[中文版]關於微軟新主機Xbox“天蠍座”的所有情報都在這裏了

昨日，Digital Foundry獨家放出了Xbox天蠍座的消息，TGFC論壇的“Nemo_theCaptain”也在第一時間對視頻和文字消息進行了翻譯，我社獲得授權進行了轉載。

《深入Xbox天蠍座 硬件揭幕》

上周，DF受邀來到微軟雷特蒙德總部，看到了還是早期原型機狀態的天蠍，但這台原型機已經可以輸出不錯的畫麵了，不過因為這不是零售機，因此最終配置可能還會發生變化。

現場展示的Demo是廢渣6，輕鬆實現了原生4K加60幀，甚至還有餘力提升特效，對於1080p用戶，天蠍也有一定的提升。

作為升級版主機，天蠍的目標自然很明確，4K輸出，HDR色彩，和原版相當或更高的幀數，以及更好的空間音效。

AMD開發的新SOC被稱為“天蠍引擎”，微軟的團隊使用名為PIX（Performance Inspector for Xbox，Xbox性能檢查者）的工具對顯卡進行掃描，針對原版Xbox One能實現900p或更高分辨率的遊戲進行顯卡分析，這些遊戲在天蠍上可以輕鬆實現4K。以此為理論基礎，微軟與AMD在SOC領域展開了深入的合作。

通過PIX工具，微軟對硬件需求進行反複測試，推理出一個最平衡的配置，第一方的開發者參與了PIX測試，推測出Xbox One最常見的遊戲實現4K需要什麼指標，指標包括CU（Compute Unit，即AMD的流處理器簇）數量、頻率、內存帶寬、顯卡後端規模、硬件Shader引擎數量、緩存尺寸，以此為基礎推導出一個平衡的配置。

天蠍的SOC，已經處於最終狀態了，台積電16納米工藝，70億晶體管，40個CU等

這些其實都是幾年前的過去時了，那時候還不存在任何實體硬件，通過收集的數據，微軟可以向AMD提出更確切的定製芯片要求。微軟表示他們對AMD的架構以及自己的遊戲非常熟悉，他們的分析深入到了內部請求序列、緩存、FIFO，對於整個流水線十分了解，如果處理器的某個功能區過小，造成了瓶頸，查明後，這一部分就會被放大。

最終誕生的就是這顆SOC，有效規模為40 個CU簇（總共44CU，屏蔽了4個），頻率為1172Mhz，其中的很多細節與DF在1月末的推測相似，但DF之前對頻率的預測略顯保守了，同為6T解決方案，微軟選了幾個方案裏規模最小、頻率最高的一種。要實現高頻率需要一個更好的散熱係統。RX 480的最高Boost頻率僅比天蠍顯卡高94Mhz，CU少了4組，但依然需要一個強力散熱器維持這一頻率。

天蠍顯卡的Shader引擎處理器數量翻倍，再加上頻率的提升，多邊形和矢量處理效率提升了2.7倍。再把渲染的後端翻倍，又能提升2.7倍的像素填充率，顯卡的L2緩存翻了四倍，有利於4K表現。

除了6T浮點性能，天蠍在架構上還有一些提升效率的設計。在4K時代，貼圖和分辨率變得更大，對帶寬的要求更高，天蠍的6T顯卡需要超過300GB/S的帶寬。最終微軟選擇了384位GDDR5內存，共12塊，容量為12GB，每一塊為32位，頻率為6.8GHz，提供326GB/S的帶寬。

原版Xbox One沒有的DCC（色彩壓縮）係統也加入了天蠍，用於節省帶寬。12GB內存中，遊戲可用容量從5GB提升至8GB，係統可用容量從3GB提升至4GB，多出來的那1GB讓界麵（Dashboard）運行在原生4K分辨率下。硬盤容量為1TB，帶寬增加50%，可加速讀盤效果。

天蠍並沒有使用GDDR5X內存或ESRAM提升帶寬，而是直接通過GDDR5滿足需求

就和1月末DF爆料的文檔一樣，天蠍放棄了ESRAM，因為內存的帶寬已經超過了ESRAM，雖然GDDR5的延遲更高，但更強的帶寬和更好的顯卡彌補了這一點不足。

CPU方麵，很多人猜測天蠍使用了最新的Ryzen，但DF始終對此表示質疑，考慮到天蠍計劃的時間線，以及8核CPU的微軟官方聲明，天蠍用的應該是提頻捷豹，8個核心，4個一組，L2緩存共4MB，頻率2.3Ghz，這樣可以實現遊戲的100%兼容。

