¿Cómo es el rendimiento de XBOX ONE? Veamos qué dicen los desarrolladores
Microsoft ha estado tratando de dejar las cosas claras desde que una fuente anónima afirmó que la PS4 es significativamente más poderosa que su rival Xbox One. El martes pasado, Digital Foundry realizó una conferencia telefónica con dos miembros del personal técnico clave del proyecto Xbox One, quienes esperaban tener la oportunidad de explicar las cosas a un nivel técnico profundo. Poco después de que comenzara la conversación, ambas partes acordaron un tema: el equilibrio.
Principios de diseño para Xbox One
Andrew Goosen, miembro del personal técnico de Microsoft, dijo: "Diseñar una consola de juegos equilibrada requiere tener en cuenta todos los aspectos del hardware y el software. Sólo cuando cuando están equilibrado, obtenemos un rendimiento perfecto. Me alegra tener esta oportunidad de hablarles sobre el diseño. Hay mucha información errónea que mucha gente no comprende, y tenemos mucha confianza en nuestro diseño. Tenemos mucha confianza en nuestro diseño y creemos que hemos diseñado una consola que es muy equilibrada y funciona muy bien, y hemos desarrollado algo que puede manejar otras cosas además de la lógica aritmética de la GPU. También nos hemos centrado en otros aspectos y requisitos de diseño, como la latencia, la estabilidad de la velocidad de fotogramas, la prevención de interferencias del juego desde el sistema operativo, etc. Verás este tema en todas partes del diseño del sistema.
Arquitectura de hardware. El director del equipo, Nick Baker, añadió: "Andrew tiene un buen punto: realmente queremos construir una máquina de juego de alto rendimiento y alta eficiencia. Tu nueva videoconsola debe ser compatible con el estilo de tu salón moderno, y sólo si convertimos tu videoconsola en un hardware multimedia, será el centro de entretenimiento de tu hogar. "
La solución de memoria de Xbox One
Hemos visto que la interfaz y las funciones multimedia de Xbox One son muy poderosas, pero la máxima prioridad son los juegos, después de todo, es una consola de juegos. El debate sobre Xbox One se centra principalmente en dos aspectos. El primero es que el rendimiento del hardware no es tan bueno como el de PS4 y la memoria y la GPU son relativamente débiles. La memoria del sistema de ambas consolas de juegos es de 8 GB y Sony eligió la GDDR5 más rápida. con un ancho de banda máximo de 2. 176 GB/s, pero la latencia es mayor; mientras que Microsoft eligió DDR3, el ancho de banda máximo es de solo 68 GB/s, pero la latencia es menor. Sin embargo, ESRAM (memoria de acceso aleatorio estática mejorada) puede compensar. Por esta deficiencia, su ancho de banda máximo puede alcanzar los 204 GB/s. En teoría, aunque los métodos de asignación de recursos de las dos consolas de juegos afectarán el uso de la consola de juegos, Xbox One obviamente puede garantizar suficiente ancho de banda dentro del sistema.
Hasta que tengamos en nuestras manos el hardware final, solo eche un vistazo a las fotos del prototipo interno obtenidas por WIRED. Lo más destacado puede ser la GPU: Microsoft no agregará una unidad de procesamiento adicional al sistema principal de Xbox One. que se encuentra en el chip de la derecha, rodeado por módulos DDR3 con una frecuencia de 2,13 GHz.
La gestión de la memoria es una clara diferencia entre las dos consolas por lo que se podría decir que esto es sólo una cuestión. de si GDDR5 es el mejor y por qué Microsoft no adopta GDDR5 Bueno, Microsoft obviamente puede permitirse GDDR5, entonces, ¿por qué no usarlo? Si es así, ¿por qué?
Nick Baker respondió: "¿Para obtenerlo? ?" La mejor combinación de capacidad de memoria, consumo de energía, etc., GDDR5 se queda corta en algunas áreas. ESRAM, por otro lado, puede alcanzar un ancho de banda muy alto consumiendo muy poca energía.
Puede reducir el ancho de banda de la memoria externa, lo que ahorra mucha energía, y ahora que la memoria es relativamente barata, puede aumentar la capacidad de la memoria. Este es el principio detrás de esto, es decir, hay básicamente pocas maneras de tener una gran capacidad de memoria y un gran ancho de banda y al mismo tiempo lograr un bajo consumo de energía".
