Microsoft odhalil hardware 4K Xboxu. I parametry jeho procesoru a GPU Scorpio Engine

28
APU Scorpio Engine (Zdroj: Digital Foundry)

Podrobnosti o hardwaru herních konzolí není úplně obvyklé vyhlašovat předem – například Nintendo je dokonce nepublikuje vůbec, což platí i pro jeho poslední dílo Switch. Blížící se vydání „upgradové“ konzole Xbox One, přezdívané pracovně projekt Scorpio, však bude poněkud jiné. Microsoft se naopak rozhodl hardwarem připravovaného stroje pochlubit dopředu, takže máme oficiální podrobnosti toho, co uvnitř tohoto konkurenta Sony PlayStation 4 Pro vězí.

Microsoft dal možnost nahlédnout pod pokličku novinářům z Digital Foundry/webu Eurogamer, kteří kromě informací dostali možnost konzoli i vidět naživo. Díky tomuto exkluzivnímu odhalení lze tedy uzavřít dohady, které doposud panovaly. Máme již potvrzeno, že základem bude opět na míru vyrobené APU od AMD, které bude vycházet ze stejné architektury jako Xbox One, ale rozšiřovat její schopnosti a výkon. Tím bude zachována kompatibilita s původními hrami, stejně jako u PS4 Pro. Jeden rok, o nějž bude Xbox na trhu později, se ale promítne do výrazně vyššího výkonu, soudě podle většiny parametrů. Stejně jako u Sony má ale nový Xbox za cíl utáhnout hraní áčkových titulů v rozlišení 4K.

APU (respektive SoC) pohánějící konzoli má pracovní jméno Scorpio Engine. Jeho parametry byly z počátku modelovány s cílem, aby v rozlišení 4K rozběhal existující hry, které na Xboxu One běží v rozlišení 900p až 1080p, se stejnou snímkovou frekvencí. Do určité míry tak byl SoC dimenzován a různě upravován dle her, místo aby se hry přizpůsobovaly tomu, co hardware nabízí, jak je to obvykle.

APU Scorpio Engine. POvšimněte si vizualizace napájecí kaskády. Ta má čtyři fáze pro GPU a jedinou pro jádra CPU
APU Scorpio Engine. Povšimněte si vizualizace napájecí kaskády. Ta má čtyři fáze pro GPU a jedinou pro jádra CPU

Grafika: silnější než Polaris 10

Z těchto analýz se nakonec vyklubala grafická část, která používá 40 bloků CU (Compute Unit) s technologií převzatou z grafik AMD Radeon. Měla by tedy nést 2560 stream procesorů, což je stejně jako například u Radeonu R9 390/R9 290. Ve skutečnosti je na čipu z výroby 44 CU a 2816 stream procesorů, ale čtyři jsou vždy deaktivované, což umožňuje upotřebit i částečně defektní čipy, zlevňujíc tak výrobu. GPU by také mělo mít dvakrát více rasterizačních jednotek a čtyřnásobně velkou L2 cache. Kromě větší „šířky“ ale výkon povytáhne také na konzoli vysoká frekvence. Specifikace pro Scorpio je údajně 1172 MHz, což je o 37 % vyšší takt, než u Xboxu One. Poměrně vysokot je to i ve srovnání se samostatnou grafikou Radeon RX 480, která má s 36 CU maximální takt 1266 MHz, ovšem s TDP 150 W. Scorpio Engine má přitom mít vyšší hrubý výkon: ten vychází na přesně 6 TFLOPS.

Bohužel nevíme přesně, jaká grafická architektura je v Scorpio Engine použita – tento veledůležitý detail zatím vypuštěn nebyl. Patrně by mělo jít minimálně o Polaris, podle Digital Foundry by ale architektura měla být uzpůsobena na míru. Je tedy možné, že nese již i některé prvky z architektury Vega. Zajímavá by byla zejména možnost provádět výpočty o poloviční přesnosti FP16 s dvojnásobným výkonem (v FP16 by tedy GPU dávalo 12 TFLOPS), což by pro konzoli byl ideální zdroj výkonnostních optimalizací a PS4 Pro již tuto techniku používá.

