نگاهی نزدیک‌تر به سخت‌افزار کنسول‌ ایکس ‌باکس سری ایکس

با نزدیک شدن زمان انتشار کنسول‌های نسل بعد، اخبار و اطلاعات جدید حول محور آنان نیز افزایش پیدا می‌کند. چند هفته پیش و در جریان رویداد Hot Chips 2020، مایکروسافت اطلاعات بیشتری از معماری داخلی سیستم کنسول‌های نسل بعد خود یعنی، ایکس باکس سری ایکس در اختیار مخاطبین قرار داد. هرچند بسیاری از اطلاعات ارائه شده، جزییاتی بود که پیش از این می‌دانستیم. اما داده‌های نویی در اختیار ما قرار گرفت که من را مجاب کرد در مقاله‌ای به جزییات سخت افزاری منتشر شده در این رویداد بپردازم.

کنسول‌ ایکس ‌‌باکس سری ایکس از پردازنده‌ی اختصاصی AMD Zen 2 با ۸ هسته و ۱۶ رشته‌‌ای و پردازنده گرافیکی ۱۲.۱۵۵ ترافلاپس با ۵۲ واحد پردازش گرافیکی (Compute Unit)  بهره می‌برد. پردازنده این کنسول با وجود بهبودهای اساسی مبتنی بر پردازنده‌های هفت نانومتری TSMC ساخته شده‌ است. بنا به گفته‌ مایکروسافت، با این پردازنده باید شاهد عملکرد چهار برابر بهتر از ایکس باکس وان در عملیات تک‌هسته‌ای و چندهسته‌ای باشیم.

این اولین ‌باری است که تصویر کاملی از هسته این کنسول را مشاهده می‌کنیم. تراشه‌ به نسبت بزرگی با ابعاد ۳۶۰.۴ میلی متر مربع با ۱۵.۳ میلیارد ترانزیستور که حدود نیمی از هسته آن را پردازنده گرافیکی (GPU) در بر گرفته است.

با نیم‌نگاهی به بخش‌هایی که در این هسته تعبیه شده‌اند، می‌توان متوجه شد برخلاف آن چه تصور می‌شود، فضای هسته این کنسول به شکل قابل قبولی مدیریت شده است. بگذارید کمی برایتان بیشتر موضوع را بشکافم. پردازنده مرکزی (CPU) رایزن که مبتنی بر Zen 2 ساخته شده است، با وجود طراحی دو کلاستری چیپلت، بیش از ۷۴ میلی‌متر مربع مساحت اشغال می‌کند. از طرفی پردازنده گرافیکی (GPU) این کنسول با وجود امکانات و هسته‌های shader بیشتری نسبت به کارت گرافیک Navi 10، حدود ۲۵۱ میلی‌متر مربع فضا اشغال می‌کند. یعنی در مجموع ۳۲۵ میلی‌متر مربع بدون درنظرگرفتن ۱۲ واحد پردازشی دیگر و سایر متعلقات!

با نگاهی دقیق‌تر به عکس، می‌توان دریافت که تراشه کامل شامل ۵۶ واحد پردازشی (Compute Unit) است. این امر به این دلیل است که با وجود این هسته‌ به نسبت بزرگ، بازده تولید تراشه‌های سالم را می‌توان با درنظرگرفتن واحدهای اضافه افزایش داد و اگر شمارش من دقیق باشد، نشان می‌دهد که AMD و مایکروسافت فقط ۴ تا از کلاسترهای پردازشی دوگانه (dual-CU) را غیرفعال کرده‌اند، البته همه هشت کلاستر پردازنده مرکزی (CPU) باید کار کنند تا یک تراشه کارآمد داشته باشیم.

با وجود این که اندازه‌ی تراشه‌ی ایکس ‌‌باکس سری ایکس هم سطح کنسول‌های قبلی است (حدود ۳۷۵ میلی‌متر مربع برای ایکس‌باکس وان)، تعداد ترانزیستورها از ۶.۶ میلیارد به ۱۵.۴ میلیارد رسیده است، یعنی بیش از دو برابر!

تولید همچین سخت افزار قدرتمند مسلما هزینه‌ی تولید هسته را هم به نسبت افزایش داده است. البته مایکروسافت این میزان افزایش را به وضوح مشخص نکرده. اما در اسلایدهای ارائه شده در رویداد Hot Chips 2020، نماد $ را برای هزینه‌ی ایکس‌باکس وان، +$ برای ایکس‌باکس وان ایکس و ++$ را برای ایکس‌باکس وان سری ایکس بکار برده است.

همان‌گونه که در جای دیگری هم اشاره کردیم، درحالی‌که لیتوگرافی ۷ نانومتری شرکت TSMC قدرتش را به رخ می‌کشد، هزینه‌ی تمام شده برای هر ویفر به میزان قابل ملاحظه‌ای بالاتر از پروسه‌ی ۱۲ نانومتری است.

همچنین مایکروسافت اطلاعات بیشتری در مورد معماری Velocity و اهداف بلند مدتش ارائه کرده است. معماری Velocity بجای افزایش حافظه‌ی سیستم مادر، از حافظه‌ها‌ی  SSD که کم قیمت‌تر خواهند بود، استفاده می‌کند. در گذشته قیمت حافظه‌های DRAM سالانه حدود ۳۰ درصد کاسته می‌شد، اما برای نه سال گذشته، این رقم به تنها ۵ درصد کاهش یافته است. این در حالی است که حافظه‌های Flash در مدت مشابه، سالیانه ۲۳ درصد افت قیمت را تجربه کرده‌اند.

