Xbox Series X: le specifiche complete - articolo

Abbiamo visitato il quartier generale di Microsoft per uno sguardo completo sulla sua console di nuova generazione

Finalmente ci siamo. Dopo mesi di teaser trailer, post sui blog e perfino qualche leak occasionale, possiamo finalmente svelarvi la assoluta, totale verità su Xbox Series X. Siamo stati al quartier generale di Microsoft a Redmond agli inizi di marzo, abbiamo visto la console, l'abbiamo analizzata, abbiamo giocato con essa e abbiamo perfino cercato di costruirne una partendo dai suoi componenti interni. Ci è stata mostrata la memoria espandibile NVMe, il ray tracing accelerato via hardware e abbiamo visto alcuni dei più talentuosi sviluppatori di Microsoft al lavoro sulle patch di miglioramento per alcuni dei titoli tecnicamente più impressionanti disponibili oggi per Xbox. Oltre a questo, abbiamo avuto anche un assaggio delle brillanti caratteristiche di retrocompatibilità della console e sì, possiamo rivelarvi anche la lista completa delle specifiche ufficiali di Series X.

C'è moltissimo materiale di cui discutere ma, allo stato attuale, tenteremo di analizzare i punti chiave con la promessa che torneremo a parlare di questo argomento. In questo articolo scandaglieremo la tecnologia alla base di questa nuova macchina da gioco e vi riveleremo:

  • La vera potenza di Series X: il doppio di Xbox One X;
  • Quanto sarà importante il ray tracing accelerato via hardware nell'impatto grafico dei giochi;
  • Quanto potrebbe essere rivoluzionaria la sua adozione di una memoria a stato solido iper veloce (inclusa la meravigliosa modalità Quick Resume);
  • La guerra di Microsoft contro l'input lag e lo screen tearing;
  • Le incredibili caratteristiche di retrocompatibilità, tra cui l'HDR applicato automaticamente sui vecchi giochi!

Si basa tutto su tre principi fondamentali su cui è incentrata la next-gen: potenza, velocità e compatibilità. Microsoft ha la propria precisa strategia comunicativa costruita attorno a questi elementi che sono gli stessi su cui abbiamo deciso di basare il nostro coverage.

Quanto è potente Xbox Series X

In termini di potenza, dobbiamo necessariamente iniziare a parlare del SoC (System on Chip) Project Scarlett. Il processore è stato progettato partendo da una versione migliorata del processo TSMC a 7nm che, da quanto ci è stato detto, apporterà una serie di migliorie a questa tecnologia ma non include il nuovo processo EUV 7nm+. Il chip stesso misura 360mm2 (decisamente più piccolo di quanto speculato inizialmente) e include una versione custom della CPU AMD Zen 2 e una GPU da 12.155 teraflop di potenza di calcolo.

Come ci aspettavamo, la console avrà in dotazione una CPU da 8 core e 16 thread, forniti tramite due unità quad-core montate sul chip con un core della CPU (o due thread) riservati alla gestione del sistema operativo. Microsoft promette una macchina 4 volte più potente rispetto a Xbox One X (la velocità della CPU di Series X, in effetti è impressionante, con picchi di frequenza pari a 3.8GHz). Tutto questo avviene quando l'SMT (o hyper-threading) è disabilitato. Curiosamente, gli sviluppatori possono scegliere di impiegare gli otto core fisici alla frequenza di clock più elevata oppure lavorare sulla fascia dei 3.6GHz su tutti i core e i thread. Queste frequenze, inoltre, sono completamente bloccate e non varieranno a seconda del carico o delle condizioni termiche. Quest'ultimo sembra un punto molto caro a Microsoft che lo ha enfatizzato e ripetuto più volte, nel corso della nostra visita.

Nell'ambito dei nostri test basati sull'ambiente PC, attivare l'SMT può tradursi in un incremento del 30% in termini di prestazioni in applicazioni ben ottimizzate. Tuttavia, almeno per quanto riguarda i titoli di lancio, Microsoft si aspetta che gli sviluppatori opteranno per la modalità a 3.8GHz con SMT disattivato. "Dal punto di vista degli sviluppatori, ci aspettiamo che molti di loro scelgano di lavorare sugli 8 core perché i loro attuali giochi si basano su sette core e sette thread attivi", ci ha spiegato il system architect di Xbox, Andrew Goossen. "Per loro, passare a 14 thread fisici significherebbe avere i sistemi adatti per gestirli e distribuire i carichi di lavoro in maniera efficiente tra essi. Per questo, discutendo coi nostri partner circa le loro scelte per il lancio, abbiamo appurato che la stragrande maggioranza di loro ha scelto di lavorare con l'SMT disabilitato e sulla più alta frequenza di clock".

Una rappresentazione video delle specifiche e delle caratteristiche di Xbox Series X ed un primo sguardo alle demo che mostrano le sue tecnologie in azione.

