XBOX Series X|S GPU 概觀簡報

本主題說明 XBOX Series X|S GPU 的架構，以及 XBOX Series X、XBOX Series S 和 XBOX One 主機的理論效能。與 XBOX One GPU 相比，XBOX Series X|S GPU 具有不同的硬體功能集。若要充分利用 XBOX Series X|S GPU 並達到最佳的遊戲內效能，了解其硬體非常重要。 這些詳細資料可能會在未來的 Microsoft Game Development Kit (GDK) 更新中變更。

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硬體和軟體平台

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XBOX Series X|S 硬體平台

XBOX Series S 是 Microsoft 全新最小巧、最纖薄的主機。XBOX Series S 是 XBOX One S 的後繼機種，設計目標為 1440p、每秒 60 個畫面 (FPS)。 XBOX Series X 是 Microsoft 有史以來效能最強大的主機。XBOX Series X 是 XBOX One X 的後繼機種，設計目標為 4K、60 FPS。 XBOX Series S 和 XBOX Series X 可交互相容。兩者具有相同的：

• 硬體功能集。
• 可執行檔和驅動程式。
• 著色器和資產。
• 套件和光碟。

比較 XBOX Series X|S 與 XBOX One：

• XBOX Series X|S 遊戲不需要支援 XBOX One，反之亦然。
• XBOX Series X|S 原生遊戲：
  • 僅限 Direct3D 12.x。
  • 僅限 DirectX Shader Compiler (DXC) 和 Shader Model 6.0 或更新版本。
  • 僅限 GDK。
• 非 XBOX Series X|S 原生的 XBOX One 遊戲會透過相容性層執行。
  • XBOX Series S 遵循 XBOX One S 程式碼路徑。
  • XBOX Series X 遵循 XBOX One X 程式碼路徑。
  • 效能介於 XBOX One 與 XBOX Series X|S 原生之間。
• 相容性支援：
  • Direct3D 11.x 和 Direct3D 12.x。
  • Direct3D Compiler (FXC) 和 DXC。
  • XBOX One Software Development Kit 和 GDK。
• XBOX One 與 XBOX Series X|S 相容性中斷：
  • 不同的硬體功能集。
  • 不同的可執行檔和驅動程式。
  • 不同的著色器和資產。
  • 不同的套件和光碟。

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開發硬體

XBOX Series X|S 有新的開發套件，也就是 XBOX Series X Dev Kit。它具有下列功能。

• 額外記憶體 (40 GB)。
• 精確模擬 XBOX Series X GPU。
• 保守地模擬 XBOX Series S GPU。

XBOX One 遊戲仍需要 XBOX One Dev Kit。XBOX Series X Dev Kit 無法模擬 XBOX One 系列 GPU。

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GPU 保留

GPU 保留已變更，但仍然存在。沒有 Kinect 保留，因此您不需要停用它。當系統轉譯某些內容時，仍會發生系統保留。系統保留只會在需要時使用，最多使用 GPU 的百分之二，且一律是可變的。系統保留可能以下列方式發生。

• 以 60 FPS 中斷 (舊方式)
• 在 GPU Present 時以 30 FPS 或 60 FPS 同步發生 (新方式)

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XBOX One 和 XBOX Series X|S GPU 架構

XBOX One S 和 XBOX Series X|S GPU 架構以下列簡化方塊圖表示。 圖 1. XBOX One S GPU 簡化方塊圖。 圖 1 代表 XBOX One S GPU。請注意，計算單元為橘色，固定功能硬體為灰色，記憶體快取為藍色。 圖 2. XBOX One X GPU 簡化方塊圖。 圖 2 代表 XBOX One X GPU。現在所有項目都更多了，同時也進行了功能上的變更。請注意，ESRAM 已移除，並引進了繪製平衡，以處理管線前端固定幾何單元的增加。 圖 3. XBOX Series S GPU 簡化方塊圖。 圖 3 代表 XBOX Series S GPU。與 XBOX One 方塊圖相比有很大的差異。

• 管線開頭有新的幾何引擎 (GE)。
• 新的分組稱為「著色器陣列」(SA)，以橘色框出。
• 每個 SA 都有執行著色器的工作群組處理器 (WGP)，以及輸出色彩和深度的轉譯區塊 (RB)。
• 原生計算單位現在是 WGP。
• 只有一條通往記憶體的路徑 - GPU 中的所有項目都透過 L2 與記憶體通訊。

