、すべてのゲームで記録された最悪のケース全体での 2 倍の改善のベースラインは、生の TFLOP パフォーマンスの 2 倍という目標を設定することでした。そこで私たちは、アーキテクチャの改善と新機能によって実効パフォーマンスをさらに高めることに注力しました。」

私たちは何ヶ月にもわたって、AMD の RDNA アーキテクチャが大幅に高い「テラフロップスのパフォーマンス」を提供することを実証してきました。これは、根本的な新しい設計とはるかに高いクロックの組み合わせによります (シリーズ X GPU は、Xbox One に対して 56 パーセントの周波数アドバンテージで動作します)。 X) ですが、基本的に可視性に基づいてレンダリング精度を増減しようとする可変レート シェーディングなど、デザインに組み込まれた新しい機能を使用することで有効になる乗数があります。

ただし、シリーズ X の新機能をほとんど使用していない基本的なポートでも、素晴らしい結果が得られています。 The Coalition の Mike Rayner と Colin Penty は、わずか 2 週間で製造された Gears 5 のシリーズ X コンバートを見せてくれました。開発者は Epic Games と協力して UE4 をシリーズ X で動作させることに成功し、すべての内部品質プリセットを PC のウルトラと同等に引き上げ、改善されたコンタクト シャドウと UE4 の新しい (ソフトウェア ベースの) レイ トレースされたスクリーン スペース グローバルを追加しました。イルミネーション。それに加えて、Xbox One X では 30fps で実行されていた Gears 5 のカットシーンが、完璧な 60fps に向上しました。これについては近々詳しく説明しますが、驚くべき点が 1 つありました。ベンチマーク結果が示されたのは、この 2 週間前で最適化されていないポートで、すでに RTX 2080 と非常によく似たパフォーマンスを実現しているということでした。

「私たちの現在の状況と、この特定のゲームのハードウェアでの経験だけを見てみると、このゲームのパフォーマンスがどのようになっているのか、特に未開発のパフォーマンスがどのくらい残っているかを確認することに非常に前向きだと思います」私たちがこれまでに行ってきた作業に基づいてボックスに組み込まれています」と、Coalition 技術ディレクターのマイク・レイナー氏は熱狂的に語ります。 「Gears 5 は最適化されるため、今日ご覧になった作品はそこにあり、Xbox Series X の発売時に利用可能になります。タイトルはスマート デリバリーをサポートするため、すでにタイトルを何らかの形で持っている場合は、シリーズ X で無料で入手できます。」

新しい GPU の次世代機能へのアクセスをまだ始めていないゲームにとって、これは印象的なショーでした。現時点では、時間の経過とともに見られるビジュアル品質とパフォーマンスの向上を正確に定量化することは困難です。なぜなら、現行世代のマシンとの類似点は明らかですが、新しいハードウェアと新しい API の混合により、非常に異なるワークロードが可能になるからです。 GPU上で実行します。機械学習は、私たちが過去に議論した機能であり、最も顕著なのは Nvidia の Turing アーキテクチャと同社の DLSS AI アップスケーリングです。シリーズ X で使用されている RDNA 2 アーキテクチャにはテンソル コアに相当するものはありませんが、Microsoft と AMD は標準シェーダ コアに基づいた斬新で効率的なソリューションを考案しました。 12 テラフロップスを超える FP32 コンピューティングにより、RDNA 2 は FP16 の 2 倍の処理も可能にします (そうです、高速に詰め込まれた演算が戻ってきました)。ただし、機械学習ワークロードではそれよりもはるかに低い精度が使用されることが多いため、RDNA 2 シェーダーはさらに適応されました。

「多くの推論アルゴリズムでは、重みに 8 ビットと 4 ビットの整数位置のみが必要であり、これらの重みを含む数学演算が、これらのアルゴリズムのパフォーマンスのオーバーヘッドの大部分を占めることはわかっていました」と Andrew Goossen 氏は述べています。 「そこで、この特定のシナリオ用に特別なハードウェア サポートを追加しました。その結果、シリーズ X は 8 ビット整数演算に対して 49 TOPS、4 ビット整数演算に対して 97 TOPS を提供します。重みは整数なので、これらは TOPS ではなく、TOPS であることに注意してください。」 TFLOPs。最終的な結果として、シリーズ X は機械学習に比類のないインテリジェンスを提供します。」

