【デジタルファウンドリー レビュー日本語訳】HotChips2020で明らかにされたXbox Series Xのメインチップ(SOC)の全貌-マイクロソフトはどのようにして次世代プロセッサを設計したのか-

今週初め、MicrosoftはHot Chips 2020シンポジウムに参加し、従来のゲーム機のシリコンの内訳を紹介しました。今回の講演では、Xbox Series X「Project Scarlett」プロセッサのコア構成と、それまでのプロセッサとの比較に焦点を当てました。私たちは、チップの特性について学んだだけではなく、チップの設計に影響を与えている市場の状況についても知ることができました。

結論は、最先端の民生用電子機器はまだ世代を超えて性能を向上させることができ、ムーアの法則が死んだわけではありません。しかし、製造コストは上昇しており、これらがマイクロソフトの新しいコンソールの形に根本的な影響を与えています。

発表会の冒頭でマイクロソフトのシリコンエンジニアがXboxシリーズXプロセッサの構成図を明らかにしました。


360.4mm2のシリコン基板の中に、個々のコンポーネントがどのように配置されているかを示しています。CPU、GPU、その他の主要なコンポーネントがどのくらいのスペースに割り当てられているかを示すことで、全体的な設計におけるそれらの重要性をある程度把握することができ、そのバランスは既存のAMDベースのコンソールで見られたものと似ています。

全体の面積の約47%は、56個のAMD RDNA 2グラフィックス・コンピュート・ユニット(演算ユニット)に割り当てられています(56個のうち4個は、軽微な欠陥のあるチップを製品コンソールに投入できるようにするために無効化されています)が、そのうち約11%は、MicrosoftがサーバークラスのZen 2ベースのCPUクラスタと説明しているものに割り当てられています。

同様の量の領域がGDDR6メモリコントローラによって占有されており、合計10個のGDDR6メモリコントローラがあり、製品版のコンソールでは16GBの総RAMに対応していますが、Project Scarlett(Xbox Series X)開発キットでは40GBのメモリにも対応しており、Azureクラウドに統合された後、チップは他の種類の非リテールメモリセットアップを使用することになると想定すべきでしょう。

CPUクラスタを「サーバークラス」と呼ぶことは、基本的な構成とキャッシュのセットアップが、エンタープライズ環境で実際に使用されている巨大なメニーコアEpyc製品とは対照的に、Ryzen 4000ノートブックラインで使用されているAMDのルノアールデザイン(Microsoftは内部的にCPUデザインの「ヘラクレス」コードネームを持っています)に非常に近いことから、いくつかの混乱を引き起こしてきました。「サーバークラス」と言うのは、単にXbox Series XのシリコンをAzureクラウドに統合するために必要なセキュリティ機能とメモリサポートを指している可能性が高いようです。

プロセッサのクラウドサポートの重要性は控えめには言えません。チップは次世代ゲームを実行したり、ストリーミングしたりすることができるのはもちろんですが、4つのXbox One Sの動作を同時に仮想化することもできます。

また、これらのサーバークラスのCPUは、ゲームに使用しないときには、標準的なWindowsサーバーとしての役割を果たすことも想定され、チップの検証がそのレベルに達していれば、Surfaceビジネスへの展開には興味深い可能性があります。

例えば、Xboxモードを搭載した新しいSurface Studioオールインワンは、ユニークで目を引く製品になるでしょう。XboxシリーズSは、コントローラ既にリークされていることが確認されており、より小さく、より電力効率の高いSoC(システム・オン・チップ)は、ノートや小型フォームファクタPCでもうまく機能する可能性があります。簡単に言えば、ここに可能性があるということです。

Hot Chipsのプレゼンテーションの核心は、半導体業界のコストがやや厳しくなってきており、プロセッサ設計に革新が求められているという点にあります。見通しは暗い面もありますが、楽観的な面もあります。良いニュースは、Microsoftによれば、ムーアの法則は死んでいないということだ。トランジスタ密度は依然として向上しており、Xbox Series Xと2013年製のXbox Oneのチップを比較すると、いくつかの驚くべき比較が浮かび上がってきます。

まず、物理的なサイズの面では、Xbox Series XのプロセッサはXbox Oneのものよりも実は小さいのです。360.4mm2 対 375mm2と、実際にはXbox Oneよりも小さくなっています。トランジスタ数は、わずか7年間で48億個から154億個に増加しており、3.2倍の倍数となっています。GPUの演算能力は1.3テラフロップスから12.2テラフロップスに上昇し、9.3倍になっています。2017年のXbox One Xとの比較でも、トランジスタの乗数は2.3倍、計算能力は2倍になっています。

