微软公布XboxSeriesX系统架构，公开SoC细节

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关注处理器设计行业的朋友可能知道，这几天是一年一度的Hot Chips大会举办的日子，历年的Hot Chips大会上，半导体业的巨头都会派出精锐的架构师去宣讲自家最新最炫酷的各种芯片架构。今年这场大会因为疫情的影响改到了线上举办，微软因为有新的主机，所以又来凑了一次热闹。
是的，微软在今年的Hot Chips大会上面会给我们带来Xbox Series X的系统架构，本来这场演讲时间定在太平洋时间的8月17日的18:00，但是演讲所用的演示文稿应该是提前给到了参会的各路媒体，笔者从Tom's Hardware的文章中拿到了完整的演示文稿。出乎笔者预料的是，这份演示文稿的内容非常充实，非常得硬，介绍了非常多之前官方没有介绍到的硬件规格。
本文就简单利用这份演示文稿对Xbox Series X的系统架构进行一番解读，内容可能比较硬一点，还请各位读者包涵。

文稿伊始对Xbox Series X的各项特性做了简单的罗列，这部分内容大致与我们现在所掌握的主机情况相同。我们从左往右简单介绍一下。
首先是CPU，使用的是AMD的Zen 2架构，最高跑在3.8 GHz下，这里的“服务器”一词只是往脸上贴金，实际上它跟原版Zen 2有一点区别，后面会说。
CPU往下，浅绿色的5条特性全部都是GPU的，从上往下分别是采样器反馈（Sampler Feedback）、DirectX光线追踪（DirectX Raytracing）、可变速率着色（Variable Rate Shading）、机器学习加速（Machine Learning Acceleration）和Mesh着色器（D3D Mesh Shading）。
我们知道Xbox Series X上面使用的是AMD的RDNA 2架构GPU，这5条特性中除了第4条的“机器学习加速”以外，其他都是AMD之前提过的RDNA 2会支持的新特性，也是微软在三月份发布的DirectX 12 Ultimate中所加入的新内容（DXR不是）。
绿色字样是系统内存，使用的内存种类是GDDR6，位宽320-bit，等效频率为14 Gbps，总的带宽为560 GB/s。
再来看蓝字部分，这部分基本上是SoC的外围单元提供的支持。从上到下分别是Xbox垂直架构，重点是由MSP（个人倾向这是Mass Storage Processor的缩写，也就是大容量存储处理器）提供的硬件加密/解压缩能力；支持Opus音频编码格式的解码（有助于在音频内容上节约空间），同时拥有高质量的采样率转换器；音频部分还有一个神秘的Project Acoustics加速项目，它是一个基于卷积/快速傅里叶转换算法的音频引擎；显示输出支持HDMI 2.1，支持8K分辨率（这里的10Gbps FRL指代的内容有待考证，FRL是HDMI 2.1引入的新信号制式，取代了原本的TMDS）。ALLM和DSC都是HDMI 2.1引入的新特性，前者能让显示器/电视自动切换到低延迟模式，后者是一种压缩技术，能够帮助传输更高分辨率/帧数的画面；可变刷新率、120Hz支持这些内容就不多提了；另外还有线性显示内容处理（Linear Light Display Processing）和安全特性。
大体上这场演讲就是基于这些特性展开的，下面开始较为具体的内容。
首先官方给出了Xbox Series X的SoC，也就是主芯片的Die Shot。

这枚定制芯片使用台积电的N7e工艺制造， 核心面积高达360.4平方毫米，集成了153亿个晶体管。从图上可以看到，GPU占据了整个核心的大量面积，两个Zen 2 CCX位于GPU的两侧，另外占地面积很大的是多媒体硬件加速模块。

这张图可以让我们更清晰地了解到整个SoC中集成了哪些东西。可以看到这枚SoC集成了两个Zen 2 CCX，但为了节约面积，这里的Zen 2 CCX是与Renoir APU上一样的4MB三级缓存版本（原版Zen 2的单CCX有16MB三级缓存），两个CCX加起来提供了8个核心和8MB的三级缓存。
需要说明的是，三级缓存大小对Zen 2 CPU的游戏性能有很大的影响，不过Xbox Series X似乎可以通过高带宽的GDDR6内存系统在一定程度上缓和性能损失。
CPU通过一条可扩展的数据总线与其他单元相连，这条总线上还挂载了显示引擎、媒体引擎、HSP（安全模块）、MSP（存储处理器）、音频单元和GPU、I/O单元。

GPU、内存和CPU的规格，这方面的参数已经被官方介绍过相当多次了。值得一提的是它的内存系统，它使用了较为特别的交错内存结构。整个16GB内存被分为10GB+6GB两部分。

接下来是SoC的多媒体、IO和存储单元的规格，可以看到Xbox Series X的这枚SoC在原本的基础上新增了对4K/8K AVC/HEVC/VP9的硬件解码支持，对后两种格式还支持HDR的硬件解码。在编码方面则是支持AVC/HEVC的HDR硬件编码，在HDR游戏日益增多的现在，这个特性可以有效帮助玩家内录带有HDR的视频。
显示输出方面则主要是提供了对HDMI 2.1的支持，此处不再赘述。
I/O部分，有8条PCIe 4.0总线（幻灯片这里应该是写错了，多了个数字5）。其中有2条用于连接内置的1TB NVMe SSD，另外2条预留给外置的存储扩展卡，剩余的4条应该是用于连接南桥。2条PCIe 4.0总线的速度上限约莫在4000 MB/s，通过压缩技术可以让实际传输速率突破这个数字。
其他I/O扩展则是有USB 3接口、SATA接口（不知道零售机器上会不会有）等，网络仍然是千兆有线+Wi-Fi，没有具体提Wi-Fi是否支持Wi-Fi 6。

这枚SoC上还有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。其中，音频单元的单精度浮点（SPFP）性能直接能够超过Xbox One X上面的8核CPU，它具有2个4路浮点SIMD信号处理器，4个浮点引擎，能够提供非常高的音频处理性能。该音频单元还集成了实时的Opus解码器和高质量的采样率转换器，还有数量更多的信号处理器核心等硬件单元。
MSP，也就是存储处理器能够提供总计大于5GB/s的硬件加密性能，另外还有两个通用材质解压缩引擎，能够提供6GB/s的等效传输速率。
最后来说说GPU，这也是RDNA 2架构的首次公开（居然不是AMD来干这事）。

Xbox Series X上面的这枚SoC中集成了28组Dual CU（RDNA 2的最小计算单元），但是被屏蔽了两组，也就是有26组Dual CU是处于激活状态的，CU数量为52组，一共有3328个流处理器。

从单个Dual CU的结构来看，RDNA 2架构的一大变化就是引入了光追单元（图上的Ray Accel便是），一组Dual CU中有两个硬件光追加速单元。其他方面则是配合DirectX 12 Ultimate做了很多相应的支持，像是Mesh着色器、VRS等等特性都是需要硬件支持才能够使用的。

最后，微软提到了机器学习加速的具体用法，类似于NVIDIA的DLSS，它将会在本地做推导，以较低的实际渲染分辨率输出高分辨率图像来达到提高性能的目的。

以上就是微软在本次Hot Chips公布的关于Xbox Series X硬件规格的大部分内容了，由于时间仓促，很多内容没时间细讲。