その他の将来を見据えた機能も採用されています。ここでも、Nvidia の既存の Turing アーキテクチャと同様に、メッシュ シェーダが RDNA 2 に組み込まれており、幾何学的な詳細が爆発的に向上する可能性があります。

「GPU の幅が広くなり、コンピューティングのパフォーマンスが向上するにつれて、ジオメトリ処理は GPU の固定関数の頂点発行三角形セットアップとテッセレーション ブロックにますます束縛されるようになりました」と Goossen 氏は明らかにします。 「メッシュ シェーディングを使用すると、開発者は GPU パイプラインの既存の部分にオプションの代替手段を提供することで、固定機能のボトルネックを完全に回避できます。パフォーマンスに加えて、メッシュ シェーディングは開発者に柔軟性とメモリの節約を提供します。メッシュ シェーディングにより、ゲーム開発者はゲームの詳細を向上させることができます」オブジェクトの形状やアニメーションを表現し、フレームレートを犠牲にすることなく、より複雑なシーンをレンダリングします。」

もっとある。もっともっと。たとえば、シリーズ X GPU では、CPU の関与なしでシェーダー間で作業を共有できるため、GPU にデータが残ったまま Zen 2 コアの作業量が大幅に節約されます。ただし、大きな革新は明らかにハードウェア アクセラレーション レイ トレーシングの追加です。これは非常にエキサイティングなことであり、Digital Foundry では、Nvidia の RTX カードで実行されている DXR および Vulkan 搭載ゲームを通じてこの新しいテクノロジーの進化を追跡してきましたが、コンソールでの RT の実装は、私たちが可能だと考えていたよりも野心的です。 。

RDNA 2 は、最新の DXR Tier 1.1 標準を完全にサポートしており、Turing RT コアと同様に、レイ トラバーサルと交差を正確にマッピングするために必要な、いわゆる BVH 構造の作成を加速し、ジオメトリに対してテストされています。つまり、現実世界で光が「跳ね返る」のと同じように、レイ トレーシングのハードウェア アクセラレーションは、1 秒あたり最大 3,800 億の交差点の速度で光の横断と交差点をマッピングします。

「ハードウェア アクセラレーションがなければ、この作業はシェーダ内で実行できますが、それだけで 13 TFLOP 以上を消費することになります」と Andrew Goossen 氏は言います。 「シリーズ X の場合、この作業は専用のハードウェアにオフロードされ、シェーダは最大限のパフォーマンスで並行して実行し続けることができます。言い換えれば、シリーズ X は、レイ トレーシング中に 25 TFLOP をはるかに超えるパフォーマンスを効果的に活用できます。」

ただし、これを文脈に合わせて理解することが重要です。ワークロードは同時に動作できますが、BVH 構造の計算はレイ トレーシング手順の 1 つのコンポーネントにすぎません。 GPU の標準シェーダーもその重みを引き出す必要があるため、ライティング計算などの要素は引き続き標準シェーダーで実行され、DXR API はこのタスクを効率的に実行するために GPU パイプラインに新しいステージを追加します。確かに、RT は一般的にパフォーマンスの低下を伴い、それがコンソールの実装にも影響しますが、固定されたコンソール設計の利点により、開発者がより積極的に最適化し、革新することを期待する必要があります。良いニュースは、Microsoft が RT アクセラレーション ハードウェアへの低レベル アクセスを許可していることです。

「[シリーズ X] は、開発者により多くのパワーと柔軟性を提供するという点で、PC 標準よりもさらに進んでいます」と Goossen 氏は明らかにします。 「グランド コンソールの伝統に従い、オフライン BVH 構築と最適化のサポートを含むダイレクト トゥ ザ メタル プログラミングもサポートしています。これらの構成要素により、レイ トレーシングが、コンソールの開発期間を通じて開発者による驚異的なビジュアルと素晴らしい革新の分野になることを期待しています」一生。”

プリンの証拠は、もちろん試食です。私たちがレドモンド キャンパスに滞在している間、Microsoft は非常に初期の Xbox Series X Minecraft DXR 技術デモを公開することで、コンソールの RT 機能がどれほど充実しているかを実証しました。これは、昨年の Gamescom で見た Minecraft RTX コードに基づいており、非常に見栄えがします。まったく異なる GPU で実行されているにもかかわらず、同様です。これは、ある種の皮肉を示唆しています。ベースの Nvidia コードが、シリーズ X 内の AMD ソースのレイ トレーシング ハードウェアに適合して実行されています。これで印象的なのは、完全にパス トレースされているということです。私たちが見たデモのスカイボックスと月を除けば、ラスタライズされた要素はまったくありません。プレゼンテーション全体がレイ トレーシングであり、電力とシリコンの予算が限られているコンソールで RT を提供しなければならないという制約にもかかわらず、Xbox Series X が最も野心的で最も印象的なレイ トレーシングの実装を実現できることを示しています。リアルタイムで。