La CPU, dal canto suo, è stata alquanto customizzata per ragioni di sicurezza, potenza e prestazioni e con 76MB di SRAM sul SoC, è plausibile che la gigantesca cache L3 dei chip Zen 2 desktop sia stata in qualche modo ridotta. Lo stesso identico processore di Series X viene utilizzato nei server cloud Project Scarlett che rimpiazzeranno quelli xCloud attualmente in uso, basati sull'architettura di Xbox One S. Per questo motivo, AMD ha implementato la correzione degli errori EEC per la memoria GDDR6 senza impatto sulle performance (attualmente non esiste alcuna memoria G6 compatibile con EEC, perciò AMD e Microsoft hanno dovuto impiegare una soluzione ad-hoc) e una serie di caratteristiche per la virtualizzazione. Ciò conduce alla prima vera bomba di Series X: il suo processore è capace di gestire fino a quattro sessioni di gioco di Xbox One S simultaneamente sullo stesso chip e contiene un nuovo encoder video interno che è sei volte più veloce degli encoder esterni impiegati al momento sui server di xCloud.

Il focus primario, almeno per ora, è stato il campo della GPU in cui Microsoft è riuscita a raggiungere i 12 teraflop di potenza via 3328 shader allocati su 52 unità di calcolo ad una frequenza lockata di 1825MHz. Ancora una volta, l'obiettivo dell'azienda è quello di mantenere la frequenza costante in ogni momento: non ci sono boost di clock su Xbox Series X.

"Arrivare a 12 TFLOP era il nostro obiettivo fin dall'inizio. Volevamo almeno raddoppiare la potenza di Xbox One X per supportare il 4K a 60fps o 120fps e volevamo assicurarci questo raddoppiamento fosse applicabile uniformemente a tutti i giochi", spiega Andrew Goossen. "Per riuscirci, ci siamo imposti il target di duplicare i TFLOP di performance della precedente console sapendo che i miglioramenti architetturali avrebbero reso le prestazioni generali molto superiori a una semplice raddoppiamento. Questo traguardo è stato impostato prima di considerare le modifiche all'architettura per una serie di ragioni. Principalmente, ciò ha definito un obiettivo audace in termini di consumi energetici ed ha contribuito a delineare l'intera architettura del sistema".

"Negli stati embrionali del design, inoltre, è stato difficile per noi predire accuratamente le variazioni ipotetiche rappresentate dalle modifiche architetturali nei vari casi. Il nostro obiettivo, in generale, era comunque quello di raddoppiare la potenza in ogni caso. La via ingegneristica più pratica per assicurare il doppio dei miglioramenti in tutti i casi era quello di impostare il traguardo a raddoppiare le performance in termini di meri Teraflop. Per questo motivo abbiamo concentrato i nostri sforzi nel rendere ancora più elevate le prestazioni effettive grazie alle modifiche architetturali e alle nuove feature della console."

7
Sul nostro sito, troverete un articolo separato che copre le caratteristiche del form factor di Series X. Ecco a voi la configurazione orizzontale della console.
Xbox Series X Xbox One X Xbox One S
CPU 8x Zen 2 Cores a 3.8GHz (3.6GHz con SMT) 8x Custom Jaguar Core a 2.13GHz 8x Custom Jaguar Core a 1.75GHz
GPU 12 TFLOP, 52 CU a 1.825GHz, RDNA 2 Custom 6 TFLOP, 40 CU a 1.172GHz, GCN Custom + Caratteristiche Polaris 1.4 TFLOP, 12 CU a 914MHz, GPU GCN Custom
Misura Die 360.45mm2 366.94mm2 227.1mm2
Processore TSMC 7nm Potenziato TSMC 16nmFF+ TSMC 16nmFF
Memoria 16GB GDDR6 12GB GDDR5 8GB DDR3, 32MB ESRAM
Larghezza di Banda della Memoria 10GB a 560GB/s, 6GB a 336GB/s 326GB/s 68GB/s, ESRAM a 219GB/s
Memoria Interna 1TB Custom NVMe SSD 1TB HDD 1TB HDD
IO 2.4GB/s (Raw), 4.8GB/s (Compresso) 120MB/s 120MB/s
Memoria Espandibile Schede di Espansione da 1TB - -
Memoria Esterna Supporto a HDD USB 3.2 Supporto a HDD USB 3.2 Supporto a HDD USB 3.2
Lettore Ottico Blu-ray Drive 4K UHD Blu-ray Drive 4K UHD Blu-ray Drive 4K UHD
Obiettivo Performance 4K a 60fps fino a 120fps 4K a 30fps fino a 60fps 1080p a 30fps fino a 60fps

Abbiamo dimostrato, negli scorsi mesi, che l'architettura RDNA di AMD offre, sostanzialmente, più 'performance per ciascun teraflop' grazie al nuovo design in combinazione con frequenze di clock sensibilmente maggiori (la GPU di Series X hanno un vantaggio di frequenza del 56% rispetto a Xbox One X). In aggiunta a questo, vanno considerati una serie di moltiplicatori che entrano in gioco con l'arrivo di nuove feature come il Variable Rate Shading che tende a incrementare o decrescere la precisione di rendering sulla base della visibilità dei vari oggetti.

