次世代主机的新碰撞

来源:用户上传      作者:李实

　　每一代游戏主机的发布，都会引发业内无数的关注和猜测，各路消息自然也是满天飞。有关PlayStation 5（后文简称PS5）和Xbox Series X（后文简称Xbox X）的流言，最早甚至出现在2007年。当年有新闻指久多良木健（三代PlayStation之父）宣称PS4、PS5和P S6将会充分融合网络发展，并且当时PS3使用的Cell处理器也会继续在下一代产品中使用。今天回头来看，这则新闻至少预测对了网络发展对游戏主机的影响，当然在处理器的选择上则完全没有考虑到半导体产业在日本终将衰落的命运，从而出现了偏差。在PlayStation 4和Xbox One发布后没多久的2014年，就有消息称P S5和下一代Xbox已经在开发中。2015年的一则新闻预言了下一代Xbox的名称、架构等内容，宣称产品依旧会使用AMD的处理器和GPU，名称则是XboxTwo。2016年，游戏界知名人物罗恩·兰尼（Lorne Lanning）通过访问某不愿意透露姓名的索尼高管，后者向其暗示索尼可能不会推出PS5。
　　一直没停过的新闻和预测显示了业界对两大主机平台的关注。近期对全新一代Xbox和PlayStation的新闻报道高峰出现在2019年下半年到2020年3月之前。索尼先是自己曝光了PS5的外观，大大的“V”型设计极为抢眼，作为罗马字母的“5”，“V”也在昭示着这款机器的名称。微软方面的消息则更多聚焦在主机所用的G P U、C P U配置以及外观、细节方面的内容。不过各种爆料在3月16日就停止了，因为在这一天，微软官方以博文的方式公开了Xbox X大量的细节设定，随后索尼也在3月19日公布了P S5配置信息。这下，我们也终于能从中了解新一代两大游戏主机的具体信息了。
　　Xbox Series X：性能、速度和兼容
　　微软在Xbox X的公开上“干货”很多，不但公布了硬件配置，还提供了整机信息、软件支持、游戏支持等内容，甚至还给了一台Xbox X供媒体拆解。在微软的官方博文中，也详细解释了Xbox X的三大特性—性能、速度和兼容性。
　　外观及内部结构
　　大家应该已经在各大媒体上看到Xbox X的外观了。Xbox X是一个长宽高为1∶1∶2的长方体，具体的数据为151mm×151mm×301mm，重量大约为4.45kg。游戏主机设计了明显的正面和背面，背部下方和底部设计了进风口，顶部为出风口，底部的脚垫为进风口留出缝隙。噪声方面，研发人员宣称新的主机和Xbox One一样安静。
　　主机的正面设计了Xbox Logo的电源键以及蓝光光驱开仓键，外设信号同步按键、USB 3.2 Type-A接口。背部则是定制的SSD扩展槽、HDMI输出接口、2个USB 3.2 Type-A接口、网络接口、电源口以及Kensington锁（用于固定设备避免被盗取）。
　　除了外观外，微软也大方地公布了Xbox X的内部结构。从内部结构层级图中可以看出，Xbox X内部采用了双层主板层叠架构，两个主板分别搭载了计算芯片、通信芯片和IO芯片。根据官图，从右向左的设备分别是：带均热板的散热鳍片、主板固定框架、SoC计算芯片主板带内存、中央固定框架（散热底盘）、通讯和IO主板、主机电源、蓝光光驱。值得注意的是，XboxX在顶部设计了一个直径13cm的风扇用于抽风。
　　在散热方面，它的主要功耗来自集成了CPU和GPU的AMD SoC芯片，这个芯片的TDP功耗目前没有公布，但应该不会低于100W，因此微软设计了一个大面积的均热板和散热鳍片覆盖其上，系统的风道设计也非常简单直接，冷风从后部、下部吸入后经过中间的PCB、散热片，再从顶部排出。
　　在游戏手柄设计上，Xbox X的手柄由Xbox One升级而来，其目的是更符合人体工学且能够适合更大范围尺寸的手掌（包括8岁幼童）。手柄包括2个可按下的模拟操作杆、1个圆形键盘、4个操作按钮、2个系统按钮、2个肩部触发器和2个手柄触发器，整体设计和上代产品基本相同。比较明显的差别是新手柄在之前的“视图”和“菜单”按钮下方增加了一个“分享”按钮，用于记录和共享游戏中的视频片段或屏幕截图。
　　全面升级的硬件配置
　　Xbox X采用的硬件配置极为接近目前的主流PC。由于整个主机高度集成化，因此Xbox X使用了来自AMD的一颗定制“A PU”。这款“A PU”的CPU核心为8核心Zen 2架构，运行频率为3.8GHz，开启超线程技术后降低至3.6GHz。GPU部分采用了AMD尚未发布上市的RDNA 2架构，包含52个CU单元，GPU频率为1.825GHz，计算能力为12TFLOPS，支持硬件级别光线追踪。根据官方公布的图片来看，由于比一般APU规模更大，因此Xbox X所采用的SoC布局也和传统的APU略有差异，其两组CCX核心在SoC上方，下方设置了52个CU单元和IO、内存控制器等。整个SoC的面积为360.45平方毫米，使用的是台积电成熟的N7P工艺，也就是更注重性能的7nm工艺。
　　内存方面，Xbox X總计有16G BGDDR6内存，但是其中10GB运行带宽为560GB/s，剩余的6GB则为336GB/s。内置存储为1TB微软定制的SSD，带有硬件解压缩芯片，默认状态下速度为2.4G B/s，开启压缩后速度翻倍至4.8GB/s。可扩展外置存储卡、支持USB3.2外置存储设备。光驱方面支持4KUHD蓝光光驱。
　　性能方面的考量