Minecraft DXR は、トータル レイ トレーシングなど野心的な宣言ですが、このテクノロジーがまったく異なる方法で使用されることを期待する必要があります。 Coalition と Gears 5 のテクニカル ディレクターである Mike Rayner 氏は、「DXR とハードウェア レイ トレーシングのサポートに非常に興奮しています。Gears 5 にはコンピューティング ベースのレイ トレーシングがあり、レイ トレーシングされたシャドウと [ new] スクリーン スペース グローバル イルミネーションは、レイ トレーシングされたスクリーン ベース GI の形式であるため、レイ トレーシング ハードウェアをどのように使用してこのような技術を取得し、DXR コアの利用に移行できるかに興味があります。

「私たちにとって、これまで考えてきたことは、将来を見据えたものであり、従来のレンダリング技術と DXR の使用 (シャドウ、GI、反射の追加など) の間のハイブリッド レンダリングは、本当に実現できることだと考えています。シーンを拡張すれば、そのチップをすべて使用して最高の最終的なビジュアル品質を得ることができます。」

シリーズ X シリコンについて私にとって重要な点の 1 つは、パワーだけではなく、設計の効率性でもあります。すべての新しいグラフィックス機能と 12 テラフロップスの一貫したコンピューティング パフォーマンスを備えた、非常に大きく、法外に高価なプロセッサーの設計、つまり、非常に高価なコンソールを想定していました。ただし、SoC のサイズが 360mm2 であるということは、シリコンのスライスが実際には、以前のティーザーで明らかになった推定値よりもはるかに小さいことを意味します。その 153 億個のトランジスタは、私たちが検討しているトランジスタの数が 153 億個であることを意味します。 16nmFF Xbox One X プロセッサで見られるトランジスタ密度の 2 倍ですが、全体的に 2 倍を大幅に超えるパフォーマンスが得られます。

ただし、Microsoft が自ら設定したパフォーマンス、電力、およびシリコン分野の目標を達成するには、いくつかの革新的な考え方が必要でした。グラフィックス能力はテラフロップスだけではありません。コンピューティング能力はメモリ帯域幅でバックアップされる必要があり、コンソールにとっては特有の課題となります。 Microsoft のメモリ サブシステム用ソリューションは、メインボード上に 10 個の 14gbps GDDR6 モジュール (2GB チップ 6 個と 1GB チップ 4 個) を備えた興味深い 320 ビット インターフェイスを提供します。開発者にとって、これらすべてがどのように分割されるかは興味深いものです。

「メモリのパフォーマンスは非対称です。これは PC では不可能です。10 ギガバイトの物理メモリ [実行速度] 560GB/秒。私たちはこれを GPU 最適メモリと呼んでいます。6 ギガバイト [実行速度] 336GB/秒」と Andrew Goossen 氏は説明します。 s. これを標準メモリと呼びます。最適な GPU と標準の GPU は、CPU オーディオとファイル IO に対して同一のパフォーマンスを提供します。GPU に違いがある唯一のハードウェア コンポーネントです。」

メモリの割り当て方法に関しては、ゲームには合計 13.5 GB が割り当てられます。これには、10 GB の GPU 最適メモリと 3.5 GB の標準メモリがすべて含まれます。これにより、オペレーティング システムとフロントエンド シェル用に、低速プールから 2.5 GB の GDDR6 メモリが残ります。 Microsoft の観点からは、たとえパフォーマンスが異なる場合でも、それはユニファイド メモリ システムであることに変わりはありません。 「開発者との会話では、ゲームが CPU、オーディオ データ、スタック データ、実行可能データ、スクリプト データで標準のメモリ クォータを超えていっぱいになるのは通常簡単で、開発者はより多くの可能性をもたらす場合にはそのようなトレードオフを好むとのことです。帯域幅です」と Goossen 氏は言います。