Ad ogni modo, anche i porting basilari che utilizzano superficialmente le nuove feature di Series X riescono a mostrare risultati impressionanti. Mike Raynor e Colin Penty di The Coalition ci hanno mostrato una conversione di Gears 5 per Series X prodotta in un paio di settimane. Gli sviluppatori hanno lavorato a stretto contato con Epic Games per far girare al meglio l'UE4 su Series X e hanno innalzato la qualità dei preset interni per eguagliare i settaggi ultra visti su PC. A questo punto è stato incluso un inedito sistema di ombreggiature e la nuova illuminazione globale basata sul ray tracing screen-space (gestita via software) mentre le cutscene di Gears 5 sono passate dai 30fps di Xbox One X a 60fps. Ne parleremo più nel dettaglio in futuro ma, per adesso, possiamo dirvi che è un entusiasmante punto di partenza per la next-gen. I risultati dei benchmark che ci sono stati mostrati su questo porting non ottimizzato e realizzato in sole due settimane, ha già mostrato performance molto, molto simili a quelle apprezzate su RTX 2080.

"Considerando ciò che siamo riusciti a fare in poco tempo su questo particolare gioco, sono piuttosto ottimista su ciò che potrebbe arrivare in futuro, specialmente sapendo che tipo di prestazioni possiamo ancora ricavare alla console", dice l'entusiasta tech director di The Coalition, Mike Raynor. "Gears 5 sarà ulteriormente ottimizzato e sarà disponibile come gioco di lancio di Xbox Series X. Il titolo, inoltre, supporterà la tecnologia Smart Delivery perciò, se lo avete già nella vostra libreria, potrete giocarlo anche su Series X gratuitamente".

È stata indubbiamente una grande dimostrazione per un gioco che non ha ancora avuto accesso alle feature di prossima generazione della nuova GPU. Allo stato attuale, è difficile quantificare accuratamente il tipo di migliorie in termini di qualità visiva e di performance che vedremo in futuro perché, nonostante ci siano ovvi parallelismi con le macchine current gen, il mix di nuovo hardware e nuove API permetterà di gestire carichi di lavoro parecchio variegati sulla nuova GPU. Il machine learning è una feature che abbiamo trattato diverse volte, in passato, soprattutto parlando della nuova architettura Turing di Nvidia e dell'upscaling DLSS AI dell'azienda. L'architettura RDNA 2 su cui è stata costruita Series X, invece, non ha gli equivalenti dei tensor core ma Microsoft e AMD sono riuscite a trovare una soluzione altrettanto efficiente ed innovativa basata sugli shader core standard.

SoC
Una manna dal cielo per i fan dei processori: una rappresentazione in CG di come i vari componenti di Series X sono posizionati sul SoC della macchina.

"Sapevamo che molti degli algoritmi avevano bisogno di posizioni a soli 4 o 8-bit per svolgere le operazioni matematiche", dice Andrew Goossen. "Per questo motivo abbiamo aggiunto uno speciale supporto hardware per gestire queste situazioni. Il risultato è che Series X offre 49 TOPS per le operazioni a 8-bit e 97 TOPS per quella a 4-bit. Series X, dunque, offre un'intelligenza senza precedenti per il machine learning".

Oltre a questo, altre feature avveniristiche sono state introdotte nella nuova macchina da gioco di Microsoft. Ancora una volta, similmente a quanto visto nell'architettura Turing di Nvidia, gli shader mesh sono stati incorporati anche in RDNA 2, aprendo le porte ad un potenziale miglioramento esplosivo dei dettagli geometrici.

"Dato che la gamma di GPU disponibili si è allargata parecchio e le performance di computing sono incrementate, la gestione delle geometrie si è legata sempre di più al setup triangolare a funzione fissa e ai blocchi di tassellatura della GPU", rivela Goossen. "Il mesh shading, inoltre, permette agli sviluppatori di bypassare i colli di bottiglia di queste funzioni fisse offrendo, in questo modo, un'alternativa opzionale in termini di risparmio di memoria. Il mesh shading dà anche la possibilità di aumentare i dettagli delle forme e delle animazioni dei vari oggetti renderizzando scene più complesse senza sacrificare il frame-rate".

E c'è tanto, tanto altro in più. Per esempio, la GPU di Series X permette di distribuire il carico di lavoro ai vari shader senza chiamare in causa la CPU, alleggerendo di molto le operazioni del core Zen 2. La più grande innovazione, comunque, è chiaramente l'aggiunta del ray tracing accelerato via hardware. Quest'ultima feature è particolarmente entusiasmante. Qui al Digital Foundry abbiamo seguito l'evoluzione di questa tecnologia nei giochi DXR e Vulkan su schede grafiche RTX e possiamo dirvi che l'implementazione console del ray tracing è molto più ambiziosa di quanto credessimo possibile.

L'importanza del ray tracing

RDNA 2 supporta l'ultimissimo standard DXR Tier 1.1 e, similmente a quanto visto nei core RT di Turing, accelera la creazione delle cosiddette strutture BVH necessarie a mappare il percorso dei raggi e le loro intersezioni con le geometrie del mondo di gioco. In breve, così come la luce 'rimbalza' nel mondo reale, l'accelerazione via hardware del ray tracing traccia i percorsi e le intersezioni dei raggi di luce fino a 380 miliardi di intersezioni al secondo.

"Senza l'accelerazione via hardware, questo lavoro avrebbe potuto essere gestito dagli shader ma avrebbe consumato oltre 13 TFLOP da solo", svela Andrew Goossen. "Per quanto riguarda Series X, queste operazioni vengono assegnate ad hardware dedicato così che gli shader possano continuare a lavorare in parallelo al massimo delle performance. In altre parole, Series X può effettivamente raggiungere l'equivalente di 25 Teraflop di potenza, durante il ray tracing".

