GNN新聞

ETC2004-05-06 01:20

Xbox2 系統架構預測

(GNN 記者 Sam 報導)

  先前曾報導過,由大陸方面網站所流出,一份屬名 Micheal Dougherty,Xbox Advanced Technology Group,關於 Xbox 後繼機種-代號「Xenon」的系統方塊圖的圖像檔,近日來關於此圖像檔真偽的各種言論於國外網站不斷的發酵,許多遊戲網站都透過各自的消息管道去驗證其真偽,所得到的結論則有「可能為微軟內部評估用的文件,不代表 Xbox2 實際的設計」、「只是反應了目前已知的資訊,並無特別之處」、「可靠性存疑」等,不過目前並無任何消息來源能斬釘截鐵的推翻其可信度,微軟方面則一貫的不加以回應,所以目前尚未證實其真偽。

  GNN 根據可靠的消息管道得知,事實上這張 Xbox2 的系統架構圖早在去年國外某網站知名專欄作家就已經取得,而且確定是由微軟相關開發人員所提供,故該資料並非偽造,但由於是去年的文件,所以並不能代表 Xbox2 最終的系統架構配置,有相當程度的變動空間。雖然如此,但該資料卻能為 Xbox2 可能的系統架構面貌提供一個預測的方向。

◆ 微處理器(MPU)

  由這份資料顯示,Xbox2 將具備三個微處理器核心,這點在先前的相關消息傳聞中亦有提及。根據已知的消息,這核心將會是 IBM PowerPC 家族的 64 位元版本,與目前 PowerMac G5 的 PowerPC 970 屬於同一家族。由 IBM 目前所公佈的 PowerPC 發展藍圖來看,IBM 將於 2005 年中推出以 Power5 架構為基礎所設計的 PowerPC 976,以 65 奈米製程生產,具備雙核心,運作時脈將超過 4GHz,與目前外界所推測的 Xbox2 推出時間(2005 年下半)相去不遠,規格也大致與資料中具備 32KB 一階資料/指令快取,1MB 整合二階快取,運作時脈 3.5GHz 以上的描述相符,只不過資料中的微處理器採用了比較特殊的三核心設計。

  雖然圖上並未標示,但由於 IBM 目前已正式公佈其 PowerPC 微處理器的 SMT 發展計劃,故一般相信 Xbox2 的微處理器核心亦將支援同步多執行緒(SMT,Simultaneous Multi-Threading),使得一個實體的核心將被視為兩個虛擬的核心,也就是說 Xbox2 的微處理器將可以同時處理多達 6 個執行緒,將會是目前最高階 PowerPC 微處理器的 5 倍以上的效能。

  而資料中每個 CPU 核心內所包含的向量運算單元(VPU,Vector Processing Unit),由於資料不足,尚無法確認其設計,故可能為目前 PowerPC 所支援的高速向量處理引擎 Velocity Engine 的延伸,也可能是全新的設計。

◆ 記憶體

  由資料中顯示,Xbox2 將配置 256MB 或以上的主記憶體兼繪圖記憶體,並提供了 22.4GBps 以上的頻寬,相對於現階段已發表或甚至已發售的高階顯示卡產品來說,容量勉強打平,而頻寬部分甚至有所不如,而且還得與 CPU 共享。對於最快明年才會推出的 Xbox2 來說,這樣的記憶體頻寬難道不嫌太少嗎?

  首先必須要考量的是微軟已於 Xbox 的主機硬體上產生了鉅額的虧損,所以在 Xbox2 的設計上不再採用與高階顯示卡看齊的高成本設計,所以以資料中的規格來推測,Xbox2 的主記憶體應該是採行 128 位元寬度的匯流排,而非現今高階顯示卡的 256 位元,反推可得記憶體運作頻率大概為 1.4GHz 或以上,這約略符合目前高階 GDDR3 記憶體的規格(目前量產最高為 1.2GHz),在 Xbox2 推出時價格應該已經可以下降到足夠低的水平,運作頻率也有可能比原本預期的 1.4GHz 為高。128 位元匯流排加上不高的記憶體價格,應可滿足微軟對於 Xbox2 壓低硬體成本的目標。

  但是,由日前所發表的 NVIDIA NV40 繪圖晶片的產品可以得知,目前 3D 繪圖晶片的效能增長,已明顯大過記憶體頻寬的成長,顯示卡繪圖記憶體由於運作速度的增長有限,故先前已多次朝匯流排加寬的方式來擴展頻寬,一路由 64 位元成長為 128 位元 -> 256 位元,而自 Matrox 首度發表 256 位元寬度記憶體匯流排的產品之後,已經面臨技術與成本上的限制,無法再繼續拓寬記憶體匯流排。因此,如何解決記憶體頻寬增長的不足,已是目前 3D 繪圖晶片的一大挑戰。