特に Microsoft 自体が Xbox One X でより伝統的で幅広いメモリ インターフェイスをすでに提供している場合、これはやや複雑な状況のように聞こえますが、より高速な GDDR6 メモリを使用するという概念にはいくつかの課題がありました。 「システム チームと話をしたとき、シグナル インテグリティなどの複雑さに関して多くの問題がありました」と Goossen 氏は説明します。 「ご存知のとおり、Xbox One X では 384[ビット インターフェイス] を採用しましたが、GDDR6 で 14gbps という驚異的な速度を実現するために、私たちはできる限りの努力をしてきましたが、320 が良い妥協点であると感じました」可能な限り高いパフォーマンスを達成しながら、同時に実際に動作し、実際に出荷できるシステムを構築するという点で。」

したがって、パワーの原則は十分に考慮されていますが、それは生のコンピューティング パフォーマンスだけではなく、機能セットも重要です。 Xbox One X の作業が完了する 1 年前の 2016 年に遡ると、Xbox シリコン チームはすでにシリーズ X に取り組んでおり、2020 年のホリデー シーズンについに市場に投入される次世代機能のアーキテクチャ作業を開始していました。新しい技術が開発されるまでにどれだけの時間がかかるかを思い出させます。当時でさえ、レイ トレーシングが議題にあり、ストレージへの革新的なアプローチの必要性も求められていました。これらすべてが、シリーズ X ハードウェア設計の 2 番目の理念につながります。それは、機械式ハード ドライブからの根本的な移行であり、代わりにソリッドステートストレージを使用します。

このページの仕様は、Microsoft が次世代向けに設計したストレージ ソリューションの可能性のほんの一部にすぎません。昨年の Project Scarlett E3 ティーザーで、Xbox のプロジェクト管理パートナー ディレクターであるジェイソン ロナルドは、SSD を「仮想メモリ」としてどのように使用できるかを説明しました。これは、Microsoft がシステムに組み込んだ機能をほのめかすだけの一種のティーザーです。 。

ハードウェア レベルでは、カスタム NVMe ドライブは、これまでに見た他の種類の SSD とは大きく異なります。まず、これは短く、昔のメモリカードに似ています。また、かなり重いですが、これはおそらく 3.8 ワットの電力を消費するシリコンを扱うヒートシンクとして機能する固体金属構造によるものと思われます。多くの PC SSD は、温度が上昇するとパフォーマンスが「低下」します。CPU や GPU クロックと同様に、これは、コンソールの設計には全面的に一貫したパフォーマンスが必須であると信じている Microsoft にとっては受け入れられませんでした。

フォーム ファクターはかわいらしく、2.4 GB/秒の保証スループットは印象的ですが、Microsoft が革命と信じているもの、つまりストレージを使用してメモリを増強する新しい方法 (この領域では、これまで以上に伝統的な世代の飛躍を実現できるプラットフォームホルダーは存在しません）。このアイデアは、少なくとも基本的な観点では非常に単純です。ストレージ上にあるゲーム パッケージは基本的に拡張メモリとなり、開発者は SSD に保存されている 100 GB のゲーム アセットに即座にアクセスできるようになります。これは Microsoft が Velocity Architecture と呼ぶシステムであり、SSD 自体はシステムの一部にすぎません。

「私たちの 2 番目のコンポーネントは、6GB/s 以上を実現できる高速ハードウェア解凍ブロックです」と Andrew Goossen 氏は明らかにします。 「これは、CPU から解凍作業をオフロードする専用のシリコン ブロックで、解凍がボトルネックにならないように SSD に適合します。解凍ハードウェアは、一般データ用の Zlib と、データに合わせて調整された BCPack と呼ばれる新しい圧縮 [システム] をサポートしています。 GPU テクスチャは通常、ゲームのパッケージ サイズの大部分を占めます。」

この三頭政治の最後のコンポーネントは、DirectX の拡張機能である DirectStorage です。これは、既存のファイル I/O プロトコルが 30 年前から使われ続けていることを念頭に置いた必要なアップグレードであり、現在の形式では、単純にこのオーバーヘッドは、DirectStorage によってシングル コアのわずか 10 分の 1 に削減されます。

