Xbox One: Fünf Milliarden Transistoren - ohne Huma
Der SoC der Xbox One basiert größtenteils auf AMD-Technik. (Bild: Microsoft)

Xbox One Fünf Milliarden Transistoren - ohne Huma

Im Rahmen der Hot-Chips-Konferenz hat Microsoft umfangreiche Informationen zum SoC der Xbox One veröffentlicht. Der Chip ist vor allem aufgrund des ESRAM technisch interessant, der gemeinsame Speicherzugriff namens Huma aber fehlt.

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Auf der Hot Chips 25 haben Microsofts John Sell und Pat O'Connor einen Vortrag über das SoC (System on a Chip) der Xbox One gehalten, die dazugehörigen Präsentationsfolien liegen PC-Watch vor. Der Xbox-Chip wird im 28-Nanometer-Verfahren bei TSMC gefertigt, genauer gesagt kommt die HPM-Prozessvariante zum Einsatz. Die "High Performance for Mobile"-Technik bietet die Möglichkeit, hohe Taktfrequenzen mit geringen Leckströmen zu kombinieren.

Der Chip beherbergt auf riesigen 363 mm² laut Microsoft fünf Milliarden Transistoren. Nvidias monströser GK110-Chip, der beispielsweise für die Geforce GTX Titan genutzt wird, bringt es auf gut sieben Milliarden Transistoren sowie 551 mm² und wird ebenfalls im 28-Nanometer-Prozess gefertigt, allerdings in der HP-Variante. Das SoC der Xbox One besteht unter anderem aus einer GPU, den CPU-Kernen, einem Speichercontroller, einem speziellen Audio-Chip von Tensilica und dem ESRAM.

Zwei Jaguar-Module, zwölf GCN-Compute-Units, DDR3-Speicher und ESRAM

Wie bereits bekannt, basiert die Xbox One auf der Jaguar-Architektur von AMD, zwei Module mit je vier Kernen stellen acht x86-Einheiten zur Verfügung, die Taktfrequenzen sind nicht bekannt - wahrscheinlich sind knapp zwei GHz unter Last. Die GPU basiert auf der GCN-Technik (Graphics Core Next), deren Funktionen über DirectX 11.1 hinausgehen und auch die Spezifikationen von DirectX 11.2 erfüllen sollen. Die Grafikeinheit bietet zwölf sogenannte Compute Units mit 768 Shadereinheiten, damit entspricht sie etwa einer Radeon HD 7850.

Der Takt liegt bei mittlerweile 853 MHz, die GPU bietet ergo rechnerisch 1.310 Gflops. Pro CU stehen zwei Asynchronous Compute Engines für Grafik- und Compute-Berechnungen bereit, dies entspricht einer Radeon HD 7970. Die Playstation 4 kommt hingegen auf 8 ACEs und 64 Compute-Qeues, ist also GPU-seitig auf dem Papier deutlich mächtiger - zumal 18 CUs mit 1.152 Shadereinheiten bei 800 MHz rechnen.

Der Speichercontroller bindet CPU und GPU kohärent mittels vier 64-Bit-Kanälen an den DDR3-Speicher an. Die angegebenen 64 GByte pro Sekunde lassen auf DDR3-2133-Geschwindigkeit schließen, das höchste, was die JEDEC derzeit spezifiziert. Im Vergleich zur Playstation 4 mit 2,75-GHz-GDDR5-Speicher ist das vergleichsweise langsam, Microsoft hat jedoch 32 MByte ESRAM verbaut. Das steht für Embedded Static Random Access Memory, einen sehr schnellen Speicher, dessen Inhalt solange gespeichert bleibt, bis er vom Strom getrennt wird.

Der ESRAM unterteilt sich in vier 8-MByte-Blöcke, jeder ist mit 256 Bit angebunden. Der Embedded-Speicher erreicht laut Microsoft somit eine Datentransfer-Rate von 109 bis 204 GByte pro Sekunde. Dem Blockdiagramm zufolge ist der Embedded-Speicher zwar mit dem Speichercontroller verbunden, nicht aber mit der kohärenten Verknüpfung der CPU-Kerne.

