【Xbox Wire日本語訳】Xbox Velocityアーキテクチャ。Xbox シリーズ Xでゲームのイノベーションを推進する次世代技術を詳しく見る。

昨日未明にXBOX公式ニュースサイトのXbox Wireが更新され、XBOXのベロシティーアーキテクチャー(革新的なストレージ関連システムなど)の詳しい、公式解説が公開されましたので、日本語訳にして掲載します。特に注目に値するのは「業界標準のLZ デコンプレッサーと BCPack と呼ばれるテクスチャ データ専用に設計された独自のアルゴリズムの両方をハードウェアで高速化」の部分で、以前記事でも取り上げましたが、元SpaceX、Valve、Ensemble StudioのエンジニアRichard Geldreich氏が、以前に2つの解凍ハードウェアエンジンを併用出来ると、PS5よりかなり強力になると言及していました。SSD単体ではソニーの物は倍近くあり強力なのは確かですが、少なくともXboxSeriesXもPS5に大きく劣ることはない強力なストレージ周辺システムを備えていはいるという事です。

Xbox シリーズ X の設計に着手した時、私たちは次世代の革新的な技術を搭載し、これまでにない安定した持続的なパフォーマンスを実現する、これまでで最もパワフルなコンソールを妥協なく構築することを目指しました。この目標を達成するためには、システムの各コンポーネントを分析し、従来のコンソールの性能やデザインの限界を超えたものにする必要がありました。XboxシリーズXの設計では、パワー、スピード、パフォーマンスのバランスを確保しつつ、世界最高のクリエイターの創造的な野心を妨げないようにすることが重要でした。

Image:Digital Foundry

Xbox シリーズ X の中核をなすのは、AMD のパートナーである AMD の最新の RDNA 2 および Zen 2 アーキテクチャを活用したカスタム プロセッサで、クラス最高の次世代プロセッサとして、12 TFLOPs 以上の GPU パワーXbox One X の 4 倍以上の CPU 処理能力を実現しています。そして、ストレージ サブシステムを分析していくうちに、従来のハード ドライブ テクノロジーの限界に達していることが明らかになりました。

次世代のゲームデザインとクリエイティブビジョンを強化する

現代のゲームでは、ゲーマーが体験するリアルな世界を作り出すために、膨大な量のデータが必要となります。プロセッサが最適なパフォーマンスで動作するためには、これらのデータをすべてストレージからメモリにロードしなければなりません。大規模でダイナミックなオープンワールド環境や、密度と多様性が増した生きた永続的な世界が爆発的に増加しているため、必要とされるデータ量は増加しています。環境メッシュデータから、高ポリゴンのキャラクターモデル、高解像度テクスチャ、アニメーションデータ、オーディオおよびビデオソースファイルなど、すべてのデータを組み合わせて、プレイヤーに最も没入感のあるゲームプレイ環境を提供します。

最近のゲームエンジンやミドルウェアでは、ゲームアセットをローカルストレージからメモリに ストリームできるようになったにもかかわらず、レベルデザイナーは、従来のハードドライブや I/O パイプラインの制限を回避するために、狭い通路や廊下を通ったり、エレベーターを作成する必要があることがよくあります。これらのゲーム内要素は、次のプレイスペースのために新しいアセットをロードしている間に、前のゾーンのアセットをメモリからアンロードする必要性を隠すために使用されることがよくあります。開発者の次世代タイトルへの抱負と現行世代の技術の限界について話し合った結果、この課題は今後も指数関数的に増加し続け、真に変革的なゲームの野心をさらに制約することになります。このフィードバックは、Xbox Velocity アーキテクチャの設計と開発に影響を与えました。

Xbox Velocityアーキテクチャの紹介

Xbox Velocity アーキテクチャは、次世代ゲームアセット ストリーミングのための究極のソリューションとして設計されました。従来のI/Oサブシステムの根本的な再発明は、XboxシリーズXのデザインのあらゆる側面に直接影響を与えました。当社のカスタム設計プロセッサがXboxシリーズXの心臓部にあるとすれば、Xbox Velocity Architectureはその「魂」です。ハードウェアとソフトウェアの革新を深く統合することで、Xbox Velocity Architectureは、これまでにない次世代のゲーム体験を実現します。

Xbox Velocity アーキテクチャは、4 つの主要なコンポーネントで構成されています。カスタム NVMe SSD、ハードウェア アクセラレーション デコンプレッションブロック、新しい DirectStorage API レイヤー、SFS (Sampler Feedback Streaming) です。

それぞれのコンポーネントを詳しく見ていきましょう。

カスタム NVME SSD。Xbox Velocityアーキテクチャの基盤となっているのは、カスタムの1TB NVME SSDで、2.4 GB/sの生のI/Oスループットを実現し、Xbox Oneの40倍以上のスループットを実現しています。PCに使用されている従来のSSDは、温度が上昇したり、ドライブのメンテナンスを行っている間にパフォーマンスが低下することがよくあります。Xbox Series X のカスタム NVME SSD は、ピーク時のパフォーマンスではなく、安定した持続的なパフォーマンスを実現するように設計されています。開発者は、常に保証されたレベルの I/O パフォーマンスを得ることができ、ゲームを確実に設計して最適化することができるため、今日のような障害や制約を取り除くことができます。この同じレベルの一貫した持続的なパフォーマンスは、シーゲイトと共同開発した拡張可能なストレージ・カードにも適用され、ゲームがどこにあるかに関係なく、まったく同じゲームプレイを楽しむことができます。

