Автор: Джейсон Рональд, директор управления программами, Xbox Series X
Xbox Series X: цели при создании консоли
Мы приступили к проектированию Xbox Series X с намерением создать нашу самую мощную консоль без всяких компромиссов, в основу которой лягут инновации следующего поколения, и которая способна обеспечить невиданную ранее совместимость и стабильную производительность. Мы знали, что для достижения этой цели необходимо проанализировать каждый компонент системы, выйти за пределы традиционных для консолей конструкционных и мощностных ограничений. При создании Xbox Series X было критически важно обеспечить выверенный баланс мощности, скорости и производительности, а также убедиться, что ни один компонент не сдерживает творческие амбиции лучших мировых разработчиков – консоль должна наделить их силой создания невероятных ощущений и эмоций от следующего поколения игровых возможностей.
Сердцем Xbox Series X является наш специальный процессор, использующий все преимущества новейших архитектур RDNA 2 и Zen 2 от наших партнеров из AMD. Это чип следующего поколения с графическим ускорителем вычислительной мощностью 12 Тфлопс и вчетверо большей производительностью центрального процессора, чем у Xbox One X. Xbox Series X располагает памятью с самой широкой пропускной способностью среди всех консолей следующего поколения: 16 Гб памяти GDDR6, включая 10 Гб оптимизированной памяти графического ускорителя, которая на скорости 560 Гб/с обеспечивает процессор задачами без каких бы то ни было проблемных «узких мест». При анализе подсистемы хранения данных стало ясно, что мы подошли к пределам возможностей традиционных жестких дисков – чтобы достичь конструкторских задач, поставленных перед Xbox Series X, нам нужно радикально переосмыслить наш подход к хранению данных.
Мощь для геймдизайна и творческого видения следующего поколения
Для создания реалистичных миров и вселенных, в которые погружается игрок, современным играм требуется значительный объем данных. Чтобы процессор работал в режиме оптимальной производительности, все эти данные необходимо загрузить из системы хранения в память. Взрывной рост популярности колоссального, динамического окружения и живых открытых миров, наполненных контентом и разнообразием, еще больше повысил требования к объему данных. Данные о структуре окружения, высокополигональные модели персонажей, текстуры высокого разрешения, данные анимаций, исходные аудио- и видеофайлы и прочее – все это соединяется воедино, чтобы создать для пользователя правдоподобное игровое окружение.
Несмотря на способность современных игровых движков и инструментов подгружать игровые ресурсы в память с локального хранилища, дизайнерам уровней зачастую все равно требуется создавать узкие проходы, коридоры или лифты, чтобы обойти ограничения традиционных жестких дисков и конвейера ввода-вывода. Эти элементы в играх, как правило, маскируют необходимость выгрузить из памяти ресурсы предыдущей локации и загрузить в нее ресурсы следующей. Обсуждая с разработчиками их стремления относительно игр следующего поколения и технологические ограничения поколения текущего, мы пришли к выводу, что описанные трудности продолжат расти экспоненциально и еще больше ограничат творческие амбиции в действительно прорывных играх. Эта обратная связь повлияла на проектирование и разработку технологии Xbox Velocity Architecture.
Представляем Xbox Velocity Architecture
Технология Xbox Velocity Architecture создавалась как наилучшее решение для загрузки игровых ресурсов в следующем поколении. Это радикальное переосмысление традиционной подсистемы ввода-вывода оказало прямое влияние на все аспекты устройства Xbox Series X. Если наш специальный процессор – это сердце Xbox Series X, то Xbox Velocity Architecture – душа. Благодаря глубокой интеграции аппаратных и программных инноваций именно мощь Xbox Velocity Architecture послужит основой игровых впечатлений от проектов следующего поколения.
Xbox Velocity Architecture состоит из четырех ключевых компонентов: нашего специального NVME SSD, блоков распаковки с аппаратным ускорением, абсолютного нового слоя DirectStorage API и технологии Sampler Feedback Streaming (SFS).
Давайте углубимся в каждую составляющую по отдельности:
- Специальный NVME SSD: основой Xbox Velocity Architecture выступает наш специальный NVME SSD емкостью 1 Тб, обеспечивающий 2,4 Гбайт/с чистой пропускной способности в операциях ввода-вывода, что более чем в 40 раз быстрее, чем у Xbox One. Традиционные SSD, используемые в ПК, зачастую снижают производительность при росте температур или проведении обслуживания носителя. Специальный NVME SSD в Xbox Series X создан для обеспечения постоянной, стабильной производительности, а не её пиковых значений. Разработчики получают гарантированный уровень производительности ввода-вывода в любое время, что позволяет им надежно продумывать и оптимизировать свои игры – без оглядки на барьеры и ограничения, присутствующие сегодня. Этот же уровень постоянной, стабильной производительности обеспечивает накопитель Seagate Expandable Storage Card, поэтому играя с ним вы получите идентичные ощущения и эмоции от игры без оглядки на то, где хранятся её файлы.
