Xbox Series X: le nuove informazioni sul SoC e le difficoltà con il ray tracing

Durante l'evento Hot Chips il potente hardware di Xbox Series X si è messo quasi completamente a nudo: analizziamolo nel dettaglio a partire dal sofisticato SoC che monta.

SPECIALE di Mattia Armani —   21/08/2020
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L'hardware di Xbox Series X è stato messo quasi definitivamente a nudo durante l'evento Hot Chips, il simposio annuale dedicato ai chip ad alte prestazioni. Non tutte le informazioni emerse sono facilmente interpretabili, ma non sono mancate conferme, immagini e nuove informazioni che possono darci una mano a capire le potenzialità effettive dell'attesa e senza dubbio potente console Microsoft. Partiamo dal SoC in questa nostra analisi per poi entrare più nel dettaglio di alcune caratteristiche attesissime, come il ray tracing.

Tutti i numeri di un SoC da 15.3 miliardi di transistor

Microsoft ha sfruttato la manifestazione Hot Chips per mostrarci immagini e dati dettagli del SoC di Xbox Series X, una console che punta sulla potenza bruta della GPU RDNA2 ma non si fa mancare una lunga lista di ottimizzazioni e di tecnologie attuali come il ray tracing e l'intelligenza artificiale. Il numero complessivo di transistor è di ben 15.3 miliardi contro i 6.6 di Xbox One X, ma l'uso di transistor a 7 nanometri ha permesso ad AMD di ridurre lo spazio del die rispetto ai 367 millimetri della console precedente. Parliamo infatti di 360,4 millimetri quadrati che includono una CPU Zen 2 da 8 core e 16 thread affiancata da una GPU RDNA 2 che, prevedibilmente, occupa una bella fetta dello spazio complessivo, estendendosi per il 47,5% del chipset.

D'altronde è alle 56 compute unit che la compongono, 52 attive e 4 probabilmente usate per la ridondanza, che toccherà il grosso del lavoro in una generazione che punta al 4K a 60fps, spingendosi fino ai 120fps con titoli come Halo Infinite che inseguono il PC sul piano del multiplayer competitivo. Il traguardo, comunque è senza dubbio alla portata di un hardware che conta il 30% di compute unit attive in più di una RX 5700 XT, arrivando a 3328 streaming processor spinti a 1825Ghz. Per capacità nude e crude dovremmo quindi trovarci dalle parti di una RTX 2080 SUPER, con tutta l'ottimizzazione in più permessa dall'ambiente chiuso di una console che consente anche di sfruttare l'SSD per dare una mano ai 16Gbps di memoria, come sappiamo già da diverso tempo divisi tra 10GB a 560GB/s e 6GB a 336GB/s.

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Da non sottovalutare comunque il ruolo della CPU che, quattro volte più potente a quella di Xbox One X, garantisce reattività al sistema e sfruttata adeguatamente può dare una mano anche con la fisica e l'intelligenza artificiale. Tra l'altro pare che abbia due modalità di funzionamento, una a 3.6GHz con il multithreading attivo e una a 3.8GHz rinunciando agli 8 thread aggiuntivi. Ma sono altre le tecnologie che ci interessano di più nell'ottica delle possibilità di ottimizzazione dei giochi. Una è l'SSD che, pur più lento della concorrenza, arriva a 2.4GB di velocità di trasferimento con i dati non compressi ma può spingersi fino a 4.8GB/s con i dati compressi dall'hardware dedicato che fa parte della tecnologia Xbox Velocity Architecture, senza dubbio pensata per garantire caricamenti istantanei e open world senza interruzioni, ma anche per ridurre lo spazio occupato dai giochi sul disco. Tra l'altro tutto questo è valido anche per le storage aggiuntivi di tipo Xbox Series X Storage Expansion Card sviluppate da Seagate e Microsoft per garantire gli stessi vantaggi dell'SSD NVMe PCIe 4.0 interna.

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Ottimizzazioni, segreti e infrastruttura

Il tutto condito dalle tecnologie che conosciamo come il Mesh Shading e il Variable Rate Shading, che permette al sistema di concentrare la potenza sulle aree rilevanti di un immagine evitando di sprecare risorse su zone meno visibili, e da qualche novità come la GPU Work Creation, pensata per spremere all'osso la GPU. Si parla inoltre di un Sampler Feedback streaming implementabile molto facilmente, cosa utile agli sviluppatori per ottimizzare la memoria in funzione delle texture, e di Machine Learning Inference, con la capacità di usare il calcolo FP16 anche per applicare quanto imparato da un algoritmo IA anche su nuovi dati. Non male considerando che parliamo di un bacino di potenza teorico di 24TFLOP da cui attingere per migliorare l'intelligenza artificiale e forse anche le prestazioni.

