Apresentação da visão geral da GPU do XBOX Series X|S

Este tópico descreve a arquitetura das GPUs do XBOX Series X|S e o desempenho teórico dos consoles XBOX Series X, XBOX Series S e XBOX One. As GPUs do XBOX Series X|S têm conjuntos de recursos de hardware diferentes em comparação com a GPU do XBOX One. Para aproveitar ao máximo as GPUs do XBOX Series X|S e obter o melhor desempenho no jogo, é importante entender seu hardware. Esses detalhes estão sujeitos a alterações em futuras atualizações do Microsoft Game Development Kit (GDK).

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Plataformas de hardware e software

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Plataformas de hardware do XBOX Series X|S

O XBOX Series S é o novo console menor e mais elegante da Microsoft. O XBOX Series S é o sucessor do XBOX One S, com a meta de design de 1440p a 60 quadros por segundo (FPS). O XBOX Series X é o console mais poderoso da Microsoft até hoje. O XBOX Series X é o sucessor do XBOX One X, com a meta de design de 4K a 60 FPS. O XBOX Series S e o XBOX Series X são compatíveis entre si. Eles têm os mesmos:

• Conjunto de recursos de hardware.
• Executável e driver.
• Sombreadores e ativos.
• Pacotes e disco.

Comparando o XBOX Series X|S com o XBOX One:

• Os títulos do XBOX Series X|S não precisam dar suporte ao XBOX One e vice-versa.
• Os títulos nativos do XBOX Series X|S são:
  • Somente Direct3D 12.x.
  • Somente DirectX Shader Compiler (DXC) e Shader Model 6.0 ou posterior.
  • Somente GDK.
• Os títulos do XBOX One que não são nativos do XBOX Series X|S são executados por meio da camada de compatibilidade.
  • O XBOX Series S segue o caminho de código do XBOX One S.
  • O XBOX Series X segue o caminho de código do XBOX One X.
  • O desempenho fica entre o do XBOX One e o dos títulos nativos do XBOX Series X|S.
• A compatibilidade dá suporte a:
  • Direct3D 11.x e Direct3D 12.x.
  • Direct3D Compiler (FXC) e DXC.
  • XBOX One Software Development Kit e GDK.
• Quebra de compatibilidade entre o XBOX One e o XBOX Series X|S:
  • Conjuntos de recursos de hardware diferentes.
  • Executáveis e drivers diferentes.
  • Sombreadores e ativos diferentes.
  • Pacotes e discos diferentes.

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Hardware de desenvolvimento

O XBOX Series X|S tem um novo kit de desenvolvimento, o XBOX Series X Dev Kit. Ele tem os seguintes recursos.

• Memória extra (40 GB).
• Emula com precisão a GPU do XBOX Series X.
• Emula de forma conservadora a GPU do XBOX Series S.

O XBOX One Dev Kit ainda é necessário para títulos do XBOX One. O XBOX Series X Dev Kit não consegue emular a GPU da família XBOX One.

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Reserva de GPU

A reserva de GPU mudou, mas ainda existe. Não há reserva para o Kinect, portanto, você não precisa desabilitá-la. Ainda há uma reserva do sistema que ocorre quando o sistema renderiza algo. A reserva do sistema é feita apenas quando necessário, usa até dois por cento da GPU e é sempre variável. A reserva do sistema pode ocorrer da seguinte forma.

• Interrupção a 60 FPS (forma antiga)
• De forma síncrona no Present da GPU a 30 FPS ou 60 FPS (forma nova)

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Arquitetura de GPU do XBOX One e do XBOX Series X|S

A arquitetura de GPU do XBOX One S e do XBOX Series X|S é representada nos diagramas de blocos simplificados a seguir. Figura 1. Diagrama de blocos simplificado da GPU do XBOX One S. A Figura 1 representa a GPU do XBOX One S. Observe que as unidades de computação estão em laranja, o hardware de função fixa está em cinza e os caches de memória estão em azul. Figura 2. Diagrama de blocos simplificado da GPU do XBOX One X. A Figura 2 representa a GPU do XBOX One X. Agora há mais de tudo. Também foram feitas alterações funcionais. Observe que a ESRAM foi removida e que o balanceamento de draws foi introduzido para lidar com o aumento de unidades de geometria fixa no início do pipeline. Figura 3. Diagrama de blocos simplificado da GPU do XBOX Series S. A Figura 3 representa a GPU do XBOX Series S. Há grandes diferenças em comparação com os diagramas de blocos do XBOX One.

• Um novo mecanismo de geometria (GE) no início do pipeline.
• Novos agrupamentos chamados shader arrays (SAs), contornados em laranja.
• Cada SA tem Work Group Processors (WGPs) que executam sombreadores e render blocks (RBs), que geram cor e profundidade.
• A unidade nativa de computação agora é o WGP.
• Apenas um caminho para a memória: tudo na GPU se comunica com a memória por meio do L2.

