نوآوری گیمینگ در Xbox Series X قرار است توسط معماری کاملا جدید با نام Velocity به سطح جدید ارتقا پیدا کند. از این رو طراحان و سازندگان کنسول نسل نهم ایکس باکس اعلام کردند: “زمانی که قرار شد ایکس باکس سری ایکس را طراحی کنیم تمام تلاش خود را کردیم که قدرتمندترین کنسول به همراه نوآوری های تازه بسازیم و بازدهی را ایجاد کنیم که تاکنون روی هیچ کنسول دیگری مشاهده نشده است. برای رسیدن به این هدف تمام وقت خود را بر روی تجزیه و تحلیل بخش های مختلف سیستم قرار دادیم تا بتوانیم از طراحی کنسول های سنتی پا را فراتر بگذاریم زیرا این کار برای طراحی Xbox Series X بسیار با اهمیت بود. ما می خواستیم تا اطمینان پیدا کنیم که این کنسول از نهایت تعادل سرعت، قدرت و کارایی برخوردار است و در این راه هیچ قطعه ای نتوانست ما را از خلاقیت جاه طلبانه و تجربه های متحول کننده منع کند. نهایتا این امکان برای ما فراهم شد تا از ویژگی های منحصر به فردی که در نسل کنونی وجود ندارد برای نسل بعدی استفاده کنیم.
پردازنده سفارشی و شخصی سازی شده در قلب Xbox Series X قرار دارد که از معماری های Zen2 و RDNA2 بهره برده است. این معماری ها ساخته دست شرکای ما در شرکت AMD است و آن ها توانسته اند بهترین پردازنده نسل بعدی را ارائه دهند. این پردازنده 12 ترافلاپس توان گرافیکی دارد و نسبت به ایکس باکس وان حدود 4 برابر توان پردازشی بیشتری دارد. این کنسول همچنین بالاترین پهنای باند حافظه و 16 گیگا بایت حافظه GDDR6 در بین تمام کنسول های نسل بعدی را دارد. این حافظه که برای تغذیه پردازنده به دور از هر گونه گلوگاه استفاده می شود شامل 10 گیگا بایت حافظه بهینه شده برای GPU در 560 گیگا بایت بر ثانیه است. ما توانسته ایم به بالاترین حد فناوری هارد درایو برسیم و این کار ممکن نبود مگر با تجزیه و تحلیل زیر سیستم ذخیره سازی. البته ما نیاز داریم که برای رسیدن به اهداف خود در طراحی این کنسول، در مورد ذخیره ساز Xbox Series X تجدید نظر کرده و رویکردی بهتر را اتخاذ کنیم.”
دیدگاه خلاقانه برای توانمند سازی طراحی بازی نسل بعدی
بازی های جدید برای اینکه بتوانند دنیای واقع گرایانه ای را برای گیمرها به وجود آورند نیاز به میزان قابل توجهی از داده ها دارند. حال برای اینکه پردازنده بتواند در راندمان بهینه اش کار کند، لازم است تا همه داده ها از ذخیره ساز به حافظه اصلی منتقل شوند. در این میان رشد روز افزون دنیاهای پایدار و زنده با تراکم بالا به همراه محیط های پویای جهان باز سبب شده تا داده های مورد نیاز افزایش چشمگیری پیدا کنند.
این داده ها که شامل مدل های کاراکتری با چند ضلعی های زیاد، داده های انیمیشن و صدا، داده های مش محیطی، بافت های کیفیت بالا و فایل های منبع ویدئویی هستند همه باید با هم ترکیب شوند تا کامل ترین محیط گیم پلی را برای بازیکن به وجود آورند. با وجود اینکه در سال های اخیر، توانایی میان افزارها و موتورهای مدرن برای انتقال بازی از ذخیره ساز محلی به حافظه افزایش پیدا کرده است اما هنوز برای حل محدویت های گذرگاه ورودی و خروجی و همچنین محدودیت هارد درایو سنتی، طراحان مراحل بازی می بایست از راهروها، آسانسورها و مسیرهای باریک استفاده کنند.
