Xbox天蠍計劃配置揭曉：史上最強遊戲機

北京時間4月6日21:00，外媒Eurogamer旗下的專業評測機構DigitalFoundry獨家公開了微軟Xbox天蠍計劃的詳細參數。

CPU：8顆定製x86核心（2.3GHz）

GPU：40CU 1172MHz

內存：12GB GDDR5

存儲帶寬：326GB/s

硬碟：2.5英寸的1TB硬碟

光碟機：4K UHD藍光

對比Xbox One和PS4 Pro配置如下：

Digital Foundry詳細介紹文章全文翻譯：

上周，Digital Foundry受邀前往微軟雷德蒙總部，獨家進行了代號「天蠍計劃」的新款Xbox的技術預覽。從配置曝光上來看，這次預覽是前所未有的：在提前公開關鍵系統架構方面是首次，在公開時機方面也很特別：天蠍的開發似乎非常迅速，以至於目前至少還有6個月才會發售，我們就已經看到令人印象深刻的遊戲軟體在測試晶元上出色運行了。

這款主機擁有一切你需要的配置，但是微軟邀請我們與開發者們交談的原因很直白：無論數據多麼優秀都不能代表最終發售的產品，計算單元的數字或是浮點數字也難以代表Xbox團隊在此項企劃中投入的熱情。微軟要證明一點：這不僅僅是機能問題，而是在各個方面把主機設計的質量提升到一個新的等級。

頭條是什麼呢？將聰慧的設計與純粹的機能合并到一起，天蠍計劃達到了去年E3設定的6萬億浮點的目標。這要歸功於從零做起的自定義GPU，從而讓當下的遊戲引擎達到理想的表現，並且讓其在主機上的時鐘速度空前地快。GPU搭配了12GB的高速GDDR5內存與一個自定義八核CPU，整個機器則被裝在了緊湊的機箱內，內置電源與對於一款主機來說最先進的冷卻系統。

機能表現卓越異常，我們見證了一段《極限競速》試玩，在原生4K以及Xbox One等級相當的設定下還能達到60幀每秒，效果有本質上的提升。這表示天蠍將會在眾多遊戲中都可以達到目標的原生4K，並且還能有富餘的機能去提升其他的視覺效果。雖然4K是個目標，微軟也還很注重1080p的用戶，保證所有的模式都可以在1080p下使用。

對4K的追求與天蠍引擎

在雷德蒙德的安排非常緊湊，眾多的技術得以深刻展示。自從Phil Spencer在去年E3上公布以來，天蠍計劃的總體輪廓得以進化，在一些重要方面上聽起來和PlayStation 4 Pro的意向有些類似，而這方面微軟並沒有丟分。適配新世代電視機的4K超清畫面顯然是目標，但是微軟的解決方案意味著幾乎在所有領域它都要比Pro的設計具有更本質的提高。雖然這麼說，索尼對於「聰明的」GPU設計這一哲學在這裡也適用，不過是以非常不同的方式得以執行的，也提供了非常多的機能馬力。

「對於我來說，4K意味著十分特別的一套東西。它不僅僅意味著玩遊戲時把800多萬的像素點呈現在屏幕上。」Xbox核心平台團隊程序總監Kevin Gammill說，「它意味著使用4K設備展現這些像素，要讓它們看起來好看；它意味著使用HDR展現這些像素，達到廣域色彩真實度；它意味著在與1080p版本對比時不會出現掉幀的情況之下展現這些像素。這對我們萬分重要。具有空間感的音頻也會提升浸入的遊戲體驗：想要達到那個水準的遊戲體驗，重要的不僅僅是眼睛看到的，還有耳朵聽到的。」

新主機的核心就是天蠍引擎，這是又一次與AMD聯合開發的SoC(系統級晶元)。和機箱的很多方面相同，新處理器的設計也是基於一種革命性的工作流程，它只有在世代中期進行更新設計時才有可能實現。

Gammill繼續強調當他們選擇4K時，Andrew Goossen和團隊都經過了深思熟慮。當時他們使用了開發工具PIX（Xbox性能監視器），這個工具可以幫助他們對GPU的進行追蹤捕捉。Andrew和他的團隊在開發期間經過了細緻的思考希望那些900p的遊戲作品能夠輕鬆在天蠍計劃上義更好的4K質量來運行。在確定了這個賭注後，團隊開始了他們的工作來研發天蠍計劃的引擎，這並不僅僅是與AMD來討論需要什麼零部件，而是一個非常複雜的特殊定製工作。

