【海外記事翻訳】Xbox Series X HotChips2020ディープダイブ。ダイジェスト。レイトレーシングと機械学習を取得、総合的に3〜10倍の性能向上を誇る模様。nVIDIAと似ている？

本日開催されるHot Chips 2020において、MicrosoftはXbox Series Xシステムアーキテクチャの内部構造の詳細を発表します。

XboxシリーズXのアーキテクチャ詳細については、本日後半のバーチャルHot Chipsカンファレンスで議論される予定で、MicrosoftのJeff Andrews氏（コンピュータアーキテクト）とMark Grossman氏（XboxのリードGPUアーキテクト）が、次世代Xboxハードウェアについて非常に技術的なデープダイブを行います。

事前に公開されたプレゼンテーションの情報の多くは、私たちがすでに知っていた詳細をカバーしていますが、新しいスライドからプロセッサのダイの図を含むいくつかのジューシーなおつまみがあります。この記事の最後にスライドデッキの全文を掲載していますが、ハイライトをいくつか挙げてみましょう。

我々はXboxシリーズXが8コア/16スレッドのZen 2 CPUと52 CUのGPUを持っているだろうと知っていましたが、我々が完全なダイショットを見たのは初めてです。そのGPU部分は、驚くことではありませんが、とにかく巨大です。チップ全体の大きさは360.4mm角で、153億個のトランジスタを搭載しています。ざっと画像を解析してみると、GPUはダイの約半分を占めています(より正確な推定値を知りたい場合は47.5%)。

Zen 2 CPUチップレットのサイズは74mm角（Xbox One X APUと比較してL3キャッシュが4倍）で、Navi 10（RX 5700 XT）よりも多くの機能とシェーダーコアを持つGPUを搭載すると、251mm角になります。これは、強化されたNavi 2xコアと12個の追加CUを含まないと325mm四方です。あるいは、156mm角のAMDのルノアールAPUの2倍以上の大きさです。

ダイスショットをよく見ると、フルチップには最大56個のCUが含まれているように見えます。数え方が難しいので、ご容赦ください）。

これは、比較的大きなダイであれば、機能チップの歩留まりは冗長性を組み込むことで大幅に改善できるからです。我々のカウントが正確であれば、AMDとMicrosoftはデュアルCPUクラスタのうち4つだけを無効にしたことになり、もちろん、8つのCPUクラスタすべてが機能するチップを得るために動作しなければなりません。

発表では、ムーアの法則と比較してチップのスケーリングの難易度が下がったことについても何度か取り上げています。XboxシリーズXのチップサイズは以前のコンソールハードウェアと遜色なく（2013年のXbox Oneは375mm角、2017年のXbox One Xは367mm角）、トランジスタ数はXbox One Xと比較して2倍以上（66億→154億）になっているが、ダイコストは高くなっています。Microsoftはどの程度高いのかは明記していませんが、Xbox OneとXbox One Sでは「$」、Xbox One Xでは「$+」、Xbox Series Xでは「$++」とコストを挙げています。 他のところでも述べたように、TSMCの7nmリソグラフィは強力であることが証明されていますが、ウェハ1枚あたりのコストは12nmよりも大幅に高くなっています。

また、MicrosoftはVelocityアーキテクチャとその動機についても追加の詳細を提供しました。Velocityアーキテクチャは、システムメモリを増やす代わりに、より安価なSSDストレージを使うようになっています。これまでDRAMの価格は毎年30%ずつ下がっていたが、過去8年半は毎年5%ずつ下がっています。対照的にフラッシュメモリは、同じ期間で毎年23％ずつ価格が下がり続けています。

SSDは、従来のゲーム機のHDDで使用されていた回転プラッタよりも、はるかに高速であるため、ゲームのロード時間に大きなメリットがあります。サンプラー・フィードバック・ストリーミングと組み合わせることで、ハードウェアはフラッシュメモリを活用して、DRAMを大容量に増やさなくても全体的なパフォーマンスを向上させることができます。

次世代機の新しい側面として興味深いのは、レイトレーシングのサポートです。我々は、Xbox シリーズ X とプレイステーション 5 の両方がハードウェアのレイトレーシングをサポートすることを知っていたが、我々は今まで期待するパフォーマンスのレベルの明確な事は判明していませんでした。マイクロソフトは、少なくともゲームでレイトレーシングを使用することの重要性を過小評価しているように見えます。少なくともそれが私たちの解釈です。NvidiaのRTXカードが行ってきたように、ハイブリッドレンダリングアプローチを強調し、それは伝統的なレンダリング方法のための 「完全な代替ではない 」と指摘しています。