ハードウェアによる高速解凍。ゲーム パッケージやアセットは圧縮され、ダウンロード時間と個々のゲームに必要なストレージ量を最小限に抑えます。業界標準の LZ デコンプレッサーと BCPack と呼ばれるテクスチャ データ専用に設計された独自のアルゴリズムの両方をハードウェアで高速化してサポートすることで、Xbox Series X は、品質やパフォーマンスを損なうことなく、開発者が大幅なコスト削減を実現できるようにしました。テクスチャ データはゲーム全体のサイズのかなりの部分を占めるため、汎用的な LZ デコンプレッサーに加えて、テクスチャ データに最適化された専用のアルゴリズムを使用することで、両方を並行して使用してゲーム パッケージ全体のサイズを縮小することができます。2:1 の圧縮率を想定した場合、Xbox シリーズ X では、タイトルの I/O 性能が 4.8 GB/s となり、現世代機の約 100 倍の I/O 性能を実現しています。ソフトウェアで同様のレベルの解凍性能を実現するには、4つ以上のZen 2 CPUコアが必要になります。

新しいDirectStorage API。標準のファイルI/O APIは30年以上前に開発されましたが、ストレージ技術はそれ以来大幅に進歩していますが、ほとんど変わっていません。ゲームデータのアクセスパターンやSSD技術による最新のハードウェアの進歩を分析した結果、開発者がより多くのコントロールを行えるようにするためには、最先端の技術を進化させる必要があることがわかりました。これにより、開発者は、複数のI/Oキューの確立、優先順位付け、およびI/Oレイテンシの最小化を行うことができるようになりました。これらのダイレクトで低レベルなアクセスAPIにより、開発者はハードウェアが提供する生のI/O性能をフルに活用することができ、その結果、ロードタイムや高速な移動システムを事実上排除することができるようになります。

・サンプラーフィードバックストリーミング(SFS)。サンプラー フィードバック ストリーミングは、Xbox Velocity アーキテクチャの他のすべての進化の上に構築された全く新しい技術革新です。ゲームのテクスチャは、ミップマップと呼ばれるディテールと解像度の異なるレベルで最適化されており、レンダリング中に、プレイヤーからのオブジェクトの近さや遠さに応じて使用することができます。オブジェクトがプレイヤーに近づくにつれて、ゲーマーが期待する鮮明なディテールとビジュアルを提供するためには、テクスチャの解像度を上げる必要があります。しかし、これらの大きなミップマップは、オブジェクトがシーン内で遠くにある場合に使用できる低解像度のミップマップと比較して、かなりの量のメモリを必要とします。

今日、開発者は、全体のテクスチャのごく一部しかサンプルしない場合でも、ミップレベル全体をメモリにロードしなければなりません。Xbox One Xに追加された特殊なハードウェアを通じて、GPUによるテクスチャメモリ使用量を分析したところ、GPUがメモリにロードする必要のあるテクスチャデータの1/3以下のデータにアクセスすることが多いことがわかりました。1つのシーンには何千もの異なるテクスチャが含まれていることが多く、非効率的な使用により、効果的なメモリとI/O帯域幅の使用率が大幅に低下してしまいます。

この洞察を基に、Xbox Series X GPUに新しい機能を開発し、追加することができました。これにより、GPUがデータを必要とするタイミングに合わせて、必要に応じてミップレベルのサブ部分のみをメモリにロードすることができます。この技術革新により、生のハードウェア能力を平均して約2.5倍の効果的なI/Oスループットとメモリ使用量を実現しました。SFSは、利用可能なシステムメモリとI/O帯域幅に効果的な乗算器を提供し、その結果、利用可能なメモリとI/Oスループットが大幅に増加し、ゲームをより豊かで没入感のあるものにします。

大幅に増加した I/O スループット、ハードウェア アクセラレーション デコンpression、DirectStorage、サンプラー フィードバック ストリーミングによる効率の大幅な向上により、Xbox Velocity アーキテクチャにより、Xbox シリーズ X は、生のハードウェアのスペックをはるかに超える効果的なパフォーマンスを実現し、ゲームが必要な時に必要なだけ SSD に保存された 100GB 以上のゲーム データに直接、瞬時に、低レベルでアクセスできるようになりました。これらの革新的な技術により、これまでのゲームでは体験できなかったような新しいゲームプレイ体験と、深みと没入感のあるレベルを実現します。

次世代の体験を紐解く

これはゲーマーにとって何を意味するのでしょうか?業界で最も創造的な開発者やミドルウェア企業がこの新しい機能を探求し始めており、この革命的な新しいアーキテクチャは、これまでゲームでは考えられなかった全く新しいシナリオを可能にするため、次の世代を通して大きなイノベーションが期待されています。 Xbox Velocity アーキテクチャーは、ハードウェアの生の仕様をはるかに超えた新しいレベルのパフォーマンスと機能を提供します。

Xbox Velocity Architecture は、開発者が Xbox シリーズ X が提供するハードウェアをどのように活用できるかを根本的に考え直したものです。まったく新しいレンダリング技術から、ローディング時間の仮想的な排除、より大きくダイナミックなリビングワールドまで、ゲーマーとしてどのように探索するかを選択できるようになりました。さらに、Xbox Velocity アーキテクチャは、プラットフォーム レベルでの新たな革新を可能にし、複数のゲームで中断したところを即座に再開できるクイック レジュームなど、Xbox シリーズ X のすべてのゲーマーに向けて全体的なゲーム体験を向上させます。

世界中のゲーマーの皆様に、このホリデーホリデーやその先のXboxシリーズXで、これらの新しい次世代ゲーム体験を体験していただけるのが待ち遠しいですね。Xbox Velocity Architectureの詳細については、上記の動画をご覧ください。

via Xbox Wire

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