译介｜DigitalFoundry数毛社XboxSeriesX规格解读+真机上手视频

本文系用户投稿，不代表机核网观点

认真起来的微软太可怕了。
美国时间2020年3月16日，凌晨5点，微软毫无预兆地再次发布次世代主机 Xbox Series X 的详细规格。这次，关于这台新主机的神秘面纱已经全部揭开，其最终官方硬件规格参数、外设、采用的独有新技术、向下兼容等服务，都已经完整的暴露在我们面前。
此前备受关注的 SSD、光线追踪等次世代技术也做了全面、完整的展示。
微软在这次突爆猛料之前，邀请了 Digital Foundry 「数毛社」和 Austin Evans 与 John Linneman 前往华盛顿州的 Redmond 总部，提前体验和评测了 Xbox Series X 真机。DF 油管频道和官方公关稿同步发出了这款视频。
我怀着激动的心情，连夜赶制了这段视频的完整中文字幕，奉献给大家。翻译完成之后，我只想说，这注定将成为一台划时代的游戏主机，它所蕴含的智慧和工程上的努力，登峰造极、史无前例。
来不及/不方便看视频的朋友，一下为整理字幕中的重点：
1. 定制 CPU 细节：4倍于X1X，两种运行模式
8核 定制 Zen 2 CPU，这颗芯片集成了8个CPU核心，16线程。其中4个核心各组成一个集群（cluster，又译「簇」），一共2个集群，集成在同一颗芯片上。1颗CPU核心（或者说2个线程）留给底层滞留的操作系统和Shell程序（命令解释器）用于前端。
微软承诺过，新主机的性能是上代 Xbox One X 的四倍，不论是单核性能还是整体输出。让人印象深刻的是这颗CPU的速度。峰值时钟频率达到了 3.8GHz 这个数值是 SMT 超线程特性关闭的情况下。有趣的是，开发者可以自己选择运行模式：
同时用8核跑在更高的频率上，或者
所有的核心和线程都跑起来，但运行在略低一些的 3.6GHz 的频率上

所有这些时钟频率都是完全锁死的，不会允许开发者根据芯片载入或根据发热情况进行调整。有趣的是，在我们访问期间，这一点微软强调了好几次。这是我们第一个大惊喜，因为在我们基于PC平台的测试中，SMT开启情况下，能给游戏的各方面表现带来30%，甚至是更多的性能表现提升。在那些针对多线程优化的程序中其中也包括游戏。
然而微软所希望的是，至少是首发游戏，希望开发者能针对更高频的 3.8GHz 模式做优化，从而关闭 SMT 超线程模式。因为本世代的游戏引擎，都是针对7个CPU核心或7工作线程打造的。关闭 SMT 超线程之后，这些引擎可以直接映射到 Xbox Series X 的同样的7个核心上从而会获得巨大的性能增益。
2. 定制 GPU 细节：频率锁死，架构先进
12 TFLOPS，52CU@ 1.825 GHz定制 RDNA 2 GPU。其中单精度浮点算力的精确数字是：12.155 TFLOPS。3328 根渲染管线分配给 52个计算单元，运行时始终锁定在 1825MHz 的频率上。芯片上原本其实有 56个计算单元，但是弃用了其中的4个，以便确保流水线上的良品率，保证零售主机能正常量产。所以看起来微软又一次非常坚定的选择，锁定所有区域的所有时钟频率。所以不会有什么超频模式或任何变通。看起来微软深信，主机体验的核心标准在于一致性，每台发售的主机都应该有整齐划一的表现。PC GPU 根据发热情况，可以灵活调整性能表现，但 XSX 可不会。

12TFLOPS 对于次世代游戏体验来说已经足够。在这一点上，我们需要重申一遍：计算性能不能决定游戏实际表现的全部，只能决定其中一项。我举个例子。《巫师3》跑分软件，使用了多项AMD 新技术，可以演示各种算力水平。这个跑分就非常能说明这个问题。我们演示了这个跑分好几个月来说明 AMD 的 RDNA 架构，可以在相同的浮点算力水平下，比老一代的 GCN 架构跑出更好的性能。而 XSX 则拥有更新的RDNA2 架构，将带来更多先进特性。
不过重点在于要全面放大这种优势。要通过在游戏设计中融入这些新特性，才能发挥出它们的最好效果。比如可变速率着色（VRS）技术。这项技术简单说就是根据场景的可见性，增加或减少着色精度。

