Xbox Series X: análise à apresentação Hot Chips 2020

Como a Microsoft concebeu o seu processador de próxima geração.

Na semana passada, a Microsoft participou no Hot Chips 2020 para falar sobre o silício da sua consola, desta vez o foco foi para a constituição básica do processador da Xbox Series X e como se compara com os anteriores. Além de falar das propriedades do chip, também falou sobre as condições do mercado à sua volta que influenciaram o design. A conclusão é óbvia, componentes electrónicos topo de gama para consumidor ainda conseguem entregar saltos geracionais na performance, a Lei de Moore ainda não morreu, mas os custos estão a subir e tiveram uma influência fundamental na forma como a Microsoft concebeu a sua nova consola.

Para começar a apresentação, os engenheiros da Microsoft revelaram a disposição do processador da Xbox Series X, revelando todos os componentes individuais nos seus lugares dentro daquele silício com 360.4mm2. Isto revela quanto espaço a CPU, GPU e outros elementos essenciais ocupam para nos dar uma ideia da sua importância no design geral e o equilíbrio parece similar ao que já vimos em existentes consolas AMD. Cerca de 47% de toda a área é ocupada pelas 56 unidades computacionais gráficas AMD RDNA 2 (4 delas desactivadas para permitir que chips com pequenos defeitos possam surgir em consolas de produção) com cerca de 11% do espaço reservado para o que a Microsoft descreve como conjuntos CPU Zen 2. Uma área similar é ocupada pelos controladores de memória GDDR6, existem 10 no total e apesar de corresponderem a 16GB da RAM na consola que será vendida, os canais também servem para 40GB de memória no devkit Project Scarlett e acreditamos que assim que são integrados na nuvem Azure, os chips usarão algum tipo de esquema de memória que não estará na consola para venda.

Referir-se aos núcleos CPU como de classe servidor causou confusão pois a configuração básica e esquema da cache é incrivelmente similar ao design Renoir da AMD (a Microsoft usa o nome de código 'Hercules' para o design CPU) usado na linha de notebooks Ryzen 4000, ao invés das monstruosas ofertas Epyc com vários cores que são usados em ambientes empresariais. É muito mais provável que a designação de classe servidor se refira simplesmente às necessárias funcionalidades de segurança e suporte de memória necessários para integrar o silício Scarlett na nuvem Azure. A importância do suporte para a nuvem no processador não deve ser subestimada. O chip pode correr e fazer stream de jogos de próxima geração, mas também pode virtualizar 4 consolas Xbox One S em simultâneo.

Análise em vídeo à apresentação Xbox Series X Hot Chips 2020.

Também podemos presumir que estas CPUs de classe servidor também terão lugar nos servidores padrão do Windows quando não são usados para videojogos e se esse nível de validação para o chip for alcançado, existem possibilidades intrigantes no uso do chip para processos Surface. Um novo Surface Studio tudo em um com modo Xbox seria um produto muito apelativo, por exemplo. A Xbox Series S foi praticamente confirmada pelas fotos do comando e da sua caixa por isso, um SoC mais pequeno e mais eficiente em termos energéticos resultaria muito bem num portátil ou PC mais pequeno. Resumindo, existem imensas possibilidades.

Central para a apresentação Hot Chips é a forma como os custos na indústria dos semicondutores representa desafios, exigindo inovação no design do processador. O panorama é preocupante em alguns aspectos, mas otimista noutros. A boa notícia é que a Microsoft afirma que a Lei de Moore ainda não morreu. A densidade dos transístores continua a melhorar e comparar a Series X com o silício da Xbox One de 2013 mostra comparações espantosas. Primeiro, em termos do tamanho físico, o processador da Series X é mais pequeno que o da Xbox One, 360.4mm2 vs 375mm2. O número de transístores aumentou de 4.8 mil milhões para 15.4 mil milhões em apenas 7 anos. O poder computacional GPU subiu de 1.3 teraflops para 12.2, um salto de 9.3x. Até mesmo as comparações com a Xbox One X de 2017 são boas, um salto de 2.3x nos transístores e 2x mais poder computacional.

Existe escalabilidade, mas o panorama mudou. O processador 16nmFF da Xbox One X é mais pequeno que o da Xbox One original, mas mais caro de produzir e o custo aumentou ainda mais ao transitar para o novo processo de 7nm. No passado, o custo por transístor era menor, agora é o oposto. Entretanto, existem outras pressões com as quais lidar. Uma redução de 30% por ano no custo da memória encolheu para meros 5%, significando que o silício é mais caro, mas também que as melhorias na capacidade da memória similares ao aumento de 8x da Xbox 360 para a Xbox One não são mais possíveis. Não há muito que a Microsoft possa fazer para contrariar o dilema do custo por transístor, apesar de hardware dedicado para elementos como Variable Rate Shading e Ray Tracing certamente ajudar, mas a necessidade é a mãe de todas as invenções e é por isso que a Microsoft desenvolveu o shader feedback sampling.

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Uma imagem do processador da Xbox Series X.