- Аппаратное ускорение распаковки: игровые данные и ресурсы сжимают, чтобы игры загружались на устройство быстрее и занимали на накопителе меньше места. Благодаря поддержке аппаратного ускорения распаковки стандартных в индустрии LZ-файлов, а также нового проприетарного алгоритма BCPack, предназначенного для данных текстур, Xbox Series X объединяет лучшее из двух миров – разработчики смогут сэкономить массу места без ущерба качеству или производительности. Данные текстур составляют значительную долю от общего объема игры, поэтому полезно иметь специально созданный и оптимизированный для них алгоритм распаковки, а не только LZ-распаковщик общего назначения – оба инструмента можно использовать параллельно, чтобы уменьшить общий размер игровых файлов. При степени сжатия 2:1 Xbox Series X обеспечивает игре производительность ввода-вывода равную 4,8 Гб/с – примерно в сто раз быстрее, чем на текущем поколении консолей. Чтобы обеспечить подобный уровень производительности программными методами, потребовалось бы больше четырех ядер центрального процессора Zen.
- Новый DirectStorage API: базовые API для ввода-вывода стандартных файлов разработаны более 30 лет назад – с тех пор они остались практически неизменными, а вот технологии хранения данных за это время значительно продвинулись вперед. Мы анализировали шаблоны доступа игр к данным и новейшие достижения в области SSD и поняли, что нужно продвинуть вперед текущий уровень развития, чтобы дать разработчикам больше контроля. Мы добавили DirectStorage API в семью DirectX, что обеспечит разработчикам тонкий контроль над операциями ввода-вывода – это позволит организовать несколько очередей ввода-вывода, настроить приоритизацию, снизить задержки ввода-вывода. Этот прямой доступ к низкоуровневым API позволит разработчикам задействовать чистую мощь железа в работе с операциями ввода-вывода, что избавит игры от долгих загрузок и сделает системы быстрого перемещения именно такими – быстрыми.
- Sampler Feedback Streaming (SFS): Sampler Feedback Streaming – свежая инновация, надстроенная поверх других наших достижений в Xbox Velocity Architecture. Игровые текстуры оптимизируются по методу MIP-текстурирования – это когда во время рендеринга загружается одна из копий текстуры с необходимым уровнем детализации, в зависимости от расстояния объекта до игрока. При приближении игрока к объекту разрешение текстуры должно возрастать, чтобы обеспечить четкую детализацию и графику, которую ожидает пользователь. Однако крупные MIP-текстуры требуют значительно больше памяти, чем маленькие, которые применяются для текстурирования отдаленных объектов сцены. Сейчас разработчикам приходится загружать весь MIP-уровень в память, даже в тех случаях, когда им нужна лишь небольшая часть всей текстуры. С помощью специализированного железа, подключенного к Xbox One X, мы смогли проанализировать использование текстур графическим процессором, и выяснили, что он зачастую обращается лишь к 1/3 данных текстур, которые требуется загрузить в память. Одна сцена может включать тысячи различных текстур, из-за чего память и пропускная способность конвейера ввода-вывода могут использоваться неэффективно – они то простаивают, то «забиваются». Располагая этими сведениями, мы смогли расширить возможности графического процессора Xbox Series X, что позволило ему загружать только часть MIP-уровня текстуры в память – по требованию, как раз тогда, когда графическому процессору нужны эти данные. Эта инновация повысила эффективность конвейера ввода-вывода и использования памяти в среднем в 2,5 раза, далеко за пределы чистой аппаратной мощи устройства. SFS, по сути, преумножает доступную системную память и пропускную способность ввода-вывода, что предоставляет разработчикам больше ресурсов для создания богатых и насыщенных игр.
Благодаря значительному ускорению конвейера ввода-вывода, аппаратному ускорению распаковки, DirectStorage и ощутимому приросту эффективности, который обеспечивает Sampler Feedback Streaming, технология Xbox Velocity Architecture позволяет Xbox Series X демонстрировать эффективную производительность, выходящую далеко за пределы чистой аппаратной мощи консоли, и обеспечивает прямой, мгновенный, низкоуровневый доступ к более чем 100 Гб игровых данных на SSD как раз тогда, когда игра того требует. Эти инновации откроют новую страницу игровых ощущений, обеспечат глубину и погружение в игры, каких вы не испытывали прежде.
Ключ к игровым ощущениям нового поколения
Что это значит для вас как для игрока? Самые творческие разработчики и создатели инструментариев уже исследуют новые возможности Xbox Series X, поэтому в следующем поколении мы ожидаем значительных инноваций – революционная архитектура позволит реализовать новые сценарии, которые прежде были невозможны в играх. Xbox Velocity Architecture обеспечивает новый уровень производительности и возможности, выходящие далеко за рамки чистых спецификаций аппаратной части. Xbox Velocity Architecture фундаментально меняет подход к тому, как разработчики могут использовать аппаратные преимущества Xbox Series X. Мы очень взволнованы первыми результатами – от абсолютно новых методов рендеринга и избавления от загрузочных экранов до более крупных, живых и динамически меняющихся миров, которые вы, как игрок, исследуете так, как считаете нужным. К тому же Xbox Velocity Architecture открыла еще больше возможностей и проторила дорогу к инновациям на уровне платформы, таким как Quick Resume, которая позволяет в мгновение ока продолжить играть с того места, где вы остановились в прошлый раз – в нескольких играх одновременно. Это улучшит игровой процесс всех пользователей Xbox Series X.
Мы с нетерпением ждем, когда игроки по всему миру смогут лично почувствовать мощь нового поколения с Xbox Series X – в ближайший предновогодний сезон и после. Если хотите узнать больше о Xbox Velocity Architecture, посмотрите видео выше.