È importante, però, mettere tutto questo nel giusto contesto. Per quanto i carichi di lavoro possano essere gestiti contemporaneamente, il calcolo delle strutture BVH è solo uno dei passaggi necessari nella procedura di ray tracing. Anche gli shader standard della GPU contribuiscono all'opera accollandosi i calcoli relativi all'illuminazione mentre le API DXR aggiungono nuovi strati alla pipeline della GPU. Perciò sì, il Ray Tracing viene spesso associato ad un brusco calo in termini di prestazioni ma con i benefici del design prefissato delle console, possiamo aspettarci una maggiore ottimizzazione (ed innovazione) da parte degli sviluppatori.

Minecraft DXR OnMinecraft DXR Off
Le innegabili e sensazionali qualità del ray racing vengono dimostrate al meglio dalla versione DXR di Minecraft su Xbox Series X.
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Le innegabili e sensazionali qualità del ray racing vengono dimostrate al meglio dalla versione DXR di Minecraft su Xbox Series X.
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Le innegabili e sensazionali qualità del ray racing vengono dimostrate al meglio dalla versione DXR di Minecraft su Xbox Series X.
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Le innegabili e sensazionali qualità del ray racing vengono dimostrate al meglio dalla versione DXR di Minecraft su Xbox Series X.
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Le innegabili e sensazionali qualità del ray racing vengono dimostrate al meglio dalla versione DXR di Minecraft su Xbox Series X.
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Le innegabili e sensazionali qualità del ray racing vengono dimostrate al meglio dalla versione DXR di Minecraft su Xbox Series X.

"Series X si spinge addirittura oltre rispetto a quanto visto su PC offrendo maggiore potenza e flessibilità ai team di sviluppo", continua Goossen. "In piena tradizione console, inoltre, promuoviamo la programmazione diretta con il supporto alle costruzioni BVH e all'ottimizzazione offline. Date queste premesse, ci aspettiamo che il ray tracing possa essere la chiave per offrire ai giocatori un impatto visivo incredibile e grandiose innovazioni nel corso della vita della console".

La prova del nove, ovviamente, è il test con mano. Durante la nostra visita al campus di Microsoft a Redmond, l'azienda ha dimostrato che il comparto RT della console è quanto di più completo ci sia in circolazione permettendoci di saggiare singolarmente ciascuna delle caratteristiche implementate in Xbox Series X grazie ad una tech demo di Minecraft DXR basata sul codice mi Minecraft RTX. Ironia della sorte, ciò significa che siamo stati di fronte ad un codice base di Nvidia adattato per farlo girare su hardware AMD in Series X. La cosa davvero impressionante è che i raggi luminosi sono pienamente tracciati. Al di là della skybox e della luna, non ci sono altri elementi rasterizzati: l'intera presentazione si basa sul ray tracing. Ciò dimostra che a dispetto delle limitazioni imposte dall'esecuzione dell'RT in una console con potenza predeterminata, Xbox Series X riesce a mettere in mostra la migliore implementazione possibile di questa tecnica, totalmente in real time.

Minecraft DXR è un progetto alquanto ambizioso ma è lecito aspettarsi che la tecnologia possa essere utilizzata in tanti altri modi differenti. "Siamo davvero entusiasti del DXR e del supporto al ray tracing via hardware", dice Mike Raynor, technical director di the Coalition e Gears 5. "Abbiamo inserito il ray tracing gestito via software in Gears 5 insieme alle ombre RT e alla nuova illuminazione globale screen-space. Non vediamo l'ora di capire dove potremo arrivare utilizzando queste tecniche in combinazione con i core DXR."

"Dal nostro punto di vista, in futuro, dovremo approcciarci allo sviluppo pensando a come potremmo applicare le tradizionali tecniche di rendering in combinazione alle avveniristiche possibilità offerte dal DXR, sia per le ombre che per l'illuminazione globale. Cose come quelle possono migliorare parecchio il modo in cui realizziamo i nostri mondi e vogliamo utilizzarle al massimo per fornire ai giocatori la miglior qualità visiva possibile".

In questo DF Direct girato a Redmond, Rich Leadbetter e John Linneman discutono delle loro iniziali reazioni a caldo circa Xbox Series X.

Efficienza del design

Uno dei fattori che ci hanno colpito maggiormente riguardo il chip di Series X non è solo la sua potenza ma anche l'efficienza del suo design. Con tutte le nuove caratteristiche grafiche e i 12 teraflop di potenza di calcolo, avevamo ipotizzato un design mostruosamente ampio e costoso del processore che si sarebbe inevitabilmente tradotto in un prezzo di acquisto elevato per la console. Le dimensioni reali del SoC, invece, sono di 360mm2. Ciò significa che il chip è molto più piccolo rispetto a qualsiasi speculazione apparsa online dopo i teaser trailer: i suoi 15.3 miliardi di transistor si traducono in una densità doppia rispetto a quella vista nel processore di Xbox One X ma le prestazioni generali sono più che raddoppiate.