El debate sobre el ancho de banda del sistema integrado
Baker desea corregir una idea errónea: el diseño del equipo de Microsoft no tiene acceso a los grupos de memoria ESRAM y DDR3. Los críticos dicen que el equipo de Xbox simplemente suma todo el ancho de banda de memoria disponible para que su gráfico parezca que requiere mucha memoria. no es tan grande en absoluto
Baker nos dijo: "Puedes pensar que ESRAM y DDR3 constan de ocho controladores de memoria, con cuatro controladores de memoria externos de 64 bits que controlan DDR3. Otros cuatro controladores de memoria interna de 256 bits Los controladores controlan ESRAM. ESRAM y DDR3"
El debate sobre ESRAM sorprendió al equipo de diseño. "Algunas personas también dijeron que ESRAM era perjudicial para el desarrollo en Xbox One e inferior a su propia Xbox 360 de la generación anterior", dijo Andrew Goosen. No es ningún secreto que la Xbox 360 es muy amigable para los desarrolladores.
Estas afirmaciones me sorprenden, especialmente si consideramos a ESRAM como una evolución de eDRAM. Nadie preguntó a los desarrolladores si era posible obtener tanto eDRAM como ancho de banda de memoria del sistema en la Xbox 360, porque así fue como fue diseñada. Si bien el caché de destino de renderizado, el caché de color, el caché de profundidad y el caché de plantilla en la memoria del sistema y eDRAM funcionan al mismo tiempo, tenemos que dejar de lado todos los cachés de vértices y texturas en la memoria del sistema. Es la evolución perfecta de la Xbox 360 y nos permite superar muchas de las limitaciones de la eDRAM original.
"Xbox 360 es la plataforma más sencilla para desarrollar y no es difícil para los desarrolladores usar eDRAM, pero a veces los desarrolladores dicen que sería bueno si todo el objetivo de renderizado no usara eDRAM. Por lo tanto, Estamos haciendo esto en Xbox One. Este problema está resuelto, podemos cambiar entre ESRAM y DDR3, y ESRAM está completamente integrado en la lista de direcciones, que los desarrolladores pueden implementar libremente. En mi opinión, este es un paso adelante sobre la base de Xbox. 360. Gran paso. Yo mismo me sorprendí."
Integración del grupo de memoria ESRAM y DDR3
La integración del grupo de memoria ESRAM y DDR3 es ahora más flexible de lo que mucha gente pensaba antes. Muchos consideran que 32 MB de ESRAM es un límite para los objetivos de renderizado, entonces, ¿pueden los desarrolladores ser tan flexibles como dice Goosen?
"Por supuesto que puedes. Por ejemplo, si estás creando un juego de carreras y el renderizado del cielo está un poco sobregirado, puedes asignar esos recursos a DDR3 y así mejorar la optimización de ESRAM. Además de eso , También hay algunos formatos personalizados que se pueden usar para optimizar aún más ESRAM "
"En la GPU, hemos agregado algunos formatos de destino de renderizado comprimido, como 6e4 (cola de 6 bits, exponencial), que es muy. popular en Xbox 360. 4 bits) y formatos de punto flotante 7e3 HDR, el uso de estos formatos permite la renderización de destino de 64 bpp que requiere punto flotante de 16 bits por componente para completarse a una velocidad de 32 bits, y también hemos hecho mucho para maximizar y optimizar la eficiencia de ESRAM. ".
Agregar procesador y bloques de audio a Xbox One
La demostración de Microsoft del procesador Xbox One en la reciente conferencia Hot Chip 25 mostró que el procesador integrado actual tiene hasta 15. Tenemos curiosidad sobre esto.
Nick Baker dijo: "Hay muchos motores paralelos en el chip del sistema, algunos de los cuales son como núcleos de CPU o núcleos de procesamiento de señales digitales. De estos 15 procesadores, 8 son para audio y 4 son para Motores móviles, 1 para codificación de video, 1 para decodificación de video y 1 para clasificación y cambio de tamaño de video.
