作者:?Jason Ronald, ?Xbox Series X 項(xiàng)目管理總監(jiān)

Xbox Series X?設(shè)計(jì)初衷

當(dāng)我們開(kāi)始設(shè)計(jì) Xbox Serie X 時(shí)，我們渴望通過(guò)新世代的創(chuàng)新構(gòu)建我們最為強(qiáng)勁的主機(jī)，并提供在當(dāng)下世代主機(jī)中從未有過(guò)的、不間斷的持續(xù)性能，這前所未有。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們知道我們需要分析系統(tǒng)的每個(gè)組件，以突破傳統(tǒng)主機(jī)性能和設(shè)計(jì)的限制。在 Xbox Series X 的設(shè)計(jì)中，確保我們?cè)诠β省⑺俣群托阅苤g取得卓越的平衡，同時(shí)確保任何組件都無(wú)法限制全球最佳創(chuàng)作者的創(chuàng)意雄心，從而使他們能夠提供前幾代主機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的、真正具有變革性的新世代游戲體驗(yàn)，是至關(guān)重要的。

Xbox Series X 的核心是我們的定制處理器，利用合作伙伴 AMD 提供的最新 RDNA 2 和 Zen 2 架構(gòu)，提供一流的新世代處理器，提供超過(guò) 12 TFLOPs的 GPU 功率和超過(guò) 4 倍于 Xbox One X CPU 處理能力。 Xbox Series X 包含任何具有 16GB GDDR6 內(nèi)存的新世代主機(jī)的最高內(nèi)存帶寬，包括 10GB 的 GPU 優(yōu)化內(nèi)存（560 GB/s，使處理器保持無(wú)瓶頸）。當(dāng)我們分析存儲(chǔ)子系統(tǒng)時(shí)，很明顯，我們已經(jīng)到達(dá)了傳統(tǒng)硬盤(pán)技術(shù)的上限，為了實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)初衷，我們需要從根本上重新思考和徹底改變我們打造 Xbox Series X 的方式。

助力新世代游戲設(shè)計(jì)及創(chuàng)意愿景

現(xiàn)代游戲需要大量的數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)造供游戲玩家體驗(yàn)的逼真世界。為了使處理器能夠以最佳性能工作，必須將所有這些數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)加載到內(nèi)存中。大規(guī)模、動(dòng)態(tài)的開(kāi)放世界環(huán)境和生機(jī)勃勃、持續(xù)變化的世界以及密度和多樣性的爆炸式增長(zhǎng)只會(huì)增加所需的數(shù)據(jù)量。將環(huán)境網(wǎng)格數(shù)據(jù)、高多邊形角色模型、高分辨率紋理、動(dòng)畫(huà)數(shù)據(jù)、音頻和視頻源文件等功能一起組合在一起，為玩家提供最為身臨其境的游戲環(huán)境。

盡管現(xiàn)代游戲引擎和中間件能夠?qū)⒂螒蛩夭膹谋镜卮鎯?chǔ)中流入內(nèi)存，但游戲設(shè)計(jì)人員仍經(jīng)常需要?jiǎng)?chuàng)建狹窄的路徑、走廊或電梯，以繞過(guò)傳統(tǒng)硬盤(pán)和 I/O 管道的局限性。這些游戲內(nèi)元素通常用于掩蓋從內(nèi)存中卸載前一個(gè)區(qū)域的素材，同時(shí)加載新素材以用于下一個(gè)游戲空間。當(dāng)我們討論開(kāi)發(fā)人員對(duì)新世代游戲的渴望以及當(dāng)下世代技術(shù)的局限性時(shí)，這一挑戰(zhàn)將繼續(xù)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，進(jìn)一步限制真正變革性游戲創(chuàng)作的雄心壯志。這一反饋影響了 Xbox 快速架構(gòu)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。

隆重介紹 Xbox 快速架構(gòu)

Xbox 快速架構(gòu)的設(shè)計(jì)初衷就是成為新世代游戲素材流的終極解決方案。傳統(tǒng) I/O 子系統(tǒng)的這種徹底改造直接影響了 Xbox Series X 設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。如果我們的定制設(shè)計(jì)處理器位于 Xbox Series X 的核心，Xbox 快速架構(gòu)就是Xbox Series X 的靈魂。通過(guò)硬件、軟件創(chuàng)新的深度集成，Xbox 快速架構(gòu)將通過(guò)新世代游戲?yàn)橥婕姨峁┣八从械挠螒蝮w驗(yàn)。