3. 内存：非对称设计 双内存池
我最为欣赏的部分，不只是高性能，更是整体设计的高效率。要做到这一点就要求创新。比如说要解决 384位高速 GDDR6 内存所存在的信号传输问题，微软就研发了 320位的解决方案：混合使用了6块2GB内存模块，加4块1GB内存模块的芯片。
于是我们终于得以解释之前的 Project Scarlett 预览视频里那堆混搭的芯片到底是怎么回事？
原来微软这里采用了非对称内存的设计。

主机拥有总共16GB的系统内存：其中有 10GB 吞吐性能为 560GB 每秒，这部分称为 XSX 的「GPU优化内存」。另外 6GB 运行在性能较低的 336GB 每秒下。理想情况下，所有图形处理都会在「GPU优化空间」里完成。而 CPU、音频、输入输出接口管控等则存在「标准内存」的标准内存池中。「标准内存」又被再划分，其中 2.5 GB 用于待机的操作系统，另外 3.5 GB 用于游戏。
总结起来就是：两个内存池，一共有 13.5 GB 用于游戏访问。这样开发者仍然可以访问共享内存，但显然性能表现就取决于访问的是哪个内存池。为什么这么设计？Xbox 系统架构师 Andrew Goossen 明确告诉了我答案：这项创新是必要的。这种设计既能保证最好的性能表现，又兼顾了主机设计的实操性，确保能够按时量产发售，而这点尤其关键。
4. RDNA2 架构实现硬件加速光追
硬件加速的光线追踪，这实在让人热血沸腾。我们数毛社一直以来都在追踪光追技术的演化进程，从 DXR 到 Vulcan 接口的游戏。你也看到了在 Nvidia 的 RTX 系列显卡跑出来的效果。我们一直说这不是 Nvidia 的专利技术；我们一直在说，这只是一个标准，而其他人都会跟进。
现在第一次，你不仅仅看到主机平台上实现了光线追踪，而且还是在 AMD GPU 上实现的。
现在演示的《我的世界 DXR版》是一个人一个多月的工作成果。利用了我们之前见过的《我的世界 RTX版》作为基础，然后就实现了我们现在看到的效果。这都是可实现的，因为光线追踪并不是一项专利垄断技术。这里的实现路径靠的是《我的世界》的 DirectX 光线追踪API。RDNA2 架构完全支持最新的 DXR 1.1版标准。这个标准类似于图灵架构的 RT core，能加速生成所谓的「BVH结构」。这种结构用于通过几何体的遍历和求交算法，做到精确映射。

简单说，就像是真实世界里的光线折射，一道光线在硬件加速的光线追踪映射中，光线的遍历和求交算法频率，每秒钟可高达 3800亿次。如果 XSX 没有硬件光线追踪的话，这些计算工作量就只能直接跑在标准渲染管线上。
唯一的问题就是，单单这，就会消耗掉大约 13 TFLOPS 的算力。而新一代主机可以卸载这些工作量，用标准渲染管线对它们进行并行处理。
微软和 AMD 携手共同研发了基于标准渲染管线的全新实现方法：利用 12TFLOPS 的单精度浮点（FP32）算力。RDNA2 架构也允许进行两倍的半精度浮点计算（FP16）。没错，快速堆叠计算（Rapid Packed Math，RPM）又回来了。
所以在这个特定场景下，实际上在进行光线追踪时，你最高可以获得 25TFLOPS 的峰值处理性能。
不过重要的是必须强调：这里的特定场景是，由于工作量同时由 RT 硬件和渲染管线负担，所以计算 BVH 结构，只是光线追踪工作中的一部分。GPU里的标准渲染管线仍旧要进行正常的计算。所以实际上光照计算这样的元素，依然跑在标准的渲染管线上。