「さらに、他の利点もあります」とアンドリュー・グーセン氏は熱心に語ります。 「遅延が少なく、CPU を大量に節約できます。競争力のある最良のソリューションを使用すると、SSD レートに合わせて解凍ソフトウェアを実行すると、Zen 2 CPU コアが 3 つ消費されることがわかりました。IO CPU オーバーヘッドを追加すると、さらに 2 コアになります。」したがって、結果として生じるワークロードは、CPU コアの 10 分の 1 しか必要としないのに、5 つの Zen 2 CPU コアを完全に消費することになります。つまり、フル IO レートでシリーズ X のパフォーマンスと同等にするには、次のように構築する必要があります。 13 個の Zen 2 コアを搭載した PC。これは 7 つのコアがゲーム専用であり、1 つは Windows とシェル用、5 つは IO と圧縮解除のオーバーヘッド用です。」

アセット ストリーミングは次のレベルに進みましたが、Microsoft はそこで終わっていませんでした。前世代では、システム メモリが 16 倍増加しましたが、今回はわずか 2 倍、つまり Xbox One X をベースラインとして考慮すると、わずか 50 パーセントの増加にすぎません。不足分を補うためにストレージをより多く利用することに加えて、Microsoft はメモリの実際の使用方法を最適化するプロセスを開始し、いくつかの驚くべき改善を行いました。

「通常、ゲームによってロードされたメモリのごく一部のみがアクセスされることが観察されました」と Goossen 氏は明らかにします。 「この無駄は主にテクスチャから発生します。テクスチャは一般的にゲームにとってメモリを最も多く消費します。しかし、通常、シーン中に GPU がアクセスするのは各テクスチャのメモリのほんの一部だけです。たとえば、4K の最大ミップなどです。テクスチャは 8 メガバイトで、多くの場合それ以上ですが、通常、シーン内に表示されるのはそのミップのごく一部だけなので、GPU が実際に読み取る必要があるのはその小さな部分だけです。」

4K ディスプレイに合わせてテクスチャのサイズが大きくなるにつれて、メモリ使用効率は徐々に悪化しています。これは Microsoft が Xbox One X の Scorpio Engine SoC に特別な監視ハードウェアを組み込むことで確認できました。 「このことから、通常、ゲームは長い時間枠にわたってせいぜい、割り当てられたページの 2 分の 1 から 3 分の 1 しかアクセスされないことがわかりました」と Goossen 氏は言います。 「したがって、ゲームが最終的に実際に使用されることのないページをロードする必要がなかった場合、物理メモリの有効量が 2 ～ 3 倍に増加し、有効な IO パフォーマンスが 2 ～ 3 倍に増加することを意味します。」

サンプラー フィードバック ストリーミング (SFS) と呼ばれる技術は、GPU のメモリ需要とより緊密に連携するように構築されており、実際に必要なテクスチャ ミップ データをインテリジェントにロードし、高品質のバージョンがすぐに入手できない場合には、低品質のミップが利用可能になることを保証します。利用可能になり、GPU のストールとフレーム時間のスパイクを停止します。 GPU 内の特注ハードウェアは、高品質のテクスチャが 1 ～ 2 フレーム後に到着する可能性がある場合に、ミップ間の移行をスムーズにするために利用できます。 Microsoft は、Velocity アーキテクチャのこれらの側面が真のゲームチェンジャーであり、物理メモリの使用率が倍増するものであると考えています。

Velocity アーキテクチャは、紙の上では印象的に聞こえるもう 1 つの機能も促進しますが、実際のコンソールで実際に動作するのを見るとさらに注目に値します。クイック レジュームを使用すると、ユーザーはわずか数秒の読み込みで、保存されたゲームの状態を効果的に切り替えることができます。上のビデオでその動作を確認できます。ゲームを終了すると、システム RAM が SSD にキャッシュされ、別のタイトルにアクセスすると、そのキャッシュが復元されます。ゲーム自体の観点から見ると、バックグラウンドで何が起こっているのかまったくわかりません。ユーザーがガイド ボタンを押したので、ゲームは通常どおり再開できると単純に考えます。

4K60 Xbox One X モードで実行されている Forza Motorsport 7、State of Decay 2、Hellblade、The Cave (Xbox 360 タイトル) の間で Xbox Series X ハードウェアが循環しているのが見られました。 Series X で実行されている Xbox One X ゲーム間の切り替えでは、ゲーム間の切り替えに約 6.5 秒の遅延が発生しました。これは非常に印象的です。 Microsoftは、Quick Resumeに使用されるSSDキャッシュの実際のサイズを公開していないが、この機能は少なくとも3つのシリーズXゲームをサポートしていると述べた。タイトルで利用可能な 13.5 GB を念頭に置くと、これは理論上の最大約 40 GB の SSD スペースになりますが、Velocity アーキテクチャに解凍だけでなくハードウェア圧縮機能があると仮定すると、実際の設置面積はさらに小さくなる可能性があります。いずれにせよ、私たちがデモしたゲームのように、メモリ使用量が少ないタイトルでは、フットプリントが小さくなり、より多くのキャッシュが可能になるはずです。

