Die kompletten Spezifikationen der Xbox Series X! Wie leistungsfähig ist die Next-Gen-Konsole?

Das hier ist ein Teil der aktuellen Digital-Foundry-Berichterstattung über die Xbox Series X. Den Rest findet ihr hier:

• Wie groß ist die Xbox Series X im Vergleich zur Xbox One X?
• Xbox Series X: Der Raytracing-Unterschied und ein effizientes Design
• Xbox Series X: Warum schneller SSD-Speicher alles verändert
• Xbox Series X: Der Kampf gegen Eingabe-Lag und Tearing
• Xbox Series X: Wie ältere Spiele besser auf der Next-Gen-Konsole laufen

Das ist es. Nach Monaten voller Teaser-Trailer, Blogeinträgen und sogar gelegentlicher Leaks können wir endlich harte Fakten zur Xbox Series X auf den Tisch legen. In der ersten Märzwoche besuchten wir das Redmond-Hauptquartier von Microsoft. Wir sahen das Gerät, nahmen es in die Hand, spielten darauf und bauten es sogar aus seinen Bestandteilen zusammen. Wir haben den erweiterbaren NVMe-Speicher gesehen, wir haben unseren ersten Eindruck von hardwarebeschleunigtem Raytracing auf der Konsole der nächsten Generation bekommen und wir haben gesehen, wie einer der talentiertesten Entwickler von Microsoft versucht, eines der aktuell technisch beeindruckendsten Spiele auf dem Markt für die neue Xbox zu verbessern. Wir haben einige brillante Abwärtskompatibilitätsfunktionen kennengelernt - und ja, heute können wir die vollständigen offiziellen Spezifikationen für die Xbox-Series-X-Konsole veröffentlichen.

Es gibt eine Menge Material mit euch zu teilen, aber im Moment werden wir versuchen, die wichtigsten Punkte zu liefern und versprechen euch, dass noch viel mehr kommen wird. In diesem Artikel (und weiteren, die diese Woche folgen) werden wir uns eingehend mit der Technologie befassen, die die neue Maschine antreibt, und wir werden Folgendes enthüllen:

• Wie Series X in der Praxis mehr als doppelt so leistungsfähig ist wie die Xbox One X;
• Der Unterschied, den die hardwarebeschleunigte Raytracing-Funktion für das Aussehen der Spiele ausmacht;
• Wie die radikale Herangehensweise an den Arbeitsspeicher und die schnelle Festplatte ein Game-Changer sein könnte - einschließlich der fantastischen Funktion für die schnelle Wiederaufnahme von Spielen;
• Microsofts Kampf gegen Eingangsverzögerungen und Tearing;
• Und einige beeindruckende Kompatibilitätsfunktionen, einschließlich automatisiertem HDR für ältere Spiele!

Alles beginnt mit den drei Grundsätzen, auf denen die Xbox der nächsten Generation basiert: Leistung, Geschwindigkeit und Kompatibilität. Microsoft hat zweifellos seine eigenen Geschichten zu erzählen, die auf diesen Säulen basieren, aber sie dienen auch als solide Grundlage für unsere Geschichte.

Wie leistungsstark ist die Xbox Series X?

In Sachen Leistung beginnt alles mit dem Project Scarlett SoC (system on chip). Der Prozessor basiert auf einer verbesserten Fertigungsmethode des 7-nm-Prozesses von TSMC, der unserem Verständnis nach eine Reihe von Verbesserungen an der Technologie mit sich bringt, bis hin zu, aber nicht einschließlich des neuen EUV-basierten 7nm +. Der Chip selbst ist ein 360mm² großes Stück Silizium (deutlich kleiner als wir spekuliert haben), die angepasste Versionen des AMD-Zen 2-CPU-Kerns mit 12.155 Teraflops GPU-Rechenleistung kombiniert.