Per raggiungere quel livello di performance, tuttavia, per Microsoft è stato necessario ripensare radicalmente il design dell'area relativa al processore. Le capacità grafiche non sono determinate solo dai teraflop: la potenza di calcolo della macchina deve essere supportata da un'adeguata larghezza di banda della memoria. La soluzione di Microsoft per la memoria è stata l'adozione di un'inusuale interfaccia a 320-bit con dieci moduli GDDR6 da 14gbps sulla mainboard (sei chip da 2GB e quattro da 1GB).

"Le prestazioni della memoria sono asimmetriche, cosa che non avremmo potuto fare su PC", spiega Andrew Goossen. "10 gigabyte di memoria fisica operano a 560GB/s mentre altri 6 gigabyte operano a 336GB/s. La chiamiamo memoria standard."

In termini di allocazione della memoria, i giochi hanno a disposizione un totale di 13.5GB, suddivisi in 10GB di memoria dedicata alla GPU e 3.5GB di memoria standard. Ciò lascia 2.5GB di memoria GDDR6 libera per il sistema operativo e l'interfaccia utente. Dal punto di vista di Microsoft, è ancora memoria di sistema unificata, anche se le performance possono variare.

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Un render che evidenzia l'interfaccia di memoria custom a 320-bit di Microsoft

Sembra una situazione alquanto complessa, specialmente considerando che Microsoft ha adottato un'interfaccia di memoria più tradizionale e più ampia per Xbox One X ma la prospettiva di includere una memoria GDDR6 così veloce ha presentato alcuni ostacoli. "Durante le discussioni preliminari con il team responsabile del sistema, sono sorti parecchi problemi relativi alla complessità di mantenere l'integrità del segnale", spiega Goossen. "Come saprete, per Xbox One X abbiamo adottato un'interfaccia a 384-bit ma per le altissime velocità su cui opererà Series X (14gbps), abbiamo capito che 320 era un buon compromesso per raggiungere alte prestazioni in un sistema pensato per il mercato di massa".

Superato l'argomento 'potenza', è tempo di parlare delle feature di questa nuova console. Nel lontano 2016, un anno prima del completamento dei lavori su Xbox One X, il team di Xbox era già al lavoro su Series X ed aveva iniziato i lavori sull'architettura della prossima generazione (tanto per farvi capire quanto tempo serve per sviluppare una nuova tecnologia). Già allora, il ray tracing era visto come una parte importante del futuro dell'industria e si sentiva il bisogno di un approccio rivoluzionario alla memoria di archiviazione. Ciò ci porta al secondo principio fondante alla base del design di Series X: il passaggio dagli hard disk meccanici ai dischi a stato solido.

Perché la memoria di archiviazione veloce cambia le carte in tavola

Le specifiche riportate su questa pagina rappresentano solo una piccola parte del potenziale della soluzione di archiviazione ingegnerizzata da Microsoft in vista della prossima generazione. Nel teaser di Project Scarlett rilasciato durante l'E3 dello scorso anno, Jason Ronald, partner director of project management di Xbox, ha descritto i modi in cui l'SSD potrebbe essere utilizzato come 'memoria virtuale' aprendo un ventaglio di possibilità che gratta solo la superficie delle funzionalità che Microsoft ha pensato di inserire nel proprio sistema.

A livello hardware, il disco NVMe custom adottato è molto, molto differente da qualsiasi altro SSD mai visto in precedenza. È più piccolo, tanto per cominciare, e si presenta quasi come le memory card delle vecchie console. È anche abbastanza pesante, a dire il vero, probabilmente per via del metallo impiegato per la loro costruzione che svolge anche il ruolo di dissipatore, per gestire i 3.8 watt di potenza necessari per alimentarlo. Molti degli SSD per PC abbattono le proprie performance quando si surriscaldano, similmente a quanto accade con le CPU e le GPU. Questo concetto, semplicemente, non era accettabile per Microsoft che persegue una certa consistenza prestazionale su tutta la linea come fattore fondamentale nel design della sua prossima macchina da gioco.

il form factor di questi dischi NVMe è piuttosto sfizioso e la larghezza di banda di circa 2.4GB/s è assolutamente impressionante ma Microsoft crede che il software API e l'hardware custom incluso nel SoC siano la vera rivoluzione. L'idea, in breve, è alquanto lineare: i file di gioco installati nella memoria di archiviazione diventano memoria estesa a disposizione degli sviluppatori che possono avere accesso istantaneo a centinaia di GB di asset di gioco conservati nell'SSD. È un processo che l'azienda di Redmond chiama 'Velocity Architecture' e l'SSD è fondamentale per la sua buona riuscita.

"Il secondo componente fondamentale è un hardware ad altissima velocità che si occupa della decompressione e che opera a più di 6GB/s", rivela Andrew Goossen. "È un elemento che alleggerisce il carico di lavoro di decompressione della CPU e, in accoppiata con l'SSD, garantisce l'eliminazione completa di qualsiasi tipo di collo di bottiglia. L'hardware di decompressione supporta Zlib per i dati e un nuovo sistema di compressione chiamato BCPack che è stato ideato attorno alle texture che generalmente occupano la maggior quantità di spazio di installazione dei giochi."

storage
Le connessioni PCI Express 4.0 collegano l'SSD interno ed eventuali memorie aggiuntive, direttamente al processore.

