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Xbox Velocity Architecture: Einblick in die Technologie hinter Xbox Series X

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Xbox Series X soll die leistungsstärkste Konsole aller Zeiten werden. Angetrieben von technischen Innovationen der nächsten Generation bietet die Konsole eine hervorragende, zuverlässige Performance. Im Zuge dieser Zielsetzung analysierten wir jede einzelne Komponente des Systems, um die Einschränkungen der traditionellen Konsolenleistung und des Designs zu überwinden. Bei der Entwicklung von Xbox Series X war es entscheidend, ein optimales Gleichgewicht zwischen Leistung, Geschwindigkeit und Performance zu schaffen und gleichzeitig sicherzustellen, dass keine Komponente die kreativen Ambitionen der weltbesten Entwickler einschränkt. Denn nur so sind diese in der Lage, immersive Spielerlebnisse der nächsten Generation zu entwickeln, von denen man in früheren Konsolengenerationen nur träumen konnte.

Das Herzstück von Xbox Series X ist unser maßgefertigter Prozessor, der die neuesten RDNA 2- und Zen 2-Architekturen unseres Partners AMD nutzt. So bietet der leistungsstarke Prozessor der nächsten Generation mit mehr als 12 TFLOPs an GPU-Leistung mehr als die vierfache CPU-Verarbeitungsleistung von Xbox One X. Xbox Series X verfügt somit über die höchste Speicherleistung aller Konsolen der nächsten Generation mit 16 GB GDDR6-Speicher, einschließlich 10 GB GPU-optimiertem Speicher mit 560 GB/s, um die lückenlose Versorgung des Prozessors zu gewährleisten. Als wir das Speichersubsystem analysierten, wurde uns klar, dass wir die oberen Grenzen der traditionellen Festplattentechnologie erreicht hatten. Um unseren hohen Ansprüchen gerecht zu werden, überdachten wir unseren Ansatz zu Xbox Series X noch einmal radikal und revolutionierten ihn.

Die Xbox Velocity Architecture: Die nächste Generation des Game Design

Moderne Spiele erfordern eine beträchtliche Datenmenge, um die immer detaillierteren Welten und Universen zu schaffen, in die Spieler mit all ihren Sinnen eintauchen. Um eine optimale Leistung des Prozessors zu gewährleisten, müssen all diese Daten aus dem Festplattenspeicher in den Arbeitsspeicher geladen werden. Die wachsende Größe dynamischer Open World-Umgebungen und lebendiger, beständiger Welten mit erhöhter Dichte und Vielfalt hat die erforderliche Datenmenge immer weiter erhöht. Umgebungsbezogene Netzdaten, hochpolygonalen Charaktermodelle, hochauflösende Texturen, Animationsdaten, Audio- und Video-Quelldateien und vieles mehr ergeben erst im Zusammenspiel eine immersive Spielwelt für den Spieler.

Obwohl moderne Game-Engines in der Lage sind, Spielinhalte aus dem lokalen Festplattenspeicher in den Arbeitsspeicher zu streamen, müssen Leveldesigner oft immer noch kleine Räume implementieren, um die Einschränkungen einer traditionellen Festplatte und I/O-Pipeline zu umgehen. Diese Ingame-Elemente werden oft dazu verwendet, um die Notwendigkeit zu verschleiern, die Assets der vorherigen Zone aus dem Arbeitsspeicher zu löschen und gleichzeitig neue Assets für die nächste Zone zu laden. Diese Einschränkung würde auch die Entwicklung zukünftiger, immersiver Spiele massiv ausbremsen, weshalb sie wesentlich das Design und die Entwicklung der Xbox Velocity Architecture beeinflusste.

Die Xbox Velocity Architecture

Die Xbox Velocity Architecture wurde als bestmögliche Lösung für das Streaming von Spielinhalten der nächsten Generation konzipiert. Diese radikale Neuerfindung des traditionellen I/O-Subsystems hatte direkten Einfluss auf alle Aspekte des Designs von Xbox Series X. Wenn der maßgeschneiderte Prozessor das Herzstück von Xbox Series X ist, ist die Xbox Velocity Architecture ihre Seele. Durch eine umfassende Integration von Hardware- und Software-Innovationen ermöglicht die Xbox Velocity Architecture Gaming-Erlebnisse der nächsten Generation.

