Así es el SoC de Xbox Series X, un chip muy potente que apuesta por el renderizado híbrido

Microsoft realizó ayer un completo análisis técnico del SoC de Xbox Series X, un chip de nueva generación que utiliza un procesador Zen 2 y una GPU Radeon de AMD, basada en la arquitectura RDNA 2.

Tenemos dos datos muy importantes que confirman, por sí solos, que el SoC de Xbox Series X marca una enorme evolución frente al SoC de Xbox One X. A nivel de CPU, la arquitectura Zen 2 supone una mejora muy grande en términos de IPC, algo que unido a sus mayores frecuencias de trabajo (2,3 GHz frente a 3,8 GHz) confirma que estamos ante uno de los saltos más importantes del sistema a nivel de hardware.

Si echamos un vistazo a la GPU nos encontramos también con una gran evolución tanto en términos cuantitativos como cualitativos. La GPU que monta el SoC de Xbox Series X viene con 56 CUs, de las cuales 52 están activas, lo que nos deja un conteo de:

• 3.328 shaders.
• 208  unidades de texturizado.
• 80 unidades de rasterizado.
• 12,15 TFLOPs de potencia en FP32.

En la imagen inferior podemos ver un diagrama completo de la GPU. Se confirma la presencia de un motor unificado de geometría y el soporte de shaders mallados, así como el soporte de trazado de rayos acelerado por hardware, aunque sobre ello hablaremos más adelante.

El procesador tiene 8 núcleos y 16 hilos, funciona a una velocidad de 3,8 GHz cuando trabaja con 8 hilos y a 3,6 GHz cuando maneja 16 hilos. Cada núcleo tiene 512 KB de caché L2, y por cada bloque de cuatro núcleos nos encontramos con 4 MB de caché L3, lo que nos deja un total de 8 MB de caché L3.

En la imagen adjunta podemos ver una disección detallada con cada uno de los elementos del SoC. La GPU ocupa alrededor del 47,5% del espacio total de la pastilla de silicio. Justo encima de ella tenemos el sistema de interconexión, los ocho núcleos de la CPU, divididos en dos unidades CCX de cuatro núcleos cada una, los elementos multimedia y la memoria GDDR6. En la parte inferior tenemos los elementos I/O.

Como cabía esperar el SoC de Xbox Series X utiliza la interfaz BGA, lo que significa que va soldado a la placa, y está fabricado en proceso de 7 nm+ de TSMC, es decir, utiliza un proceso más avanzado que los procesadores Zen 2 disponibles actualmente en PC.

SoC de Xbox Series X y trazado de rayos: la clave está en las unidades de texturizado

Debo decir que me ha sorprendido mucho, ya que al final AMD ha optado por implementar la aceleración de trazado de rayos siguiendo el proceso descrito en una patente que se filtró hace un tiempo.

La aproximación de AMD es distinta a la de NVIDIA con Turing. Como sabrán nuestros lectores más avanzados, Turing integra núcleos RT agrupados en una relación de uno por cada SM activo. Cuando activamos el trazado de rayos, los núcleos RT se encargan de calcular y de manejar toda la carga de trabajo asociada a las cargas de intersección rayo-triángulo y las pruebas de intersecciones transversales BVH. Esto quiere decir que las unidades SM no tienen que realizar ningún esfuerzo.

Cada núcleo RT se compone de dos unidades especializadas. La primera es la que lleva a cabo las pruebas del cuadro delimitador, y el segundo es el que realiza las pruebas de intersección de rayos y triángulos, y se ocupa de enviar la información resultante a cada unidad SM. Como hemos dicho anteriormente, todo esto libera a las unidades SM de una enorme carga de trabajo.

Pues bien, en el SoC de Xbox Series X, concretamente en su GPU, nos encontramos con un enfoque centrado en las unidades de texturizado, ya que es ahí donde se integra el hardware encargado de la aceleración de trazado de rayos. Cada uno de esos aceleradores podrá trabajar con cuatro operaciones de textura o con cuatro operaciones de rayos por ciclo de reloj.

No quiero precipitarme, pero por lo que he visto hasta el momento creo que podríamos encontrarnos ante una implementación del trazado de rayos inferior a la que utilizó NVIDIA con Turing, ya que se genera una dependencia clara en los motores de texturizado en lugar de una derivación completa de la carga de trabajo a otros elementos, como ocurre con los núcleos RT, que liberan a las unidades SM de la carga que supone el trazado de rayos. Veremos cómo se traduce esto en la práctica.