  以 NNVIDIA V40 來說,除了提高繪圖晶片記憶體控制器效率、改良資料結構與採用即時壓縮等行之已久的方式之外,NV40 並設計了二階的材質快取,藉由單一的二階材質快取,連接到各處理管線獨立一階材質快取上,以減少各處理管線對於外部記憶體存取的需求。但這樣的設計有其先天的限制在,因為 3D 繪圖的處理不同於一般由 CPU 所負責的數值邏輯運算那般,對於小範圍的記憶體常有高度重複性的存取動作,所以快取對於 3D 繪圖晶片來說並非萬靈丹。

  那麼,採用 128 位元記憶體匯流排,比現今高階顯示卡記憶體頻寬還低的 Xbox2,要如何能滿足新一代的 3D 圖形處理記憶體頻寬需求呢?由資料中顯示,Xbox 2 在面對記憶體頻寬需求與成本之間如何取得均衡的問題時,採用了與 PS2 以及 NGC 繪圖晶片相同的內嵌式動態記憶體(Embedded DRAM,簡稱 EDRAM)技術來彌補其不足之處。

  所謂的 EDRAM 技術,指的是使用特殊的設計以及製程,將 DRAM「內嵌」於處理晶片內的一種技術,由於單一晶片內各單元彼此用以連接的線路幾乎沒有數量上的限制,而且由於線路長度極短,所以可以做到高速且寬度極大的傳輸通道,以 PS2 的繪圖晶片來說,晶片內部繪圖處理單元與記憶體之間的匯流排就高達 2560 位元,整整是目前 PC 高階顯示卡的 10 倍寬,NGC 繪圖晶片內部亦有高達 1024 位元寬度的記憶體匯流排。

  內嵌記憶體的設計早已應用在現階段的 PS2 與 NGC 主機上,由於內嵌記憶體有著低延遲高頻寬的特性,所以對於高速的 3D 繪圖計算有著相當程度的幫助,但由於內嵌記憶體的容量受到製程技術的限制,容量普遍較外接記憶體小,而且所需要的製程技術與一般純邏輯電路的技術不同,因此需要較大記憶體空間的 PC 繪圖晶片從未採用類似的設計。

  由資料中顯示,Xbox2 3D 繪圖核心配備了為數不多的 10MB 內嵌記憶體,由於下一代主機的設計勢必要能充分滿足新一代高傳真電視的需求,必須要能對應 1280 x 720 或甚至是 1920 x 1080 等高解析度的遊戲畫面,而在如此高的解析度之下,10MB 的記憶體並不能充分滿足需求,所以 Xbox2 所設計的這塊 10MB 內嵌記憶體將不會直接把畫面處理所需的畫面暫存緩衝區(frame buffer)整個置入,而只用來執行如 Z/Stencil 測試(Z/Stencil testing)、半透明混合(Alpha Blending)與 多重取樣反鋸齒降取樣(MSAA down-sampling)等存取頻繁、需消耗大量記憶體頻寬的處理,而其餘處理所需的儲存空間(如 texture buffer 與 frame buffer 等)則仍舊以外部記憶體來滿足之。換言之,就是以高速內嵌記憶體彌補頻寬的不足,並以外部記憶體提供大容量儲存空間,兼取兩者之長。至於這樣的設計究竟能發揮多高的效益,則有待實際驗證。

◆ 3D 繪圖核心

  對於 Xbox2 具有關鍵性影響的 3D 繪圖核心晶片部分,就資料中顯示,將會是一個具備 16 條像素處理管線,運作時脈 500MHz 以上的規格,在運算效能方面,可達每秒 5 億個(500M)頂點,80 億(8G)像素以上的效能,相對於目前已發表的新一代高階顯示晶片 NV40 或 R420 等來說,事實上並不算高,或許是因為本資料當初規劃時並未確切掌握繪圖晶片效能的進展速度,也有可能是因為成本因素而不採用過高的規格,由於這部分的資料有限,所以還未能做出較明確的預測。

  關於 Shader 的版本,資料中並未標示,不過依照目前 NV40 已完整支援 Shader Model 3.0,且近期內微軟並無計劃發表下一代 DirectX 的狀況之下,號稱將與 ATI 下一代繪圖晶片 R500 相同等級的 Xbox2 3D 繪圖核心應該會以支援 DirectX 9 Shader Model 3.0 為主。