Il componente finale del triumvirato è un'estensione di DirectX, il cosiddetto 'DirectStorage'. Quest'ultimo è un upgrade necessario, se consideriamo che i protocolli I/O attualmente impiegati hanno quasi 30 anni e, nella loro forma tradizionale, richiederebbero due CPU Zen solo per gestire il tutto. DirectStorage, invece, riduce questi compiti a un decimo di un singolo core.

"E poi ha tanti altri benefici", dice un entusiasta Andrew Goossen. "È più veloce e risparmia moltissime risorse della CPU. Gestendo via software un processo di decompressione equivalente alla velocità dell'SSD avremmo consumato tre CPU Zen 2. Se a questo aggiungiamo i costi tipici dell'I/O, avremmo avuto bisogno di un totale di 5 CPU Zen 2. Ora, grazie a DirectStorage, possiamo operare questo processo in solo un decimo di un singolo core. In altre parole, per uguagliare le performance di Series X a pieno regime, bisognerebbe costruire un PC con 13 CPU Zen 2."

Lo streaming degli asset, quindi, è di un livello totalmente inedito ma Microsoft non si ferma qui. La scorsa generazione, abbiamo assistito ad un incremento di 16 volte in termini di memoria di sistema ma, questa volta, siamo solo al doppio (o al 50% in più, se prendiamo Xbox One X come base). Microsoft, però, ha ideato un processo di ottimizzazione dell'utilizzo della memoria che ha portato ad alcuni risultati da non sottovalutare.

"Abbiamo osservato che, tipicamente, solo una piccola percentuale di memoria occupata dai giochi veniva utilizzata davvero", svela Goossen. "Questo spreco è dovuto principalmente alle texture che, in genere, sono gli elementi che consumano più memoria. Ad ogni modo, solo una piccola parte di ciascuna texture veniva utilizzata dalla GPU durante le varie scene. Per esempio, la mip più ampia di una texture 4K pesa circa 8 megabyte e spesso anche di più. Molto spesso, però, solo una piccola parte di ciascuna mip è visibile nelle varie scene e, di conseguenza, solo una porzione di esse deve essere letta dalla GPU."

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Microsoft ha stretto una partnership con Seagate per il suo SSD esterno proprietario da 1TB. È molto piccolo, abbastanza pesante per le sue dimensioni e si presenta in modo molto simile alle vecchie memory card.

Mentre aumentavano le dimensioni delle texture per adattarsi ai display 4K, l'efficienza dell'utilizzo della memoria è andata progressivamente peggiorando. "Ben presto, abbiamo capito che i giochi accedevano solo a metà o a un terzo della loro memoria allocata per lunghi periodi di tempo", dice Goossen. "Per questo motivo, se un gioco non è costretto a caricare pagine che non intende utilizzare, ciò si traduce in un risparmio di 2 o 3 volte in termini di memoria fisica e di performance IO."

Una tecnica chiamata Sampler Feedback Streaming (SFS) è stata creata per rispondere adeguatamente alle richieste di memoria della GPU, caricando intelligentemente i dati necessari al momento giusto evitando, in questo modo, di sovraccaricare la GPU ed eliminando gli spike relativi all'instabilità del frame-time. Microsoft considera questi aspetti della Velocity Architecture come una vera e propria rivoluzione, cambiando radicalmente il modo in cui la memoria fisica viene utilizzata.

La Velocity Architecture, inoltre, facilita un'altra feature impressionante sulla carta ma che appare ancora più straordinaria quando la si vede all'opera sulla console: il Quick Resume, la possibilità di passare rapidamente tra un save state di un gioco ad un altro con pochi secondi di caricamento (potete vederlo all'opera nel video qui sopra). Quando decidete di chiudere un gioco, le informazioni contenute nella RAM di sistema vengono conservate in cache sull'SSD e quando effettuate l'accesso ad un altro titolo, la relativa cache viene caricata.

Abbiamo visto l'hardware di Xbox Series X passare da Forza Motorsport 7 (che girava in 4K a 60fps), a State of Decay 2, a Hellblade fino ad arriva a The Cave, un gioco per Xbox 360, senza soluzione di continuità: per passare da un gioco all'altro servivano solo 6.5 secondi. Assolutamente impressionante.

La guerra contro l'input lag e lo screen tearing

La volontà di Microsoft di raggiungere prestazioni ad alta velocità su Series X ha richiesto una riprogettazione radicale dell'input processing, pensato per limare sensibilmente la latenza. Ciò significa che il tempo che intercorre tra la pressione di un tasto e la riproduzione della relativa azione a schermo è stato ridotto significativamente. Tutto inizia con il controller, la cui tipica latenza di 8ms è stata scremata trasmettendo gran parte dei dati necessari poco prima che il gioco ne abbia bisogno. Gli input digitali come la pressione dei tasti, invece, vengono inviati rapidamente alla macchina riducendo la latenza senza incrementare il polling rate. Per facilitare tutto questo, l'intero software di input è stato riscritto per ottimizzare ancora di più la latenza generale.