Die Xbox Velocity Architecture besteht aus vier Hauptkomponenten: eine maßgeschneiderte NVME SSD-Festplatte, Hardware-beschleunigte Dekomprimierungsblöcke, eine brandneue DirectStorage-API-Schicht sowie Sampler Feedback Streaming (SFS).

Wirf einen Blick in die Komponenten der Xbox Velocity Architecture:

  • Maßgeschneiderte NVME SSD-Festplatte
    Die Grundlage der Xbox Velocity Architecture ist unsere maßgeschneiderte 1 Terabyte NVME SSD-Festplatte, die einen rohen I/O-Durchsatz von 2,4 GB/s liefert – mehr als das 40-fache des Durchsatzes der Xbox One. Herkömmliche SSDs, die in vielen PCs verwendet werden, verringern häufig die Leistung bei steigender Wärmeentwicklung oder während ihrer Laufwerkswartung. Die maßgeschneiderte NVME SSD der Xbox Series X ist für konsistente, dauerhafte Leistung im Wechsel mit Höchstleistung konzipiert. Entwickler profitieren von zuverlässiger I/O-Leistung, auf die sie sich bei der Entwicklung ihrer Spiele verlassen können. Dasselbe Maß an konsistenter, nachhaltiger Leistung liefert auch die erweiterbare Speicherkarte von Seagate, die unabhängig vom Speicherort des Spiels ein gleichbleibend performancestarkes Spielvergnügen gewährleistet.
  • Hardware-beschleunigte Dekompression
    Spielepakete und Assets werden komprimiert, um die Downloadzeiten und den Speicherbedarf für jedes einzelne Spiel zu minimieren. Dank Hardware-beschleunigter Unterstützung sowohl für den LZ-Dekompressor als auch für den neuen, eigens für Texturdaten entwickelten Algorithmus BCPack erzielen Entwickler auf Xbox Series X massive Einsparungen ohne Qualitäts- oder Leistungsverlust. Diese zwei parallel genutzten Technologien verringern die Gesamtgröße eines Spielepakets deutlich, da sie die gewaltigen Mengen an Texturdaten effizienter komprimieren. Unter der Annahme eines Komprimierungsverhältnisses von 2:1 liefert Xbox Series X eine effektive I/O-Performance von 4,8 GB/s für den Titel. Dies entspricht etwa dem hundertfachen der I/O-Performance in Konsolen der aktuellen Generation. Um eine ähnlich hohe Dekomprimierungsleistung in Software zu erreichen, wären mehr als vier Zen 2 CPU-Kerne erforderlich.
  • Neue DirectStorage API
    Das standardisierte Dateiformat der I/O APIs wurde vor mehr als 30 Jahren entwickelt und ist praktisch unverändert geblieben, während die Speichertechnologie seitdem erhebliche Fortschritte gemacht hat. Als wir die Zugriffsmuster auf Spieldaten sowie die neuesten Hardware-Fortschritte mit der SSD-Technologie analysierten, wussten wir, dass wir den Stand der Technik vorantreiben mussten, um den Entwicklern mehr Kontrolle zu geben. Wir fügten der DirectX-Familie also eine brandneue DirectStorage API hinzu, die Entwicklern eine feinere Kontrolle über ihre I/O-Operationen sowie das Einrichten mehrerer I/O-Warteschlangen ermöglicht, Priorisierungen zulässt und I/O-Latenzzeiten minimiert. Dank dieser APIs nutzen Entwickler die volle I/O-Performance der Hardware. So werden Ladezeiten oder Schnellreisen deutlich verkürzt und im wahrsten Sinne des Wortes schnell.
  • Sampler Feedback Streaming (SFS)
    Das neue, innovative Sampler Feedback Streaming (SFS) baut auf allen sämtlichen Neuerungen der Xbox Velocity Architecture auf. Spieltexturen werden in verschiedenen Detailstufen und Auflösungen, sogenannten Mipmaps, optimiert und können während des Renderns verwendet werden – je nachdem, wie nah oder weit ein Objekt vom Spieler entfernt ist. Wenn sich ein Objekt näher an den Spieler heranbewegt, erhöht sich die Auflösung der Textur, um gestochen scharfe Details zu ermöglichen. Diese größeren Mipmaps verbrauchen jedoch eine Menge Arbeitsspeicher im Vergleich zu den Mips mit geringerer Auflösung, die verwendet werden, wenn das Objekt weiter entfernt ist. Zur Zeit müssen Entwickler eine ganze Mip-Ebene in den Arbeitsspeicher laden – selbst wenn sie nur einen sehr kleinen Teil der Gesamttextur abtasten wollen. Durch spezielle Hardware, die der Xbox One X hinzugefügt wurde, waren wir bereits in der Lage, die Nutzung des Texturspeichers durch den Grafikprozessor zu analysieren. Hierbei stellten wir fest, dass der Grafikprozessor oft auf weniger als ein Drittel der geladenen Texturdaten zugreift. Eine einzelne Szene enthält oft Tausende von verschiedenen Texturen, was zu einem erheblichen Verlust an effektivem Arbeitsspeicher und ineffizienter I/O-Bandbreitennutzung führt. Mit dieser Erkenntnis waren wir in der Lage, neue Funktionen für den Grafikprozessor von Xbox Series X zu entwickeln. Diese neuen Funktionen ermöglichen das Laden von Teilbereichen einer Mip-Ebene in den Arbeitsspeicher – und zwar genau dann, wenn der Grafikprozessor sie benötigt. Durch diese Neuerung werden der I/O-Durchsatz und die Arbeitsspeicher-Nutzung im Durchschnitt 2,5-mal effektiver sein im Vergleich zu einer reinen Hardware-Leistung. So bietet SFS einen deutlichen Multiplikator für den verfügbaren Systemspeicher und die I/O-Bandbreite, wodurch mehr Arbeitsspeicher und I/O-Durchsatz zur Verfügung stehen, um Spiele noch immersiver zu gestalten.