برای پوشش دادن به عناصر درون بازی باید متعلقات مناطق قبلی از حافظه خارج شود و متعلقات جدید برای فضای بعدی در بازی بارگزاری شود. همان گونه که گفته شد خواسته های توسعه دهندگان برای نسل بعدی Xbox Series X و محدودیت های نسل کنونی ایکس باکس وان باعث افزایش تصاعدی این چالش خواهد شد و متحول شدن بازی ها را با مشکل و محدودیت روبه رو می کند و طراحی معماری Velocity را نیز تحت تاثیر قرار می دهد.
معرفی جزئیات معماری Velocity
معماری Velocity به عنوان یک راهکار نهایی برای متعلقات بازی در ایکس باکس سری ایکس طراحی شده و در زیر سیستم ورودی و خروجی، تمام جنبه های طراحی این کنسول را به طور مستقیم تحت تاثیر قرار می دهد. در واقع هنگامی که پردازنده شخصی سازی شده قلب Xbox Series X باشد پس ولوسیتی روح آن محسوب می شود. معماری ولوسیتی به دلیل یکپارچگی نرم افزاری و سخت افزاری که به وجود می آورد، تجربه بازی های نسل بعدی را برای کاربران فراهم می کند. این معماری به 4 قسمت مهم تقسیم می شود: بلاک های غیر فشرده سازی با شتاب دهنده های سخت افزاری، درایو اختصاصی SSD با استاندارد NVME، Sampler Feedback Streaming یا SFS و در نهایت یک لایه واسط برنامه نویسی کاملا جدید به نام Direct Storage که در ادامه به معرفی هر کدام از این قسمت ها می پردازیم.
بلاک های غیر فشرده سازی با شتاب دهنده های سخت افزاری
بسته های بازی برای اینکه مانع از افزایش زمان دانلود از طریق اینترنت شوند و همچنین برای کاهش میزان فضای ذخیره سازی بازی، فشرده می شوند. Xbox Series X نیز برای کاستن از فضای ذخیره سازی بازی ها بدون افت کیفیت از شتاب دهنده سخت افزاری با استاندارد LZ بهره گرفته و از الگوریتم جدیدی به نام BCPack برای داده های بافت طراحی شده استفاده می کند. این داده های بافت بخش بسیار زیادی از بازی را تشکیل می دهد بنابراین با استفاده از این الگوریم می توان آن را برای داده های بافت بهینه کرد و از آن به عنوان مکملی برای الگوریتم چند منظوره LZ استفاده کرد. همچنین می توان هر دو را برای کاهش حجم بازی به طور موازی مورد استفاده قرار داد. اگر نسبت فشرده سازی دو به یک باشد، Xbox Series X دارای راندمانی معادل با 4.8 گیگا بایت بر ثانیه در عملیات ورودی و خروجی است و این مقدار حدودا 100 برابر بیشتر از راندمان ورودی و خروجی کنسول های نسل فعلی است. برای اینکه سطحی مشابه از این راندمان غیر فشرده سازی در نرم افزار استفاده شود به 4 هسته با معماری Zen2 نیاز است.
درایو اختصاصی SSD با استاندارد NVME
زیربنای اصلی ولوسیتی، هارد درایو اختصاصی SSD یک ترابایتی NVME است که می تواند توان عملیاتی ورودی و خروجی 2.4 گیگا بایت بر ثانیه ارائه دهد. که از توان عملیاتی ایکس باکس وان 40 برابر بیشتر است. SSD هایی که در کامپیوترهای شخصی استفاده می شوند دچار افزایش دما یا کاهش راندمان هنگام پاکسازی درایو می شوند اما SSD که در Xbox Series X استفاده می شود دارای حداکثر راندمان و به عبارتی راندمان ثابت و پایدار است. بنابراین توسعه دهندگان این کنسول می توانند همیشه سطح تضمین شده ای از راندمان را در اختیار داشته باشند و بتوانند با خیالی آسوده بازی های خود را طراحی و بهینه سازی کنند. و موانع را به خوبی حذف کنند. این سطح از راندمان، شامل کارت های توسعه ذخیره ساز نیز می شوند و می تواند بدون در نظر گرفتن اینکه بازی در کدام ذخیره ساز قرار دارد تجربه گیم پلی را برای کاربر تضمین کند.