GE 支援三種路徑或模式：回溯相容性、舊版圖形，以及先前幾何管線的新硬體實作。Next Generation Graphics (NGG) 以類似電腦的方式產生幾何，而不需要固定功能前端。 圖 4. XBOX Series X GPU 簡化方塊圖。 圖 4 代表 XBOX Series X GPU。它有兩個著色器引擎 (SE)。每個 SE 有兩個 SA，總共四個 SA。每個 SA 有七個 WGP。XBOX Series S 每個 SA 有五個 WGP。

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WGP

AMD 針對 XBOX Series X|S WGP 的整體設計目標，是改善單一執行緒效能，並讓小型工作負載更快通過管線。 圖 5. WGP 簡化示意圖。 圖 5 提供 WGP 內部的簡化示意圖。每個 WGP 相當於兩個 CU。

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單一指令多重資料 (SIMD) 和 wave 比較

XBOX One：

• SIMD16：在 16 個執行緒上處理向量算術邏輯單元 (VALU) 作業。
• Wave64：一組同時執行指令串流的 64 個執行緒。
• 每個 VALU 四個時脈。

XBOX Series X|S：

• SIMD32：在 32 個執行緒上處理 VALU 作業。
• Wave32：一組同時執行指令串流的 32 個執行緒。
  • XBOX Series X|S 上還有其他 wave 類型。
• 每個 VALU 一個時脈。

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一般用途暫存器 (GPR) 和佔用率比較

SIMD16 上的 XBOX One wave64

• 256 個向量一般用途暫存器 (VGPR) (全部可供 wave 使用；4 的倍數)。
• 512 個純量一般用途暫存器 (SGPR) (128 個可供 wave 使用；8 的倍數)。
• 佔用率為 1-10 個 wave。

SIMD32 上的 XBOX Series X|S wave32

• 1,024 個 VGPR (256 個可供 wave 使用；8 的倍數)。
• 2,560 個 SGPR (每個 wave 靜態配置 128 個)。
• 佔用率為 4-20 個 wave。

以每個 SIMD 通道的執行緒數量而言，佔用率保持相同。不過，XBOX Series X|S 的效能下降幅度較小。 圖 6. GPR 和佔用率表格。 圖 6 比較 XBOX One 與 XBOX Series X|S 之間的 GPR 和佔用率。 圖 7. XBOX One 和 XBOX One X 的快取階層。 圖 7 顯示 XBOX One 和 XBOX One X 的快取階層。 圖 8. XBOX Series 主機的快取階層。 圖 8 顯示 XBOX Series 主機的快取階層。 圖 9. 快取比較。 圖 9 比較 XBOX One 快取與 XBOX Series X|S 快取。 圖 10. 範例：RTV 到 SRV 的轉換。 圖 10 比較 XBOX One 上從轉譯目標檢視 (RTV) 到著色器資源檢視 (SRV) 的轉換，與 XBOX Series X|S 上的相同轉換。

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理論效能

簡報的這一節會使用一系列表格和附註，說明 XBOX Series X、XBOX Series S 和 XBOX One 的理論效能，內容涵蓋下列項目。 速度和數量、CPU 統計資料，以及剔除後幾何：

• XBOX Series S 與 XBOX Series X 的 GPU 速度和數量
• XBOX Series X|S CPU 統計資料
• XBOX One 和 XBOX Series S 幾何
• XBOX One 和 XBOX Series X 幾何
• 剔除後幾何速率比較，並附有剔除前速率的附註

計算統計資料：

• XBOX One 和 XBOX Series S 計算統計資料
• XBOX One 和 XBOX Series X 計算統計資料

紋理數據：

• XBOX One 和 XBOX Series S 紋理數據
• XBOX One 和 XBOX Series X 紋理數據
• XBOX One 與 XBOX Series X|S 之間的計算和紋理速率比較

像素數據、速率比較和轉譯後端：

• XBOX One 和 XBOX Series S 像素數據
• XBOX One 和 XBOX Series X 像素數據
• XBOX One 與 XBOX Series X|S 之間的像素速率比較
• 最佳化轉譯後端 (RB+)

頻寬、DRAM 和 GPU 比較範圍：

• XBOX One 和 XBOX Series S 頻寬
• XBOX One 和 XBOX Series X 頻寬
• XBOX One 與 XBOX Series X|S 之間的最佳和標準 DRAM 頻寬比較
• XBOX One 和 XBOX Series X|S 的大約 GPU 比較範圍

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新硬體功能

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排程

部分新硬體功能已在 2019 年 11 月 GDK 中實作。其他功能則排定在即將推出的 GDK 版本中提供，或依要求實作。部分功能的日期可能會變更。 2019 年 11 月 GDK：