Wie erwartet erhalten wir acht CPU-Kerne und 16 Threads, die über zwei Quad-Core-Einheiten auf dem Silizium verteilt werden, wobei ein CPU-Kern (oder zwei Threads) für die Ausführung des zugrunde liegenden Betriebssystems und das "Front-End-Shell" reserviert ist. Microsoft verspricht eine 4-fache Verbesserung des Single-Core- und des Gesamtdurchsatzes gegenüber der Xbox One X - und die CPU-Geschwindigkeit ist mit einer Spitzentaktrate von 3,8 GHz beeindruckend. Dies ist der Fall, wenn SMT - oder Hyper-Threading - deaktiviert ist. Seltsamerweise können Entwickler wählen, ob sie mit acht physischen Kernen im höheren Takt arbeiten möchten, oder alle Kerne und Threads können mit einer niedrigeren Taktrate von 3,6 GHz aktiviert werden. Diese Taktraten sind fest und passen sich nicht an die Last oder die thermischen Bedingungen an - ein Punkt, den Microsoft während unseres Besuchs mehrmals hervorgehoben hat.

In unseren PC-basierten Tests kann die Aktivierung von SMT bis zu 30 Prozent - oder mehr - zusätzliche Leistung in Anwendungen mit gutem Threading liefern. Zumindest für Starttitel erwartet Microsoft jedoch, dass Entwickler sich für den höheren 3,8-GHz-Modus mit deaktiviertem SMT entscheiden. "Aus Sicht eines Spieleentwicklers erwarten wir, dass viele von ihnen tatsächlich bei den acht Kernen bleiben, da ihre aktuellen Spiele häufig auf sieben Kerne und sieben Arbeitsthreads ausgerichtet ist", erklärt Andrew Goossen, technischer Mitarbeiter bei Microsoft und Xbox-Systemarchitekt . "Damit sie einen Schritt weiter gehen und 14 Hardware-Threads nutzen können, müssen sie das System dafür haben, aber dann müssen Workloads vorhanden sein, die sich noch effektiver auf sie verteilen. Und so stellten wir bei der überwiegende Mehrheit der Entwickler, mit denen wir über ihre Wahl für den Start sprachen, fest, dass sie mit deaktiviertem SMT und höherer Taktrate arbeiten werden. "

Es gibt Anpassungen am CPU-Kern - speziell für Sicherheit, Leistung und Performance. Mit 76 MB SRAM über den gesamten SoC verteilt ist davon auszugehen, dass der gigantische L3-Cache in Desktop-Zen-2-Chips etwas reduziert wurde. In den Project-Scarlett-Cloud-Servern wird genau derselbe Series-X-Prozessor verwendet, um die derzeit verwendeten Xbox-One-S-basierten xCloud-Modelle ersetzt. Zu diesem Zweck hat AMD eine EWG-Fehlerkorrektur für GDDR6 ohne Leistungseinbußen eingebaut (es gibt eigentlich kein EWG-kompatibles G6, daher fahren AMD und Microsoft mit ihrer eigenen Lösung), während auch Virtualisierungsfunktionen enthalten sind. Und das führt uns zu unserem ersten Mic-Drop-Moment: Der Series-X-Prozessor kann tatsächlich vier Xbox-One-S-Spielsitzungen gleichzeitig auf demselben Chip ausführen und enthält einen neuen internen Video-Encoder, der sechsmal so schnell ist wie der externer Encoder, der auf aktuellen xCloud-Servern verwendet wird.

Zumindest bis jetzt lag der Schwerpunkt auf der GPU, bei der Microsoft mit über 3328 Shadern, die 52 Recheneinheiten mit einer festen Taktrate von 1.825MHz zugeordnet sind (von insgesamt 56 auf dem Silizium, vier sind deaktiviert, um die Produktionsausbeute zu erhöhen), 12 Teraflops Rechenleistung liefert. Microsoft betont erneut, dass die Frequenzen auf allen Geräten und in allen Umgebungen konsistent sind. Bei der Xbox Series X gibt es keine Boost-Taktraten.