O GE dá suporte a três caminhos ou modos: compatibilidade com versões anteriores, gráficos herdados e uma nova implementação de hardware do pipeline de geometria anterior. O Next Generation Graphics (NGG) gera geometria de forma semelhante a um computador, sem um front-end de função fixa. Figura 4. Diagrama de blocos simplificado da GPU do XBOX Series X. A Figura 4 representa a GPU do XBOX Series X. Ela tem dois shader engines (SEs). Cada SE tem dois SAs, totalizando quatro SAs. Há sete WGPs por SA. O XBOX Series S tem cinco WGPs por SA.

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WGP

A meta de design abrangente da AMD para o WGP do XBOX Series X|S era melhorar o desempenho de thread único e fazer com que pequenas cargas de trabalho passassem pelo pipeline mais rapidamente. Figura 5. Esquema simplificado do WGP. A Figura 5 fornece um esquema simplificado do que há dentro do WGP. Cada WGP equivale a duas CUs.

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Comparação de Single Instruction Multiple Data (SIMD) e waves

XBOX One:

• SIMD16: processa uma operação de unidade lógica aritmética vetorial (VALU) em 16 threads.
• Wave64: um grupo de 64 threads executando um fluxo de instruções simultaneamente.
• Quatro ciclos de clock por VALU.

XBOX Series X|S:

• SIMD32: processa uma operação de VALU em 32 threads.
• Wave32: um grupo de 32 threads executando um fluxo de instruções simultaneamente.
  • Outros tipos de wave estão no XBOX Series X|S.
• Um ciclo de clock por VALU.

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Comparação de registros de uso geral (GPRs) e ocupação

Wave64 do XBOX One em SIMD16

• 256 registros de uso geral vetoriais (VGPRs) (todos utilizáveis por uma wave; múltiplos de 4).
• 512 registros de uso geral escalares (SGPRs) (128 utilizáveis por uma wave; múltiplos de 8).
• Ocupação de 1 a 10 waves.

Wave32 do XBOX Series X|S em SIMD32

• 1.024 VGPRs (256 utilizáveis por uma wave; múltiplos de 8).
• 2.560 SGPRs (alocação estática de 128 para uma wave).
• Ocupação de 4 a 20 waves.

A ocupação permanece igual em número de threads por lane de SIMD. No entanto, o XBOX Series X|S tem uma queda de desempenho menor. Figura 6. Tabelas de GPRs e ocupação. A Figura 6 compara GPRs e ocupação entre o XBOX One e o XBOX Series X|S. Figura 7. Hierarquia de cache do XBOX One e do XBOX One X. A Figura 7 mostra as hierarquias de cache do XBOX One e do XBOX One X. Figura 8. Hierarquia de cache dos consoles XBOX Series. A Figura 8 mostra a hierarquia de cache dos consoles XBOX Series. Figura 9. Comparação de caches. A Figura 9 compara o cache do XBOX One com o cache do XBOX Series X|S. Figura 10. Exemplo: transição de RTV para SRV. A Figura 10 compara uma transição de render target view (RTV) para Shader Resource View (SRV) no XBOX One com uma dessas transições no XBOX Series X|S.

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Desempenho teórico

Esta seção da apresentação descreve o desempenho teórico do XBOX Series X, do XBOX Series S e do XBOX One usando uma série de tabelas e observações sobre os itens a seguir. Velocidade e contagens, estatísticas de CPU e geometria após o descarte:

• Velocidades e contagens da GPU do XBOX Series S em comparação com o XBOX Series X
• Estatísticas de CPU do XBOX Series X|S
• Geometria do XBOX One e do XBOX Series S
• Geometria do XBOX One e do XBOX Series X
• Comparação da taxa de geometria após o descarte, com observações sobre as taxas antes do descarte

Estatísticas de computação:

• Estatísticas de computação do XBOX One e do XBOX Series S
• Estatísticas de computação do XBOX One e do XBOX Series X

Números de textura:

• Números de textura do XBOX One e do XBOX Series S
• Números de textura do XBOX One e do XBOX Series X
• Comparação das taxas de computação e textura entre o XBOX One e o XBOX Series X|S

Números de pixels, comparação de taxas e back-end de renderização:

• Números de pixels do XBOX One e do XBOX Series S
• Números de pixels do XBOX One e do XBOX Series X
• Comparação da taxa de pixels entre o XBOX One e o XBOX Series X|S
• Back-end de renderização otimizado (RB+)

Largura de banda, DRAM e intervalos de comparação de GPU:

• Largura de banda do XBOX One e do XBOX Series S
• Largura de banda do XBOX One e do XBOX Series X
  
  
  - Comparação da largura de banda de DRAM ideal e padrão entre o XBOX One e o XBOX Series X|S
• Intervalos aproximados de comparação de GPU para o XBOX One e o XBOX Series X|S

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Novos recursos de hardware

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Cronograma

Alguns dos novos recursos de hardware já foram implementados no GDK de novembro de 2019. Outros recursos estão programados para as próximas versões do GDK ou são implementados mediante solicitação. Algumas datas de recursos podem mudar. GDK de novembro de 2019:

• DirectX Raytracing (DXR).
• Variable Rate Shading (VRS).
• Sombreadores de malha.
• Sampler Feedback.