Huma oder kein Huma?

Ebenfalls auf der Hot Chips hat AMD, die das Semi-Custom-Design der Xbox One mitentwickelt haben, einen Vortrag über die Heterogeneous System Architecture (HSA) gehalten. Dazu zählt auch der Heterogeneous Uniform Memory Access (Huma), bei welchem alle Caches und sonstigen Speicherbereiche kohärent gehalten werden, also für die CPU und die GPU immer die gleichen Daten bereit stehen. Auf der Gamescom hat AMDs Produktmanager Marc Diana gegenüber c't erklärt, nur die Playstation 4 würde Huma unterstützen - die Xbox One nicht. Als wir wenig später die gleiche Frage stellten, wollte AMD das Thema nicht mehr kommentieren und ließ uns folgende Aussage zukommen:

"During a recent gamescom 2013 interview, an AMD spokesperson made inaccurate statements regarding the details of our semi-custom APU architectures. AMD will not comment on the Microsoft Xbox One and Sony PS4 memory architectures and will not speak for Microsoft, Sony or other AMD customers."

Dies ist keine Bestätigung oder ein Dementi hinsichtlich der Huma-Unterstützung der Playstation 4, die Präsentationsfolien zur Xbox One aber sind recht eindeutig: Kohärente Zugriffe zwischen den CPU-Kernen und dem DDR3-Speicher sind möglich, der ESRAM hingegen hängt am Speichercontroller, nicht aber an der Kohärenz-Einheit. Es ist jedoch möglich, dass Microsoft sich noch eine Hintertür offen gelassen hat. Für Entwickler bedeutet das Fehlen von Huma einen gewissen Mehraufwand, zusätzlich zur Programmierung des ESRAM, welcher notwendig ist, um die eher geringere DDR3-Bandbreite zu umgehen. Die Playstation 4 hingegen bietet laut Vgleaks Huma für die kompletten 8 GByte GDDR5-Speicher, die wie das restliche SoC mittels der Playstation Shader Language (PSSL) angesprochen werden.

Die Southbridge für die restliche Ausstattung

Zurück zum SoC der Xbox One, das den HDMI-Ausgang stellt: Die Verbindung zur Southbridge und dem Ethernet-Anschluss erfolgt durch PCI-Express, über die Anzahl der Lanes schweigt sich Microsoft aus. Die Southbridge bindet per SATA-3Gb/s das Blu-ray-Laufwerk sowie die 500 GByte große Festplatte an, zudem sind 8 GByte Flashspeicher (per Embedded-MMC) vorhanden. Der HMDI-Eingang ist ebenfalls mit der Southbridge verbunden, selbiges gilt für die Gamepads und Kinect, bei letzterem kommt USB 3.0 zum Einsatz.

Die Controller werden mit einem der beiden WLAN-Module verbunden, diese Funkeinheiten werden per USB von der Southbridge angesteuert. Das ist ungewöhnlich, bei PCs sind WLAN-Module üblicherweise per PCI-E angebunden, bei Notebooks beispielsweise mit leicht wechselbaren Mini-PCI-E-Steckkarten.


Shaddix 05. Nov 2013

Besser als eine viel zu schwache/langsame GPU zu haben. Das war bisher eher das Problem...

cHaOs667 04. Sep 2013

Haha. Teuer? Wing Commander III hat mich damals 140 DM gekostet. DAS war teuer!

Cohaagen 28. Aug 2013

Im ersten Monat soll es bei PS+ eine abgespeckte Version des PS4-Spiels "Drive Club...

Siliciumknight 28. Aug 2013

Ich habs bei Gran Turismo 5 gemerkt. Es ist eine Freude, wie schnell die Strecken geladen...

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