"12 TFLOPs waren von Anfang an unser Ziel. Wir wollten mindestens eine Verdoppelung der Leistung gegenüber der Xbox One X, um unsere 4K60- und 120fps-Ziele zu unterstützen. Und wir wollten, dass diese Verdoppelung für alle Spiele einheitlich gilt", erklärt Andrew Goossen. "Um dies zu erreichen, haben wir uns ein Ziel gesetzt, das der doppelten Zahl an TFLOPs in Bezug auf die Rohleistung entspricht, in dem Wissen, dass durch Architekturverbesserungen die typische effektive Leistung viel höher als das Doppelte ausmachen würde. Wir haben unser Ziel zur Verdoppelung der TFLOPs der Leistung festgelegt, bevor Architekturverbesserungen überhaupt in Betracht gezogen wurden - aus mehreren Gründen. Grundsätzlich wurde ein kühnes Ziel für den Stromverbrauch definiert und damit unsere gesamte Systemarchitektur definiert."

"Aber auch in den frühen Phasen des Entwurfs ist es für uns schwierig, den Anstieg der architektonischen Verbesserungen in Worst-Case-Szenarien genau vorherzusagen. Unsere Messlatte war in allen Fällen eine Verdoppelung, nicht nur ein Durchschnitt. Die praktischste technische Methode, um dies sicherzustellen, die Verdoppelung in Worst-Case-Szenarien zu erreichen, bestand darin, ein Ziel zu setzen, das doppelt so hoch ist wie die rohe TFLOP-Performance. Dann konzentrierten wir uns darauf, die effektive Leistung durch Verbesserungen der Architektur und neue Funktionen noch weiter zu steigern."

Wir haben über die letzten Monate gezeigt, dass AMDs RDNA-Architektur substanziell mehr Leistung pro Teraflop bietet, dank des radikal neuen Designs in Kombination mit viel höherer Taktung (die Series-X-GPU läuft auf 56 Prozent höherer Frequenz als die der One X), aber es gibt Multiplikatoren, die durch die Nutzung bestimmter Features, die fest im Design eingearbeitet sind, auch noch Wirkung entfalten sollten. So zum Beispiel die variable Shading-Rate, die in Effekt die die Render-Präzision erhöht oder senkt, basierend auf der Sichtbarkeit eines Objektes.

Selbst mit sehr simplen Ports, die so gut wie keines der neuen Features der Series X nutzen, lassen sich sehr beeindruckende Ergebnisse erzielen. Mike Raynor und Colin Penty von The Coalition zeigten uns eine Series-X-Umsetzung von Gears 5, die in gerade mal zwei Wochen erstellt wurde. Die Entwickler arbeiteten mit Epic Games zusammen, um die UE4 auf dem System lauffähig zu bekommen, dann stellten sie einfach alle internen Regler auf das PC-Äquivalent der Ultra-Einstellungen, fügten verbesserte Contact Shadows und UE4s neue Software-basierte Ray-Traced-Screen-Space-Beleuchtung hinzu. Dazu wurden die Zwischenszenen, die auf der Xbox One X mit 30fps liefen, auf 60fps gesetzt. Wir werden uns das noch genauer anschauen, aber einen erstaunlichen Punkt kann man hier jetzt schon mal im Hinterkopf haben: Uns wurden Benchmark-Ergebnisse vorgeführt, die zeigten, dass dieser zwei Wochen alte, nicht optimierte Port jetzt schon eine Leistung vorweisen kann, die der einer RTX 2080 sehr, sehr nahe kommt.

"Ich denke, relativ zu dem, wo wir jetzt stehen und ausgehend von unserer Erfahrung mit der Hardware und diesem speziellen Spiel, sind wir sehr erfreut darüber, wie es jetzt schon läuft. Vor allem, wenn man weiß, wie viel ungenutzte Leistung noch in der Box steckt, basierend auf unserer bisherigen Arbeit damit.", so The Coaltions enthusiastischer Tech Director Mike Raynor. "Gears 5 wird noch optimiert werden, sodass die Performance, die wir hier heute kurz demonstriert haben, zum Start der Series X auch verfügbar sein wird. Der Titel wird Smart Delivery unterstützen, sodass jeder, der das Spiel in irgendeiner Form bereits hat, es gratis auf der Series X spielen können wird."

