بررسی جزئیات تراشه اسکورپیو انجین در ایکس باکس وان ایکس
از آنجایی که تاریخ عرضه‌ی کنسول ایکس باکس وان ایکسِ مایکروسافت نزدیک می‌شود، این شرکت جزئیاتی از سردمدارِ جدیدِ سری محصولاتِ ایکس باکس وان را آشکار کرده است. در کنفرانس تخصصی Hot Chip، این شرکت نقشه‌ها و جزئیاتی در رابطه با کارکرد درونیِ این SoC (سیستم روی تراشه یا System On Chip) را منتشر کرد که قرار است کنسولِ جدید با توانایی 4K را قدرت دهد.
البته از قبل بسیاری از مواردی را که این شرکت در ارائه‌ی کنفرانس Hot Chips در موردش بحث کرده است می‌دانستیم، مواردی که شامل تعداد هسته‌ها، سرعت ساعت کاری تراشه، مشخصات پهنای باند CPU و GPU و همین‌طور حافظه‌ی بکار رفته در این سیستم می‌شد. اما حالا می‌دانیم که اجزای این تراشه‌ی یکپارچه چگونه با یکدیگر تعامل دارند.
اولین باری که مایکروسافت از ایکس‌باکس وان ایکس رونمایی کرد، در جریان برگزاری کنفرانس E3 2016 بود که در آن زمان تنها تحت عنوان پروژه اسکورپیو شناخته می‌شد. در حرکتی که پاسخی مستقیم به معرفی کنسول پلی‌استیشن 4 پرو به نظر می‌رسید، مایکروسافت اعلام کرد که ارتقای بعدی کنسول ایکس باکس وان به توان ۶ ترافلاپسی در پردازش اعشاریِ مفتخر خواهد شد و آن را به پشتیبانی از رزولوشن واقعیِ 4K در بازی و واقعیت مجازی قادر خواهد ساخت. همچنین این شرکت اعلام کرد که کنسولِ جدید قبل از پایان سال ۲۰۱۷ میلادی در دسترس خواهد بود.
در ماه آوریل سال جاری میلادی (فروردین ماه ۱۳۹۶) مایکروسافت برخی مشخصات ابتدایی سخت افزارِ پروژه اسکورپیو را منتشر کرد که معلوم شد این کنسول از یک SoC ساخت شرکت AMD استفاده خواهد کرد که دارای ۸ هسته‌ی CPU برای واحد پردازش مرکزی و ۴۰ واحد پردازش گرافیکی در بخش GPU خواهد بود که با ۱۲ گیگابایت حافظه از نوع GDDR5 با پهنای باند کلی ۳۲۶ گیگابایت بر ثانیه جفت خواهد شد. مایکروسافت همچنین فاش کرد که کنسول دارای یک پخش کننده‌ی Blu-ray و یک ذخیره ساز یک ترابایتیِ ۲.۵ اینچی هم خواهد بود.
بعدا در جریان برگزاری کنفرانس خبری مایکروسافت در E3 2017 فهمیدیم که دستگاهِ جدید سرانجام با نام ایکس‌باکس وان ایکس شناخته خواهد شد و عرض باند حافظه‌ی آن از ۲۵۶ بیت به ۳۸۴ بیت ارتقا پیدا کرده است. به علاوه فاش شد که در کنسول جدید دیگر از حافظه‌ی ۳۲ مگابایتی eSRAM که در کنسول فعلی و ایکس‌باکس وان اس به عنوان حافظه‌ی میانی استفاده می‌شود خبری نخواهد بود و البته علت آن هم در آن موقع ذکر نشد.
اسکورپیو: چیزی بیش از یک اسم رمز
این کنسول از یک SoC ساخت شرکت AMD استفاده خواهد کرد که دارای ۸ هسته CPU برای واحد پردازشِ مرکزی و ۴۰ واحد پردازشِ گرافیکی در بخش GPU خواهد بود
وقتی مایکروسافت برای اولین بار وجود کنسول ایکس باکس وان را تایید کرد، با اسم رمزِ داخلی خودش تحت نام پروژه اسکورپیو به آن اشاره می‌کرد. اما بعد از اعلامِ نام رسمی کنسول تا حدی از اسم مستعار اسکورپیو دور شد، اما این عنوان را کاملا حذف نکرد. در کنفرانس گیمزکام در آلمان، مایکروسافت از کنسول ایکس‌باکس وان ایکس پروژه اسکورپیو Limited Edition یا " نسخه‌ی محدودِ ایکس‌باکس وان ایکس پروژه اسکورپیو" پرده برداری کرد که نام پروژه اسکورپیو در جلوی دستگاه حک شده است. اما آنگونه که مشخص شد، تمام کنسول‌های ایکس‌باکس وان ایکس کمی از عنوان Scorpio را در خود خواهند داشت. مایکروسافت به سیستم روی تراشه یا SoC اختصاصیش در کنسول جدید لقب Scorpio Engine را اعطا کرد.
