[閒聊] Xbox Velocity Architecture 介紹

https://news.xbox.com/en-us/2020/07/14/a-closer-look-at-xbox-velocity-a
rchitecture/

當我們開始設計Xbox Series X時，我們渴望打造出有史以來最強大的遊戲機，以下一代創新技術為動力，提供前所未有的穩定、持續的遊戲機性能，並且不做任何妥協。為了達到這個目標，我們知道我們需要分析系統的每一個元件，以超越傳統遊戲機性能與設計的限制。在Xbox Series X的設計中，我們必須確保在效能、速度和性能之間取得卓越的平衡，同時確保任何部分都不會限制世界上最優秀的創作者的創意，讓他們能夠提供真正的下一代遊戲體驗，這在之前的遊戲機時代是不可能實現的。

Xbox Series X的核心是我們的定制處理器，利用AMD合作夥伴提供的最新RDNA 2和Zen 2架構，提供一流的下一代處理器，提供超過12 TFLOPs的GPU能力，CPU處理能力是Xbox
One X的4倍以上。 Xbox Series X包括所有下一代遊戲機中最高的記憶體，擁有16GB
GDDR6，其中包括10GB GPU優化記憶體，速度為560 GB/s，來保證讀取無瓶頸。當我們分析存儲子系統時，我們清楚地意識到，我們已經達到了傳統硬盤技術的上限，為了實現我們的設計願望，我們需要從根本上重新思考並徹底改變Xbox Series X的方法。

賦予下一代遊戲設計與創意願景。

現代遊戲需要大量的數據來創建玩家所體驗的現實世界和宇宙。為了使處理器能夠以最佳性能工作，所有這些數據必須從硬碟中加載到記憶體中。大規模、動態的開放世界環境和活生生、持久的世界的爆炸性增長只會增加所需的資料量。從環境網格數據、高多邊形角色模型、高分辨率紋理、動畫數據、音頻和視頻源文件等都結合在一起，為玩家提供最沉浸的遊戲環境。

儘管現代遊戲引擎能夠將游戲資源從本地存儲中流到內存中，但關卡設計師仍然經常需要創建狹窄的路徑、走廊或電梯，以繞過傳統硬碟和I/O通道的限制。這些遊戲中的元素經常被用來掩蓋從內存中卸載上一個區域的資料，同時為下一個遊戲空間讀取新的資料。當我們與開發者討論下一代主機和當代主機間的技術限制時，讀取問題將繼續成倍增加，並進一步限制了進化遊戲的機會。這些意見影響了Xbox Velocity架構的設計和開發。

介紹Xbox Velocity架構

Xbox Velocity架構被設計為下一代遊戲資料的終極解決方案。這種對傳統I/O子系統的徹底重塑直接影響了Xbox Series X設計。如果說我們定制設計的處理器是Xbox Series X的核心，那麼Xbox Velocity架構就是靈魂。通過軟硬體創新的深度整合，Xbox Velocity架構將為你帶來前所未有的下一代遊戲體驗。

Xbox Velocity架構由四個主要組件組成：我們定制的NVME SSD、硬件加速解壓縮、全新的DirectStorage API和Sampler Feedback Streaming（SFS）。

讓我們深入了解每個組件。

定制NVME SSD:

Xbox Velocity架構的基礎是我們定制的1TB NVME SSD，提供2.4GB/s的原始I/O吞吐量，是Xbox One吞吐量的40倍以上。傳統PC中使用的SSD經常會隨著溫度的升高或在進行硬盤維護時降低性能，而Xbox Velocity架構的定制化NVME SSD可以提供2.4GB/s的原始I/O吞吐量，是Xbox One吞吐量的40倍以上。而Xbox Series X中的客製化NVME SSD是為了達到穩定、持續的效能而設計的，而非峰值效能。開發人員在任何時候都能保證I/O性能，他們可以可靠地設計和優化他們的遊戲，消除他們現在必須解決的障礙和限制。這一等級的穩定、持續效能也適用於 Seagate 可擴充儲存卡，確保您在任何地方都能獲得完全相同的遊戲體驗。

硬件加速解壓縮:

遊戲資料被壓縮以減少下載時間和每個遊戲所需的空間。 Xbox Series X以硬體加速支援業界標準的LZ解壓縮器，以及全新的專有演算法(BCPack)，特別針對材質資料設計，讓開發者能在不降低品質或效能的情況下，節省大量的成本。由於貼圖資料在遊戲的整體大小中佔了很大一部分，因此除了基本的LZ解壓器外，還有一個專門為貼圖資料最佳化的演算法，兩者可以並行使用，以減少游戲的整體大小。假設壓縮比例為2:1，Xbox Series X可以為提供有效的4.8 GB/s的I/O性能，大約是當前一代遊戲機I/O性能的100倍。如果要在軟體中提供類似水平的解壓性能，則需要4個以上的Zen 2 CPU核心。
新的DirectStorage API：
標准文件I/O API是30多年前開發的，幾乎沒有變化，而存儲技術從那時起就取得了重大進步。當我們分析了遊戲資料存取模式以及SSD技術的最新硬體進展時，我們知道我們需要推進技術的發展，將更多的控制權交到開發者手中。我們為DirectX系列添加了全新的DirectStorage API，為開發者提供了對I/O更多控製手段，使他們能夠建立多個I/O隊列，確定優先級，並將I/O延遲降至最低。這些直接的、低級別的訪問API確保開發人員能夠充分利用硬體提供的原始I/O性能，從而幾乎消除了加載時間或快速旅行系統，我就是...快。

採樣器反饋流（SFS)：

Sampler Feedback Streaming是建立在Xbox Velocity架構的所有其他進步之上的全新創新。遊戲貼圖會最佳化成不同等級的精細以及解析度，稱為mipmaps，並可在渲染過程中根據對象與玩家的距離遠近來使用。當物體離玩家越來越近時，貼圖的解析度必須增加，以提供玩家所期望的清晰細節和視覺效果。然而，與場景中物體距離較遠時可以使用的低解析度貼圖相比，這些精細的近距離使用貼圖需要大量的儲存空間。現今，開發人員必須在內存中加載整個mipmaps，即使在他們可能只會用到其中的一小部分。通過添加到XboxOne X上的專用硬件，我們能夠分析GPU的使用情況，我們發現讀取到記憶體的貼圖，GPU通常只會使用不到1/3。一個場景往往包含數千個不同的貼圖，由於使用效率低下，導致有效記憶體和I/O使用率的極度浪費。經過上述的分析，我們能夠為Xbox Series X GPU創建並添加新的功能，使其能夠在GPU需要數據時，及時將需要的mip等級貼圖加載到內存中。這項創新使有效的I/O吞吐量和記憶體使用量高出平均原始硬體能力約2.5倍。 SFS對可用的系統內存和I/O帶寬進行了有效的倍增，從而大大增加了可用的記憶體和I/O吞吐量，使您的遊戲更加豐富和沈浸。
通過I/O吞吐量的大幅提升、硬件加速解壓、DirectStorage以及Sampler Feedback
Streaming所提供的效率大幅提升，Xbox Velocity架構使Xbox系列X能夠提供遠超原始硬件規格的有效性能，當遊戲需要時，可以直接、即時、低級訪問存儲在SSD上的100GB以上的遊戲數據。這些創新將解鎖全新的遊戲體驗，以及與你之前在遊戲中體驗到的任何深度和沈浸感不同的水平。
解鎖下一代體驗

這一切對作為遊戲玩家的你來說意味著什麼？隨著業界最具創意的開發者開始探索這些新功能，我們預計整個下一代都會有重大創新，因為這種革命性的新架構可以實現遊戲中從未考慮過的全新場景。 Xbox Velocity架構提供了一個新的性能和潛力，遠遠超出了硬體本身的原始規格。 Xbox Velocity架構從根本上重新思考了開發者如何利用Xbox系列X提供的硬體，玩家可以隨意得探索從全新的渲染技術消除加載時間，更大、更有活力的生活世界，我們對已經看到的早期成果感到無比興奮。此外，Xbox Velocity架構還帶來了更多的好處，例如快速恢復功能，可以讓你在多個遊戲中即時恢復到原來的位置，改善了所有玩家在Xbox Series X上的整體遊戲體驗。

我們已經迫不及待地期待全世界的玩家在這個假期和以後的日子裡，在Xbox Series X上體驗這些全新的次世代遊戲體驗。

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