スケーラビリティはありますが、風景は変わっています。Xbox One Xの16nmFFプロセッサは、初代Xbox Oneのものよりも小型でしたが、製造コストが高く、Xbox Series Xで強化された7nmプロセスへの移行に伴い、コストはさらに上昇しています。かつてはトランジスタ1個あたりのコストが低かったですが、現在はその逆になっています。一方で、他のプレッシャーもあります。前年比30%減だったメモリコストは、僅か5%にまで減少しています。シリコンが高価になっただけでなく、Xbox 360からXbox Oneへの8倍のブーストに合わせたメモリ容量の改善が不可能になったことを意味しています。

可変レートシェーディングやレイトレーシングのような要素のための専用ハードウェアはあっても、トランジスタあたりのコストの問題に対抗するためにMicrosoftができることはあまりありません。確かに役立ちますが、必要性なのは「発明の母」であり、Microsoftがシェーダーフィードバックサンプリングを開発した理由です。

基本的な考え方は非常にシンプルです。テクスチャマップは、異なる品質(mip)レベルで保存されます。テクスチャデータのサイズは、4K解像度の時代に移行するにつれ、すでに膨らんできているので、Microsoftが言うところの2.5倍までの倍率でメモリに供給されるテクスチャデータのうち、実際に必要とされる部分をストリームインするだけのアイデアです。

これは、SSDへのMicrosoftの投資を最大化しようとするMicrosoftのVelocity Architectureの一部です。少なくとも、経済的にはよりポジティブに見えます。ハードドライブからSSDへの移行には初期費用がかかりますが、フラッシュNANDを使用した場合、前年比でのコスト削減はポジティブに見えます。それは潜在的に時間をかけて価格を削減する方法ですが、それはコストがかからない大容量のコンソールSKU(ストック・キーピング・ユニット)への扉を開くことになるかもしれません。

Xbox Velocity Architectureは、Quick Resumeのような新機能への扉を開いていますが、これはもう少し注目に値すると思います。3月にマイクロソフトを訪問した際には、後方互換性のあるXbox One Xタイトルの中から、シリーズXのコンソールがゲームステート間で入れ替わっているのを見ることができました。

マイクロソフトが公開したクイックレジュームの実機デモ。次から次とゲームを中断し、切り替えて他のゲームをプレイしています。

  

Xbox One Xのゲームに割り当てられているシステムメモリの量は9GBで、それらの間のスワップには約6.5秒かかります。9GBをオフでセーブして、以前にキャッシュされた状態でストリーミングするプロセスは驚くほど速いことを意味します。特に、データを書き込む処理は、読み込みよりも6.5秒以上かかる可能性が高いと思います。

私は、ソリッドステートストレージがコンソール体験のために何ができるかについて非常に楽観的ですが、それを最大限に活用するためには、開発者がエンジンを移行するのに時間がかかるかもしれないと考えています。感覚的には「インスタント」ローディングが可能になるかもしれませんが、短期的にそれが実際に多く見られるかどうかはまだわかりません。私がサードパーティの開発者と話したところによると、この点は次世代機にも当てはまると思います。

ホットチップスの話に戻りますが、主にシェーダコアの配置のブロック図から、GPUについての詳細を知ることができます。AMDのRX 5700シリーズで見られた基本的なセットアップからRDNA 2の驚くべき変化を期待していた人は、がっかりするかもしれません。基本的な配置とキャッシュの割り当ては一致しているように見えますが、唯一の顕著な変化は、レイトレーシングブロックが追加されたことです。

ここでは、nVIDIA 2080Tiのgigaray性能を大きく超えると言われたいくつかの数値の混乱がありました 。しかし、これらは非常に異なる方法で計算されており、比較することはできません。我々は、Xbox Series XでMinecraft DXR (Direct X レイトレーシング)が動作しているのを見てきましたが、1080pで30~60fpsで動作しており、Nvidiaの現世代RTX製品と大差ありません。

わずか1ヶ月の開発作業で、Xbox Series X上で完全にパストレースされたRT(レイトレーシング)体験が可能になったことに、私はより感銘を受けました。(既存の Minecraft RTX コードベースを基盤にしていますが)。そして、Xboxの本質的な「to the metal」アクセスをサポートしているので、開発者が何を思いつくのか、本当に楽しみです。

シリコンの価格は大幅に上昇していますが、メモリの価格はもうそれほど急激には下がっていません。しかし、フラッシュNANDメモリはきれいに価格をスケールダウンし続けています。