اسکورپیو انجین هیولایی در بین SoC های موجود است که توسط ای‌ام‌دی طراحی شده و یک سطحِ پایه‌ی ۳۵۹ میلی‌مترِ مربعی با ۷ میلیارد ترانزیستور را در بر گرفته که با فناوری ساخت ۱۶ نانومتریِ +FinFETT در کارخانه‌ی TSMC تولید می‌شود. واحدهای پردازش یا Compute Units در بخش GPU (بخش زرد رنگ در طرحِ فیزیکی تراشه در تصویر پایین) بیشترین سطح از مساحتِ بزرگ این تراشه را اشغال کرده‌اند. اجزای تراشه‌ی گرافیکی اسکورپیو انجین شاملِ ۴ آرایه‌ی سایه زن یا Shader می‌شود که هر یک به نوبه‌ی خود دارای ۱۱ واحد Compute هستند. مایکروسافت گفت که یک واحد Compute در هر آرایه‌ی Shader غیر فعال باقی خواهد ماند تا مشکلاتِ احتمالی در بازدهی تولید (واحدهایی که در فرآیند تولید خراب تشخیص داده شوند) را جبران کند.
سمت راستِ این SoC را دو بخش ۴ هسته‌ایِ مربوط به CPU با سرعت ساعتِ ۲.۳ گیگاهرتز در بر می‌گیرد (به رنگ سبز تیره در دیاگرام مشخص است). یک جفت کنترل کننده‌ی حافظه‌ی کش هر یک از خوشه‌های CPU را احاطه کرده‌اند. همچنین ۱۲ کنترل کننده‌ی حافظه‌ی GDDR5 هم در لبه‌های بالا، پایین و راستِ تراشه تعبیه شده‌اند. محصول نهایی ایکس‌باکس وان ایکس دارای ۱۲ گیگابایت حافظه خواهد بود، اما کیت توسعه‌ی این کنسول ۲ گیگابایت حافظه به ازای هر کانال و در مجموع ۲۴ گیگابایت حافظه‌ی سیستمی در اختیار خواهد داشت.
مایکروسافت گفته سقف تئوری پهنای باند حافظه ۳۲۶ گیگابایت در ثانیه خواهد بود که نزدیک به ۵ برابر بیشتر از ایکس‌باکس وان و ایکس‌باکس وان اس می‌شود. همچنین بیان شده که در عمل و حینِ آزمایش توانسته تا ۲۸۵ گیگابایت بر ثانیه از این مقدار را آدرس دهی کند، ولی بیشترِ بازی‌ها تا این میزان پهنای باند را استفاده نخواهند کرد. این شرکت خاطر نشان کرده که همین پهنای باند فوق العاده بالای فرآهم شده در این طراحی به آنها امکان داده که از قید ۳۲ مگابایت حافظه‌ی کش sRAM موجود در ایکس باکس‌های قدیمی‌تر خلاص شوند.
پهنای باند فوق العاده بالای فرآهم شده به مایکروسافت امکان داده که از قید ۳۲ مگابایت حافظه‌ی کش sRAM موجود در ایکس باکس‌های قدیمی‌تر خلاص شود
وقتی که مایکروسافت پروژه اسکورپیو را رونمایی کرد، گفت که این اولین کنسولی خواهد بود که می‌تواند ۶ ترافلاپس راندمان در پردازش اعشاریِ ۳۲ بیتی را ارائه کند. در خلال برگزاری کنفرانس Hot Chips این کمپانی اذعان کرد که موفق شده اندکی بیش از ۶ ترافلاپس را از آن استخراج کند. هر یک از ۴۰ واحد پردازشِ گرافیکی می‌تواند ۱۲۸ دستورالعمل را در ثانیه اجرا کند که بالغ بر ۵۱۲۰ دستور العملِ همزمان می‌شود. اگر این مقدار در سرعت ساعتِ کاری یعنی فرکانس ۱۱۷۲ مگاهرتز ضرب شود، مجموع کل برابر با ۶۰۰۰۶۴۰ فلاپس خواهد شد که دقیقا ۶۴۰ فلاپس بیشتر از ۶ ترافلاپس است.
مایکروسافت گفت که تلاش زیادی را برای بهینه سازی راندمانِ GPU به خرج داده است. SoC یا سیستم روی تراشه‌ی اسکورپیو انجین از Firmware (میان افزار) و سخت افزارِ خاصی برخوردار است تا پشتیبانی از دایرکت ایکس 12 را محقق کند و راندمان بازی‌هایی را که از API دایرکت ایکس بهره می‌برند تا جای ممکن افزایش دهد. بهینه سازی راندمان در ایکس‌باکس وان ایکس به پردازنده هم گسترش پیدا کرده است.
