作者: Jason Ronald, Xbox Series X 項目管理總監

　　Xbox Series X 設計初衷

　　當我們開始設計 Xbox Serie X 時，我們渴望通過新世代的創新構建我們最為強勁的主機，并提供在當下世代主機中從未有過的、不間斷的持續性能，這前所未有。為了實現這一目標，我們知道我們需要分析系統的每個組件，以突破傳統主機性能和設計的限制。在 Xbox Series X 的設計中，確保我們在功率、速度和性能之間取得卓越的平衡，同時確保任何組件都無法限制全球最佳創作者的創意雄心，從而使他們能夠提供前幾代主機不可能實現的、真正具有變革性的新世代游戲體驗，是至關重要的。

　　Xbox Series X 的核心是我們的定制處理器，利用合作伙伴 AMD 提供的最新 RDNA 2 和 Zen 2 架構，提供一流的新世代處理器，提供超過 12 TFLOPs的 GPU 功率和超過 4 倍于 Xbox One X CPU 處理能力。 Xbox Series X 包含任何具有 16GB GDDR6 內存的新世代主機的最高內存帶寬，包括 10GB 的 GPU 優化內存(560 GB/s，使處理器保持無瓶頸)。當我們分析存儲子系統時，很明顯，我們已經到達了傳統硬盤技術的上限，為了實現我們的設計初衷，我們需要從根本上重新思考和徹底改變我們打造 Xbox Series X 的方式。

　　助力新世代游戲設計及創意愿景

　　現代游戲需要大量的數據來創造供游戲玩家體驗的逼真世界。為了使處理器能夠以最佳性能工作，必須將所有這些數據從存儲加載到內存中。大規模、動態的開放世界環境和生機勃勃、持續變化的世界以及密度和多樣性的爆炸式增長只會增加所需的數據量。將環境網格數據、高多邊形角色模型、高分辨率紋理、動畫數據、音頻和視頻源文件等功能一起組合在一起，為玩家提供最為身臨其境的游戲環境。

　　盡管現代游戲引擎和中間件能夠將游戲素材從本地存儲中流入內存，但游戲設計人員仍經常需要創建狹窄的路徑、走廊或電梯，以繞過傳統硬盤和 I/O 管道的局限性。這些游戲內元素通常用于掩蓋從內存中卸載前一個區域的素材，同時加載新素材以用于下一個游戲空間。當我們討論開發人員對新世代游戲的渴望以及當下世代技術的局限性時，這一挑戰將繼續呈指數級增長，進一步限制真正變革性游戲創作的雄心壯志。這一反饋影響了 Xbox 快速架構的設計和開發。

　　隆重介紹 Xbox 快速架構

　　Xbox 快速架構的設計初衷就是成為新世代游戲素材流的終極解決方案。傳統 I/O 子系統的這種徹底改造直接影響了 Xbox Series X 設計的各個方面。如果我們的定制設計處理器位于 Xbox Series X 的核心，Xbox 快速架構就是Xbox Series X 的靈魂。通過硬件、軟件創新的深度集成，Xbox 快速架構將通過新世代游戲為玩家提供前所未有的游戲體驗。

　　Xbox 快速架構包含四個主要組件：我們的自定義 NVME SSD、硬件加速解壓模塊、全新的 DirectStorage API 和采樣器反饋流 (SFS)。

　　讓我們來詳細了解一下這些組件：

　　· 自定義 NVME SSD: Xbox 快速架構的基礎是我們的定制 1TB NVME SSD，提供 2.4 GB/s 的原始 I/O 吞吐量，是 Xbox One 吞吐量的 40 倍以上。PC 中使用的傳統 SSD 通常會隨著熱量增加或執行驅動器維護時降低性能。Xbox Series X 中的自定義 NVME SSD 旨在實現一致、持續穩定的性能，而不是峰值性能。開發人員將獲得時刻都有保證的 I/O 性能水平，他們可以依靠這種性能水平設計和優化他們的游戲，從而消除他們當前必須克服的障礙和約束。這種一致、持續穩定的性能水平也適用于希捷可擴展存儲卡，無論游戲位于何處，您都能獲得完全相同的游戲體驗。

