Spielekonsole Xbox Series X: 8K-Gaming mit Hardware-Tricks
Auf der Hotchips hat Microsoft das in 7-nm-Technik hergestellte SoC der Xbox Series X genauer vorgestellt. Die GPU beherrscht auch flexibles Hybrid-Raytracing.
(Bild: Microsoft)
Ein 360,4 mm² großer Kombiprozessor stellt das Herzstück von Microsofts kommender Spielekonsole Xbox Series X dar. Er umfasst 15,4 Milliarden Transistoren – 133 Prozent mehr als das System-on-Chip (SoC) der Xbox One X. Dafür steigt die CPU-Leistung mit acht Zen-2-Kernen und einer 12-TeraFlops-GPU auf RDNA-2-Basis deutlich. Weitere Details dazu erläuterten die Microsoft-Ingenieure Jeff Andrews und Mark Grossman aus dem Azure Silicon Architecture Team im Rahmen der 32. Hot-Chips-Konferenz.
Zum Einsatz kommt ein moderner 7-Nanometer-Prozess von Chipauftragsfertiger TSMC. Aufgrund einer höheren Defektrate als bei den bisher eingesetzten 16-nm-Strukturen und gestiegenen Wafer-Preisen spricht Microsoft von höheren Herstellungskosten. Konkret ist die Rede von "N7 Enhanced", einer verbesserten Version von TSMCs erstem 7-nm-Prozess N7, die an AMDs optimierte Ryzen-3000XT-Prozessoren erinnert.
Acht Zen-2-Kerne mit abgespecktem Cache
Um Chipfläche und damit Produktionskosten zu sparen, übernimmt Microsoft das CPU-Design von AMDs Renoir-Chip (Ryzen 4000U/H/G): Zwei Core Complexes (CCX) mit jeweils vier Zen-2-Kernen stehen je 4 MByte L3-Cache zur Seite und nicht 16 MByte wie bei den Ryzen-3000-CPUs. Mit bis zu 3,8 GHz Taktfrequenz und von Entwicklern optional einsetzbares Simultaneous Multithreading (SMT) für 16 Threads steigt die CPU-Leistung verglichen mit der Xbox One X deutlich. Ein Audio-Prozessor soll die CPU-Kerne entlasten. Spiele können so zum Beispiel mehr Charaktere mit komplexeren Verhaltensstrukturen berechnen lassen.
Die Grafikeinheit besteht aus insgesamt 56 Compute Units mit 3584 Shader-Kernen, wovon vier Compute Units zur Erhöhung der Chipausbeute deaktiviert sind – ein übliches Vorgehen. Übrig bleiben also noch 3328 aktive Shader-Rechenkerne. Die GPU nimmt den meisten Platz auf dem Chip ein. Die theoretische FP32-Rechenleistung verdoppelt sich von 6 auf 12 TeraFlops, allerdings wechselt Microsoft von AMDs GCN- auf die RDNA-2-Architektur, welche ihre Rechenleistung besser auf die Straße bringen soll.
(Bild: Microsoft)
Auf der Hot-Chips-Konferenz HC32 sprach Grossman von einer 25 Prozent höheren Leistung pro Takt im Vergleich zu GCN. Ebenso dabei: das Direct3D-Feature-Level 12_2 alias DirectX 12 Ultimate. HDMI 2.1 ermöglicht 8K-Auflösungen (7680 × 4320 Pixel) bei 60 Hertz oder 4K (3840 × 2160 Pixel) bei 120 Hertz. Grafisch weniger aufwendige 3D-Spiele können die Rechenleistung also nutzen, um schlicht die Auflösung in die Höhe zu treiben. Tricks wie Variable Rate Shading (VRS), bei dem die GPU mehrere Pixel zu Blöcken zusammenfasst und deren Farbabstufungen gemeinsam berechnet, sparen zudem Leistung.
Die Grafikeinheit der Xbox Series X beschleunigt Raytracing in Hardware und kann mit zusätzlichen Datenformaten wie INT8 und INT4 für KI-Berechnungen umgehen. Dazu auf der nächsten Seite mehr.
16 GByte GDDR6 an 320 Bit
Das Thema Kostenoptimierung setzt sich derweil beim Speicher fort. Microsoft verlötet auf dem Mainboard der Xbox Series X zehn GDDR6-Chips, sechs davon mit je 2 GByte Kapazität und vier mit 1 GByte. So sind 10 GByte mit den kompletten 320 Datenleitungen angebunden und 6 GByte an 192 Bit. Die GPU greift bei 3500 MHz RAM-Takt (14 GBit/s pro Pin) mit vollen 560 GByte/s auf den Speicher zu, die CPU hingegen mit 336 GByte/s. Jeff Andrews erläuterte, man sei nicht religiös in Bezug auf die Speichertechnik und habe auch eine HBM-Lösung erwogen. Diese sei im Endeffekt aber zu teuer gewesen.
Eine Custom-PCI-Express-SSD ist über zwei PCIe-4.0-Lanes angebunden. Über die "Velocity Architecture" soll der Speicher-Controller besonders schnell Daten von der SSD in den RAM schreiben, weshalb Microsoft den NAND-Flash als Erweiterung des GDDR6-Speichers sieht.
| Microsoft-Konsolen im Vergleich | ||
| Konsole | Xbox Series X | Xbox One X |
| Prozessor | ||
| Architektur | AMD Zen 2 | AMD Jaguar |
| Kerne / Threads | 8 / 16 | 8 / 8 |
| CPU-Takt | 3,6 / 3,8 GHz (mit / ohne SMT) | 2,3 GHz |
| Grafikeinheit | ||
| Architektur | AMD RDNA 2 | AMD GCN 4+ |
| Compute Units / Shader | 52 / 3328 | 40 / 2560 |
| GPU-Takt | 1825 MHz | 1172 MHz |
| Rechenleistung | 12 TFlops | 6 TFlops |
| Speicher | ||
| Menge / Typ | 16 GByte GDDR6 | 12 GByte GDDR5 |
| Interface | 320 Bit | 384 Bit |
| Übertragungsrate | 10 GByte @ 560 GByte/s, 6 GByte @ 336 GByte/s | 326 GByte/s |
| Datenträger | ||
| Menge / Typ | 1 TByte Custom-PCIe-SSD | 1 TByte HDD |
| Erweiterbarkeit | Custom-PCIe-SSD | USB-Datenträger |
| Laufwerk | UHD-Blu-ray | UHD-Blu-ray |