所以总结一下，我们在PC平台上已经见过：光线追踪的确和性能表现下降（帧率下降）关系密切，这种现象也会来到主机平台。但受益于全新设计的主机架构，我们可以期待开发者采用更有效的优化措施并做创新。
这里就有个好消息：微软允许开发者绕过 DXR 接口，直接底层访问光线追踪加速硬件，这就给开发者进一步挖掘潜力创造了机会。
这块 GPU 也支持网格着色（Mesh Shading），这是一项全新的特性，最早在 Nvidia 的图灵架构中出现，效果就是你现在在演示中看到的。有史以来第一次这一特性将来到主机平台，也将有望在 AMD GPU 中使用。这项技术有望带来更复杂的几何表面，而不增加CPU负担。说到这里，我认为：这块新芯片可谓潜力无穷。
5. SSD黑科技 实现内存扩展
没错，固态硬盘存储来了。新存储非常快，微软公布的数字是 2.4 GB每秒 I/O 吞吐量，比本世代主机大约快了 40倍。其实这远远不是全部。
我们讨论的是一块定制的 Nvme 硬盘。不同于其他任何你之前见过的 SSD。首先它很短小，看起来像是以前的记忆棒。而且这个硬盘出人意料的沉甸甸。似乎完全是金属质地。上面印有希捷标志。如此设计可能是为了承受主板的发热。要知道主板可是每时每刻都在消耗大概 3.8 到 4瓦的电力。
随着热度的上升，我们知道 PC 平台许多 SSD 的问题是其性能会「衰减」。

就像 CPU 和 GPU 时钟频率被锁死，微软不接受上下波动的表现，所有部件都有稳定的性能。在他们看来是必须的，这对他们的主机设计至关重要。规格参数很有趣，2.4 GB每秒，这个表现已经很不错了。但是定制化的 API 接口和定制化的硬件被写入了系统芯片，带来了新功能。
微软认为是革命性的硬盘使用新方式，大概意思是把硬盘作为内存补充。
这个基本概念其实也很简单。游戏包，或者说，游戏安装文件占据了存储空间。这就等于像是延伸出的内存，允许 100GB 的游戏素材，可以被开发者瞬间访问。
这个系统微软称为速率架构（Velocity Architecture）。而 SSD 本身就是系统的一部分。XSX 系统级芯片定制的硬件单元，把 CPU 从解压缩任务中解放出来，能提供每秒 6GB 解压缩性能。而 I/O 系统标准非常古老，都30年没变了，如今看来已经过时。

在微软发明新方案之前，数据吞吐和解压缩可能要占用最多整整 5颗 Zen2 CPU 核心。而定制化的解压缩技术和全新的直接存储API，把负担降到十分之一，只占用一颗 Zen2 CPU核心。这意味着游戏素材传输和游戏中的卡顿将会极大改善。这或许解释了我们在 XSX 公开预告片中看到的那种程度的细节和变化。
16GB 内存本身，看起来不属于传统意义上的重大代际提升。GDDR6 的价格已经炒上天。
所以直接存取技术，允许开发者直接进入存储在 SSD 上的游戏素材库，几乎就像是对传统内存的延伸。而优化贴图材质传输又是重中之重。这里就要提到另一项重大改进。听起来疯狂但是真的：微软在 Xbox One X 中植入了内置硬件，紧密监控到底哪些材质数据被游戏调用了。
结果微软发现：其实只有很少比例的材质是真正被调用，被呈现在屏幕上的。统一内存里只有近三分之一到二分之一的材质被调用；其他部分则被闲置。
强化版材质传输就试图瞄准真正需要的材质进行传输。这一功能被内置到了直接存取系统里。是的，微软认为这会是一项重大突破。理论上，这会是物理内存使用方式的效率放大器。你会注意到游戏世界更加真实、更多细节。然而背后却是一场重大的效率上的胜利。

「速率架构」更进一步。「快速继续」功能非常惊艳，允许用户在多个暂存的游戏状态中来回切换，只要几秒钟载入。当你离开一款游戏时，系统缓存就会把游戏数据转存到 SSD 上，当你切换到另一款游戏，SSD 的数据就会恢复到内存。如果站在游戏本身的角度，它甚至不知道背后发生了什么。只会觉得是用户按了一下「导航」按钮，然后每个游戏都跟没事一样正常继续。
我们在这里放了几段真实的视频，说明这个系统在真实的 XSX 硬件上，是如何实现的。这一功能的理想是可以同时支持3-4款XSX游戏。不过用到较少内存的游戏，比如你现在在演示里看到的。由于是本世代的老游戏，他们占用的资源较少，内存足迹就相对简单，意味着更多这类游戏可以被缓存起来。
这套设计思想的核心是：「性能」和「速度」是 XSX 体验的两大核心。