Potvrzeno je také, že Scorpio Engine výrazně posílí paměťový subsystém. Použita je paměť GDDR5 na efektivní frekvenci 6,8 GHz. Zároveň byla sběrnice rozšířena na 384 bitů, takže hrubá propustnost dostupná konzoli činí 326 GB/s. GPU přitom zároveň používá techniku Delta komprese barev, takže výkon paměťového subsystému bude reálně zlepšen ještě více, než říká samotné číslo. Paměť se spolu se sběrnicí rozšířila na 12 GB, z čehož 8 GB si může alokovat hra pro svá data a 4 GB má rezervován systém. Propustnost hlavní RAM znamená, že Scorpio už nemusí používat buffer eDRAM, který byl odstraněn a pro starší hry je emulován. Latence GDDR5 je údajně horší, ale celkový výkon se prý podařilo zachovat.

12 čipů GDDR5: celkem 12 GB, 384bitová sběrnice
12 čipů GDDR5: celkem 12 GB paměti, dávajících 384bitovou sběrnici

Osm jader pro CPU, šlechtěný jaguár

Zdá se, že procesorová část projde méně radikálním upgradem, což částečně i dává smysl, neboť hlavní nápor při zvyšování rozlišení je na GPU. Počet jader zůstal na osmi a patrně budou tvořit poměrně malou část SoC i jeho spotřeby. Zdá se tak, že půjde stále o architekturu Jaguar, nikoliv o Zen, jenž by asi byl příliš drahý a ztížil by implementaci. Stará architektura na druhou stranu zajistí dobrou kompatibilitu se staršími hrami. Respektive je možná na místě mluvit o podobné architektuře, protože podle Microsoftu jde o „unikátní na míru upravená jádra“. Celková koncepce ale asi bude podobná, jelikož má zůstat například rozdělení do dvou čtyřjádrových bloků s 2 × 2 MB L2 cache.

Výkon by nicméně mělo zlepšit posunutí frekvence na 2,3 GHz z 1,75 GHz v Xboxu One, což dává potenciál k zrychlení o 31,5 %. Architektura by prý měla mít snížené latence pamětí a lepší výkon při koherentní komunikaci mezi grafikou a CPU. Procesoru bude poněkud odlehčovat vyhrazený koprocesor pro audio, převzatý z Xboxu One. Má podporovat prostorovou technologii Dolby Atmos (i pro sluchátka) a také vlastní technologii pro reprodukci prostorového zvuku na sluchátkách, kterou MS vyvinul pro headset HoloLens.

Hardwarová akcelerace draw calls pod DirectX 12

Snížit nároky her na CPU má také posílený Command Processor v GPU, který přímo v hardwaru implementuje různá volání API DirectX 12 (draw calls), takže je Scorpio Engine dokáže zpracovávat s nízkou výkonnostní zátěží. Vytížení CPU při vykreslování prý může při využití této schopnosti GPU klesnout až na polovinu.

Deska pro Xbox Scorpio, i s hlavním APU (Zdroj: Digital Foundry)
Deska pro Xbox Scorpio, i s hlavním APU (Zdroj: Digital Foundry)

Zajímavé je, že Microsoft prý už novinářům ukázal i snímek čipu, potvrzující třeba ony čtyři rezervní CU nebo dva čtyřjádrové bloky jader CPU (takto byly řešené již Jagauary v Xboxu One a PS4). Většinu plochy údajně zabírá právě GPU, což asi nikoho nepřekvapí. Čip má podle Microsoftu sedm miliard tranzistorů a je vyráběný na 16nm procesu u TSMC. Nemá díky tomu zas tak velkou plochu – celé APU zabírá údajně 360 mm². Tolik měřil například čip Tonga na 28nm procesu; 14nm GPU Polaris 10 s 36 CU má podle AMD rozměr 232 mm². Taktéž 16nm APU v Xboxu One S má údajně rozměr 240 mm², proti němu by tedy APU Scorpio Engine bylo o polovinu větší.