新的CPU頻率提升了31%，還有大量定製功能用於降低延遲，提高效率。APU這一形式可以提升CPU和GPU的溝通效率，還有其他的硬件減負方式，一部分是原版Xbox One就有的，一部分是原創的，顯卡得到了升級，提供新能力——空間音效（spatial surround），在目前已有的7.1聲道中加入了更多“重量”成分。天蠍還新增杜比全景聲（Dolby Atmos）技術，這一技術還可以通過耳機實現微軟專利標準HRTF（Head Related Transfer Functions，頭部相關傳輸函數，一種音效定位算法），該標準由Hololens團隊研發。因為APB（audio processor block，音頻處理模塊）這部分硬件和原版Xbox One基本相同，也就是說，現存的所有Xbox One都可以通過固件升級得到這些新的聲卡功能。

天蠍的主板部件通過特殊的方式與處理器焊接，提供了額外的效率和高頻率，這一設計名為“Hovis方案”，取自設計這一方案的工程師之名

天蠍更大的改進在於顯卡的“指令處理器”（command processor），這一部分從CPU接受指令，打包後送往顯卡核心。Direct3D 12的指令被原生內置在指令處理器中，大幅降低高延遲的API請求，明顯提高CPU到GPU的效率。

Draw Call指令是CPU最繁重的任務之一，在傳統流水線中，CPU需要傳輸上千，甚至上百萬的指令，有了這個硬件級的減負指令控製器，任何Draw Call都可以濃縮在11條指令內，改變狀態則隻需要9條。

對於那些在Xbox One上熟練掌握了Direct3D 12的開發者而言，CPU的渲染overhead因此減半，驅動層在流水線中變得非常薄，這是顯著的進步。

再次澄清，天蠍的CPU不是Ryzen，但是微軟的Xbox團隊對此並不怎麼在乎，他們認為，通過定製部件就足夠達成設計目標，因為天蠍畢竟是一個麵向消費者的量產機，需要保持性價比的平衡，定價不能太高。

天蠍的SOC麵積為360平方毫米，晶體管數量70億，在結構圖中，左側四個Shader引擎占了主要麵積，每個Shader引擎包含11個CU簇（屏蔽1個，剩下10個有效）。右側則是兩個CPU組，剩下的邊緣則是內存控製器。

天蠍還整合了AMD最新的硬件編碼器，DVR功能提升至4K 60幀水平，而且使用了次世代的HEVC編碼，還可以錄製Full HDR視頻。新增的回溯屏幕錄製（ retroactive screen capture）功能允許你逐幀截取視頻中的某一張圖片。

輸出標準采用HDMI 2.0，這樣才能滿足4K 60幀和HDR。為了滿足各種需求，天蠍同時支持三種不同的內部分辨率——遊戲的原生分辨率、界麵分辨率和視頻播放分辨率。1080p的電視可以使用4K超采樣增強畫質。微軟還規定，天蠍的遊戲幀數任何情況下不得低於原版Xbox One。

功耗和散熱方麵，Xbox One的每一塊芯片都處在最佳能耗比狀態，這樣可以避免很多麻煩。借助名為“Hovis方案”的特殊焊接方法，每一塊SOC從台積電出廠後都帶上了各自的功耗檔案，主板與芯片之間的整合度更高，即使如此，SOC的熱量依然不小，微軟采用了一個對於主機前所未有的散熱方案。

蒸汽抽風式散熱，對於主流級消費產品還是頭一遭，之前隻有GTX 1080和1080 Ti這種高端PC顯卡用過

簡單來說，在蒸汽抽風散熱方案中，真空管裏的電解水會吸收熱量，然後氣化，將熱量從熱點移走，這一方案的效率很高，但想要最終把熱量排出機箱內，原來的風扇已經不夠用了，為此他們定製了一個新的離心風扇，類似汽車的增壓器。

微軟向DF展示了當前的樣機，采用簡潔、合理、模塊化的設計，填充了機箱的大部分空間，硬盤放在了吸收振動的減震器上，這樣可以減少數據丟失概率，4K藍光光驅和Xbox One Slim基本相同，做了少許修改。