• DirectX Raytracing (DXR)。
• 可變速率著色 (VRS)。
• 網格著色器。
• Sampler Feedback。

XBOX Series X|S 與 Windows PC 之間的功能整合：

• 已發行：
  • DXR：2018 年 10 月。
  • DirectX Variable Rate Shading：2019 年 5 月。
• 在 Windows 10 Insider Preview 組建 (20H1) 中提供：
  • DXR 層級 1.1。
  • DirectX Mesh Shader。
  • DirectX Sampler Feedback。
  • 如需 DirectX 功能的詳細資訊，請參閱 Dev Preview of New DirectX 12 Features。

請透過 GDK 論壇讓我們知道您的功能優先順序。

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AMD 架構資訊

適用於跨平台開發的單一架構：

• AMD 全新的尖端圖形和計算架構橫跨 XBOX 平台和 Windows 平台。
• 新的 AMD RDNA 架構完整支援光線追蹤、VRS、網格著色器和 Sampler Feedback。
• 使用新一代 AMD 圖形進行跨平台光線追蹤。

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NVIDIA 架構資訊

NVIDIA Turing 支援所有新的 DirectX 12 功能：

• DXR 1.1：精進的 DXR 和 NVIDIA RTX。
• 網格著色器：重新打造的幾何處理。
• Sampler Feedback：基礎紋理建構區塊：
  • 紋理空間著色和紋理串流。

NVIDIA Nsight Graphics 效能功能：

• 使用低階效能計數器分析效能瓶頸。
• 藉由減少指令停滯所造成的 GPU 延遲來最佳化著色器。
• 使用 GPU 當機傾印，即可輕鬆發現 GPU 例外狀況和觸發的裝置復原 (TDR)。
• 將您的畫面儲存到硬碟，並偵錯 Direct3D 12 和 DXR 轉譯命令。
• 檢查 DXR 加速結構，以確保其設定正確。
• 使用專用的範圍計數器縮短加速結構的建置時間。

PIX for Windows：

• 搭配 NVIDIA GPU 時效能良好。
• 檢視 API 使用方式警告，其中提供如何改善效能的資料。
• 使用硬體效能計數器了解 GPU 狀態。
• 分析 DXR 的 GPU 佔用率和高效能計數器。

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Intel 架構資訊

• Intel 擁有完全符合 DirectX 12 規範的圖形處理器。
• DirectX 12 更新提供更豐富的世界和更逼真的視覺效果。
• 以 Intel Xe 架構為基礎的 GPU 讓開發人員能夠充分利用 DirectX 12 功能。

XBOX Series X|S 核心視訊功能：

• 目前提供：
  • 在 XBOX Series S 和 XBOX Series X 上，H.264/進階視訊編碼 (AVC) 和 H.265/高效率視訊編碼 (HEVC) 解碼最高可達 1080p、30 FPS。
  • 與 XBOX One X 功能同等。
• 即將推出的工作：
  • H.265/HEVC 解碼最高可達 2160p、30 FPS，視硬體效能而定。
  • H.264/AVC 編碼最高可達 1080p、30 FPS。
  • 可以用顯示解析度換取畫面播放速率。
  • 編碼和解碼的總資源配置最高可達 UHD30 (3840p × 2160p 顯示解析度)，視硬體效能而定。

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後續步驟

如果您想要檢閱與此概觀相關之簡報資料中的資訊，請從 XBOX Developer Download Secure Data Storage (SDS) 下載下列檔案。

• 投影片：Xfest 2019 Graphics Track PowerPoints ([2019.11]-Xfest2019GraphicsTrackPowerPoints.ZIP) 中的 XF2019_Graphics_01_Day1_Scarlett_GPU_Overview.pptx
• 影片簡報：Xfest 2019 Graphics Track Videos ([2019.11]-Xfest2019GraphicsTrackVideos.ZIP) 中的 XF2019_Graphics_01_Day1_Scarlett_GPU_Overview.mp4

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下載 Microsoft PowerPoint 簡報和影片

1. 前往 Game Development Kit (GDK) 下載。
2. 在 Select file type 下，選取 Conference Materials，然後選取 Confirm。
3. 在 Select build/version number 下，選擇下列其中一個圖形簡報。
   • Xfest 2019 Graphics Track PowerPoints
   • Xfest 2019 Graphics Track Videos
4. 選取 Download Now，然後等候 .zip 檔案下載完成。
5. 前往您的本機 Downloads 資料夾，然後從壓縮資料夾中解壓縮 (擷取) 檔案。

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另請參閱

XBOX Series X|S GPU 概觀