　　· 硬件加速減壓: 為盡量減少下載時間以及每個游戲所需的存儲量，游戲程序和素材都經過壓縮。通過 Xbox Series X 對于行業標準 LZ 解壓器的硬件加速支持，以及專為名為 BCPack 的紋理數據而設計的全新的專有算法，為開發人員提供了兩全其所用的優質資源，無需在質量或性能方面損失任何成本。由于紋理數據占游戲總大小的很大一部分，除了通用 LZ 解壓器之外，還針對紋理數據進行了專門構建的算法，因此兩者都可以并行使用，以減少游戲包的整體大小。假設壓縮比為 2：1，Xbox Series X 為游戲提供了有效的 4.8 GB/s I/O 性能，大約是前代主機 I/O 性能的 100 倍。而要在軟件中提供類似級別的解壓性能，需要 4 個超過 4 個 Zen 2 CPU 內核。

　　· 全新 DirectStorage API: 標準文件 I/O API 是 30 多年前開發的，幾乎沒有變化，而存儲技術自那時以來已取得了重大進展。當我們分析游戲數據訪問模式以及使用 SSD 技術的最新硬件進步時，我們知道我們需要提升最先進的技術，將更多的控制權掌握在開發人員手中。我們在 DirectX 系列中添加了一個全新的 DirectStorage API，為開發人員提供了對 I/O 操作的精細顆粒控制，使他們能夠建立多個 I/O 隊列，確定優先級并最大限度地減少 I/O 延遲。這些直接、低級別的訪問 API 可確保開發人員能夠充分利用硬件提供的原始 I/O 性能，從而幾乎消除加載時間或快速旅行系統，讓快速旅行做到真正意義上的快速。

　　· 采樣器反饋流 (SFS): 采樣器反饋流(SFS)是一項建立在 Xbox 快速架構其他先進技術之上的全新創新。游戲紋理根據不同細節和分辨率級別進行優化，稱為 mipmap，并且可以在渲染過程中根據對象與玩家的距離使用。當對象靠近玩家時，紋理的分辨率必須提升到玩家所期望的清晰細節和視覺效果。然而，與在場景中較遠的對象時可以使用的較低分辨率的 mips 相比，這些較大的 mipmap 需要大量的內存。現階段，開發人員必須在內存中加載整個 mip 級別，即使他們可能只采樣整個紋理的很小一部分。通過添加到 Xbox One X 的專用硬件，我們能夠分析 GPU 的紋理內存使用情況，我們發現 GPU 通常訪問內存中需要加載的紋理數據的不到 1/3。單個場景通常包含數千種不同的紋理，導致有效內存和 I/O 帶寬利用率因使用效率低下而嚴重損失。通過這一洞察，我們能夠創建和添加新功能到 Xbox Series X 的 GPU，使其只按需將 mip 級別的子部分加載到內存中，及時滿足 GPU 的數據需求。這一創新使平均超過原始硬件功能的有效 I/O 吞吐量和內存使用量提升至約 2.5 倍。SFS 在可用系統內存和 I/O 帶寬上提供了有效的乘數，從而顯著提高了內存和 I/O 吞吐量，使您的游戲更加豐富、更具沉浸感。

　　通過 I/O 吞吐量的大幅增加、硬件加速減壓、DirectStorage 以及采樣器反饋流提供的顯著效率提升，Xbox 快速架構將使 Xbox Series X 能夠提供遠遠超出原始硬件配置的高效性能，從而在游戲需要時提供對存儲在 SSD 上的 超過100GB 的游戲數據的直接、即時和低級別訪問。這些創新將開啟游戲體驗、體驗深度和沉浸感新篇章。

　　開啟新世代體驗

　　所有這些內容對于玩家而言意味著什么呢?隨著業界最具創造力的開發人員和中間件企業開始探索這些新功能，我們期待在接下來的新世代中實現重大創新，因為這種革命性的新架構能夠實現游戲領域從未考慮過的全新的應用場景。 Xbox 快速架構提供的表現和功能達將達到到全新水平，遠遠超出了硬件本身的原始配置。Xbox 快速架構從根本上重新思考開發人員如何利用 Xbox Series X 所提供的硬件。從全新的渲染技術到近乎消失的加載時間，到更廣闊、更生機勃勃的動態世界，作為一個玩家，您可以選擇您想要探索的體驗。我們對已經看到的早期結果非常興奮。此外，Xbox 快速架構還開辟了更多機會，并在平臺級別實現了新的創新，例如，快速喚醒使您能夠在多個游戲中立即恢復各自的進度，從而改善 Xbox Series X 上所有玩家的整體游戲體驗。

　　我們迫不及待地想要讓世界各地的玩家從今年冬季開始在 Xbox Series X 上感受這些新世代的游戲體驗。

　　關于微軟

　　微軟(納斯達克上市代碼“MSFT”)致力于成就“智能云與智能邊緣計算”時代的數字化轉型，予力全球每一人、每一組織，成就不凡。