کنسول جدید دارای CPU یا پردازنده‌ی مرکزیِ ۸ هسته‌ای با معماری مشتق شده از معماری Jaguar ساخت ای‌ام‌دی است، درست همانند پردازنده‌ای که در ایکس‌باکس وان اس قرار دارد، اما در عوض ۳۱ درصد سریع‌تر از نسخه‌ی قبلی کار می‌کند. مایکروسافت اظهار کرده که بیشترین بهینه سازیِ انجام گرفته روی راندمان CPU، حول بهبودِ تاخیر حافظه در کنترل کننده‌های اصلی حافظه در پردازنده صورت گرفته است که تا ۲۰ درصد می‌رسد. مایکروسافت همچنین بهبودهای دیگر را هم به ۳ برابر کردنِ تعداد کانال‌های حافظه و افزایش تعداد بانک‌های حافظه‌ی اصلی به ۶ برابرِ تعداد قبلی نسبت داده است. همچنین نقش برجسته‌ی بازسازی و بزرگ سازی حافظه‌ی کش TLB را در این بهبود موثر دانسته است (TLB اختصاری از Translation lookaside buffer است و وظیفه‌ی دسترسی سریع‌تر به ترجمهی آدرس‌های حافظه‌ی مجازی به آدرس‌های حافظه‌ی فیزیکی را بر عهده دارد و مبحثی مربوط به بهینه سازی راندمان در مدیریت حافظه و مرتبط با سیستم عامل است) و همین‌طور حافظه‌ی کش بازسازی شده و بزرگتر از نوع Page Descriptor را هم معرفی کرده است. کشِ Page Descriptor اطلاعاتی در مورد ترجمهی آدرس‌های اخیرا استفاده شده در صفحات توزیع شده یا Nested Page در بخش کنترل کننده‌ی حافظه را ذخیره می‌کند و به این ترتیب با دسترسی سریع‌تر راندمان را تا ۴.۳ درصد افزایش می‌دهد.
ایکس‌باکس وان ایکس از طراحی پل جنوبی (رابط ادوات جانبی مثل پورت‌های ورودی و خروجی صدا، تصویر و USB) تک تراشه‌ای برخودار است که سرعت ساعتِ مرجع را برای تمام اجزای جانبی سیستم فرآهم می‌سازد. همچنین تراشه‌ی اسکورپیو انجین مستقیما با حافظه، خروجی‌های ویدیویی، کنترل کننده‌ی شبکه و پل جنوبی در ارتباط است. پل جنوبی هم با اجزای جانبی مانند کنترلر USB 3.0، پورت‌های ارتباطی مادون قرمز، آداپتورهای WiFi برای شبکه و کنترلرهای بازی، پخش کننده‌ی Blu-ray، درایو هارددیسک و حافظه‌ی فلش در ارتباط است.
بهبودهای صوتی و تصویری
مایکروسافت ایکس‌باکس وان ایکس را به عنوانِ یک سیستم بازی و تفریحیِ درجه یکِ 4K برای خانواده‌ها تبلیغ می‌کند. به جز توانایی عرضه‌ی گیم پلی در رزولوشن 4K، این کنسول از قابلیت Decoding یا رمزگشایی ویدیوییِ بهبود یافته در مقایسه با کنسول‌های قدیمی‌ترِ ایکس باکس وان برخوردار است. کنسول ایکس‌باکس وان ایکس از دقت 4K و نرخ ۶۰ هرتز در فرمت‌های ویدیویی H.265) HEVC ،VP9) و همین طور (AVC (H.264 پشتیبانی می‌کند. همچنین می‌تواند استاندارد (HDR (High Dynamic Range به فرمت ۱۰ بیتی را در بازپخش فرمت‌های HEVC و VP9 ارائه کند. ایکس‌باکس وان ایکس همچنین رزولوشن 4K و ۶۰ هرتز را برای Encoding یا رمزگذاری در فرمت‌ِ ویدیویی HEVC برای ضبطِ DVR و استریمِ بازی‌ها پشتیبانی می‌کند.
کنسول ایکس‌باکس وان ایکس دارای قابلیتِ پشتیبانی از خروجی تصویری ۶۴ بیتی روی رزولوشن 4K و روی پروتکل‌های DP 1.2a و HDMI 2.0b است. همچنین پورت HDMI از استاندارد HDCP 2.2 و استریم دوگانه پشتیبانی می‌کند که درها را به روی پشتیبانی احتمالی از یک ویژگی ضروری مانند واقعیت مجازی یا VR روی این کنسول می‌گشاید. کنسولی که در راه است همچنین دارای ۸ پردازشگر صوتیِ اختصاصی است که صدای فراگیر محیطی را پشتیبانی می‌کنند و این‌ها هم نقش بزرگی در پشتیبانی از VR خواهند داشت. مایکروسافت گفته که یک بروز رسانی جدید Firmware، پشتیبانی از صدای فراگیر محیطی را به ایکس باکس وان اس هم اضافه خواهد کرد.
مایکروسافت در صدد است تا دنیای بازی‌های کنسولی را با قوی‌ترین کنسولِ بازی که تاکنون ساخته شده بلرزاند. کنسول ایکس‌باکس وان ایکس هم اکنون برای پیش فروش با قیمت قابل توجه ۴۹۹ دلار آماده است و اولین محموله هم در تاریخ ۷ نوامبر (مصادف با ۱۶ آبان ۱۳۹۶) به دستِ گیمرهای مشتاق خواهد رسید.