? ? ? 一年一度的 Hot Chip 硬件峰會是科技行業(yè)相互交流前沿芯片技術(shù)的大會。在今年的 Hot Chip 峰會上，微軟帶來了 Xbox Series X 系統(tǒng)架構(gòu)詳情。除去之前已經(jīng)公布的諸多特性外，很多相關(guān)設(shè)計和實現(xiàn)細節(jié)為首次對外公布。

CPU部分

? ? ? 首先最令人興奮的就是 Xbox Series X 主芯片物理視圖。從圖上可以看出 GPU 部分占據(jù)了絕大部分面積；中間兩側(cè)為 Fabric Coherency G6 MCs；上端兩側(cè)為包含了 L3 緩存的兩個 Zen 2 CPU 簇；上端中間為多媒體硬件加速芯片；四周由 GDDR6 內(nèi)存控制器和 IO 控制器包圍。

? ? ? 主芯片基于臺積電 7nm Enhanced 工藝打造，該工藝較為特殊，并不是此前臺積電的其他 7nm 工藝，是 AMD 和臺積電聯(lián)合研發(fā)以滿足微軟需求的新 7nm 工藝。芯片面積為 360.4 mm2，內(nèi)含 153 億個晶體管，保持了與 Xbox One X 核心差不多大小的同時，將晶體管數(shù)量翻了一倍不止，這就是新設(shè)計和制程工藝帶來的結(jié)果。L1 緩存 512KB、L2緩存 4MB，L3 緩存 8MB。

? ? ?CPU 通過一條可擴展數(shù)據(jù)總線與其他模塊連接，有 GPU、內(nèi)存控制器、顯示控制模塊、視頻解碼模塊、安全模塊、音頻單元、I/O控制模塊等等。值得一提的是，CPU 本身擁有 Xbox SPLEAP 安全技術(shù)，硬件層面上防止 Privilege Escalation 類型攻擊。

? ? ?整體結(jié)構(gòu)類似與筆記本平臺的 Ryzen 4000 系列 APU，相較于桌面端的 Zen 2 系列，L3 緩存小了不少。從此前移動端和桌面端 Zen 2 CPU 對比情況看，這顆 CPU 單純拿出來與桌面級 Zen 2 比較的話，游戲性能可能會略弱一些。

內(nèi)存和GPU

? ? ?Xbox Series X 內(nèi)存相對比較特殊。其使用了交錯內(nèi)存設(shè)計，可增大并行性，減少訪問時間。由 10GB 高交錯內(nèi)存搭配 6GB 低交錯內(nèi)存，總帶寬高達 560GB/s，并加入了安全加密的設(shè)計。

? ? ? GPU 詳細參數(shù)也是本次峰會上首次公開，也是 AMD RDNA 2 架構(gòu) GPU 的首次詳細展示，被 AMD 證實為“完整的 RDNA 2 架構(gòu) GPU”。整體上，我們可以看到 GPU 主要由 28 組雙 CU 模塊組成，其中屏蔽了兩組，也就是 52 個 CU 單元，3328 個流處理器。支持此前 RDNA 2 公布過的所有功能和特性。

? ? ? 非常值得注意的是，RDNA 2 架構(gòu)的硬件加速光線追蹤支持在這枚 SoC 得到證實，其有專屬的光追加速硬件單元 Ray Accel。但與英偉達 RTX 顯卡 GPU 的不同之處在于，光追加速單元分布在每一個 CU 單元中，不是單獨拿出來放在一起。預計未來 RDNA 2 架構(gòu)的 AMD GPU 也同樣是該類型設(shè)計。

? ? ? 其中每個 CU 中可最多開啟 4 個光追加速單元，52 個 CU 代表光追加速最高為 379.4 G/sec ray-box，以及 95 G/sec ray-tri 性能。微軟定義的光追性能單位和英偉達的 GRay/s 不同，因此目前還無法與 RTX 顯卡直接對比。