Por lo que respecta al rendimiento con trazado de rayos no tenemos, por desgracia, datos que nos permitan hacer una comparación directa entre arquitecturas, ya que Microsoft habla de 380 giga ray-box (pruebas del cuadro delimitador) por segundo de velocidad pico y 95 giga ray-tri (intersección de rayos y triángulos) por segundo de velocidad pico. Son valores distintos basados en unidades de medida diferentes a las que emplea NVIDIA, así que, como dijimos, no podemos comparar.

Con todo, la presentación de Microsoft dejó claro que el SoC de Xbox Series X tendrá importantes puntos en común con Turing. Como podemos ver en la imagen adjunta, el trazado de rayos acelerado por hardware se plantea como una «mejora económica del sistema tradicional», y no como un sustituto definitivo. Dicho de otra forma, se apuesta por el renderizado híbrido, y el trazado de rayos solo se aplicará de forma selectiva para mejorar elementos concretos, tal y como hizo NVIDIA con Turing.

Aunque no podemos establecer una comparativa directa en términos de rendimiento entre Turing (RTX serie 20) y la GPU RDNA 2 de Xbox Series X, sí que tenemos otra referencia interesante que nos permite hacernos una idea aproximada. Microsoft habla de una aceleración «de 3 a 10 veces mayor con un coste de área menor» en el SoC de Xbox Series X. Si ponemos esto en perspectiva podemos hacernos una idea del rendimiento que podemos esperar.

En Quake 2 RTX, uno de los juegos más exigentes que existen ahora mismo por la extensa utilización que realiza del trazado de rayos, una GTX 1080 logra medias de 12 FPS en 1080p, mientras que una RTX 2080 alcanza los 88 FPS. Esa enorme diferencia está marcada por los núcleos RT, que aceleran el trazado de rayos. Como podemos ver la mejora de rendimiento es enorme, y encaja sin problemas con ese balance que ha dado Microsoft.

Tecnologías avanzadas para mejorar el rendimiento

La potencia importa, pero la optimización también es clave. El SoC de Xbox Series X integra una CPU potente y una GPU de nueva generación, está acompañado de 16 GB de memoria GDDR6 y utiliza un proceso de fabricación puntero, pero además está respaldado por un ecosistema de APIs y de tecnologías muy sólido.

Microsoft ha confirmado que el SoC de Xbox Series X contará con aceleración de inferencia ML (aprendizaje profundo) con una mejora de rendimiento de entre 3 y 10 veces. Esto permitirá utilizar técnicas de reescalado inteligente, similares a DLSS 2.0 de NVIDIA, para reducir el consumo de recursos sin que se produzca una pérdida notable de la calidad de imagen.

No está claro si el SoC de Xbox Series X contará con hardware dedicado (algo similar a los núcleos tensor de las RTX serie 20) para trabajar con operaciones INT4 e INT8, pero a priori todo parece indicar que dichos cálculos se llevarán a cabo a través de FP16 (precisión simple) vía CUs (unidades de computación). En cualquier caso, es muy interesante, y muy importante, sobre todo si esta tecnología es capaz de alcanzar el nivel que hemos visto en DLSS 2.0 de NVIDIA.

Tenemos otras tres claves pendientes, el sombreador de tasa variable, la tecnología Xbox Velocity y el chip de sonido. Xbox Series X cuenta con un sistema de sonido de alta calidad que supera la potencia de la CPU de ocho núcleos de Xbox One X. No me sorprende, al fin y al cabo hablamos de un chip Jaguar de bajo consumo y bajo rendimiento.

Por lo que respecta al sombreador de tasa variable ya os explicamos al detalle en qué consiste al hablar de DirectX 12 Ultimate. Según Microsoft, esta técnica podría mejorar el rendimiento entre un 10% y un 30%. No está nada mal, desde luego.

En cuanto a la tecnología Xbox Velocity, su funcionamiento es bastante simple. Se trata de un sistema que permite utilizar parte de la unidad SSD como una memoria caché «lenta» que sirve como apoyo a la memoria del sistema, es decir, permite utilizar la memoria NAND Flash del SSD como respaldo de los 16 GB de memoria GDDR6. Esto ha permitido a Microsoft reducir la cantidad de memoria GDDR6 necesaria para crear su consola de nueva generación, y ha tenido un impacto positivo en los costes de fabricación, y por tanto también en el precio de venta.

Y hablando de costes, Microsoft también ha reconocido que el precio del SoC de Xbox Series X es mucho más elevado que el de Xbox One X. De nuevo no nos sorprende, al fin y al cabo hablamos de un chip muy complejo que viene, además, fabricado en proceso de 7 nm+ y que se encuentra, por tanto, mucho menos maduro que el proceso de 16 nm+ que utilizaba el chip de dicha consola.

No tenemos todavía información definitiva sobre el precio de venta de Xbox Series X, pero según las últimas informaciones debería rondar los 499 dólares-euros.