  

3Dオーディオについても同様で、私はマーケティングとプレゼンテーションについて多くのことを考えさせられました。ソニーはPlayStation 5でTempest Engineを使って3Dオーディオの革命を訴え、3D空間に正確に配置された数百ものオーディオソースの話をしました。

しかし、マイクロソフトは、PS5 びTempest Engineが持っているHRTFをサポートしている独自のハードウェアと本質的に同じピッチを行っています。マイクロソフトは、3Dオーディオを個人の特定のHRTFにマッピングすることについて具体的な約束をしていませんが、ソニーは各プレーヤーのデータをどのように取得する予定なのか、具体的には教えてくれませんでした。

私は、コンソールが発売され、ソフトウェアが利用可能になったら、3Dオーディオが実際どれくらいの効果があるのかに非常に興味を持っています。

全体的には、いくつかの興味深い仕様や、Scarlettプロセッサ(Xbox Series Xのプロセッサ)のダイショットが明らかになっただけでなく、Hot Chipsのプレゼンテーションで取り上げられている内容の多くは、私たちが参加した3月の発表イベントの一部となっていますが、経済がデザインを形成する上でどのような役割を果たしてきたかについての洞察は貴重なものです。

それだけでなく、Xbox Velocity ArchitectureとDirect Storage APIを使ったMicrosoftの仕事は、PCにも引き継がれます。実際、DirectX 12 Ultimate APIの登場は、Xbox Series Xに見られる多くの次世代技術革新を一網打尽にし、PCプラットフォームが取り残されることのないようにしているようです。Microsoftは明らかにXboxコンソールだけではなく、イノベーションの責任者であると感じています。そして、それはソニーが気にする必要のない責任で、ソニーPS5のよりエキゾチックなデザインの選択のいくつかがそれを説明しているのでしょう。

ジャーナリストとして、Xbox Series Xの最初の技術発表とHot Chipsのプレゼンテーションで楽しんだのは、Microsoftが新マシンの機能、それがどのようにまとめられたのか、そしてその理由についてどれだけ透明性を保っているかを紹介しています。誰もXboxで「秘密のソース」やこれまで知られていなかったゲームを変えるような機能について語りません。開発者のドキュメントを見て確認していますが、それはすべてがオープンになっているからです。

これこそがXbox Series Xで、私はマイクロソフトが新型機のために作ったものをすべて知っています。これにソニーが追随するかどうかは疑問に思っています。おそらくマーク・サーニー氏が「プレイステーション5への道」のプレゼンテーションで話したハードウェア「ティアダウン」から始まるのではないでしょうか。

スペックの議論は興味深く楽しいものですが、発売時にはどんなゲームをプレイできるのか、次世代ドリームがいくらで買えるのだろうといった別の問題に話が移ってしまったのかもしれません。

via Eurogamer DigitalFoundry


   

デジタルファウンドリーのHotChips2020でのXbox Series Xの技術カンファレンスのレビュー日本語訳でした。この前のHotChips2020の日本語訳記事と被る内容ですが、辛口でイギリス人らしいブラックユーモアと皮肉も交えるデジタルファウンドリーのレビューも気になったので、日本語訳しました。

マイクロソフトはもうXBOXだけでなく、DirectX12 UltimateなどPCの技術革新のための技術をも含めてハードウェアもソフトウェアも開発している事も分かります。Xbox Series Xの内容はもうコンソールとは思えないくらい贅沢な仕様で、驚くばかりです。発売がますます楽しみになってきました。

マイクロソフトはXbox One Xから、今回のXbox Series Xとハードウェアの技術詳細をこれでもかと身ぐるみ剥がして公開しています。DFのリチャードさんはこの透明性のある姿勢をテックジャーナリストとして非常に評価していて、記事終盤では、マイクロソフトがこれだけハードウェアの技術詳細を透明性を持って公開しているのに、ソニーはなぜ公開しないんですか?どうせ公開しないんでしょ?的なメッセージを皮肉をこめて書いています。

私もそこは同感で、ソニーはハードウェアの多くの部分を公開もしませんし、多くを語ろうとしません。そればかりか、いまだにPS5の公式の寸法すら公開していません。TV、ヘッドホンなどなど他の製品では事細かにテクノロジー披露していますが、PS4Pro、PS5くらいからはあまり多くを語ろうとしなくなった印象です。理由は言わずもがなだと思いますが、もう少しオープンにしてくれても良いのではないか?と思った次第です。🔚

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