傳統意義上說，遊戲開發者需要根據平台的特點來進行開發工作，但是由於天蠍計劃的設計是將那些已經存在的遊戲作品提升至4K水平，所以硬體團隊可以根據實際來讓遊戲以及平台的設計來適應這些新的特點。PIX提供給團隊充分的數據，並將其輸入到一個硬體模擬器中，通過這樣的手段，微軟團隊可以了解到遊戲在天蠍計劃上運行時的特點，而眾多的嘗試和測試可以為新平台帶來更好的平衡性。

「我們需要做的就是從我們的眾多開發者中獲取從PIX中獲得的追蹤數據，通過這些數據我們可以了解並推測那些工作可以幫助我們更好的讓這些遊戲在新平台上以4K的標準展現。」Andrew補充道。因此我們最終擁有了一個擁有我們所有暢銷遊戲的測試數據，通過這些我們可以對我們的配置數量、內存帶寬、渲染以及著色引擎的數量和緩存的大小進行調整，並找出最好的設計以及最合適的配置。這些測試對於開發團隊在權衡方面起到了非常重要的作用，因為團隊希望能夠將Xbox One的遊戲都提升到4K的標準。

值得注意的是，這一切都是發生就在幾年前，也就是在任何硬體被製造之前。那些從Xbox One遊戲分析得來的知識也允許團隊對AMD的定製有了更多的選擇。

「我們對於AMD架構有了更多的了解，這對於我們的遊戲有著非常重要的意義和好處。我們通過對研究的大量的內部排列和緩衝等研究讓我們能夠儘快了解到存在問題的設計，通過一些有效的措施來解決這些問題。」

最終開發團隊選擇了40CU 1172MHz的GPU，它相較於Xbox One的853MHz有了巨大的提升，並超越了PS4 Pro的911MHz，這樣的結果與開發團隊最開始為天蠍計劃設計的硬體數據也非常接近。

同時團隊在其他配置方面也進行了設計團隊增加了著色引擎和渲染後端的數量，這些都能幫助實現4K的表現力。

解鎖機能：內存，CPU以及音頻

算算數學：微軟的確在GPU上達到了機能目標的6萬億浮點，但是想要最大化硬體的效率還需要在主機的其他區域進行顯著的提高。正如在顯卡評測中總體到的，GPU需要很大的帶寬才能真正去追求超清像素數。

「對於4K設備，紋理變得更大，渲染目標也變得更大。這意味著幾點：你需要更多空間，你需要更多帶寬。不過問題是，要多少？」著名工程師Nick Baker說，「如果打造了這個GPU然後卻沒有足夠的內存，那就太尷尬了。所以通過Andrew之前提到的各類分析，我們得以看到不同內存帶寬的效果，這讓我們快速地意識到我們需要超過300GB/s的內存帶寬。所以最後我們選擇了326GB/s。在天蠍上我們是用384比特GDDR5交界面，也就是12個頻道，每個頻道32比特。」

天蠍通過384比特GDDR5交界面運行GDDR5模塊，使用12個32比特頻道。模塊自身以6.8GHz運行，提供最終326GB/s的帶寬，外加微軟還得到了AMD的DCC（delta colour compression）系統加成，這一元素在Xbox One上並沒有。另外是的，正如微軟E3展示的母版渲染上暗示的一樣，天蠍的確擁有12GB內存，開發者可以使用8GB，4GB則是為系統留存。這比Xbox One多留存了1GB，用於在原生4K下運行系統目錄。遊戲還是可以得到令人印象深刻的60%整體內存提升，也能保證全高清的Xbox One遊戲擁有穩定的載入時間。天蠍自帶1TB硬碟，帶寬提升了50%。

從記錄上看，ESRAM的確補充了天蠍計劃的設計。「我們的存儲系統以及足夠的帶寬都遠遠超過了從ESRAM所得到的。我們僅僅使用了虛擬內存系統來映射那些老遊戲在GDDR5的32MB物理地址。因此，延遲變高了，但是在總性能方面，改進的貸款和GPU性能卻不會造成任何問題。