Quella della latenza è sempre stata una variabile cruciale per gli sviluppatori e, dato che gli engine diventavano sempre più complessi, non era sempre facile tenere traccia del lag addizionale (problematica che Microsoft tenta di risolvere con il DLI). "Abbiamo reso più semplice per gli sviluppatori ottimizzare la latenza in-game. I giochi, su Xbox, sono dotati di un identificativo per ciascun frame che viene elaborato dall'engine", spiega Andrew Goossen. "Quando viene inviato un input dal controller, viene associato un codice al frame che include anche il timing dell'input. Quando l'engine completa il rendering di quel frame, passa quell'identificativo e la relativa informazione per il front buffer al sistema. Con questo meccanismo, la macchina può determinare precisamente la latenza in-game per ciascun frame."

Microsoft afferma di aver messo a punto un sistema che permette agli sviluppatori di tenere traccia accuratamente dell'input lag. L'ultimo elemento cardine per il DLI è il supporto di Xbox Series X ai nuovi display HDMI 2.1 a 120Hz che stanno invadendo il mercato. L'azienda ha già iniziato la fase di test di questa feature a risoluzioni inferiori al 4K su schermi HDMI 2.0 via Xbox One S e Xbox One X. Dal momento che gli schermi si aggiornano ad una velocità doppia rispetto agli equivalenti a 60Hz, gli utenti dovrebbero ricevere una risposta più rapida.

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Il pad di Xbox One si è evoluto. Ora è più ristretto, più accessibile anche per persone con mani più piccole ed è dotato di un D-pad migliorato e di un pulsante dedicato alla condivisione.

Microsoft ha anche compiuto passi da gigante nella lotta contro lo screen tearing. Tradizionalmente, visualizzare un nuovo frame durante lo scan-out è una tecnica utilizzata per tagliare la latenza mentre il triple-buffering può essere utilizzato per appianare i cali di frame-rate. Series X, invece, sembra aver fatto il passo evolutivo successivo. "Abbiamo riprogettato le API utilizzate utilizzate dai giochi per inviare i loro frame completi alla TV", ci confida Andrew Goossen. "Abbiamo completamente reciso il collegamento tradizionale tra il buffering doppio o triplo e la latenza. In precedenza, il triple buffering veniva utilizzato per migliorare il frame-rate quando il gioco non riusciva a mantenere gli obiettivi imposti anche se esso stesso causava un brusco incremento della latenza. Tutto questo è ormai superato e i giochi possono abilitare il triple-buffering senza rinunciare alla latenza desiderata. Per questo motivo la latenza tra l'inizio di un frame nella CPU e quello nella GPU può essere specificata in microsecondi, invece che in v-sync.

Nonostante tutti questi miglioramenti ed ottimizzazioni (senza menzionare il nuovo tasto share) introdotti nel controller di Xbox Series X, la buona notizia è che la tecnologia DLI è compatibile anche con i pad di Xbox One che verranno aggiornati con un semplice update del loro firmware.

Come miglioreranno i vecchi giochi su Series X

L'ultimo dei tre principi fondanti della nuova generazioni di Microsoft è, ovviamente, la compatibilità. Quest'ultima è cavallo di battaglia dell'azienda, fin dai tempi in cui ha rivelato il servizio di retrocompatibilità dei giochi Xbox 360 all'E3 del 2015. Microsoft ha già annunciato che l'intera libreria di titoli retrocompatibili di Xbox 360 e della prima Xbox gireranno anche su Series X così come tutte le periferiche attualmente sul mercato.

In aggiunta a questo, il team responsabile della retrocompatibilità ha lavorato duramente dopo aver concluso il programma relativo a Xbox 360 e agli X-enhancement. Per questo non ci sorprende scoprire che Series X può tecnicamente eseguire l'intero catalogo di Xbox One senza necessità di impiegare un emulatore di alcun tipo: è tutto gestito a livello hardware. I giochi, inoltre, beneficeranno dell'alta velocità di clock della CPU e della GPU di Series X andando ad appianare i problemi di prestazioni noti su Xbox One.

Come se non bastasse, il compatibility team è rinomato per riuscire a spingersi sempre oltre e alcuni dei loro primi progetti per Series X sono francamente strepitosi. Microsoft ha promesso una fedeltà visiva maggiore, frame-rate più stabili e tempi di caricamento più brevi ma le demo che abbiamo potuto vedere sono addirittura più promettenti. Come diceva Phil Spencer nel recente post sul blog di Series X ciò si tradurrà in risoluzioni più alte per alcuni giochi di attuale generazione sulla nuova console. In effetti abbiamo visto Gears of War Ultimate Edition girare con un boost di 2 volte in termini di risoluzione su entrambi gli assi, con un passaggio dalla risoluzione 1080p al 4K nativo. Si tratta dell'evoluzione del Metodo Heutchy utilizzato per portare i giochi a 720p di Xbox 360 fino alla risoluzione 4K con risultati spettacolari. È importante che il team responsabile della retrocompatibilità svolga la maggior parte del lavoro a livello di sistema, così che gli sviluppatori non debbano preoccuparsene in seguito.