A ideia base é muito simples. Os mapas de textura são armazenados com qualidades diferentes. Os tamanhos dos dados das texturas está a crescer imenso ao transitar para a era 4K por isso, a ideia é fazer stream das porções de dados de texturas que são necessários, entregando o que a Microsoft diz ser um multiplicador até 2.5x na memória. É parte da Velocity Architecture da Microsoft, que procura maximizar o investimento da companhia no armazenamento SSD. Aqui, o aspecto económico está melhor. Apesar de existir um impacto inicial na transição de hard drive para SSD, a redução de ano para ano nos custos com a NAND flash parece positivo. A Microsoft diz que está na ordem dos 23%. Apesar de existir potencial para cortar os preços ao longo do tempo, poderá abrir a porta para versões com mais espaço de armazenamento sem um custo exagerado.

A Xbox Velocity Architecture também abre a porta para novas funcionalidades como Quick Resume, que acredito merecerem mais atenção. Durante a nossa visita à Microsoft em Março, vimos a consola Series X a mudar entre diversos jogos Xbox One X a correr via retro-compatibilidade. A quantidade de memória de sistema atribuída a jogos Xbox One X é de 9GB e demora cerca de 6.5 segundos a mudar entre eles, significando que o processo de libertar 9GB e fazer streaming de um estado guardado na cache é incrivelmente rápido, especialmente quando o processamento da escritura de dados provavelmente demorará mais do que esses 6.5 segundos para a leitura. Estou muito otimista sobre o que o armazenamento SSD pode fazer numa consola, mas penso que poderá demorar tempo até os estúdios transitarem os motores para tirarem o máximo proveito disso. Os loadings instantâneos poderão ser possíveis, mas se o veremos a curto prazo ainda é incerto e penso que isso se aplica às duas consolas de próxima geração, de acordo com as conversas que tive com criadores third-party.

Voltando à apresentação Hot Chips, descobrimos mais da GPU, especialmente com um diagrama do esquema dos cores shader. Os que esperam uma mudança reveladora para a RDNA 2 sobre o esquema básico visto na série RX 5700 da AMD ficarão desiludidos. O esquema básico e a alocação da cache parecem ser iguais, a única mudança perceptível está na adição dos blocos RT. Existiu alguma confusão aqui sobre as métricas gigaray que excedem imenso as da Nvidia para a RTX 2080 Ti, mas são calculadas de formas diferentes e não são comparáveis. Vimos Minecraft DRX a correr na Series X e opera a 1080p entre 30 a 60 fotogramas por segundo, muito similar às ofertas RTX de actual geração da Nvidia. Estou mais impressionado com o ser possível uma experiência RT completa na Series X com apenas um mês de desenvolvimento (apesar do existente código Minecraft RTX como base) e com o intrínseco suporte da Xbox para acesso total, estou ansioso para ver os que os programadores vão fazer.

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Os preços do silício não estão a descer muito e os preços das memórias já não descem tão rapidamente. No entanto, a NAND flash continua a descer de preço a bom ritmo.

O mesmo vale para o áudio 3D, algo que me fez pensar imenso sobre marketing e apresentação. A Sony fez uma apresentação espantosa sobre a revolução no áudio 3D na PlayStation 5 e o seu Tempest Engine, falando sobre centenas de fontes de áudio posicionadas correctamente num espaço 3D, no entanto a Microsoft fez basicamente o mesmo com o seu hardware, que também tem o suporte HRTF que o Tempest Engine tem. A Microsoft não fez promessas específicas sobre o mapeamento de áudio 3D para a HRTF específica individual, mas nem A Sony nos contou os seus planos para apresentar esses dados a cada jogador. Será interessante ver como isto corre quando as consolas chegarem.

No geral, além de pontos específicos e interessantes e a imagem do processador Scarlett, muito do que a apresentação Hot Chips aborda foi parte do evento de revelação no qual estivemos em Março, mas as revelações sobre como a economia teve influência no design são valiosas. Também o foram as que falaram como o trabalho da Microsoft com a Xbox Velocity Architecture e DirectStorage vão transitar para o PC. Na verdade, a chegada da API DirectX 12 Ultimate parecem reunir muitas das inovações de próxima geração encontradas na Series X e assegura que a plataforma PC não fica para trás. A Microsoft sente claramente que tem responsabilidade na inovação além das consolas Xbox e é uma responsabilidade com a qual a Sony não se precisa preocupar, o que talvez poderá explicar algumas escolhas de design mais exóticas.

Como jornalista, o que mais gostei na revelação inicial da tecnologia na Series X e na apresentação da Hot Chips é o quão transparente a Microsoft tem sido sobre as capacidades da nova máquina, como foi concebida e porquê. Ninguém fala de um 'ingrediente secreto' ou funcionalidades revolucionárias secretas na Xbox porque tudo tem sido revelado, algo que posso confirmar pois vi os documentos dos criadores. Esta é a Xbox Series X e agora sabemos tudo o que a Microsoft preparou para a nova máquina e questiono se a Sony seguirá o exemplo, talvez começando com a análise ao hardware sobre a qual Mark Cerny falou na apresentação "Road to PlayStation 5". Dito isto, apesar das conversas sobre especificações serem interessantes, a conversa passou para o que mais importa, como os jogos que jogaremos no período de lançamento e claro, quanto vão custar as consolas de próxima geração.

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Sobre o Autor

Richard Leadbetter

Richard Leadbetter

Technology Editor, Digital Foundry

Rich has been a games journalist since the days of 16-bit and specialises in technical analysis. He's commonly known around Eurogamer as the Blacksmith of the Future.

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