"El bloque de audio es muy exclusivo y fue diseñado de forma independiente por el equipo de Microsoft. El bloque de audio consta de cuatro núcleos de procesamiento de señal digital tensilica y múltiples motores de procesamiento programables. Lo dividimos en un núcleo, dos núcleos para codificación vectorial de audio y un núcleo restante para el procesamiento general de señales digitales. También utilizamos conversión de frecuencia de muestreo, filtrado, mezcla, ecualización, compensación de rango dinámico y módulos de audio XMA. Nuestro objetivo es procesar 512 voces de juegos y el preprocesamiento de voz de Kinect. Al mismo tiempo,
Entonces, ¿cuáles son las medidas de optimización para dicho hardware para juegos multiplataforma? Andrew Goosen respondió: "Para decirlo sin rodeos, el diseño del sistema requiere mucho trabajo". el sistema, en lugar de dejar que los desarrolladores del juego dediquen sus propios esfuerzos a resolverlo. Siempre tenemos en cuenta que se trata del juego en sí. "Hemos reservado el modo de reconocimiento de voz en el sistema, pero en otras plataformas, los desarrolladores deben convertirlo en código y luego conectar las funciones correspondientes. Este proceso tiene un costo. Nuestro Kinect y la mayoría de las funciones de UI son gratuitas para los desarrolladores, al igual que nuestra función DVR para juegos."
Cómo se duplicó el ancho de banda de ESRAM en las máquinas minoristas
Muchas personas están interesadas en Hay dudas sobre cómo El ancho de banda de ESRAM ha crecido de 102 GB/s inicialmente a 204 GB/s ahora. Hablamos de esto por primera vez en el blog del desarrollador en abril, y los críticos dijeron que las cifras ni siquiera estaban cerca: "Cuando comenzamos a diseñar, primero creamos una especificación. ", explica panadero. Antes de implementar los detalles, los desarrolladores deben recibir una descripción general para que puedan realizar la planificación y el diseño preliminares. Durante la etapa de computación virtual antes de entrar en producción, diseñamos el ancho de banda mínimo de ESRAM para que sea de 102 GB/s. Debido al aumento en la velocidad de la GPU, el ancho de banda aumentó a 109 GB/s y durante la etapa final de diseño detallado nos dimos cuenta de que podíamos aumentar el ancho de banda a niveles aún más altos.
El gran descubrimiento en esta etapa es que ESRAM se puede leer y escribir simultáneamente, lo que nos hace muy felices. Algunos creen que esto simplemente no es posible según la información del documento técnico filtrado. Hay dos canales de 8 MB, y la capacidad de 8 MB en cada canal no es simplemente un bloque secuencial de memoria, sino que está distribuida en ocho módulos, por lo que se puede leer y escribir simultáneamente.
"Por supuesto, puedes leer y escribir al mismo tiempo, todo el ESRAM consta de bloques independientes a los que puedes acceder simultáneamente. Si accedes a la misma área varias veces, no necesitas aumentar el ancho de banda, razón por la cual en su prueba real el valor de ancho de banda obtenido es 140-150 GB/s en lugar de 204 GB/s ESRAM no son simplemente cuatro memorias de 8 M dispuestas juntas. Depende de cómo lo guíen para acceder a la memoria principal. No es necesario aumentar en absoluto el ancho de banda de lectura/escritura de la memoria principal para aumentar el ancho de banda de lectura/escritura de la memoria principal.
Goosens continuó: "Si solo realiza operaciones de lectura, el ancho de banda está limitado. a 109 GB/s. Si solo realiza operaciones de escritura, el límite de ancho de banda también es de 109 GB/s. Para superar este problema, debe mezclar lecturas y escrituras. Esto suena limitante, pero no lo es cuando se comprende cómo funciona el objetivo de procesamiento y el búfer de profundidad de ESRAM mediante la lectura, al igual que el caché de profundidad. . Estos factores existen de forma natural en ESRAM, por lo que es muy fácil aprovechar las lecturas y escrituras simultáneas.