از آنجایی که سرعت حافظه‌های SSD بسیار بیشتر از پلاترهای چرخشی است که در HDD برای کنسول های قبلی استفاده می‌شد، می‌توان کاهش زمان بارگذاری بازی‌ها را تضمین شده دانست. در نتیجه، با ترکیب با متد Sampler Feedback Streaming، سخت‌افزار قادر خواهد بود با به کارگیری حافظه‌ فلش بدون نیاز به افزایش تصاعدی حافظه رم، راندمان‌ کلی را افزایش دهد.

• 

• 

• 

• 

یکی از جنبه‌های جالب و جدیدی که در کنسول‌های نسل بعدی پشتیبانی می‌شود، Ray Tracing است. اگر نمی‌دانید، رهگیری پرتو یا به شکل دقیق‌تر، رهگیری بلادرنگ پرتو (Real-Time Ray Tracing) ترندی جدید در حوزه گرافیک است که تا همین اواخر صرفا در انحصار هالیوود بود. همانطور که از نام آن پیداست، این تکنولوژی با ردیابی اشعه در زمان واقعی، می‌تواند نورپردازی درون بازی را بسیار واقعی‌تر جلوه دهد زیرا کارت گرافیک را قادر می‌سازد تا مسیر پرتوهای مجازی نور را ردیابی کرده و بدین ترتیب با دقت بیشتری نحوه تعامل با اشیا موجود در محیط را شبیه سازی کند.

تا به امروز متوجه شدیم که هر دو کنسول ایکس باکس سری ایکس و پلی‌استیشن ۵ از ویژگی رهگیری پرتوی پشتیبانی سخت‌افزاری خواهند کرد؛ اما هیچ ایده‌ای درباره سطح راندمان و کیفیت آن نداشتیم. اما با توجه به ارائه آخر مایکروسافت به نظر می‌رسد که ایکس باکس استفاده از ویژگی رهگیری پرتو در بازی‌ها را کم اهمیت جلوه می‌دهد، یا حداقل برداشت من از این ماجرا این گونه بوده است. مایکروسافت تاکید می‌کند که این شیوه نمی‌تواند جایگزین کاملی برای روش‌های رندر سنتی باشد. درست همانند سیاستی که انویدیا با سری کارت‌های RTX در پیش گرفته است.

تا آن ‌جایی که در ارائه اشاره شد، مایکروسافت فقط به سقف راندمان محاسبه‌ی ۳۸۰ گیگا یا میلیارد پرتو-جعبه در ثانیه و ۹۵ میلیارد پرتو-مثلث در ثانیه را عرضه می‌کند. این ارقام چطور قرار است با پردازنده‌های گرافیکی سری RTX 20 که ادعا شده قادر به پردازش ۱۱ میلیارد پرتو در ثانیه است، رقابت کند؟ از آن جایی که انویدیا اوج عملکرد و مایکروسافت عملکرد معمولی را ارائه نداده است، نمی‌توان نظر دقیقی داد.

ما هنوز اطلاعات دقیقی در مورد اینکه آیا ایکس ‌باکس سری ایکس از سخت افزار مازادی جهت برخورداری از تکنولوژی یادگیری ماشین (Machine Learning) استفاده خواهد کرد یا نه. (چیزی مانند هسته‌های Tensor انویدیا که برای DLSS 2.0 استفاده می شود.) البته در اسلایدهای ارائه شده به طور مستقیم به شتاب‌دهی ماشین لرنینگ اشاره شده و حتی از عبارت "ML Inference acceleration" برای ۳ تا ۱۰ برابر سرعت بیشتر اشاره شده است. البته این مورد می‌تواند با محاسبات FP16 یا INT8 روی کلاسترهای معمولی CU نیز اشاره کند.

در ادامه نکاتی که در این ارائه مطرح شد، برخورداری ایکس ‌باکس سری ایکس از خروجی HDMI 2.1 است که امکان خروجی با دقت 4K و ۱۲۰ هرتز یا حتی 8K و ۶۰ هرتز را برای کاربران فراهم می‌کند. همچنین انکدر/دیکودر این کنسول از ویدیو‌های 4K و 8K AVC و HEVC/ VP9 با رمزگذاری AVC (فرمت H.264) و HEVC (فرمت H.265) است، پشتیبانی می‌کند.

در مجموع می‌توان گفت ایکس باکس سری ایکس مایکروسافت، کنسولی قدرتمند خواهد بود که با قابلیت‌های سخت افزاری خود می‌تواند تنور رقابت نسل نهم را حسابی گرم کند. اما عیان است که برتری سخت افزاری به تنهایی برای برنده شدن رقابت نسل نهم کافی نخواهد بود.

بیشتر بخوانید:

• NVIDIA یا AMD – کدام کارت گرافیک‌ها در سال ۲۰۲۰ انتخاب بهتری هستند؟
• ایکس باکس سری ایکس دقیقاً چقدر قدرتمند است؟
• چطور سخت‌افزار ایکس باکس سری ایکس به بهینه‌ترین شکل ممکن طراحی شد؟‌