天蠍同樣采用了內置電源，245瓦即可滿足需求，機箱背後與Slim相同，使用8針電源接口。因為接口與Slim相同，天蠍無法直連Kinect，需要額外的USB轉接器，但HDMI輸入接口依然得到了保留。最終的形態會在E3展出，DF認為，它會給人帶來驚喜。

微軟承諾，從性能的角度來講，原版Xbox One上900p和1080p的遊戲，天蠍可以原生4K運行。眼見為實，他們向DF展示了Demo。負責講解的人是Turn 10的軟件工程師Chris Tecton，展示的遊戲以廢渣6為基礎，Demo屬於壓榨型演示，車手數量、AI和物理全開，在4K分辨率下鎖定60幀運行，選擇原版Xbox One的特效水平，顯卡的占用率僅為66.19%，即使把特效調整成PC的全開檔次，顯卡占用率依然隻有88%。

當然，廢渣不能代表所有遊戲，不過這個Demo從第一天就能正常運行，第二天就調整到了演示的水準，並沒有花太大力氣，給Turn 10更多的時間，他們還能做到更好。DF認為既然是展示，微軟就一定要拿最好的例子來展示，但微軟表示Turn 10的這個例子並非“特挑”，考慮到Demo隻做了兩天，顯然這還不是天蠍最好的水準，剩下的就等待E3吧。

《天蠍提升Xbox One和Xbox 360遊戲的五種方式》

升級版主機向下兼容有兩種方式

PS4 Pro采用的是一種降級模擬方式，顯卡規模正好是標準版的兩倍，因此隻要屏蔽掉一半就可以完美兼容，但這也意味著一半的顯卡性能在沒有Pro補丁的遊戲裏無法得到利用，即使是Boost模式也是如此

天蠍選擇的則是更複雜的方式，標準版Xbox One可以運行的遊戲，天蠍都能運行，包括向下兼容的Xbox 360遊戲，理論上而言，運行任何作品，即使沒有補丁，天蠍也可以充分發揮自己的全部性能，但看了下文你會知道這隻是理論上，實際情況沒有這麼理想。

天蠍有五種方式提升效果，這五種方式適用於Xbox One遊戲，以及提供兼容的Xbox 360遊戲，當然這裏主要說的是沒有專用補丁的遊戲

1：更穩定的幀數，消滅畫麵撕裂，但不能把鎖30幀的遊戲變成60幀，無法突破原版幀數上限（上麵那張圖左側是Slim不是天蠍，天蠍的提升會更大）

2：在動態分辨率的遊戲中，把分辨率始終維持在原版的最高分辨率，但無法提升至4K，因為原版不支持4K。

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3：更好的貼圖過濾，4X AF全部升級為16X AF（上圖為PC版廢渣6對比）

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4：天蠍專用的係統級DVR功能，通過HEVC編碼實現4K 60幀後台錄像，並且不影響遊戲流暢度，即使是1080p的錄像，也會利用HEVC實現超高碼率。天蠍還可以實現DVR視頻的逐幀播放和截圖，但這個功能不支持4K視頻，不過沒有4K分辨率的遊戲也用不到4K的DVR。

5：更快的讀取速度：CPU頻率提升了31%，有助於讀盤的IO工作；硬盤讀取速度變快，讀取4K貼圖時的帶寬提升了50%，對於不支持4K的遊戲也能起到加快速度的作用；遊戲可用內存從5GB提升到8GB，多出來的3GB可用於緩存，讓重複的IO工作留在緩存區裏，加快效率。

有極少數的遊戲同時開啟五個提升效果會導致Bug，這一點與PS4 Pro的Boost模式類似，為了保障這些遊戲的正常運行，微軟會關掉部分提升效果，因此有極少數遊戲無法同時開啟五種提升，有時甚至需要為此關閉部分顯卡流處理器，就像Pro那樣。

《DF社論：天蠍將主機推向新級別》

通過與微軟的交談，DF認為，天蠍與原版Xbox（或Slim）的價格差距，會比PS4 Pro和原版PS4更大。考慮到PS4 Pro的首發價格為399刀，而天蠍比PS4 Pro的處理器更大、增加4GB內存、更快的硬盤、4K藍光光驅、高端散熱，天蠍售價更貴是可以預料的，DF的預測是499刀。