En este punto, la explicación de Microsoft es muy sencilla. En teoría, Xbox One tiene un ancho de banda en tiempo real de 200 GB/s, lo que supera el ancho de banda de salida de PS4 de 176 GB/s. La pregunta que queda es qué significan para los desarrolladores los recursos del canal de una ESRAM más rápida, que sólo tiene un tamaño de 32 MB. La opinión de Microsoft es que los desarrolladores de juegos ya tienen mucha experiencia con eDRAM en la consola Xbox 360, y ESRAM es sólo una evolución sobre esa base.
Unidad de cómputo GPU
El ancho de banda de la memoria es una cosa, pero la potencia de procesamiento de gráficos es otra completamente distinta, y la unidad de cómputo GPU integrada de la PS4 parece ser mucho más poderosa. Así que en general la PS4. Las especificaciones son mucho más altas. Antes de discutir los aparentes agujeros de GPU en las consolas de próxima generación de Microsoft, Andrew Goosen lo confirmó por primera vez: tanto la tecnología gráfica de Xbox One como la de PS4 se deriva de la serie de gráficos Sea Island de AMD.
"Al igual que otras consolas, nos basamos en la tecnología de gráficos Sea Island y hemos modificado muchas partes de ella en gran medida. La gente puede hablar sobre la cantidad de unidades informáticas, que es como: Oye, vamos a agregar más unidades de cómputo y más cómputo flotante y ganamos. Mi opinión sobre esto es la siguiente: cuando compras una tarjeta gráfica, miras las especificaciones de la tarjeta gráfica o ejecutas algunos programas de referencia para tener una idea. ? ¿Rendimiento real?
"No tenemos ningún juego a la venta en este momento, y cuando ves los juegos reales, dices: No hace ninguna diferencia. El juego es el punto de referencia para las pruebas. Hicimos pruebas exhaustivas de equilibrio en Xbox One. El equilibrio es muy importante para el rendimiento de una consola de juegos. Nadie quiere que un cuello de botella técnico se convierta en un defecto que reduzca el rendimiento de toda la videoconsola.
¿Cómo se calcula el ancho de banda de ESRAM?
Hoy en día, todo el mundo habla del ancho de banda de memoria del host de próxima generación. El rendimiento de GDDR5 es bien conocido, pero ESRAM es completamente diferente, especialmente en. Después de que Microsoft modificara significativamente el ancho de banda de la consola Xbox One, parecía necesario que el equipo técnico mostrara los resultados del cálculo. Nick Esto es lo que Baker dijo sobre el cálculo del ancho de banda:
ESRAM tiene cuatro controladores de memoria con 256 bits por canal, por lo que el total es 1024 bits en cada dirección. El ancho de banda máximo para operaciones de escritura de 1024 bits es de 109 GB/s, y los canales para operaciones de lectura son independientes y también pueden alcanzar un máximo de 109 GB/s. Entonces, utilizando el mismo enfoque que la memoria externa, ¿cuál es el ancho de banda de ESRAM? En DDR3, multiplicar el número de bits de la interfaz por la velocidad da 68 GB/s, por lo que en ESRAM esto da 218 GB/s. Pero al igual que con la memoria principal, rara vez es posible mantener este pico durante largos períodos de tiempo y, básicamente, cada interfaz de memoria externa alcanza un máximo de eficiencia del 70-80%. 80% de eficiencia.
El ancho de banda de 204 GB/s mencionado en la conferencia Hot Chip se debió a las conocidas limitaciones lógicas de ESRAM. No se pueden escribir todos los ciclos. Las operaciones de escritura a veces no utilizan ciclos, lo que crea burbujas en operaciones de escritura consecutivas. Uno de cada ocho ciclos es una burbuja, por lo que el valor máximo calculado para ESRAM es 204 GB/s. En aplicaciones prácticas, el ancho de banda puede alcanzar 140-150 GB/s.
Estos son los resultados de cálculos de código reales, no de estimaciones ni virtualizaciones. El código real se ejecuta en este ancho de banda. La memoria externa puede tener un ancho de banda de 50-55 GB/s, y el ancho de banda total entre la memoria interna y la memoria principal suma aproximadamente 200 GB/s.
El ancho de banda de 140-150 GB/s es el ancho de banda real de ESRAM, entonces, ¿puedo agregar ancho de banda DDR3 directamente? Por supuesto, todo está medido.