Chlazení s vapor chamber

Tranzistory navíc a vyšší frekvence poženou elektrický příkon nahoru, takže Scorpio Engine si vynutil i zlepšenou správu spotřeby a chlazení. U čipu jsou údajně použité podobné techniky jako u Ryzenů, kdy se procesor kalibruje, aby každý exemplář vždy běžel na co možná nejnižším napětí. Spotřeba asi přesto bude výrazně vyšší než u běžného Xboxu One. Microsoft totiž chlazení zesílí použitím tzv. vapor chamber, která zlepšuje odvod tepla z čipu do pasivu a používá se i u některých samostatných grafických karet. Pasivem pak bude prohánět vzduch jeden centrifugální ventilátor, také navržený na míru zařízení. Zdroj napájející celou konzoli má údajně výkon 245 W (a je uvnitř šasi, nikoliv externí). To by asi po odečtení HDD, mechaniky, ventilátoru, napájení pro USB zařízení a nějaké rezervy navíc (plus ztrát v napájecí kaskádě) kladlo TDP samotného APU někam na 130–160 W.

UHB Blu-Ray, rychlejší disk

Digital Foundry cituje i další zlepšení hardwaru. Například jako úložiště bude standardně osazován 1TB 2,5″ disk. Je stále mechanický kvůli cenám SSD, nicméně má mít o 50 % vyšší přenosovou rychlost, takže načítání her z něho půjde rychleji. Scorpio také bude mít mechaniku pro přehrávání Ultra HD Blu-Ray, stejně jako Xbox One S. GPU také dostalo podporu pro HDMI 2.0 a hardwarové přehrávání i nahrávání HEVC v 4K při 60 snímcích za sekundu. Systém také bude umět vykreslovat s vyšší kvalitou a poté obraz převzorkovávat na nižší rozlišení, pokud budete hrát jen s běžnou Full HD televizí a nikoliv 4K obrazovkou.

Demo Forza Motorsport ve 4K na konzoli Scorpio
Demo Forza Motorsport ve 4K na konzoli Scorpio

Podle Digital Foundry má Microsoft přípravy v docela pokročilém stádiu, ačkoliv do uvedení ještě zbývá řada měsíců. Je prý možné, že harmonogram je dokonce poněkud napřed proti původnímu plánu. Stroj údajně už nyní dokáže rozběhat demo hry Forza Motorsport v rozlišení 4K při 60 Hz s úrovní detailů relativně rovnocennou tomu, jaká je na běžném Xboxu One ve Full HD. Šlo dokonce údajně o neoptimalizovaný port, prostě jen zvyšující rozlišení a kvalitu textur na 4K. Přitom toto demo údajně haldce běželo se zátěží GPU mezi 55–70 %.

Zdá se každopádně, že Microsoft má zřejmě ve schopnosti Xboxu „Scorpio“ velkou důvěru, soudě podle otevřenosti, s níž se nyní vnitřnostmi stroje pochlubil. Do vydání přitom ještě asi zbývá poměrně dost času, očekáváme ho až někdy na podzim.

Microsoft odhalil hardware 4K Xboxu. I parametry jeho procesoru a GPU Scorpio Engine

Ohodnoťte tento článek!

28 KOMENTÁŘE

    • Na 99% nikoliv. Čipy pro Xbox se vyrábí na 16nm u TSMC, zatímco GPU od AMD na 14nm procesu od Samsungu v továrnách Globalfoundries. A Nvidia má určitě u TSMC dostatečně rezervované výrobní kapacity, aby nějaký jiný výrobce nemohl omezit jejich výrobu.