天蠍僅僅是個代號，正式名稱還沒有揭曉，但微軟強調“天蠍是Xbox One家族中的一員”，那麼正式名稱八成是“Xbox One XXX”吧。

在前往雷特蒙德之前，DF自己對天蠍的了解也不多，6T顯卡浮點是官方確認過的，12GB內存是他們通過去年E3照片猜的，但是猜對了，增加的內存可以提供更清晰的貼圖。但是顯卡方麵，DF以為天蠍會選擇一個大麵積低頻率方案，結果正好相反，微軟逆流而動，選擇類似PC的低麵積高頻方案，DF認為這是一個不錯的成就。

讓我們認真看待一下微軟的官方聲明，原版Xbox One的1080p遊戲沒理由無法在天蠍上原生4K，廢渣Demo就是最好的證明。但是更值得注意的，是那些原版隻有900p的第三方遊戲（PS4版基本是1080p），微軟表示他們對於這類遊戲參與了更多移植工作，應該能做到原生4K。至於那些原版900p都不到的遊戲，微軟則試圖利用棋盤渲染等方案實現插值4K。

最大的問題在於，在分辨率（這一點天蠍毫無疑問高於PS4 Pro）之外，二者的畫麵實際觀感有多大區別？PS4 Pro利用棋盤渲染、高級抗鋸齒、臨時超采樣、動態分辨率等等技術竭力拉近插值4K和原生4K的差距，但換個角度來看，PS4 Pro在這方麵離完全成功還遠得很，太多1440p遊戲，真正值得稱讚的，2160p加HDR遊戲太少。至少在分辨率和幀數這兩大指標的比較上，原版PS4是壓著Xbox One的，天蠍在這方麵有希望壓製PS4 Pro。而且，不要低估多出來的內存，在古墓崛起等遊戲中，即使你用4K超采樣把畫麵縮到1080p輸出，4K貼圖的有無依然可以造成明顯的差距。

最終版天蠍的主板照片

在PC領域，最接近PS4 Pro的顯卡是RX 470或者降頻的RX 480，都是主流PC顯卡，RX 480還可以通過超頻把浮點提升到6T。然而，理論浮點數不代表一切，比如PS4 Pro的很多新一代插值相關的奇技淫巧在PC上是不存在的，隻有少部分PC遊戲以軟件形式提供了這些能力。DF希望這一情況得到迅速改變，但事實是，主機可以提供一些效果不錯的插值4K渲染，保障了主機的性價比。

微軟保證天蠍的6T表現要比PC上AMD的6T顯卡強得多，他們給出了幾大理由，首先，天蠍的Shader編譯器效率遠勝PC。其次，在這個定製的特殊配置上，API可以提供更底層的硬件訪問。最後，就是他們的優化軟件PIX，這是主機專用的優化工具。

DF表示，從他目前了解到的信息來看，有一些證據表明，天蠍的原生4K表現可以和GTX 1070或Fury X級別的顯卡相匹敵。新主機目前運行的一個Demo基於廢渣6，特效相當於PC全開，實現了原生4K的鎖定60幀，而這個Demo隻花了Turn 10兩天時間。DF在PC上用類似的設置測試了廢渣6，GTX 1060出現了掉幀情況（而且雨天掉的很多），GTX 1070大部分時間穩定，隻有激烈的雨天會掉幀，隻有GTX 1080在各類測試中全程不動如山。這隻是一個測試，兩個程序的代碼也不會完全相同，但這足以證明天蠍的實力，畢竟廢渣6的PC版優化是飽受讚譽的，並非渣優化。

PC遊戲需要進一步提升優化，才能提升4K的能耗比。如果原版Xbox One第三方的900p和1080p遊戲在天蠍上也能達到第一方這種原生4K的水準，如果天蠍能夠保持原生4K分辨率，與GTX 1070媲美，甚至更好，那麼這樣的成績，對於一台主機而言，是相當不錯了。

天蠍的規格全麵壓製了PS4 Pro，但幾乎可以確定的是，其價格也會比PS4 Pro更高

Mike Ybarra，Xbox與Windows遊戲平台聯合副總裁表示，天蠍的目標有四大支柱：一是重新取得開發者的傾力支持；二是提供原生4K所需的性能；三是兼容老遊戲，並且讓老遊戲運行更出色；四是讓天蠍滿足1080p用戶需求。

說明白點，微軟依然覺得普通Xbox One銷量會比天蠍更高，普通版更適合1080p設備，但現在PS4 Pro風頭正勁，即使是1080p用戶也會購買PS4 Pro，微軟也需要改變策略。去年E3，菲爾•斯賓塞表示天蠍基本是個專注於4K的主機，後來他又表示堅持1080p對於玩家有利有弊，DF認為這是一個正確的方向，因為在短時間內，換主機的概率遠大於換顯示設備。

