Xbox Series X: Technologische Innovationen für die ultimative Next-Gen-Gaming-Erfahrung

In einem neuen ausführlichen Artikel gewährt Microsoft einen tiefen Einblick in die Xbox Velocity Architecture, die bei der Xbox Series X zum Einsatz kommt und die Hardware bzw. die Leistungsdaten auf dem Zettel um ein Vielfaches verbessert.

Die beste und innovativste Speichertechnologie kommt bei der Xbox Series X zum Einsatz und wird dabei das 100-fachen der I/O-Leistung von Konsolen der aktuellen Generation bieten.

Microsoft erklärt: „Als wir uns an die Entwicklung der Xbox Serie X machten, strebten wir danach, unsere leistungsstärkste Konsole aller Zeiten zu bauen, die von Innovationen der nächsten Generation angetrieben wird und eine konsistente, nachhaltige Leistung bietet, wie sie noch nie zuvor in einer Konsole ohne Kompromisse gesehen wurde. Um dieses Ziel zu erreichen, wussten wir, dass wir jede einzelne Komponente des Systems analysieren mussten, um die Einschränkungen der traditionellen Konsolenleistung und des Designs zu überwinden.“

„Bei der Entwicklung der Xbox Serie X war es entscheidend, ein überragendes Gleichgewicht zwischen Leistung, Geschwindigkeit und Performance zu gewährleisten und gleichzeitig sicherzustellen, dass keine Komponente die kreativen Ambitionen der weltbesten Entwickler einschränkt und sie in die Lage versetzt, wirklich transformative Next-Gen-Spielerlebnisse zu liefern, die in früheren Konsolengenerationen nicht möglich waren.“

„Das Herzstück der Xbox Serie X ist unser kundenspezifischer Prozessor, der die neuesten RDNA 2- und Zen 2-Architekturen unserer Partner bei AMD nutzt, um einen erstklassigen Prozessor der nächsten Generation zu liefern, der mehr als 12 TFLOPs an GPU-Leistung und mehr als die vierfache CPU-Verarbeitungsleistung der Xbox One X bietet.“

„Die Xbox Serie X umfasst die höchste Speicherbandbreite aller Konsolen der nächsten Generation mit 16 GB GDDR6-Speicher, einschließlich 10 GB GPU-optimiertem Speicher mit 560 GB/s, um den Prozessor ohne Engpässe zu versorgen. Als wir das Speichersubsystem analysierten, wurde uns klar, dass wir die oberen Grenzen der traditionellen Festplattentechnologie erreicht hatten, und um unseren Designwünschen gerecht zu werden, mussten wir unseren Ansatz mit der Xbox Serie X radikal überdenken und revolutionieren.“

Moderne Spiele erfordern eine beträchtliche Datenmenge, um die realistischen Welten und Universen zu schaffen, die die Spieler erleben. Damit der Prozessor mit optimaler Leistung arbeiten kann, müssen all diese Daten aus dem Speicher in den Memory geladen werden.

Die Explosion massiver, dynamischer Open-World-Umgebungen und lebendiger, beständiger Welten mit erhöhter Dichte und Vielfalt hat die erforderliche Datenmenge weiter erhöht. Von Mesh-Daten aus der Umgebung über hochpolygonale Charaktermodelle, hochauflösende Texturen, Animationsdaten, Audio- und Video-Quelldateien und vieles mehr – all dies ergibt zusammengenommen eine Spielumgebung, die den Spieler in das Spiel eintauchen lässt.

Obwohl moderne Game-Engines und Middleware in der Lage sind, Spielinhalte aus dem lokalen Speicher in den Memory zu streamen, müssen Leveldesigner oft immer noch schmale Pfade, Gänge oder Aufzüge erstellen, um die Einschränkungen einer herkömmlichen Festplatte und dessen I/O-Pipeline zu umgehen. Diese In-Game-Elemente werden oft dazu verwendet, die Notwendigkeit zu verschleiern, die Assets der vorherigen Zone aus dem Speicher zu entladen, während neue Assets für den nächsten Spielraum geladen werden.

Während Microsoft die Bestrebungen der Entwickler für ihre Titel der nächsten Generation und die Grenzen der Technologie der aktuellen Generation diskutierten, würde diese Herausforderung weiter exponentiell zunehmen und den Ehrgeiz nach wirklich transformativen Spielen weiter einschränken. Dieses Feedback beeinflusste das Design und die Entwicklung der Xbox Velocity Architecture.

Die Xbox Velocity Architecture wurde als ultimative Lösung für das Daten-Streaming von Spielinhalten der nächsten Generation konzipiert.

