Microsoft: Die Hardware-Finessen der Xbox Series X
Microsoft hat auf der alljährlichen Technologiekonferenz Hot Chips einen tieferen Einblick in das System-on-a-Chip der Xbox Series X gegeben. Verglichen mit der initialen Hardware-Vorstellung im März 2020 legte Redmond einige Details offen, die zu erwarten waren - und andere, die dann doch etwas überraschend sind.
Das SoC misst die bekannten 360 mm² und wird von TSMC in einem 7-nm-Verfahren gefertigt. Auf Nachfrage wollte Microsoft nicht sagen, ob es sich dabei um N7P mit klassischer Immersionslithografie (DUV) oder um N7+ mit extrem violetter Belichtung (EUV) handelt. Stattdessen sagte der Hersteller, es handele sich um eine "enhanced" -Version von N7, was sehr stark auf N7P schließen lässt. Dafür spricht, dass der Chip der Xbox Series X laut Microsoft noch teurer ist als der Xbox One X.
Alle acht CPU-Kerne mit Zen-2-Architektur (intern Hercules genannt) entsprechen jener Konfiguration, die von den Ryzen 3000 (Matisse) oder Ryzen 4000G (Renoir) bekannt ist. Der L3-Cache wurde wie bei Letzteren allerdings wie vermutet von 32 MByte auf 8 MByte verkleinert, was wertvolle Die-Fläche spart. Um den Prozessor zu entlasten, nutzt Microsoft drei Audio-Engines, die zusammen schneller sind als alle acht Jaguar-Kerne der Xbox One X zusammen (bezogen auf die theoretische FP32-Leistung, also einfache Genauigkeit).
CFPU2 ist etwa für Hall-Effekte gedacht, als Beispiel nennt Microsoft das eigene Project Acoustics(öffnet im neuen Fenster) für realistischen 3D-Sound. MOVAD wiederum dient als Hardware-Decoder für Opus(öffnet im neuen Fenster) , ein Datenformat zur verlustbehafteten Audiodatenkompression. Hinzu kommt Logan (der bürgerliche Name von Wolverine(öffnet im neuen Fenster) ) für generelle Sound-Aufgaben, dieser Block ähnelt dem der Xbox One X. Sony wiederum hat für die Playstation 5 die sogenannte Tempest-Engine entwickelt, auch hier geht es darum, eine bessere Klangkulisse zu schaffen.
Hinzu kommen vier Engines zur (De)Kompression von Daten, deren Leistung ist laut Microsoft mit zwei CPU-Kernen vergleichbar. Die Xbox Series X nutzt den neu entwickelten BCPack - sowie generell den LZ-Algorithmus (Lempel Ziv). Diese Engines sind wichtig, um den Prozessor nicht zu sehr auszulasten, wenn beispielsweise Texturen von der NVMe-SSD gestreamt werden. Für diese gab Microsoft bisher an, dass sie mit bis zu 2,4 GByte/s Transferrate (ohne Kompression) arbeitet. Daher wundert es nicht, dass die SSD intern mit PCIe Gen4 x2 angebunden ist - so wie die externe Speichererweiterungskarte auch.
Bei der integrierten GPU setzt Microsoft erneut auf Radeon-Technik.
Hardware-Raytracing von AMD
Die Grafikeinheit für Direct3D Feature Level 12_2 basiert auf 56 Compute Units, aktiv sind davon aber nur 52. Das resultiert in 3.328 Shader-Einheiten, welche AMDs kommende RDNA2-Architektur nutzen. Wie viel schneller diese ALUs pro Takt im Vergleich zur RNDA1-Technik wie die der Radeon RX 5700 XT (Test) sind, ließ Microsoft offen. Verglichen mit GCN v5 ( Vega 64 ) seien es 25 Prozent, diesen Wert nannte AMD allerdings schon für RDNA1. Wie gehabt laufen FP16-Operationen mit doppelter Geschwindigkeit von FP32-Befehlen, etwa für flottere Überstrahleffekte ( Bloom(öffnet im neuen Fenster) ).
Neu ist, dass maschinelles Lernen mit Formaten wie INT8 unterstützt wird. Für sehr wenig Die-Fläche könne so per Inferencing die Performance um den Faktor 3x bis 10x verbessert werden. Eine Anwendung ist KI-gestütztes Upscaling per DirectML-Schnittstelle, ähnlich wie Nvidias DLSS 2.0 oder die Umsetzung von Sony für die Playstation 5. Ein neuronales Netz wird mit extrem hochauflösendem Referenzmaterial ( Ground Truth(öffnet im neuen Fenster) ) trainiert, so dass die GPU niedrigere Auflösungen auf etwa 4K hochrechnen kann. Das Resultat sind höhere Bildraten bei im Idealfall sehr gut rekonstruierten Details.
RDNA2 integriert erstmals Raytracing-Hardware in die Compute Units: In jeder CU befindet sich eine mit der Quad-TMU (Texture Mapping Unit) gekoppelte Ray-Intersection-Engine, die vier Strahlenoperationen pro Takt vornehmen und somit die Schnittpunktprüfung um den Faktor 3x bis 10x beschleunigen kann. Zumindest laut einer Folie wird das Durchlaufen der zuvor erstellten Beschleunigungsstruktur (Bounding Volume Hierarchy, BVH(öffnet im neuen Fenster) ) von den regulären Shader-Einheiten durchgeführt. Bei Nvidia hingegen wird beides, Traversal und Intersection, von den RT-Cores erledigt. Welcher dieser Raytracing-Hardware-Ansätze welche Vor- und Nachteile hat, bleibt vorerst offen.
Weitere Techniken umfassen die von DirectX 12 Ultimate geforderten Punkte. Darunter fallen das DXR Tier 1.1 für schnelleres Raytracing, das Variable Rate Shading für eine höhere Bildrate bei möglichst geringem optischen Qualitätsverlust, der Mesh Shader für mehr Geometrie pro Frame und das Sampler Feedback für ein besseres Streaming mit scharfen statt verwaschenen Texturen sowie weniger Pop-ups.
Das SoC der Xbox Series X kann 8K-Videos samt HDR (High Dynamic Range) mit H.264 sowie H.265 und VP9 dekodieren, sprich entsprechende Videos abspielen. Aufnahmen klappen mit HDR per H.264- und H.265-Codec, wobei Microsoft nicht sagt, ob hier 4K oder 8K geboten wird. Der Display-Controller unterstützt HDMI 2.1 für 8K bei 60 Hz oder 4K bei 120 Hz, eine variable Refresh-Rate (VRR) wird bei passenden Fernsehern oder Monitoren ebenfalls geboten.