Microsoft のシリーズ X の速度理念には、ゲームのパイプラインの考えられるすべての部分でレイテンシーを削減するように設計された入力処理の根本的な刷新も含まれています。つまり、ボタンを押してから画面上の反応が生じるまでにかかる時間が大幅に短縮されるはずです。 Microsoft はすでに Dynamic Latency Input について言及していますが、ここで同社の取り組みがどれほど広範であるかを明らかにするのは今になって初めてです。それはコントローラーから始まります。ゲームで必要になる直前に最新の入力を送信することで、アナログ コントローラー入力の通常 8 ミリ秒の遅延が大幅に短縮されます。ボタンを押すなどのデジタル入力はタイムスタンプを付けられてゲームに送信されるため、ポーリング レートを上げることなく遅延が短縮されます。一方、USB 接続されたパッドでは、デジタル入力がコンソールに即座に送信されます。これらすべてを容易にするために、入力ソフトウェア スタック全体が書き直され、レイテンシがさらに改善されました。

遅延は開発者にとって重要ではあるものの、目に見えない変数であり、ゲーム エンジンがより複雑で並列性が高まるにつれて、追加の遅延を追跡するのは容易ではありません。これは Microsoft が DLI で解決しようとしているもう 1 つの問題です。 「ゲーム開発者がゲーム内のレイテンシーを最適化できるようにしました。Xbox 上のゲームは、エンジンを流れるすべてのフレームの識別子を出力します」と Andrew Goossen 氏は説明します。 「コントローラー入力をクエリするとき、そのフレーム識別子を入力のタイミングに関連付け、そのフレームのレンダリングが完了すると、その識別子を完成したフロント バッファー情報とともにシステムに渡します。したがって、このメカニズムを使用すると、このシステムは次のことができます。次に、すべてのフレームの完全なゲーム内レイテンシを決定します。」

Microsoft は、ゲーム メーカーがフレーム レートを追跡できるのと同じくらい簡単に、開発者がエンジン全体の入力ラグを正確に追跡できるシステムを提供したと述べています。この指標は社内パフォーマンス分析ツール Pix に追加されています。 DLI の最後の要素は、現在市場に出ている 120Hz HDMI 2.1 ディスプレイの新しい波に対する Xbox Series X のサポートです。同社は、Xbox One S および Xbox One X を介して、サポートされている HDMI 2.0 画面で 4K 未満の出力解像度でこの機能のテストをすでに開始しています。画面は 60Hz の同等の画面の 2 倍の速さで更新されるため、ユーザーはより速く応答できるはずです。この状況は可変リフレッシュ レート (VRR) モードにも適用されるはずです。 Microsoft は、既存のマシンで ALLM モードの先駆者でもあります。これは、コンソールがディスプレイに自動的にゲーム モードに移行するように命令できることを意味します。

Microsoft はまた、画面ティアリングの終焉を迎える可能性のある革新を行っています。通常、スキャンアウト中に新しいフレームを表示することは、待ち時間を短縮するために使用されます。トリプルバッファリングにより、フレームレートの低下を均等化できますが、余分な遅延が追加される可能性があります。しかし、シリーズ X では、この状況が進化すると考えられます。 「私たちは、ゲームが完成したフレームをテレビに送信するために使用するプレゼンテーション API を再設計しました」と Andrew Goossen 氏は語ります。 「私たちは、ダブルまたはトリプル バッファリングとレイテンシの間の従来のリンクを完全に切り離しました。以前は、ゲームが目標フレーム レートを維持できない場合にフレーム レートを改善するにはトリプル バッファリングが良いとされていましたが、トリプル バッファリングは悪影響を及ぼします。レイテンシが増加しました。しかし、もうそれはありません。フレーム バッファリングとレイテンシが完全に分離され、ゲームで希望のレイテンシを個別に指定しながらトリプル バッファリングを有効にすることができます。そのため、CPU フレームの開始時間と GPU フレームの開始時間の間のレイテンシを次のように指定できるようになりました。 v-sync ではなくマイクロ秒。

