微软首次公开Xbox Series X定制SoC设计图

  【天极网DIY硬件频道】游戏主机市场将在2020年迎来大幅变动，索尼PlayStation 5和微软Xbox Series X将在下半年上市。在Hot Chips 2020峰会的首个演讲日上，原本计划最后登场的微软Xbox Series X系统架构演示稿已经被曝光，外界也将提前解析这台高性能次世代主机的系统架构。 

  演示稿首先官方介绍了Xbox Series X新主机将支持诸如DXR、VRS、Mesh着色等特性，微软还公布某些首次公开的新特性，尤其是音频的许多新特性。SoC上内建几个由微软研发的硬件单元，包括音频单元、安全模块和存储处理器。 

  微软还公布Xbox Series X上面所用SoC的架构，其中最让架构爱好者的Die Shot也同样出现在演示稿中。微软Xbox Series X上SoC的Die Shot，采用台积电N7e工艺(与N7P之间有什么关系有待考察)，集成153亿个晶体管，核心面积达360.4mm2。微软与AMD合作开发的这颗SoC内建8核心、16线程的Zen 2架构CPU以及52组CU的GPU。 

  演示稿中还公开了这颗定制APU处理器的内部设计图，Zen 2架构的8核心CPU占地面积为74m㎡。CPU部分跟Renoir比较相近，两组Zen 2架构的CCX，每组CCX带有4MB的三级缓存，关闭超线程情况下频率达3.8 GHz，开启超线程则会降低0.2 GHz最高频率。 

  但GPU占据芯片将近一半的面积(约为裸片的47.5%)，比Navi 10的RX 5700 XT独显更大，不算增强的Navi 2x核心与另外12组CU的面积为251m㎡，甚至是AMD Renoir APU的156m㎡两倍多。GPU部分设计28组Dual CU单元，AMD会屏蔽其中两组确保GPU的整体性能，实际工作的有26组Dual CU(52组CU)。 

  由于GPU部分基于RDNA 2架构，也让外界首次看到RDNA 2架构的细节。从Dual CU单元的组成可以看到，RDNA 2的基础单元架构与RDNA没有太大的区别，AMD从硬件层面上支持很多新出现的图形特性。比较亮眼的是每个Dual CU中集成两个硬件加速光线追踪的处理单元(每组CU一个)，这也是RDNA 2支持硬件光追的原因。

  CPU和SoC的其他部分通过一条可扩展的数据总线互联，初步推测基于IF总线。总线上面连接显示控制单元、媒体编解码单元、安全模块、存储加密解密解压缩单元、GPU、IO Hub和内存控制器。 

  由于内存控制器需要同时满足CPU和GPU的需求，所以AMD采用高带宽的GDDR6内存系统。这套内存系统的特别之处在于采用交错内存设计，将整个内存分为两部分，10GB部分的交错程度比另外的6GB更高，总内存带宽可达560GB/s。

  虽然DRAM架构近些年年以约30%的幅度降价，但过去8.5年的年平均降幅只有5%左右;作为对比，同期闪存价格每年下降约23%，能够带来更快的游戏加载速度，也将彻底取代传统的机械硬盘。微软采用可用成本较低的固态存储，替代系统增加的运存Velocity体系结构，采样器反馈流技术的主机可在不增加DRAM的情况下，更好地利用闪存来提升整体机能。

  疑似I/O部分幻灯片有误，这颗SoC应该内建8条PCIe 4.0总线，其中2条用于连接内置的1TB固态硬盘，另外有2条用于连接外置的可扩展存储卡。 

  演示文稿还强调摩尔定律在制程改进越来越难的情况下所面临的挑战，尽管Xbox Series X的芯片尺寸与旧款相当(2013/2017 年发布的Xbox One和One X分别为375/367m㎡)，且晶体管数量相对于Xbox One X翻了一倍以上(66到154亿)，但成本效益的改进并没有语气中的那么天翻地覆。负责代工的台积电已证明7nm光刻技术是可行的，但每片晶圆的成本元高于12nm。

  演讲稿的其他方面则是在讲解图形方面的新特性，像是VRS、采样器反馈等DirectX 12 Ultimate中新增的特性。VRS的原理是通过改变单次像素着色器操作所处理的像素数量，来改变屏幕不同区域的着色质量。简单来说，它可以改变同个画面中不同部分的渲染精细度，它的用处是提高画面帧数。

  采样器反馈是允许游戏引擎去跟踪纹理采样器的使用方式，让后者向引擎提供反馈，方法是生成“反馈图(Feedback Map)”，它会记录不同纹理区域的不同驻留等级，然后程序可以根据这些反馈信息来做决策——包括该如何使用纹理采样器和要在显存中保留哪些资源等。这比原先的流程更为精确，可以更好地分配计算资源。简单来说它的实际效果就是用更少的显存渲染更大、更详细的纹理。

  性能方面，微软只给出380G/sec的长方体(ray-box)以及95G/sec的三角形(ray-triangle)峰值计算数据。幻灯片中还提到Xbox Series X上有类似NVIDIA的DLSS技术，能够从机器学习等方面获得3~10倍的“机器学习推力加速”。

  微软Xbox Series X将支持HDMI 2.1输出，支持4K@120Hz和8K@60Hz，提供4K/8K的AVC/HEVC/VP9视频编解码、以及AVC(H.264)和HEVC(H.265)编码。但由于没有DisplayPort接口，部分玩家在连接到传统PC电竞显示器时遇到一些限制。

  The Verge高级编辑Tom Warren在6月曾表示，低成本的Xbox Series S采用与Xbox Series X相同的CPU，但两款主机的差别在于GPU部分，Xbox Series S主机使用包含20组CU单元的GPU，1.55GHz频率，Xbox Series X为52组CU单元、1.825GHz频率。 

  Tom Warren近日分享由外媒Teak Town制作的微软两大次世代主机Xbox Series X和Xbox Series S的规格对比。Warren还表示Xbox Series S(确定取消光驱)会支持光追以及可能的向下兼容，传言称可进行数字转换，给微软发送光盘，但具体如何实现向下兼容并不确定。

  虽然Xbox Series X和索尼PlayStation 5的光追性能如何，但微软似乎更轻视游戏中的光线追踪技术，反而强调混合渲染方法(类似于英伟达RTX显卡的策略)，但并非传统渲染方法的完全替代。

  微软的PPT同样没有公布产品定价，但Xbox One/One S上列出“$”占位符以及对Xbox One X和Xbox Series X留下“S+”和“$++”，是否意味着这一代主机的价格将会上涨。