DF的Project Scorpio資訊整理 - XBOX

整理了一下DF文章的資訊，
也澄清了一些昨天比較混亂的地方

http://www.eurogamer.net/articles/digitalfoundry-2017-project-scorpio-
tech-revealed

https://goo.gl/igf49u


Project Scorpio 比較簡表
http://i.imgur.com/30SDpd4.png

Project Scorpio的SoC - Scorpio Engine
http://i.imgur.com/7kKSWvh.jpg


系統晶片Scorpio Engine


開發過程:

-開發目標為讓Xbox One中，上至900P下至1080P的遊戲，Scorpio都能輕鬆以4K解析度運行

-硬體開發前，微軟先做數年的資料收集
利用PIX(Performance Investigator for Xbox Xbox效能調查工具)，
與開發者合作，蒐集Xbox One上頭所有最暢銷遊戲的執行狀況。

-將PIX得到的數據建檔輸入，建立所有暢銷遊戲的模型，將其應用至硬體模擬器中，
模擬各遊戲以4K狀態執行時的狀況

-硬體模擬器可模擬各種CU數量、時脈模擬、記憶體頻寬、渲染引擎數量、快取大小等等，
各種硬體配置，開發小組嘗試各種組合，得出最佳配置。

-利用蒐集的資料與模擬的結果，與AMD合作，針對各種瓶頸或需求對GPU做更深度客製化。
*著色引擎(Shader Engine)數量加倍，配合時脈增加，頂點與多邊形性能提升2.7倍
*後端渲染器(Render BackEnds)數量加倍，填充速率提升2.7倍
*GPU L2快取擴大4倍，針對4K
*6.0 TF 目標性能

RAM:

-4K解析度，4K貼圖素材與渲染目標更大，需要更高記憶體頻寬，
模擬各種記憶體頻寬與各種分析得出，需要至少300 GB/s的記憶體頻寬。

-最終選擇384-bit GDDR5介面，12通道，每個通道32bit，達成326 GB/s的記憶體頻寬

-AMD的Delta色彩壓縮功能(Delta Colour Compression)節省頻寬損耗
*Xbox One不存在的功能，GCN 1.2的新特性

-12GB的RAM，8GB對遊戲開發者開放，4GB系統使用
*比Xbox One可用5GB大60%，也是確保4K遊戲載入時間與1080P遊戲一致
*系統使用相較於Xbox One多1GB，是為運行4K主機介面所致

-ESRAM取消，以虛擬記憶體方式模擬
*ESRAM曾經一度納入Scorpio開發考量
*採用GDDR5 326 GB/s，足以應付失去ESRAM的204 GB/s 記憶體頻寬
*延遲雖然較ESRAM高，但系統整體性能的提升與更大的頻寬足以彌補
*以虛擬記憶體方式，映射32MB的GDDR5 RAM位址，讓舊遊戲存取該由ESRAM負責的32MB

CPU:

-2個4核心叢集，總共有4MB L2快取，專為Scorpio客製化，以2.3GHz運行的8核心 CPU
*非Ryzen架構
*與Xbox One 100%相容
*時脈比Xbox One快31%
*透過深度客製化減少延遲，以便讓CPU被更充分運用，CPU/GPU協作也得到效能提升
*特製硬體，分擔關鍵任務，減少負載(GPU指令處理器)

GPU指令處理器:

為GPU設計一個指令處理器
*將最常用DX12 D3D API內建入處理器邏輯中，讓遊戲對GPU調用超高效
*分擔掉大量CPU最重要、負載最大工作之一-繪圖命令(Draw Call)
*過去一個管線需要耗費數千，甚至數十萬個CPU指令，使用該處理器，
只需11個CPU指令與9次狀態變換就能完成任何一種繪圖命令
*對應用DX12的Xbox遊戲，目前可減少CPU約一半負載(以後也都是DX12遊戲)
*Xbox One/Xbox One S也具備此指令處理器，DX12所削減的CPU用量已經反映
在已推出DX12 Xbox One遊戲
*Scorpio的指令處理器比起X1/X1S，有額外的功能與可程式化能力


-沒能使用Ryzen架構，微軟並不擔心，通過客製化滿足設計目標，同時取得
商業平衡點(售價)

音效處理器:

-與Xbox One的幾乎一模一樣

-新增空間環繞功能
*支援Dolby Atmos的7.1聲道與Hololens團隊開發的微軟專用格式HRTF
*由於音效硬體與之前幾乎一致，空間環繞功能對所有Xbox One硬體都能支援