「そのため、ゲーム開発者は、バブルが形成され始める直前まで、または CPU が十分な速度で GPU を供給していないために GPU がアイドル状態になる直前まで、CPU と GPU の間のレイテンシを正確に調整できます。また、ランタイムは、ゲームに対する広範なレイテンシ フィードバック統計を提供します。ゲームは動的な調整を通知します。したがって、このメカニズムを使用すると、ゲームは非常に正確にゲーム内のレイテンシを可能な限り短縮することができ、しかも非常に簡単に行うことができます。」

新しい共有ボタンはもちろんのこと、機能強化と最適化が Xbox Series X コントローラーに追加されていますが、良いニュースとして、DLI テクノロジーは既存のパッドと互換性があり、簡単なファームウェア アップデートでアップグレードする必要があります。

次世代への取り組みの基盤を形成する Microsoft の 3 つの原則の最後は互換性であり、Xbox 360 の下位互換性が E3 2015 で信じがたい聴衆に初めて明らかにされて以来、同社はこの分野で驚くべきレベルのファン サービスを提供してきました。バックコンパット Xbox 360 および OG Xbox ゲームの既存のライブラリがシリーズ X 上で動作し、既存のすべての周辺機器も正常に動作することをすでに発表しています (これが、タイプ A USB がシステムで使用される理由の一部を説明しています)新しい USB-C 規格に反対します)。はい、ハンドル税は終わりました。

それを超えて、Xbox バックコンパチ チームは、少し前に Xbox 360 と X 拡張プログラムの下に線を引いて以来、熱心に取り組んできました。シリーズ X が技術的に Xbox One カタログ全体を実行できることを発見するのはおそらく驚くべきことではありませんが、今回はエミュレーション レイヤーなしで実行され、ハードウェア レベルで組み込まれています。また、ゲームはシリーズ X のフル CPU クロックと GPU クロックの恩恵を受けることができます (Xbox One X は、バックコンパットのために全体のグラフィックス パワーの 50% を効果的に供給しました)。つまり、多くの Xbox One X ゲームに追加されたこれらのパフォーマンス モードは、より精彩を欠いたものになるはずです。うまくいけば、滑らかな 60fps にロックされます。

ただし、互換性チームは限界に挑戦することで有名で、シリーズ X で見た初期の作品のいくつかは食欲をそそるものです。 Microsoft はすでに画像の忠実度の向上、フレーム レートの安定化、読み込み時間の高速化を約束していますが、私たちが見た初期のデモはさらに有望に見えます。そして、フィル スペンサーの最近のシリーズ X ブログ投稿に投下されたヒントが、選択された Xbox につながることは実際に当てはまります。新しいコンソールでは One S タイトルが高解像度で動作します。実際、Gears of War Ultimate Edition が両軸で 2 倍の解像度スケールで動作し、1080p ゲームをネイティブ 4K まで表示できることがわかりました。これは、Xbox 360 720p タイトルを最大フル 4K にするために使用される Heutchy メソッドの進化版であり、多くの場合素晴らしい結果が得られます。重要なのは、バックコンパット チームがシステム レベルですべての面倒な作業を行うため、ゲーム開発者がプロ​​セスにまったく参加する必要がないことです。

「私たちは、おそらく厳選されたゲームのリストを改善する方法を模索しています」と、Xbox の互換性プログラム リードのペギー ロー氏は述べています。 「私たちが検討していることには、ゲームの解像度の向上、フレームレートの改善、おそらくそれらを 2 倍にすることが含まれます。そして、私たちがそれを行う方法は、実際に複数の方法を検討することです。したがって、私たちは Heutchy Method で何をやっているのかを知っていたのかもしれません。」少し変更しますが、他にもいくつかの方法を検討中です。

「今日、これらすべての方法を説明するつもりはないでしょう。なぜなら、シリーズ X に最適な正確な方法をまだ検討中だからです。しかし、私たちが次のような解決策を持っていることに自信を持ってもらいたいのです。」私たちはそれに頼ることもできますし、常に前進し続けることもできます。」