Ajustar el equilibrio y el rendimiento de Xbox One
Microsoft sabe que hay margen para mejorar el rendimiento, pero ahora que está en producción, es lo que Goosen llama un "sistema continuamente ajustado". Se pueden utilizar juegos de trabajo en progreso para determinar cómo aprovechar estas mejoras disponibles. El equilibrio es muy importante para el rendimiento real. Esto es evidente en Xbox One, donde el equipo de Nick ha desarrollado un sistema mediante el cual podemos detectar el equilibrio y ajustarlo en consecuencia. "Hicimos todos los análisis y simulaciones hace unos años en los que no podíamos ver un juego que pudiera optimizarse, y ahora nos preguntamos constantemente si estamos tomando las decisiones de equilibrio correctas", dijo Goosen, ahora aumentando. el reloj de la GPU es un ajuste de equilibrio.
"
Nick dijo: "Sabíamos que teníamos margen de mejora, pero hasta que tuviéramos un juego real, no sabíamos cómo hacerlo: ¿cuánto aumento de GPU sería necesario? ¿Cuánto se debería potenciar la GPU? ¿Cuánto se debe aumentar la CPU? Es genial que nos demos cuenta de que tenemos margen de mejora antes de que se lance la consola, generalmente se habla mucho sobre el underclocking y hemos tenido la oportunidad de descubrir dónde queremos optimizarlo y optimizarlo, porque es genial poder Aproveche estas mejoras conocidas para los primeros juegos que se ejecutan, y en realidad hay unidades de cómputo adicionales en el hardware de Xbox One. Este hardware redundante (dos unidades de cómputo que no se utilizan en la máquina minorista) nos permite ajustar la relación entre la frecuencia de cómputo y los rangos de frecuencia de reloj.
Goosen dijo: "Cada máquina de desarrollo de Xbox One tiene 14 unidades informáticas, de las cuales dos están reservadas en la máquina minorista, pero podemos realizar algunas pruebas. Si se utilizan las 14 unidades informáticas, ¿es mejor que ¿Es mejor usar 12 unidades de cómputo? ¿Qué pasará si seguimos aumentando la frecuencia de la GPU? Después de realizar pruebas exhaustivas en algunos juegos, descubrimos que usar 14 unidades de cómputo no es tan bueno como aumentar la frecuencia del reloj en 6,6 ".
Si haces algunos cálculos simples en la superficie, puede que este no sea el caso, pero después de un análisis reciente, descubrimos que la potencia de la unidad informática de AMD no aumenta linealmente, sino que tiene un efecto decreciente.
"Cualquiera que utilice 14 unidades de cómputo sabe que hay un aumento de casi el 17 % en el rendimiento, pero en algunos resultados de juegos del mundo real, aumentar la frecuencia del reloj será mejor. Si su diseño no está bien equilibrado , entonces habrá muchos cuellos de botella en el canal que le impedirán lograr el efecto deseado
"Aumentar la frecuencia afectará a toda la GPU, y aumentar la unidad informática aumentará la unidad lógica aritmética y de sombreado. Después de ajustar el reloj, no solo mejoramos la gestión de renderizado de la unidad lógica aritmética, sino que también mejoramos la tasa de vértices, aumentamos la tasa de pigmentación y el ancho de banda de ESRAM. Además, se ha mejorado el rendimiento en algunas áreas de cuello de botella, como las llamadas de sorteo en el canal, la capacidad de leer GPR en el grupo de GPR, etc. Las GPU son muy complejas y hay innumerables áreas en el canal que pueden convertirse en cuellos de botella".
La potencia informática de la GPU y la importancia de la CPU
Goosen dijo que cree que los documentos filtrados de Sony lo confirman. Opinión de Microsoft: "Sony ha sido coherente con nosotros en esto, diciendo que su sistema tiene 14 unidades de cómputo y está bien equilibrado. También usan esta palabra: equilibrio. El equilibrio es muy importante para obtener resultados prácticos. Sus cuatro unidades de cómputo adicionales serían un gran beneficio para la GPGPU adicional. Adoptamos un enfoque completamente diferente. Los experimentos muestran que también tenemos margen de mejora en términos de unidades computacionales: utilizamos más unidades computacionales de las necesarias para lograr el equilibrio. A medida que se optimicen las unidades informáticas, los juegos de Xbox One serán cada vez mejores.