在CPU方面，開發組認為在天蠍計劃上使用AMD新Ryzen技術也並不太可能。在去年微軟表示希望新主機能夠使用8顆CPU核心，所有的跡象都指向提升團隊xbox one已經發現的Jaguar核心，同時天蠍計劃的CPU設定也是一種在技術上的革命，同時也是廣泛定製和關鍵任務的專用硬體。

因此8顆核心被組織成兩組配有4MB的L2高速緩存，獨特的定製CPU來讓天蠍計劃以2.3赫茲來運行。製作組希望在保證那些Xbox One和Xbox One S遊戲在新平台上100%兼容的同時也能夠提升他們的畫面表現力。

新的x86核心要比Xbox one的快上31%，同時也猶豫廣泛的定製也減少了延遲。為了能夠保證出力能夠被佔用的更加充分，因此CPU和GPU的一致性也得到了提升。新機器有部分硬體被卸除，當然也有一些是從Xbox One上繼承來的，當然也有一些部分是全新的。其中Xbox One的音頻處理器完全移植到了天蠍計劃上，不過在移植的過程中也加入了新的功能——空間環繞，這個功能可以有效的增加現有的7.1設置。此外天蠍計劃也使用了Hololens團隊開發的新Dolby Atoms技術。

然而CPU更新最令人激動的一點可能壓根和處理器模塊沒關係，而是GPU指令處理器——從CPU收取指令、隨後將其傳送給圖形內核的硬體。

「我們其實移動了Direct3D 12，」Goossen說，「我們把它建進了GPU指令處理器，這意味著遊戲發出的高頻率API申請都會原生植入指令處理器的邏輯之中，這又意味著遊戲與GPU之間的聯繫會非常有效率。」

處理繪製調用——也就是高效率地告訴圖像硬體該畫什麼東西——是CPU要處理的最重要的工作之一。它可能會吸取大量處理器資源，流程常常會用到上千甚至上十萬條CPU指令。有了天蠍在硬體上的支持，任何的繪製調用都可以僅用11條指令就能執行，僅僅9條來變換狀態。

「對於我們和在Xbox上採用了D3D12的開發者而言這是一個巨大的利好，他們告訴我們說，他們可以把CPU渲染成本減半，這很令人驚訝，因為現在它的驅動部分只剩了一點點。」Goossen補充到。

澄清一點：天蠍計劃不使用Ryzen核心，但是Xbox團隊並不怎麼擔心這一點。「CPU方面，我們仍然可以通過自定義的改變來達到設計時的目標。」Kevin Gammill指出，「最終我們做的還是面向消費者的產品，我們把定價定得讓消費者想來買。這是二者之間的平衡。」

天蠍引擎處理器大概有360平方毫米，包含70億個晶體管。我們看了晶元圖，4個渲染引擎佔據了絕大部分的區域，釘在靠左的位置。每一個天蠍引擎有11個計算單元，每個區域都有一個被禁用，從而提升生產線的集成電路性能。GPU的右邊是兩個自定義CPU核心簇，內存交互面則位於晶元的邊緣。

天蠍計劃還搭載了最新的AMD媒體塊，這意味著Xbox GameDVR通過下一代的HEVC解碼器升級至4K60，玩家可以完全在HDR模式下捕捉自己的內容。此外被微軟稱呼為追溯屏幕捕捉的技術也被引進，這意味著玩家可以通過捕捉每一幀來找到最好的鏡頭，而不再是通過在恰當時間通過按鍵來截圖。

在顯示輸出方面使用了HDMI 2.0，它能保證4K的額外的幀數，同時也能提高HDR的寬色域。開發團隊堅信擁有3個輸出平面的靈活輸出處理可以實現渲染目標、疊加卡和遊玩。而每一個輸出平面都有對應的能力來進行採樣，因此玩家也擁有了一個更高品質的畫面濾鏡。舉例，如果你以4K渲染，但是在使用1080p電視，你就可以用它來進行高質量取樣。

取樣降低到1080p是很重要的一點。常看Digital Foundry的讀者會知道我們主張讓所有PS4 Pro的模式開放向全部用戶，無論他們是在用什麼顯示設備。注重效果的模式應該讓4K用戶可自行選擇，而超清渲染則應該為1080p用戶提供超取樣降低解析度。微軟對全部開發人員強制要求了這一點，並且還要求所有遊戲都應該以和標配Xbox One相同或更高的幀率運行。