      • Diky za info, doted jsem zil tak nejak v tom, ze u GF. Asi pod tihou ze nekdo minuly rok obhajoval spatnou dostupnost Polarisu prave vyrobou cipu pro konzole. A ze je to vlastne v poradku, ze je jedno kde AMD vydela, zda v grafikach nebo konzolich.

  1. „Čip má podle Microsoftu sedm miliard tranzistorů a je vyráběný na 16nm procesu u TSMC.“

    Ha, a neni to GPU jadro od Nvidie integrovane s CPU od AMD? To by byla teda pecka 😀 Leccos by to vysvetlovalo ohledne nesrovnalosti toho GPU v porovnani s Polaris/Vegou.

  2. Kdy konečně lidi pochopí, že současná generace konzolí není PC (x86) architektura, tudíž nelze aplikovat stejné obecné poznatky. Má snad CPU v PS4 Pro nějaký problém se „4TFLOPs grafikou“?
    Ještě když v článku je uvedeno, že drawcalls se řeší mimo jádra procesoru, což je historicky největší a nejznámější problém ve vztahu CPU/GPU.

  3. mě zaujala ta grafika – je možnost že by si AMD nachystalo překvapení a nové RX580 byly s 2560SP? To by potom odpovídalo, protože to co naznačují zatím dostupné info, prosté přehození nálepky 580 na gk s 480 se mi nechce věřit, to se AMD nepodobá. Je dost možné že to bude podobné překvápko jako s RyZenem…

    • Ta „grafika“ je pevná součást čipu. Kdyby chtělo AMD přidat shadery/jiné jednotky do RX 580, tak by taky muselo vyrobit nový čip. Ty grfické architektury jsou dost flexibilní, takže volba, kolik shaderů tam bude, je při designu poměrně široká. Není problém navrhnout Polaris s 32, 36, 40, 44, a tak dále CU. Jenže z ekonomických důvodů se těch čipů navrhuje vždy omezené množství, protože vývoj stojí lidské kapacity a potom je taky problém, že vyrobit masky pro výrobu stojí dost velkou fixní částku. U Polarisu už zdá se vznikne ještě jeden lowend čip (RX 550), ale dělat o trošku větší Polaris 10b, to nedává moc smysl.

      • Ja si dovolim polemizovat s tim „nedava moc smysl“. Ano, pokud ted uz vyjde Vega, ktera pokryje vrchni vykonostni segment, tak uz asi ne. Ale kdyby nejaky 490 chip Polaris vydali (byt o chvili pozdeji), ktery mel aspon tech 20-30% nad 480 (klidne mohl byt trochu pod 1070), tak na tom mohlo byt AMD o dost lip, Takhle zase ztratili cast trhu. Mozna ze to pro ne finacne neslo, ale myslim, ze je to dost poskodilo, protoze tech 1070tek se prodalo fakt hodne.

        • Ano, čip navíc to samozřejmě chtělo, ale co jsme tím myslel: byla by blbost dělat takový další čip se skoro stejnou konfigurací (36 vs 40 CU). Když už, tak to chtělo něco podstatně většího.

          • Na druhou stranu se tu do budoucna nabízí možnost, že by AMD přišlo s grafikou na 16nm procesu u TSMC, protože si to vlastně otestuje na zakázce od MS – tedy vývoj čipu pro Scorpio, který se jim vlastně zaplatí MS se AMD naučí návrhu GPU na tomto procesu.

    • V současných konzolích ano a tady asi taky. Jsou tam dvě skupiny jader po čtyřech, které mají společnou last-level cache (zde L2), do které nemůžou přímo ty jádra z druhé skupiny, tj. tyhle dvě skupiny+cache spolu komunikují nějakým propojením. Ale nemusí to být stejná propojovací logika jako v Ryzenu.