Microsoft は 2 台の LG OLED ディスプレイをセットアップし、1 台は Xbox One X (ゲームは X アップグレードを受けていない) では標準 1080p で、Series X ではネイティブ 4K で Gears Ultimate を実行しました。オンスクリーン デバッグ データにより、コンソールのレンダリング ターゲットの量が明らかになりました。は、解像度スケーリング係数と新しいネイティブ解像度に加えて、より高い解像度で実行されていました。この場合、スケールは 2.0、ピクセル数は 3840×2160 です。このような正確なスケーリング係数を表示するという概念を考えると、実際にこれ以上の倍率が実現できるのではないか、720p または 900p のタイトルもネイティブ 4K にスケーリングできるのではないかと疑問に思いました。それは答えられなかった質問だが、私が尋ねるとローはくすくす笑った。

さらに優れた機能が登場する予定です。HDR スクリーンの所有者は、私が見た 2 番目の重要な機能を気に入るはずです。 343 Industries が HDR サポートを備えたゲームを出荷したことはありませんでしたが、Xbox One X の Halo 5 強化版が非常に説得力のある HDR 実装で動作するのを確認することができました。 Microsoft ATG の主任ソフトウェア エンジニアである Claude Marais は、Gears 5 の最先端の HDR 実装を使用した機械学習アルゴリズムが、どのようにバックコンパチタイトルの SDR コンテンツから完全な HDR 実装を推測できるかを示しました。これも偽の HDR ではなく、マレは画面上のすべての要素のピーク輝度を示すヒートマップ モードを展開し、ハイライトが SDR の範囲をはるかに超えていることを明らかに示しました。

「理論的にも技術的にもすべてのゲームに適用できます。ユーザーエクスペリエンスなどについてはまだ検討中だと思いますが、これは技術的なデモです」とマレ氏は明らかにした。 「ということは、この [Halo 5] は 4 年前のものですよね。だから、極端な話をして、現在 19 年か 20 年前のゲームに移りましょう。それが Fusion Frenzy です。当時、HDR については何も知られていませんでした。 – HDR については知っていましたが、ゲームでは 8 ビットのバック バッファーが使用されていました。」

これは注目を集める瞬間でした。それは確かに、オリジナルの Xbox タイトルである Fusion Frenzy で、バックコンパトを介して通常の 16 倍の解像度マルチプライヤーで実行されていましたが、今回は非常に説得力のある、知覚的に本物の HDR で表示されました。重要な点は、これが Xbox Series X のシステム レベルの機能として提案されていることです。これは、独自の特注 HDR モードを持たない互換性のあるすべてのゲームに適用されるべきであり、マレ氏が実証したように、Xbox ライブラリ全体に拡張されています。

「しかし、私たちにできることは他にも考えられるでしょう」とマリアスは付け加えた。 「アクセシビリティについて考えてみましょう。文字が読めなかったり、目がよく見えない人がいる場合、画面上に多くのテキストがあるときにコントラストを高めたいと思うでしょう。私たちはそれを簡単に行うことができます。今朝、色覚異常のある人と話をしました。良い例です。LUT のスイッチをオンにするだけで、色を変更して、アナウンスをより簡単に体験できるようになります。」

Xbox ライブラリに大きな愛があり、バックコンパット チームが自分たちの活動に非常に興奮していることは明らかです。 「私たちが今でもこのことに非常に情熱を持っていることを理解していただければ幸いです」とペギー・ローは言います。 「これは私たちの多くにとって非常に個人的なプロジェクトであり、私たちはこれを継続し、すべてのゲームがシリーズ X で最高に見えるようにすることに尽力します。」

パワー、スピード、互換性。 Microsoft は、シリーズ X のすべての基本的な柱について説得力のある売り込みを行いましたが、驚くべきことに、共有すべき点はまだあります。最初のプレゼンテーションの後、私たちはマイクロソフト キャンパスの 37 号館に向かいました。そこで主任デザイナーの Chris Kujawski と彼の同僚が、シリーズ X ハードウェアを実際に見て、その内部コンポーネントの詳細な内訳と、私たちが望むすべてのものを教えてくれました。 Xbox コントローラーに加えられた微妙だが効果的な改良とともに、その革新的なフォーム ファクターについて知ることができます。結論は? Xbox Series X についてはまだ共有すべきことがたくさんあり、さらに明らかにすることを楽しみにしています。

Digital Foundry は 3 月初旬にワシントン州レドモンドのマイクロソフトに招待され、Xbox Series X の仕様発表を取材しました。旅費と宿泊費はマイクロソフトが支払った。

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