◆ 北橋晶片

  由資料所示,Xbox2 的北橋晶片將兼負起連接 CPU、繪圖核心、主記憶體與南橋晶片的任務,可以說是整個 Xbox2 系統的資料交通樞紐,雖然資料中是將北橋晶片與 3D 繪圖核心分為獨立的區塊,但由於北橋晶片與繪圖核心之間有著高達每秒 22GB 寫入、33GB 讀取的超大頻寬,在成本與技術的考量之下,一般相信北橋晶片將與 3D 繪圖核心整合為單一晶片,與前代 Xbox 北橋兼繪圖晶片的 NV2A 類似。

◆ 南橋晶片

  Xbox2 包括音效處理以及輸出入及週邊控制的南橋晶片,目前已確認將由台灣矽統(SiS)公司所提供,關於其功能與設計等資料則仍屬未知,且本資料中對於南橋晶片著墨不多,所以並無足夠資料來預測或探討相關的設計。

◆ 週邊零組件

  先前曾多次謠傳將被取消的硬碟機,在本資料中則特別被標示為“內建”,容量為 20 ~ 80GB,目前已有廠商推出單碟片雙面 100GB 的硬碟機,所以推測 Xbox2 將會採用最廉價的單碟片單磁頭機種。以明年下半年推出的時程來說,單面 20 ~ 80GB 的機種成本應該已經跌至底限,應可符合微軟低成本的需求。

  而寬頻網路連接方面,資料標示為與現有 Xbox 相同的 100Mbps 高速乙太網路介面,由於目前 1Gbps 的乙太網路相關零組件成本已大幅降低,故不排除採行 1Gbps 乙太網路的可能性。

  記憶卡部分,微軟已正式發表將與 M-system 合作,由 M-system 提供下一代 Xbox 的外部記憶裝置,故資料中所標示,最少 64MB 容量的外部記憶裝置,將會是 M-system 的「Smart DiskOnKey 平台」產品,除提供一個可攜式的外部儲存空間之外,還將兼負起保全與認證等功能。

  而對於用來儲存及發行遊戲的光碟系統,資料中則標示使用容量 9.4GB,讀取速度約為 12 倍速 DVD-ROM 光碟機的標準,推測應該是使用與現有 Xbox 相同的 DVD-9 碟片。由於下一代的高密度藍光光碟標準目前仍由 Blu-ray Disc 與 HD-DVD 兩大陣營角力中,尚未分出勝負,微軟還未表態將支援哪一種標準,而兩大標準的相關產品預定於 2004 年下半年才陸續推出,真正開始普及至少需等到 2005 年以後,如微軟確實計劃於 2005 年下半年推出 Xbox2 的話,勢必無法等到局勢底定,故採用現有 DVD 標準是最保險、成本也最低廉的選擇。

  但採用現有 DVD 標準意味著 Xbox2 將無法滿足下一代的數位影音播放功能,對於微軟計劃以 Xbox 攻佔各家庭客廳的戰略有著不利的影響,故也有可能改採新一代藍光 DVD,實際狀況需視 BD 與 HD-DVD 兩大陣營的發展而定。

◆ 相容?不相容?

  對於許多 Xbox 玩家所關心的 Xbox2 是否相容於 Xbox 等疑問,本資料中完全沒有提及,所以無從推測,目前只知道微處理器、繪圖核心與音效暨南橋晶片這三大主要晶片的供應商與 Xbox 完全不同,微處理器更是從大家所熟知的英特爾 x86 換成了 IBM PowerPC,所以要提供相容可能並不如大多數人想像中的容易,微軟至今也從未公開是否相容的相關訊息。相容與否攸關了現有龐大的 Xbox 遊戲軟體是否能延續到下一代主機上遊玩,也關係到 Xbox 與 Xbox2 世代交替所造成的衝擊大小,影響不可謂不大,目前僅能靜待微軟方面的正式發表揭曉。

◆ 結論

  以往被視為是 PC 架構延伸的 Xbox,在後繼機種的設計上,很明顯的捨棄了直接以 PC 架構延伸而來的政策,而是專門為「電視遊樂器」這個用途來量身打造,不再以不惜血本的高規格來競爭,而是追求成本與效能平衡的高效益設計,並且搶先在競爭對手下一代主機推出前上市,企圖重演當初 PS2 率先上市,成功佔有大部分市場的經驗,而這一連串爭奪市場寶座的手段,是否真能奏效?相信時間會解答一切的疑問。

註:本文所依據的圖表與相關消息,除少部分為官方已確認之外,大部分尚未經過官方正式確認,故各項敘述與預測與實際狀況並不一定符合。

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