Diese radikale Neuerfindung des traditionellen I/O-Subsystems hatte direkten Einfluss auf alle Aspekte des Xbox Series X-Designs. Wenn der speziell entwickelter Prozessor das Herzstück der Xbox Serie X ist, ist die Xbox Velocity Architecture sozusagen die Seele. Durch eine tiefe Integration von Hardware- und Software-Innovationen wird die Xbox Velocity Architecture Gaming-Erlebnisse der nächsten Generation ermöglichen, wie ihr sie noch nie zuvor gesehen habt.

Die Xbox Velocity Architecture umfasst vier Hauptkomponenten: die spezielle NVME-SSD, hardwarebeschleunigte Dekomprimierungsblöcke, eine brandneue DirectStorage-API-Schicht und Sampler Feedback Streaming (SFS).

Microsoft erklärt dabei jede Komponente wie folgt:

Spezielle NVME-SSD: Die Grundlage der Xbox Velocity Architecture ist die kundenspezifisches 1 TB NVME-SSD, das einen Roh-I/O-Durchsatz von 2,4 GB/s liefert, was mehr als dem 40-fachen des Durchsatzes der Xbox One entspricht. Herkömmliche SSDs, die in PCs verwendet werden, verringern häufig die Leistung bei steigender Wärmeentwicklung oder während der Laufwerkswartung. Die benutzerdefinierte NVME-SSD in der Xbox Series X ist im Gegensatz für konsistente, dauerhafte Leistung mit einer ständigen Spitzenleistung ausgelegt.

Entwickler verfügen jederzeit über ein garantiertes Niveau an I/O-Leistung und können ihre Spiele zuverlässig entwerfen und optimieren, indem sie die Hindernisse und Einschränkungen beseitigen, mit denen sie heute arbeiten müssen. Dasselbe Maß an konsistenter, nachhaltiger Leistung gilt auch für die erweiterbare Speicherkarte von Seagate, wodurch sichergestellt wird, dass ihr unabhängig vom Speicherort des Spiels genau dasselbe Spielerlebnis haben werdet.

Hardware-beschleunigte Dekomprimierung: Spielepakete und Bestände werden komprimiert, um die Downloadzeiten und die für jedes einzelne Spiel erforderliche Speichermenge zu minimieren. Mit hardwarebeschleunigter Unterstützung sowohl für den branchenüblichen LZ-Dekomprimierer als auch für einen brandneuen, proprietären Algorithmus, der speziell für Texturdaten entwickelt wurde und BCPack heißt, bietet die Xbox Series X Entwicklern das Beste aus beiden Welten, um massive Einsparungen ohne Qualitäts- oder Leistungsverlust zu erzielen.

Da Texturdaten einen beträchtlichen Teil der Gesamtgröße eines Spiels ausmachen und zusätzlich zum allgemeinen LZ-Dekomprimierer ein speziell für Texturdaten optimierter Algorithmus verwendet wird, können beide parallel verwendet werden, um die Gesamtgröße eines Spielepakets zu reduzieren. Unter der Annahme eines Komprimierungsverhältnisses von 2:1 liefert die Xbox Serie X eine effektive I/O-Leistung von 4,8 GB/s für den Titel, was etwa dem 100-fachen der I/O-Leistung von Konsolen der aktuellen Generation entspricht. Um eine ähnlich hohe Dekomprimierungsleistung in Software zu erreichen, wären mehr als 4 Zen 2 CPU-Kerne erforderlich.

Neue DirectStorage-API: Standard-Datei-I/O-APIs wurden vor mehr als 30 Jahren entwickelt und sind praktisch unverändert, während die Speichertechnologie seither erhebliche Fortschritte gemacht hat. Als Microsoft die Zugriffsmuster auf Spieldaten sowie die neuesten Hardware-Fortschritte mit der SSD-Technologie analysierte, wussten sie, dass sie den Stand der Technik vorantreiben mussten, um mehr Kontrolle in die Hände der Entwickler zu legen.

Microsoft fügte der DirectX-Familie eine brandneue DirectStorage-API hinzu, die Entwicklern eine feine Steuerung ihrer I/O-Operationen ermöglicht und sie in die Lage versetzt, mehrere I/O-Warteschlangen einzurichten, Prioritäten zu setzen und I/O-Latenzzeiten zu minimieren. Diese APIs mit direktem Zugriff auf niedriger Ebene stellen sicher, dass Entwickler in der Lage sind, die rohe I/O-Leistung, die von der Hardware geboten wird, voll auszunutzen, was dazu führt, dass Ladezeiten oder Schnelllaufsysteme, die genauso schnell sind, praktisch eliminiert werden.

Sampler-Feedback-Streaming (SFS): Sampler Feedback Streaming ist eine brandneue Innovation, die auf allen anderen Fortschritten der Xbox Velocity Architecture aufbaut. Spieltexturen werden in verschiedenen Detailstufen und Auflösungen, so genannten Mipmaps, optimiert und können während des Renderings verwendet werden, je nachdem, wie nah oder weit ein Objekt vom Spieler entfernt ist.