Für ein Spiel, das noch nicht einmal die neuen Next-Gen-Features der GPU nutzt, war es eine sehr beeindruckende Demonstration. Derzeit ist es noch sehr schwierig zu bemessen, wie genau sich die Verbesserungen in Qualität und Performance der Grafik über die Zeit darstellen werden. Es gibt natürlich viele Parallelen zu den aktuellen Maschinen, aber der Mix aus neuer Hardware und neuen APIs erlaubt es, sehr unterschiedliche Workloads an die GPU zu übergeben. Maschinelles Lernen ist ein in der Vergangenheit schon angesprochenes Feature, im Zusammenhang mit Nvidias Turing-Architektur und deren DLSS AI Upscaling. Die RDNA-2-Architektur der Series X hat kein Tensor-Core-Äquivalent, aber Microsoft und AMD haben sich eine eigene, effiziente Lösung ausgedacht, basierend auf den Standard Shader Cores. Mit über 12 Teraflops an FP32-Berechnung kann RDNA 2 das mit FP16 verdoppeln (ja, Rapid Packed Math ist zurück). Allerdings bedeutet maschinelles Lernen für Workloads oft eine viel geringere Präzision, also wurden die RDNA-2-Shader weiter angepasst.

"Wir wissen, dass viele Interferenz-Algorithmen nur 8-bit und 4-bit Integer-Positionen für Gewichte brauchen und dass die mathematischen Operationen, die diese Gewichte beinhalten, einen Großteil des Performance Overhead für diese Algorithmen ausmachen.", so Andrew Goossen. "Also fügten wir einen Hardware-Support für dieses spezifische Szenario hinzu. Das Ergebnis ist, dass die Series X 49 TOPS für 8-bit Integer Operationen und 97 TOPS für 4-bit bietet. Es ist zu beachten, dass die Gewichte Integer sind, also sind dies TOPS und nicht TFLOPS. Im Ergebnis hat damit die Series X ein bisher unerreichtes Potential für maschinelles Lernen."

Andere Features für zukünftige Nutzung haben es auch in das Design geschafft. Wiederum ähnlich zu Nvidias existierender Turing-Architektur gibt es Mesh-Shader innerhalb des RDNA 2, die einen sprunghaften Anstieg geometrischer Details bedeuten.

"Während GPUs immer breiter wurden und die Rechenleistung sich erhöhte, waren geometrische Berechnungen immer mehr an die festen Funktionen des Vertex-Issue-Dreieck-Setups und die Tesselation-Blocks der GPU gebunden.", so Goossen. "Mesh-Shading erlaubt es Entwicklern, diese Flaschenhälse der festen Funktionen komplett zu umgehen, indem eine optionale Alternative zu den bestehenden Pipelines der GPU angeboten wird. Neben Performance erlaubt Mesh-Shading den Entwicklern mehr Freiräume und eine effiziente Speicher-Nutzung. Mesh-Shading bedeutet, dass die Entwickler die Details von Formen und Animationen hochschrauben können, ohne dafür Framerate opfern zu müssen."

Es gibt noch mehr, viel mehr. Zum Beispiel erlaubt die Series-X-GPU, dass die Arbeit zwischen Shadern aufgeteilt wird, ohne dass die CPU sich darum kümmern muss. Das spart den Zen-2-Kernen eine Menge Arbeit, indem die Daten bei der GPU bleiben. Aber die eigentliche große Neuerung ist Hardware-beschleunigtes Raytracing. Das ist eine wichtige Neuerung und die Konsolen-Unterstützung von RT ist ambitionierter, als wir es je für möglich gehalten haben.