Xbox Series X - Rendering nativo 4KXbox One X/Xbox One S 1080p
Microsoft sta progettando una nuova serie di titoli retrocompatibili migliorati per Series X con risoluzione aumentata, come nel caso di Gears of War Ultimate Edition. Il raddoppiamento del frame-rate è un'altra opzione plausibile.
Xbox Series X - Rendering nativo 4KXbox One X/Xbox One S 1080p
Microsoft sta progettando una nuova serie di titoli retrocompatibili migliorati per Series X con risoluzione aumentata, come nel caso di Gears of War Ultimate Edition. Il raddoppiamento del frame-rate è un'altra opzione plausibile.
Xbox Series X - Rendering Nativo 4KXbox One X/Xbox One S 1080p
Microsoft sta progettando una nuova serie di titoli retrocompatibili migliorati per Series X con risoluzione aumentata, come nel caso di Gears of War Ultimate Edition. Il raddoppiamento del frame-rate è un'altra opzione plausibile.
Xbox Series X - Rendering nativo 4KXbox One X/Xbox One S 1080p
Microsoft sta progettando una nuova serie di titoli retrocompatibili migliorati per Series X con risoluzione aumentata, come nel caso di Gears of War Ultimate Edition. Il raddoppiamento del frame-rate è un'altra opzione plausibile.

"Stiamo esplorando nuovi modi di migliorare una lista di giochi specifica", afferma Peggy Lo, compatibility program lead di Xbox. "Stiamo cercando di migliorare la risoluzione dei giochi, incrementarne il frame-rate e lo stiamo facendo scandagliando diversi metodi. Conosciamo i risultati che abbiamo ottenuto con il Metodo Heutchy: magari lo cambieremo un po' per adattarlo alla nuova macchina ma ci sono anche tanti altri metodi che stiamo esplorando."

"Non ci addentreremo troppo nei dettagli oggi perché stiamo ancora cercando di capire quale sia il migliore per Series X ma voglio che sappiate che stiamo lavorando alacremente per raggiungere i migliori risultati possibili."

Microsoft ha preparato due display LG OLED su cui veniva eseguito Gears Ultimate in 1080p su Xbox One X e in 4K nativo su Series X. I dati di debug mostrati a schermo rivelavano il quantitativo di target di rendering gestiti dalla console alle risoluzioni più alte e la natura dello scaler della risoluzione: in questo caso lo scaler era 2.0 e il conteggio pixel era di 3840x2160. L'idea di mostrare un fattore di scaling così preciso ci ha fatto domandare se anche i titoli a 720p o a 900p potessero scalare fino ai 4K nativi. È una domanda che non ha ancora una risposta ma Lo è trasalita, quando l'abbiamo chiesto.

Ci sono state anche altre sorprese, come quella riservata ai possessori di schermi HDR: abbiamo visto la versione migliorata per Xbox One X di Halo 5 girare con una convincente implementazione dell'HDR anche se 343 Industries non ha mai incluso il supporto all'HDR nel suo gioco. Il software engineer di Microsoft ATG, Claude Marais, ci ha mostrato come l'algoritmo di machine learning abbia utilizzato l'implementazione allo stato dell'arte dell'HDR vista in Gears 5 come base per implementarlo anche in titoli SDR retrocompatibili. Marais ci ha presentato una mappa di calore che ha mostrato chiaramente la luminosità di ciascun elemento a schermo: l'HDR incluso nel gioco è assolutamente autentico.

hdr
Una mappa di calore della luminosità di Halo 5 che confronta la presentazione standard del gioco con quella HDR generata automaticamente dal machine learning. Cliccate direttamente sull'immagine per una versione ad alta risoluzione.

"Questa tecnica può essere applicata teoricamente a qualsiasi altro gioco. Stiamo ancora lavorando all' esperienza utente e cose simili ma questa è una tech demo a tutti gli effetti", ha rivelato Marais. "Questa versione di Halo 5 ha solo quattro anni, è vero, ma possiamo anche andare all'estremo e prendere un gioco di 20 anni fa come Fusion Frenzy. All'epoca nessuno conosceva l'HDR, non era nemmeno in programma. I giochi necessitavano solo di back buffer a 8-bit."

Questo è stato un momento veramente mozzafiato. C'era davvero Fusion Frenzy, un gioco per la prima Xbox, che girava ad una risoluzione 16 volte maggiore rispetto all'originale e con un autentico supporto all'HDR. L'elemento più impressionante, comunque, è che questa è una feature di sistema di Xbox Series X che dovrebbe poter essere applicata a qualsiasi gioco.

"Ma pensiamo a tutte le altre cose che potremmo fare", aggiunge Marais. "L'accessibilità, ad esempio. Le persone che non riescono a leggere o a vedere bene potrebbero avere la possibilità di aumentare il contrasto dei giochi quando c'è molto testo su schermo. Possiamo farlo senza problemi. E che dire delle persone daltoniche? Possiamo cambiare il LUT in corsa e cambiare i colori del gioco per permettere loro di godersi l'esperienza migliore possibile."

Potenza, velocità, compatibilità. Microsoft ha reso ben chiari i pilastri fondamentali della filosofia alla base di Series X e, probabilmente, c'è tanto altro che ancora non conosciamo. Dopo le presentazioni iniziali, ci siamo recati al Building 37 del campus di Microsoft dove il designer Chris Kujawski e i suoi colleghi ci hanno permesso di dare un primo sguardo all'hardware di Series X e alla sua componentistica interna. In definitiva, c'è ancora molto di cui discutere riguardo Xbox Series X e non vediamo l'ora di tornare a parlarvene.

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Riguardo l'autore

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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