Wenn sich ein Objekt näher an den Spieler heranbewegt, muss die Auflösung der Textur erhöht werden, um die gestochen scharfen Details und Bilder zu liefern, die die Spieler erwarten. Diese größeren Mipmaps benötigen jedoch im Vergleich zu den Mips mit geringerer Auflösung, die verwendet werden können, wenn sich das Objekt weiter entfernt in der Szene befindet, einen erheblichen Speicherbedarf. Heute müssen Entwickler eine ganze Mip-Ebene in den Speicher laden, selbst in Fällen, in denen sie nur einen sehr kleinen Teil der Gesamttextur abtasten können.

Durch spezielle Hardware, die schon der Xbox One X hinzugefügt wurde, war Microsoft in der Lage, die Nutzung des Texturspeichers durch den Grafikprozessor zu analysieren, und sie stellten fest, dass der Grafikprozessor oft auf weniger als 1/3 der Texturdaten zugreift, die in den Speicher geladen werden müssen. Eine einzelne Szene enthält oft Tausende von verschiedenen Texturen, was zu einem erheblichen Verlust an effektiver Speicher- und I/O-Bandbreitennutzung aufgrund ineffizienter Nutzung führt.

Mit dieser Erkenntnis war Microsoft in der Lage, neue Fähigkeiten für den Grafikprozessor der Xbox Series X zu entwickeln und hinzuzufügen, die es ermöglichen, nur die Teilbereiche einer Mip-Ebene bei Bedarf in den Speicher zu laden, und zwar genau dann, wenn der Grafikprozessor die Daten benötigt. Diese Innovation führt zu einem etwa 2,5-fachen effektiven I/O-Durchsatz und einer Speichernutzung, die im Durchschnitt über den Fähigkeiten der Rohhardware liegen.

SFS bietet somit einen effektiven Multiplikator für den verfügbaren Systemspeicher und die I/O-Bandbreite, wodurch deutlich mehr Speicher und I/O-Durchsatz zur Verfügung stehen, um Spiele umfangreicher und intensiver zu gestalten.

Durch die massive Steigerung des I/O-Durchsatzes, die hardwarebeschleunigte Dekomprimierung, DirectStorage und die signifikanten Effizienzsteigerungen durch Sampler Feedback Streaming ermöglicht die Xbox Velocity Architecture der Xbox Series X eine effektive Leistung, die weit über die rohen Hardwarespezifikationen hinausgeht und einen direkten, sofortigen Zugriff auf mehr als 100 GB Spieledaten auf niedriger Ebene ermöglicht, die auf der SSD gespeichert sind, gerade dann, wenn das Spiel sie benötigt. Diese Innovationen werden neue Spielerfahrungen und ein Maß an Tiefe und Eintauchen in das Spielgeschehen ermöglichen, wie ihr es bisher noch nicht erlebt habt, so viel steht fest.

Weitere gibt Microsoft bekannt: „Was bedeutet das alles für Sie als Spieler? Da die kreativsten Entwickler und Middleware-Firmen der Branche begonnen haben, diese neuen Möglichkeiten zu erforschen, erwarten wir in der nächsten Generation bedeutende Innovationen, da diese revolutionäre neue Architektur völlig neue Szenarien ermöglicht, die bisher im Spielebereich nicht für möglich gehalten wurden.“

„Die Xbox Velocity Architecture bietet ein neues Niveau an Leistung und Fähigkeiten, das weit über die reinen Spezifikationen der Hardware selbst hinausgeht. Die Xbox Velocity Architecture überdenkt grundlegend, wie ein Entwickler die Vorteile der von der Xbox Series X bereitgestellten Hardware nutzen kann. Von völlig neuen Rendering-Techniken über die virtuelle Eliminierung von Ladezeiten bis hin zu größeren, dynamischeren Lebenswelten, in denen Sie als Gamer wählen können, wie Sie sie erkunden möchten, sind wir von den ersten Ergebnissen, die wir bereits sehen, mehr als nur begeistert. Darüber hinaus hat die Xbox Velocity Architecture noch mehr Möglichkeiten eröffnet und neue Innovationen auf Plattformebene ermöglicht, wie z. B. Quick Resume, mit dem Sie über mehrere Spiele hinweg sofort dort weitermachen können, wo Sie aufgehört haben, wodurch das gesamte Spielerlebnis für alle Spieler der Xbox Serie X verbessert wird.“

„Wir können es kaum erwarten, dass Gamer auf der ganzen Welt an den Feiertagen (Weihnachten) und darüber hinaus diese neuen Gaming-Erlebnisse der nächsten Generation auf Xbox Series X erleben können.“

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