Durch die massive Steigerung des I/O-Durchsatzes, die hardwarebeschleunigte Dekomprimierung, DirectStorage und die signifikanten Effizienzsteigerungen durch Sampler Feedback Streaming ermöglicht die Xbox Velocity Architecture Xbox Series X eine herausragende Performance, die weit über die reinen Hardwarespezifikationen hinausgeht. Sie bietet direkten, sofortigen Zugriff auf mehr als 100 GB an Spieldaten auf niedrigem Level, die auf der SSD-Festplatte gespeichert sind – und zwar genau dann, wenn das Spiel sie benötigt. Diese Innovationen werden neue Spielerfahrungen und ein nie da gewesenes Maß an Tiefe und Immersion in das Spielgeschehen ermöglichen.

Das Spielerlebnis der nächsten Generation

Aber was bedeutet die Xbox Velocity Architecture für Dich als Spieler? Die kreativsten Entwickler der Branche beginnen, die neuen Grenzen der Xbox Velocity Architecture auszuloten. Freue Dich also auf eine neue Konsolengeneration, in der Du neuartige Szenarien erlebst, die so im Gaming bisher nicht möglich waren. Die Xbox Velocity Architecture eröffnet ein neues Performance-Niveau und Funktionen, die weit über die Hardware-Spezifikationen hinausgehen. Sie gewährleistet völlig neue Ansätze, wie Entwickler die Vorteile der Xbox Series X nutzen können und ermöglicht frische Rendering-Techniken sowie die virtuelle Eliminierung von Ladezeiten.

Angesichts der ersten vielversprechenden Ergebnisse können wir gar nicht anders, als begeistert zu sein und mit großer Vorfreude auf die kommenden Spiele zu blicken. Darüber hinaus ermöglicht die Xbox Velocity Architecture weitere Innovationen auf Plattformebene – etwa die Quick Resume-Funktion, dank der Du über mehrere Spiele hinweg sofort dort weitermachst, wo Du ein Spiel pausiert hast. Dies ist nur eines von vielen Beispielen, wie Dein Spielvergnügen auf Xbox Series X noch angenehmer wird.

Wir können es kaum noch erwarten, bis Xbox Series X pünktlich zum Weihnachtsgeschäft erscheint. Denn dann werden Spieler rund um den Globus die aufregenden Features der nächsten Konsolengeneration hautnah erleben.

Weitere Informationen zu den technischen Features von Xbox Series X findest Du in unserem Technologie-Duden. Wirf außerdem regelmäßig einen Blick auf unseren Sammel-Artikel, der im Laufe der nächsten Wochen und Monate um weitere Features ergänzt wird. Für aktuelle News rund um Xbox schau regelmäßig hier auf Xbox Wire DACH vorbei.

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