音頻處理單元

? ? ? 另一個本次公開細節(jié)的重頭是 Xbox Series X 的專屬音頻模塊，其單精度算力比 Xbox One X 的 8 核 CPU 還要強。之所以要如此之高的算力負責音頻是因為，空間中如果有三四百個不同位置的音源同時發(fā)聲并互相影響，那隨之所需的算力要求就相當高了。可以想象一下在一個山洞里 20 個人群毆產(chǎn)生的各種聲音反射的感覺。

? ? ? 其包含兩個 4 路浮點 SIMD 數(shù)字信號處理器（DSP）和 4 個浮點引擎，可提供可編程、高性能、高吞吐量的音頻處理需求。該模塊還包含了可提供 300 條實時信道的 Opus 實時解碼器和采樣率轉(zhuǎn)換器，以及 4 個 DSP 核心、音頻特效、XMA 解碼等硬件。

VRS和SFS

? ? ? 微軟在這篇系統(tǒng)架構(gòu) PPT 里還重點介紹了可變速率著色（Variable Rate Shading, VRS）技術(shù)以及取樣反饋流（Sampler Feedback Streaming, SFS）工作原理，二者皆為 RDNA 2 架構(gòu)特性。

? ? ? 可變速率著色就是將畫面分割成各種區(qū)域塊，讓 GPU 專注于那些能被人眼明顯感知的區(qū)域塊渲染，降低不明顯的區(qū)域塊計算量。換句話說，“把好鋼用在刀刃上”。依照區(qū)域劃分方式可分為內(nèi)容適應(yīng)著色（Content Adaptive Shading）和動作適應(yīng)著色（Motion Adaptive Shading），前者可對表現(xiàn)突出區(qū)域增加渲染速度，其余部分放慢；后者可對動態(tài)物體增加渲染速度，靜態(tài)物體放慢。?

? ? ? 可變速率著色提供完整的邊緣細節(jié)，沒有空洞、抖動或者人為的棋盤渲染效果，同時與 TAA 抗鋸齒技術(shù)兼容。它可以極小的代價換取 10% 到 30% 的幀數(shù)提升。

? ? ? 取樣反饋流是微軟一直在強調(diào)的技術(shù)。簡單來說，它能持續(xù)追蹤游戲畫面中哪些材質(zhì)一直存在，哪些不是。然后根據(jù)利用率進行分級，把利用率低的材質(zhì)數(shù)據(jù)踢出內(nèi)存。由此換來內(nèi)存利用率最高 2.5 倍的提升和 60% I/O 資源釋放?？梢钥吹缴蠄D左下部分記錄了地球儀活動的材質(zhì)部分。

其他部分

? ? ? Xbox Series X 還有一枚專門負責安全的 HSP，內(nèi)含了一系列的安全技術(shù)。MSP 則是針對 NVMe SSD 的硬件加密和解壓模塊，節(jié)省了超過兩個 Zen 2 核心的算力。

? ? ? 視頻解碼和編碼部分，Xbox Series X 支持傳統(tǒng)的 480p/1080p 解碼，以及 4K/8k AVC 和 HEVC/VP9 HDR 解碼，支持 AVE 和 HEVC HDR 編碼。這一點很關(guān)鍵，玩家錄制出來的視頻是支持 HDR 顯示的視頻，這對于推廣 HDR 技術(shù)的益處不必多言。

? ? ? 微軟還提到了針對游戲的機器學習推理加速特性，可運用在角色行為、畫面分辨率拉伸等方面。其中分辨率拉伸類似于英偉達在 RTX 系列顯卡中采用的 DLSS（深度學習超采樣）技術(shù)。但機器學習部分并未很具體展開，只提到了非常小的消耗可帶來 3 到 10 倍的表現(xiàn)提升，不確定是有專門的硬件加速還是通過既成硬件實現(xiàn)，但其動力就是微軟此前所提及的 97 TOPS（整數(shù)運算性能）提供。

? ? ? Xbox Series X 還支持兩個獨立的虛擬化命令流，32bit HDR 格式等技術(shù)。 至于微軟是如何把這種級別性能的機器功耗控制在了 300W 級別，答案就在于微軟沒有明說的“專利技術(shù)”了。

CPU部分內(nèi)存和GPU音頻處理單元VRS和SFS其他部分