打造天蠍：外形和散熱

在天蠍計劃當中，它的GPU速度是個非常出眾的地方。在當前世代的傳統主機硬體設計中一般都會選擇一個較為保守的時鐘頻率，這樣可以在有限的空間中將它的發熱量減到最小。所以微軟實現這一點是非常不容易的。

Xbox硬體設計總經理Leo Del Castillo說：「我們真正的目標是設計一個緊湊型的主機，並且還能用最小的功耗實現它，我們做了很多特別的事情，其中一件事就是我們微調了每一個晶元的電壓並優化了它們，這樣可以使每塊晶元都能精確地完成它的工作，這樣可以使系統效率更高並且浪費更少的能量，否則這些能量將會以熱量的形式出現。」

這種技術微軟稱之為「Hovis方法」，這是以開發了它的工程師命名的。每一個來自台積電生產的天蠍計劃處理器都擁有屬於自己的具體功率，微軟不是採用統一的標準策略，而是通過剪裁電路板來匹配每一塊晶元。無論如何，天蠍由於是一個非常強大的科技產品，所以還是會有發熱量方面的問題，不過它的解決方案對於主機來說是一個革命性的創新。

長話短說，微軟使用的是蒸汽散熱器，它基本是一個由銅容器組成產品，內部是真空的電離蒸餾水。熱量被吸收到水中然後蒸發，蒸汽遠離熱點然後在散熱片上冷凝。它的效率非常高，但是熱量仍然需要從系統中排出，而先前在標準版Xbox硬體上使用的風扇並不符合標準。

Del Castillo繼續說：「我們去定製了一個專門設計的離心風機，它看起來像是汽車上的增壓器。我們的每個部分都是專門定製的。」

在演講中他向我們展示了一個預生產的天蠍計劃產品，它充分利用有限的空間實現了先進的製造技術，其中包含了非常簡便、優雅的模塊化設計。我們看到他們給硬碟設計了一個用於吸收震動的減震器，這樣可以降低錯誤率並確保更好的數據吞吐量。天蠍計劃上還配備了UHD藍光碟機動器，它和Xbox One S上的基本相同，並配有小型模塊以適配天蠍計劃的底盤。

令人高興的一點是，微軟在天蠍計劃中保留了內置電源。Del Castillo認為它的245W電壓將會是Xbox歷代中能效最好的。在主機的背面，填寫的埠布置與Xbox One S相同，包括標準的8字電源線（和PS4 Pro選用了比PS4更大的電源線不同）。他們的想法是能讓使用Xbox One S的人毫不費力地切換到天蠍上面。由於埠方面和Xbox One S相同，所以原版Xbox One的Kinect埠也不存在，不過HDMI輸入埠保留了下來。微軟稱這台主機最終的樣式將在今年E3上正式公開，我們估計大家會有驚喜。

天蠍上的《極限競速》：4K 60幀 還有富餘

規格是一回事，具體實現的效果是另一回事。微軟承諾Xbox One上900p和1080p的遊戲都能在天蠍計劃上以原生4K解析度運行。

微軟向我們展示了一個在天蠍上運行的《極限競速》技術演示（ForzaTech），它以原生4K解析度和鎖定60fps的畫面運行著，同時只佔用了60%-70%的GPU利用率。需要注意的是它僅僅是Xbox One遊戲的導入，並不能完全代表天蠍的最終畫面效果。

這段demo將最大數量的車輛以完整的AI和物理模擬呈現了出來，它是一個非常高強度的壓力測試，用於在《極限競速》中來嚴格確保能以60fps的畫面運行。這個演示demo只用了兩天時間就完成了，並在第一天的時候就展示出了高性能。事實上，設計團隊可以將這個demo展示的畫面調高到相當於PC上的「超高畫面」配置，並且只使用大約88%的GPU利用率。儘管這只是一個遊戲，但關鍵是天蠍計劃不僅僅是將Xbox One的引擎擴展到4K解析度。除了Forza迎親之外，還有非常多的4K遊戲。

如果是為了展示新Xbox遊戲的話，挑選一個視覺效果和優化最好的第一方引擎是一個最直觀的選擇，不過微軟堅持認為來自Turn 10的demo具有非典型性的意義。從Turn 10工作室能在這麼早期的階段就取得了很好的成績，也許可以解釋微軟為什麼會在新主機發售前這麼早的時間點向我們展示這台新硬體了。我們遇到的每個人都對這台新Xbox有著非常強的信心。而微軟將會在E3 2017上向我們分享更多的東西。

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