關於PS4 Pro，一個批評意見在於，部分模式成了一些分辨率的獨占。比如說，如果遊戲提供了高於1080p的分辨率，那麼1080p用戶理應得到超采樣功能，但有些遊戲沒有這個功能，哪怕部分索尼第一方遊戲都沒有。微軟對超采樣的態度則是強製性的，隻要天蠍的遊戲提供高於1080p的分辨率，就必須提供超采樣，在內部分辨率提升的同時，幀數也不能比原版Xbox One更低，必須同等或更高，希望可以看到更流暢的幀數。

硬件層麵，天蠍的輸出芯片是Xbox One Slim的強化版，足夠滿足4K輸出需求，通過在橫縱兩個方向采樣六個點的高質量Lanczos過濾保障效果。相較原版Xbox One原生的1080p輸出，天蠍經過超采樣縮放的1080p畫麵細節更佳，抗鋸齒和貼圖效果更好。

微軟對1080p超采樣的堅持，實際上有利於所有顯示設備用戶。PS4 Pro有一些遊戲提供的1080p高幀數模式，必須把輸出設定成1080p，才能使用，比如無人深空和吃人大舅，如果你的PS4 Pro輸出設定是4K，那你很可能幹脆就不知道遊戲還有1080p高幀數模式。至於天蠍，所有模式——無論是分辨率優先還是幀數優先——都必須提供給所有用戶，無論他們用什麼分辨率的顯示設備。DF認為這是個明智的舉措，希望PS4 Pro也能跟進。

DF認為索尼和微軟的觀點可能是有分歧的，去年的E3， Mark Cerny表示，在PS5之前以Pro的形式給PS4大幅升級CPU和顯卡是有必要的。但是Mike Ybarra今天則表示，主機用戶也希望能夠以更快的速度獲得更新的技術，這種潮流正在顛覆傳統觀念。

DF的觀點是，Mark Cerny的看法更理想主義，更符合核心玩家的期待，Mike Ybarra那番加快主機更新的觀念，則與主機產業的現實更接近。摩爾定律早就被拖慢了，每隔五年等來一個性能提升6至8倍的新主機，已經越來越不可能了，所以DF更期待頻率更高，迭代式的升級，但DF同樣不希望主機產業變成第二個手機產業，三至四年內新主機提升2至3倍，才是更現實，更符合當前潮流的做法。

主機提升性能有兩種做法，一是創新性的架構，二是等待製程改進，前者還算有個盼頭，後者已經越來越艱難了。PS4和Xbox One在2013年末首發，用的是28納米製程，一個2011年PC顯卡就已經采用的製程（譯注：DF指的是Radeon HD7970在2011年末的紙麵發布，但僅僅是紙麵發布而已，真貨2012年才發售）。升級所需的16納米工藝直到5年後才實用化，而且估計如果沒有16納米，主機都無法升級。10納米已經嶄露頭角，但很可能不適合主機，7納米還遙遙無期。記住這一點，迭代式的主機升級，才能滿足對新技術饑渴的玩家，但即使如此，一年兩次或一年一次升級也是幾乎不可能的。

中期升級主機的命運尚未可知，但4K顯示設備這波升級，對於PS4 Pro和天蠍是個不錯的機會，隨著1080p設備逐漸被淘汰，微軟會加快推出新主機的頻率。對於那些今年持幣觀望、對4K猶豫不決的用戶，DF推薦你們去看看地平線：零之黎明開啟HDR後在LG 4K OLED或索尼ZD9上的表現，這是第一方強力畫麵搭配目前最強屏幕的組合，效果拔群。

結束對微軟的訪問後，DF基本確認天蠍從硬件角度而言是一台成功的主機。之前的Xbox One Slim就已經超越了DF對於“第二代薄版主機”的簡單要求，Xbox團隊似乎已經找回了感覺，天蠍可以說是一流的硬件，DF唯一沒有探明的潛在問題隻有噪音。Xbox One在技術上輸給了PS4，麵對索尼的成功，天蠍給出了正確的回應。就很多層麵而言，這台硬件都把主機設計推向了新的級別，充滿了對核心玩家的專注。

DF真正擔心的則是另一個問題：天蠍的遊戲陣容能不能配得上這副硬件。