Xbox 快速架構(gòu)包含四個(gè)主要組件：我們的自定義 NVME SSD、硬件加速解壓模塊、全新的 DirectStorage API 和采樣器反饋流 （SFS）。

讓我們來(lái)詳細(xì)了解一下這些組件：

• 自定義 NVME SSD:?Xbox 快速架構(gòu)的基礎(chǔ)是我們的定制 1TB NVME SSD，提供 2.4 GB/s 的原始 I/O 吞吐量，是 Xbox One 吞吐量的 40 倍以上。PC 中使用的傳統(tǒng) SSD 通常會(huì)隨著熱量增加或執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器維護(hù)時(shí)降低性能。Xbox Series X 中的自定義 NVME SSD 旨在實(shí)現(xiàn)一致、持續(xù)穩(wěn)定的性能，而不是峰值性能。開(kāi)發(fā)人員將獲得時(shí)刻都有保證的 I/O 性能水平，他們可以依靠這種性能水平設(shè)計(jì)和優(yōu)化他們的游戲，從而消除他們當(dāng)前必須克服的障礙和約束。這種一致、持續(xù)穩(wěn)定的性能水平也適用于希捷可擴(kuò)展存儲(chǔ)卡，無(wú)論游戲位于何處，您都能獲得完全相同的游戲體驗(yàn)。

• 硬件加速減壓:?為盡量減少下載時(shí)間以及每個(gè)游戲所需的存儲(chǔ)量，游戲程序和素材都經(jīng)過(guò)壓縮。通過(guò) Xbox Series X 對(duì)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) LZ 解壓器的硬件加速支持，以及專為名為 BCPack 的紋理數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的全新的專有算法，為開(kāi)發(fā)人員提供了兩全其所用的優(yōu)質(zhì)資源，無(wú)需在質(zhì)量或性能方面損失任何成本。由于紋理數(shù)據(jù)占游戲總大小的很大一部分，除了通用 LZ 解壓器之外，還針對(duì)紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行了專門(mén)構(gòu)建的算法，因此兩者都可以并行使用，以減少游戲包的整體大小。假設(shè)壓縮比為 2：1，Xbox Series X 為游戲提供了有效的 4.8 GB/s I/O 性能，大約是前代主機(jī) I/O 性能的 100 倍。而要在軟件中提供類似級(jí)別的解壓性能，需要 4 個(gè)超過(guò) 4 個(gè) Zen 2 CPU 內(nèi)核。

• 全新 DirectStorage API:?標(biāo)準(zhǔn)文件 I/O API 是 30 多年前開(kāi)發(fā)的，幾乎沒(méi)有變化，而存儲(chǔ)技術(shù)自那時(shí)以來(lái)已取得了重大進(jìn)展。當(dāng)我們分析游戲數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式以及使用 SSD 技術(shù)的最新硬件進(jìn)步時(shí)，我們知道我們需要提升最先進(jìn)的技術(shù)，將更多的控制權(quán)掌握在開(kāi)發(fā)人員手中。我們?cè)?DirectX 系列中添加了一個(gè)全新的 DirectStorage API，為開(kāi)發(fā)人員提供了對(duì) I/O 操作的精細(xì)顆粒控制，使他們能夠建立多個(gè) I/O 隊(duì)列，確定優(yōu)先級(jí)并最大限度地減少 I/O 延遲。這些直接、低級(jí)別的訪問(wèn) API 可確保開(kāi)發(fā)人員能夠充分利用硬件提供的原始 I/O 性能，從而幾乎消除加載時(shí)間或快速旅行系統(tǒng)，讓快速旅行做到真正意義上的快速。