La computación GPU asíncrona de Microsoft es un poco diferente a la de Sony, de la que hablaré más adelante. Creen que tanto las CPU como las GPU necesitan latencias suficientemente pequeñas para acceder a la memoria, en lugar de centrarse en la potencia informática en sí. Goosen utilizó el sistema de seguimiento esquelético de Kinect como ejemplo para ilustrar este punto: "Este modelo no requiere una gran cantidad de unidades aritméticas y lógicas, pero está relacionado con la latencia de acceso a la memoria. El sistema de memoria es más importante para ciertas cargas de GPGPU". /p >
El equipo de Microsoft también enfatizó que el efecto del aumento de 150 MHz en el reloj de la CPU está mucho más allá de la imaginación de la mayoría de la gente: "La principal fuente de nuestra caída en la velocidad de fotogramas es la CPU, no la GPU. Algunos juegos tienen graves caídas de fotogramas . Debido a que sus hilos centrales están estrechamente relacionados con la CPU (¿DDR3?), resuelve este problema mejorando la eficiencia del reloj y estabilizando la velocidad de fotogramas".
Esto también explica por qué muchos bloques de hardware caseros (motores de movimiento de datos) están diseñados para liberar tiempo de CPU. Ese es el verdadero problema, y se resuelve mediante una combinación entre velocidades de reloj crecientes y bloques de funciones, los procesadores adicionales integrados en el procesador de Xbox One.
"Hay mucha descarga de CPU en tiempo de ejecución, y el hecho de que tengamos SHAPE (un procesador de instrucciones más eficiente asociado con el diseño estándar) y mejoras en la velocidad del reloj garantiza que todavía tengamos un espacio de frecuencia de fotogramas mejorado. " dijo Goosen.
"Imagínese que ha renderizado en un búfer de profundidad en ESRAM y ahora desea cambiar a otro búfer de profundidad. Es posible que desee extraer el metraje completo a DDR para usarlo más adelante, porque no habrá Habrá muchas operaciones de lectura para este material y tiene más sentido ponerlo en DDR. Puede usar el motor de movimiento de datos (DMA) para mover este material de forma asincrónica y la GPU no perderá tiempo en este asunto. qué hace DMA para que la GPU pueda pasar inmediatamente a renderizar el siguiente objetivo.
También diseñamos otro hardware personalizado para mejorar el procesamiento de imágenes
". Hemos puesto mucho esfuerzo. tanto en la GPU como en el hardware para garantizar una velocidad de fotogramas más estable. Diseñamos dos capas separadas para el juego, una es la capa de contenido 3D y la otra es la capa de interfaz. Los contadores son mejores que los de Xbox 360 y los parámetros se pueden modificar cuadro por cuadro".
El cambio dinámico de resolución no es nada nuevo y ahora se puede ver en muchos juegos de la generación actual. , como Game WipEout HD de Sony, "los problemas de la CPU pueden causar pequeñas imprecisiones en la velocidad de fotogramas... la carga de la GPU también parece ser el caso. ...La carga en la GPU parece ser más consistente de cuadro a cuadro, sin los grandes picos que ocurren en la CPU", dijo Goossen. "El juego ahora utiliza cambios dinámicos de resolución para evitar problemas de velocidad de cuadros. Cuando la imagen llega al borde, a veces excede la velocidad de fotogramas, por lo que la imagen comienza a cambiar dinámicamente de resolución y el contenido 3D se comprime, pero al mismo tiempo la interfaz del juego mantiene la resolución real. De esta manera no parecerá que haya errores de imagen. En lo que a mí respecta, como máquina de juego, prefiero tener una velocidad de fotogramas estable. Incluso si hay algo de compresión de píxeles, no importa, pero definitivamente no quiero ver problemas de velocidad de fotogramas. . "
"Para encontrar un equilibrio entre el consumo de energía y la eficiencia, la unidad funcional revisada consume más energía. Ayudamos a Kinect con la compresión de datos mediante descompresión por compresión LZ y decodificación dinámica de JPEG. "De esta manera, DME puede hacer más que simplemente mover datos.