Sampler Feedback Streaming
ابداع جدیدی با نام mipmap وجود دارد که بالاتر از تمام پیشرفت های ولوسیتی است و بدین صورت است که بافت های بازی با رزولوشن و سطوح کیفی متفاوتی بهینه شده اند. با این روش می توان با توجه به اینکه شی چقدر دور یا نزدیک است رندر صحنه های بازی انجام شود. حال اگر شی نزدیک تر باشد برای نمایش جزئیات و جلوه های بصری قابل قبول برای بازیکن، رزولوشن باید با دقت بافت افزایش یابد و اگر mip ها بزرگتر باشند به حافظه زیادی نیز احتیاج دارند. توسعه دهندگان نیز ناچارند تا تمام سطوح mip را در حافظه بارگزاری کنند در حالی که تنها بخش کوچکی از بافت کلی نمونه سازی می شود. با استفاده از سخت افزار ویژه ای که به ایکس باکس وان اضافه شده بود سازندگان قادر بودند میزان استفاده از حافظه بافت را توسط GPU تجزیه و تحلیل کنند و از این طریق دریافتند که پردازنده گرافیکی تنها به حدود یک سوم از داده های بافتی که در حافظه بارگزاری شده اند دسترسی دارد.
به عنوان مثال یک صحنه دارای هزاران بافت است و در صورتی که استفاده مناسبی از آن صورت نگیرد باعث از دست رفتن بخش بزرگی از پهنای باند ورودی و خروجی و حافظه موثر می شود. بنابراین با استفاده از این ویژگی می توان قابلیت های جدیدی را به Xbox Series X اضافه کرد و این امکان را برای آن فراهم کرد تا فقط قسمت هایی از سطوح mip را در حافظه بارگزاری کند که GPU به صورت آنی و در زمانی مشخص به داده های آن نیاز دارد. این ابداع باعث دو و نیم برابر شدن بهبود در کارایی توان عملیاتی ورودی و خروجی می شود و استفاده بالاتر از حافظه و توانایی های خام سخت افزاری را افزایش می دهد. SFS باعث فراهم آمدن ضریب موثری از پهنای باند ورودی و خروجی و حافظه آزاد سیستم می شود. در نتیجه می توان توان ورودی و خروجی و حافظه بیشتری را برای غنی تر کردن بازی ها در اختیار داشت.
گشایشی به تجربه های نسل بعدی
خلاق ترین کمپانی های توسعه دهنده میان افزارها و توسعه دهندگان، درباره قابلیت های جدید کنکاش زیادی انجام داده اند بنابراین می توان به زودی منتظر ظهور نوآوری هایی برای نسل جدید بود. در واقع معماری فلوسیتی سناریوهای کاملا جدید و معماری های انقلابی کاملا جدیدی را که قبلا امکان پذیر نبود فراهم می کند. همچنین این معماری باعث فراهم شدن سطح جدیدی از راندمان می شود و قابلیت ها را فراتر از مشخصات خام سخت افزاری مورد استفاده قرار می دهد. معماری فلوسیتی همچنین اقدام به بازنگری طریقه استفاده از سخت افزار Xbox Series X برای توسعه دهنده می کند.
مواردی که می توانند کاربر را هنگام استفاده از بازی ها هیجان زده کند شامل مواردی از قبیل پرهیز از زمان های بارگزاری، تکنیک های رندر کاملا جدید و جهان های زنده پویا است که بازیکن را قادر می سازد تا بتواند در آن، روش جستجو خود را انتخاب کند. این معماری همچنین فرصت هایی را در اختیار سازندگان قرار داده تا ابداعات جدیدی را در سطح پلتفرم فراهم کنند و باعث پیشرفت روز افزون آن شوند.