レイトレーシングのパフォーマンスとして、マイクロソフトのみ 380 G/秒レイ ボックス計算と 95 G/秒レイトライアングルの計算のピーク パフォーマンスを与えています。NvidiaのRTX20シリーズ ハードウェアと比較して、それはどのようにしてRTX 2080Tiのような11 Gigarays/sec を行うことができると主張しているのでしょうか？Nvidiaはピークパフォーマンスを与えていないし、Microsoftは典型的なパフォーマンスを与えていないので、我々は本当にわかりません。

しかし、スライドには “3-10倍加速のためのマイナーエリアコスト “としか書かれていません。これは、私たちがNvidiaのグラフィックスカードから見てきたものに比較的似ているようです。従来のレンダリングとレイトレーシングを組み合わせたゲームでは、NvidiaのRTX 2060でレイトレーシングを有効にして実行すると、前世代のGTX 1080 Tiの2～3倍の速度になることが多いです。

Xbox Series Xに機械学習（ML）関連のハードウェアが追加されるかどうかについては、具体的な詳細はまだ明らかになっていませんが、例えばDLSS 2.0で使用されているNvidiaのTensorコアのようなものです。スライドでは、機械学習アクセラレーションについて言及しており、小さなダイエリアコストで3～10倍の「機械学習推論アクセラレーション」が可能だとしていますが、これはCUクラスタ上で実行されるFP16またはINT8計算を経由している可能性があります。

Microsoftはエンジニアが推論アルゴリズムには十分なことが多い8ビットと4ビットの整数演算に「特別なハードウェアサポート」を追加したことは既に知っていましたが、公式スペックシートによるとXbox Series Xでは8ビット整数演算で9TOPS、4ビット整数演算で97TOPSの性能を発揮しています。

XboxシリーズXで採用されるであろうもう1つのパフォーマンス節約術として、VRS（Variable Rate Shading）があります。Microsoftは2019年初頭にVRS専用のAPIを開発しています。Variable Rate Shadingは、開発者が視覚的な忠実度の影響が少ない画面の領域のシェーディングレートを選択して下げることができ、その過程でパフォーマンスを大幅に節約することができます。この場合、Microsoftによると、このためのハードウェアはダイ上のごく小さな領域を必要とするだけで（負荷も少ない）、潜在的にゲームで10～30％のパフォーマンス向上を実現できるようです。

今のところ Xbox シリーズ X は、HDMI 2.1 出力をサポートします, 120 Hz 4K 出力を可能で（あるいは 8K60）DisplayPort出力がありません。それは期待されていたことではないですが、あなたが伝統的なPCのゲームモニターにコンソールを接続したいと望んでいた場合、機能が制限されます。つまりHDMI2.1端子入力のあるPCモニターを購入しなければなりません。

ビデオエンコーダ/デコーダは、4Kと8KのAVCとHEVC/VP9のデコードもサポートしており、AVC（H.264）とHEVC（H.265）のエンコーディングもサポートしています。これにより、最新のゲームを配信したいと考えている人にとっては、ストリーミング機能が向上するはずです。

via Tom’s Hardware wccftech

とりあえず、カンファレンス前に公開されたスライドを元にした印象と解説記事なので、今後より詳しい記事が出てくるので、その際はまた取り上げたいと思います。

この記事で気になったのは、まずダイコスト（SOC System on Chip）がXbox One Xより上昇している事です。おそらくゲーム機で1番コストのかかる部分で価格に直結する部分なので、そこのコストが上昇しているのは気になります。後は、ディスプレイポートがない事で、HDMIで4K 120Hzとなると、HDMI2.1端子しかないので、PS5、XboxSeriesXの登場で、PCモニターにもHDMI2.1端子が必要な時代になってきたなという印象です。

そして4K、8KのAVCとHDVC/VP9のデコードサポート、そしてAVC、HEVCのエンコーディングもサポートしているのは大きいですね。配信ユーザーは歓喜かもしれません。

とりあえず、ザッと見た印象では12テラフロップスの性能も凄いですが、それ以上にレイトレーシングやスケーリング機能もハイエンドPCグラフィックスカードレベルに近いものがあって、家庭用ゲーム機でここまでの物が出るという事に驚きです。正に「テクノロジー進化の恩恵」という感じですね。今後Xbox Series Xが発売されて1〜2年経過しアンリアルエンジン5も加わり、ハードウェア性能が叩き出されて進化した時は、素晴らしい世界が見れそうで本当にワクワクします。🔚