Non sembrano esserci, va detto, blocchi hardware dedicati al Machine Learning sul SoC di Xbox Series X, ma non sono da escludersi sorprese, magari simili ai Tensor Core NVIDIA, da parte di una Microsoft che sul piano hardware sembra più che tranquilla, tanto da non aver nemmeno spinto all'estremo le frequenze per ottenere numeri ancora più altisonanti. Ha invece sottolineato il raffreddamento parallelo a cui dobbiamo la forma della console e un ricco contorno pensato per garantire il massimo in ogni comparto e di cui abbiamo già parlato che include riduzione della latenza del controller, Dynamic Latency Input (DLI), Auto Low Latency Mode (ALLM), Variable Refresh Rate (VRR), Quick Resume, Intelligent Delivery e Smart Delivery, con hardware dedicato all'audio spaziale e una funzione di conversione automatica da SDR a HDR che promette di non avere alcun impatto su CPU, GPU e memoria. Potrebbe invece essere molto pesante quello del ray tracing, protagonista di alcune dichiarazioni ufficiali non particolarmente entusiasmanti.

Xbox Series X Hardware Slide

Ray tracing, una tecnologia spettacolare ma...

Xbox Series X, lo sappiamo, è equipaggiata con hardware dedicato al ray tracing, la novità principale dell'architettura RDNA2, e gode del pieno supporto per le API DirectX Raytracing (DXR), la componente delle DirectX Ultimate pensata per spingere l'illuminazione realistica verso una diffusione capillare. Ma potrebbe volerci più tempo del previsto per godere a pieno delle meraviglie di una tecnologia che, se applicata in modo massiccio, è decisamente difficile da gestire anche per un hardware di fascia alta. D'altronde parliamo di milioni di raggi di luce che interagiscono con innumerevoli superfici per creare un'illuminazione pressoché reale tra luci, ombre e rifrazioni la cui resa è influenzata anche dal colore e dal materiale delle superfici riflettenti. Abbastanza, insomma, per mettere in grosse difficoltà una scheda da 14,2TFLOP di potenza come la GeForce RTX 2080 Ti.

Certo, speriamo che la più recente tecnologia per il ray tracing delle GPU RDNA2 sia più avanzata di quella tirata fuori da NVIDIA ormai due anni fa, ma dobbiamo tenere conto che parliamo una tecnologia ancora nuova per molti sviluppatori e che parliamo di un hardware destinato a costare meno di un PC di fascia media. Non ci sorprendiamo, per questo, di fronte alle parola di Mark Grossman, il system architect di Xbox Series X che ha parlato della tendenza di parecchi sviluppatori, almeno in questo momento, a preferire le classiche tecniche di rendering, usando il ray tracing in modo selettivo per non sacrificare troppe risorse hardware.

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Ma anche l'illuminazione classica ha fatto passi in avanti notevoli verso il dinamismo, come abbiamo visto con la tecnologia Lumen dell'Unreal Engine 5, e la combinazione tra più tecniche potrebbe dare comunque risultati notevoli. Inoltre la resistenza degli sviluppatori potrebbe essere un sintomo delle scarse capacità di accelerazione del ray tracing da parte dell'hardware di Xbox Series X, ma potrebbe anche dipendere dalla scarsa dimestichezza delle software house con una tecnologia che è nuova e in evoluzione. Nelle slide di Microsoft leggiamo numeri come 380G/sec ray-box peak e 95G/sec ray-triangle peak, ma non sappiamo come rapportarli ai milioni di raggi per secondo delle GeForce RTX. Sappiamo però che se Microsoft, come Sony, ha implementato della tecnologia hardware in macchine che sono soggette a vincoli strettissimi tra prezzo e prestazioni, significa che vuole sfruttarla. Per questo non ci preoccupiamo troppo di fronte a comprensibili tentativi di frenare l'hype, soprattutto dopo il caso Halo Infinite, sapendo che c'è chi si aspetta il full path ray tracing da una macchina destinata a costare al massimo 600 euro e sapendo che a prescindere dalla potenza dell'hardware difficilmente vedremo applicazioni massicce del ray tracing nel primo anno di vita delle nuove console.