• 采樣器反饋流 (SFS):?采樣器反饋流（SFS）是一項(xiàng)建立在 Xbox 快速架構(gòu)其他先進(jìn)技術(shù)之上的全新創(chuàng)新。游戲紋理根據(jù)不同細(xì)節(jié)和分辨率級(jí)別進(jìn)行優(yōu)化，稱為 mipmap，并且可以在渲染過(guò)程中根據(jù)對(duì)象與玩家的距離使用。當(dāng)對(duì)象靠近玩家時(shí)，紋理的分辨率必須提升到玩家所期望的清晰細(xì)節(jié)和視覺(jué)效果。然而，與在場(chǎng)景中較遠(yuǎn)的對(duì)象時(shí)可以使用的較低分辨率的 mips 相比，這些較大的 mipmap 需要大量的內(nèi)存?，F(xiàn)階段，開(kāi)發(fā)人員必須在內(nèi)存中加載整個(gè) mip 級(jí)別，即使他們可能只采樣整個(gè)紋理的很小一部分。通過(guò)添加到 Xbox One X 的專用硬件，我們能夠分析 GPU 的紋理內(nèi)存使用情況，我們發(fā)現(xiàn) GPU 通常訪問(wèn)內(nèi)存中需要加載的紋理數(shù)據(jù)的不到 1/3。單個(gè)場(chǎng)景通常包含數(shù)千種不同的紋理，導(dǎo)致有效內(nèi)存和 I/O 帶寬利用率因使用效率低下而嚴(yán)重?fù)p失。通過(guò)這一洞察，我們能夠創(chuàng)建和添加新功能到 Xbox Series X ?的 GPU，使其只按需將 mip 級(jí)別的子部分加載到內(nèi)存中，及時(shí)滿足 GPU 的數(shù)據(jù)需求。這一創(chuàng)新使平均超過(guò)原始硬件功能的有效 I/O 吞吐量和內(nèi)存使用量提升至約 2.5 倍。SFS 在可用系統(tǒng)內(nèi)存和 I/O 帶寬上提供了有效的乘數(shù)，從而顯著提高了內(nèi)存和 I/O 吞吐量，使您的游戲更加豐富、更具沉浸感。

通過(guò) I/O 吞吐量的大幅增加、硬件加速減壓、DirectStorage 以及采樣器反饋流提供的顯著效率提升，Xbox 快速架構(gòu)將使 Xbox Series X 能夠提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原始硬件配置的高效性能，從而在游戲需要時(shí)提供對(duì)存儲(chǔ)在 SSD 上的 超過(guò)100GB 的游戲數(shù)據(jù)的直接、即時(shí)和低級(jí)別訪問(wèn)。這些創(chuàng)新將開(kāi)啟游戲體驗(yàn)、體驗(yàn)深度和沉浸感新篇章。

開(kāi)啟新世代體驗(yàn)

所有這些內(nèi)容對(duì)于玩家而言意味著什么呢？隨著業(yè)界最具創(chuàng)造力的開(kāi)發(fā)人員和中間件企業(yè)開(kāi)始探索這些新功能，我們期待在接下來(lái)的新世代中實(shí)現(xiàn)重大創(chuàng)新，因?yàn)檫@種革命性的新架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)游戲領(lǐng)域從未考慮過(guò)的全新的應(yīng)用場(chǎng)景。 Xbox 快速架構(gòu)提供的表現(xiàn)和功能達(dá)將達(dá)到到全新水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了硬件本身的原始配置。Xbox 快速架構(gòu)從根本上重新思考開(kāi)發(fā)人員如何利用 Xbox Series X 所提供的硬件。從全新的渲染技術(shù)到近乎消失的加載時(shí)間，到更廣闊、更生機(jī)勃勃的動(dòng)態(tài)世界，作為一個(gè)玩家，您可以選擇您想要探索的體驗(yàn)。我們對(duì)已經(jīng)看到的早期結(jié)果非常興奮。此外，Xbox 快速架構(gòu)還開(kāi)辟了更多機(jī)會(huì)，并在平臺(tái)級(jí)別實(shí)現(xiàn)了新的創(chuàng)新，例如，快速喚醒使您能夠在多個(gè)游戲中立即恢復(fù)各自的進(jìn)度，從而改善 Xbox Series X 上所有玩家的整體游戲體驗(yàn)。

我們迫不及待地想要讓世界各地的玩家從今年冬季開(kāi)始在 Xbox Series X 上感受這些新世代的游戲體驗(yàn)。