Convergência de recursos entre o XBOX Series X|S e o PC com Windows:

• Já lançados:
  • DXR: outubro de 2018.
  • DirectX Variable Rate Shading: maio de 2019.
• Disponíveis nos builds do Windows 10 Insider Preview (20H1):
  • DXR tier 1.1.
  • DirectX Mesh Shader.
  • DirectX Sampler Feedback.
  • Para obter mais informações sobre os recursos do DirectX, confira Dev Preview of New DirectX 12 Features.

Informe suas prioridades de recursos usando os fóruns do GDK.

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Informações sobre a arquitetura da AMD

Uma arquitetura para desenvolvimento multiplataforma:

• A nova arquitetura de gráficos e computação de ponta da AMD abrange tanto a plataforma XBOX quanto a plataforma Windows.
• A nova arquitetura AMD RDNA oferece suporte completo a raytracing, VRS, sombreadores de malha e Sampler Feedback.
• Raytracing multiplataforma com os gráficos AMD de próxima geração.

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Informações sobre a arquitetura da NVIDIA

A NVIDIA Turing dá suporte a todos os novos recursos do DirectX 12:

• DXR 1.1: DXR refinado e NVIDIA RTX.
• Sombreador de malha: processamento de geometria reinventado.
• Sampler Feedback: bloco de construção fundamental de texturas:
  • Sombreamento no espaço de textura e streaming de texturas.

Recursos de desempenho do NVIDIA Nsight Graphics:

• Analisa gargalos de desempenho usando contadores de desempenho de baixo nível.
• Otimiza sombreadores reduzindo a latência da GPU causada por paralisações de instruções.
• Exceções de GPU e recuperações de dispositivo disparadas (TDRs) podem ser facilmente descobertas usando despejos de falha da GPU.
• Salva seu quadro no disco rígido e depura comandos de renderização do Direct3D 12 e do DXR.
• Examina as estruturas de aceleração do DXR para garantir que estejam configuradas corretamente.
• Reduz os tempos de criação das estruturas de aceleração com contadores de intervalo especializados.

PIX for Windows:

• Tem bom desempenho com GPUs NVIDIA.
• Exibe avisos de uso de API que fornecem dados sobre como melhorar o desempenho.
• Compreende o estado da GPU usando contadores de desempenho de hardware.
• Analisa a ocupação da GPU e contadores de alto desempenho para DXR.

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Informações sobre a arquitetura da Intel

• A Intel tem um processador gráfico totalmente compatível com o DirectX 12.
• As atualizações do DirectX 12 proporcionam mundos mais ricos e visuais mais realistas.
• As GPUs baseadas na arquitetura Intel Xe permitem que os desenvolvedores aproveitem os recursos do DirectX 12.

Principais funcionalidades de vídeo do XBOX Series X|S:

• Disponível atualmente:
  • Decodificação H.264/Advanced Video Coding (AVC) e H.265/High Efficiency Video Coding (HEVC) de até 1080p a 30 FPS no XBOX Series S e no XBOX Series X.
  • Paridade de recursos com o XBOX One X.
• Trabalho futuro:
  • Decodificação H.265/HEVC de até 2160p a 30 FPS, dependendo do desempenho do hardware.
  • Codificação H.264/AVC de até 1080p a 30 FPS.
  • A resolução de tela pode ser trocada por taxa de quadros.
  • Alocação total de recursos para codificação e decodificação de até UHD30 (resolução de tela de 3840p × 2160p), dependendo do desempenho do hardware.

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Próximas etapas

Se você quiser revisar informações dos materiais da apresentação relacionados a esta visão geral, baixe os seguintes arquivos do XBOX Developer Download Secure Data Storage (SDS).

• Slides: XF2019_Graphics_01_Day1_Scarlett_GPU_Overview.pptx em Xfest 2019 Graphics Track PowerPoints ([2019.11]-Xfest2019GraphicsTrackPowerPoints.ZIP)
• Apresentação em vídeo: XF2019_Graphics_01_Day1_Scarlett_GPU_Overview.mp4 em Xfest 2019 Graphics Track Videos ([2019.11]-Xfest2019GraphicsTrackVideos.ZIP)

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Baixar as apresentações e os vídeos do Microsoft PowerPoint

1. Acesse Downloads do Game Development Kit (GDK).
2. Em Select file type, selecione Conference Materials e, em seguida, selecione Confirm.
3. Em Select build/version number, escolha uma das seguintes apresentações de gráficos.
   • Xfest 2019 Graphics Track PowerPoints
   • Xfest 2019 Graphics Track Videos
4. Selecione Download Now e aguarde a conclusão do download do arquivo .zip.
5. Vá para a pasta Downloads local e descompacte (extraia) os arquivos da pasta compactada.

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Confira também

Visão geral da GPU do XBOX Series X|S