晶片布局概觀

-晶片面積360mm平方、70億電晶體
*4個著色引擎佔據大部分面積偏左，著色引擎有11個計算單元，禁用一個來提升生產良率
*2個叢集CPU坐落於右邊
*記憶體介面圍繞外圍
-台積電16nm FinFET製程

整合最新AMD多媒體單元

-遊戲DVR可使用次世代HEVC編碼器，達到4K 60fps HDR影片錄製，並無損遊戲效能
-新「回溯截圖」功能(Retroactive Screen Capture)
*由於畫面全部被一幀一幀被記錄在系統中，無須在正確時間按下截圖，可倒回之前畫面
選自己要的畫面來截

顯示輸出:

-HDMI 2.0 支援4K、更高的幀率、HDR與廣色域
-針對1080P螢幕，有系統層級的4K -> 1080P Downsampling

散熱、電源、內部設計與接口配置:

-設計目標為小巧設計，要能實現整體效率最大化與最大限度降低功耗
*相較於一般全體通用的功率最佳化策略，微軟使用內部工程師開發的Hovis method工程
方法來個別微調每一個晶片與元件的電壓，一方面避免了大量的能源浪費，一方面也被
免那些被浪費的能源化做熱
*台積電每條Scorpio Engine生產線都有個別的power分析


-為GPU的高時脈，主散熱器引入真空腔均熱板(Vapour-Chamber)冷卻技術
*首次被引入主流消費產品遊戲主機散熱，以往只有在GTX 1080等高階卡才能見到的技術
*由一片片的銅片組成，裡頭抽真空，並加入電離蒸餾水，熱被吸到水中蒸發，然後冷凝
倒銅片上，是非常高效率的散熱方式，但散熱片上的熱還需由系統排出。

https://i.imgur.com/0Io8L6n.png

-Xbox One使用的標準軸流風扇無法滿足帶走散熱片需求，微軟特別訂製專用的離心風扇
*能以更低的風扇速度，創造更多風量

-245瓦的內置電源，為Xbox史上使用效率最高

-內部配置緊密，硬碟置於專用的減震器上，降低讀取錯誤並確保最佳數據吞吐量
與Xbox One S幾乎相同的UHD藍光光碟機

Project Scorpio 內部零件結構圖
http://i.imgur.com/73CRtNl.jpg

-背後接口配置與Xbox One S幾乎相同，電源接頭使用標準8號插座，可直接把Xbox One
的電源線插進去。

-無原始Kinect接口，要插Kinect需要USB轉接器

-HDMI 輸入保留

-外觀將在E3發表
*有國外網友按圖片推測出外觀大小 https://redd.it/63x2eh
他推測大致與Xbox One S差不多大

ForzaTech 展示

4K截圖
https://cdn.gamer-network.net/2017/screenshots/Forza-Tech-Screenshot.png

微軟以一個Xbox One版移植的ForzaTech作為展示
-沿用Xbox One設定，但採用4K素材，原生4K，鎖定60fps
-車輛數量最大，完整AI與物理模擬，尚未最佳化，GPU占用率只在60~70之間
-調整為等同PC上Ultra設定時，GPU占用率88%(一樣為4K 60fps)



Xbox One與Xbox360 遊戲執行

http://www.eurogamer.net/articles/digitalfoundry-2017-project-scorpio-back-
compat-five-ways-your-existing-games-will-be-better

https://goo.gl/h04149

微軟:以效能來考量的相容設計有兩種，

一是用昇級版的原件儘量讓效能可模擬原始主機，
二是不去刻意完全複製原始主機架構，儘量解放所有效能，
而相容性問題由主機商來解決

PS4 Pro選擇前者，微軟選擇後者

Scorpio執行Xbox One與Xbox360相容遊戲，
無須開發者更新，就有五個方面讓遊戲跑得比以往更好


1.更佳效能表現與無畫面撕裂
-可使用所有CPU與GPU能力，讓遊戲能達到開發商所設定的最高上限
-強制開啟垂直同步，再無畫面撕裂問題

2.採用動態解析度遊戲保持最高解析度

3.改善材質紋理
-強制16倍材質過濾(AF)

4.Scorpio GameDVR支援
-4K 60fps的遊戲畫面錄製
-HEVC編碼，既使是1080P內容，也會因此有更好的錄製品質

5.更快讀取
-得益CPU時脈提升，加上Scorpio的硬碟傳輸頻寬比Xbox One大50%，
遊戲能享有比Xbox One更短的讀取時間

--