　　在Xbox X设计的早期，微软的设计团队就非常关注整个设备的性能。这意味着设计团队需要在数年之前就提前定义下一代游戏主机在未来至少五年的工作期间内所能达到的性能和技术特性。在之前的游戏主机上，整个性能主要由图形计算能力和相关的创新能力来定义，比如8位到16位图形，2D到3D，从SD到HD再到现在的4K。 　　不过这样的性能定义方式在现在发生了变化。比如现在的游戏玩家要求游戏至少以每秒60Hz运行，并具有极高的视觉保真度和极为快速的响应速度。在系统性能有限的情况下要达成这样的效果其实还存在一些问题。因此开发人员使用了一些创新解决方案，比如动态分辨率，可以兼顾图像质量和帧率。在Xbox X上，这些问题可能就会得到很好的解决，不用再二选一，游戏不但可以看起来更好，玩起来也可以很好。
　　Xbox X的基础要求是在4K分辨率下以60H z速度运行游戏，在这个基础之上，Xbox X试图进一步将帧数提高到120Hz，尤其是那些具有竞争性或者要求苛刻的游戏。当然，对游戏分辨率和帧率的选择最终还是由开发人员决定，Xbox X能够尽可能确保游戏主机有足够的性能空间可供发挥。
　　为此，Xbox X团队加强了和AMD的长期合作关系。AMD和Xbox团队在Xbox 360时代就开始合作，在随后的Xbox One上微软全盘采用了AMD的方案。在Xbox X上，AMD提供了更强大的8核心Zen 2处理器和RNDA 2级别的GPU。全新架构提供了更高的性能水平，尤其是处理器，微软放弃了在Xbox One上采用高性能功耗比小核心的方案，直接选用了x86高性能核心，极大地提高了处理器的性能上限。
　　除了性能之外，Xbox X最大的变革在于提供了对硬件加速的DirectX12 Ultimate API的支持，包括DXR 1.1、Mesh Shader、Sampler Feedback、VariableRate Shading。其中最值得一提的是DXR1.1也就是DirectX Raytracing—DirectX光线追踪技术1.1。这项全新的技术在PC上已经使用了一段时间，在游戏主机上还是首次应用。通过光线追踪技术，开发人员能够带来接近现实的光照、阴影和材质效果。全新的DXR 1.1版本带来了光线追踪管道对象中加入的额外着色器、支持GPU自行决定要处理的光线追踪数量以及新的内联式光线追踪等。相比老版本，新的DXR 1.1带来更高的计算效果，因此颇受开发人员欢迎。XboxX团队展示了这项技术在游戏《我的世界》中的运行情况，可以看到各种不同类型的材质有着完全不一样的光线效果，比如熔岩散发了橙色的光芒并且拥有二次反射能力，并随着其散开在矿车的轨道上反射出来。不仅如此，在启用了光线追踪技术后，Xbox X在表现半透明、透明物体时的效果更为卓越。比如光线穿过一排彩色立方体玻璃后能够在地面上投射出不同的彩色阴影，在水面的反射和折射后能够显示水底的海藻等。
　　不光是《我的世界》，《战争机器5》也在Xbox X上进行了技术演示，这款游戏采用了UE4引擎，演示中使用了完整的、高于PC上最高等级的图形图像设置，比如最高分辨率的纹理、最高分辨率的体积雾等。值得一提的是，Xbox X允许的粒子设置比PC上还要高50%。实机演示中，Xbox X在4K分辨率下带来了至少60fps的帧率，这在之前的Xbox上仅为30fps，展现出Xbox X更为强大的性能。在其他技术方面，由于充裕的性能，Xbox X拥有了更快的启动速度、更优秀的阴影质量。即使有这些全新技术加入，但强悍的机能使得Xbox X在实际运行中甚至可以达到100fps的帧率，研发团队还在尝试达到120fps的可能性。
　　速度方面的优化
　　Xbox的另一个主要设计原则是速度。速度和性能在很多情况下是一体的，高性能会带来高速度。但是在此之外，速度也有很多地方值得进一步优化。比如人们对应用程序之间转换速度就非常关注，大多数用户希望在不同的应用中切换是无缝的。游戏设计团队也希望玩家能够花更多的时间在游戏本身而不是等待上。
　　在这一点上，SSD起到了至关重要的作用。Xbox X在SSD上进行了加强，提供了更为出色的I/O性能，能够降低数据读取的等待时间。当然这只是一部分，作为一台软硬件结合的游戏主机，Xbox X在软件方面也带来了很多重大更新。比如被微软称为Xbox Velocity Architecture（直译为“Xbox速度架构”）的架构，被用于加速Xbox X中的各种计算功能、数据存取等。微软宣称这项技术可以允许开发人员实时访问高达100GB的游戏数据，能够改变未来的游戏规则。
　　具體来看，Xbox速度架构包含四大内容，包括Xbox团队自定义的NVMeSSD、DirectStorage技术、硬件解压缩、采样器反馈流SFS。其中，DirectStorage是指一种全新的、专为游戏设计的IO架构，其目的是为释放SSD的全部性能并且执行硬件解压缩，具体的一些操作包括当游戏在前台运行、后台下载的时候，DirectStorage可以将所有的IO开销从多个CPU核心中移出至一个CPU核心的一小部分，从而释放出大量的CPU响应速度和资源。硬件解压缩是首次在Xbox X上引入的专门硬件组件，它允许游戏在S S D上占用尽可能少的空间，并且消除了通常运行解压缩操作时相关的CPU开销。一般来说，解压缩操作需要占据3个以上的CPU核心，目前新的DirectStorage中的硬件解压缩技术可以完全不需要占用CPU核心资源，降低了CPU消耗。采样器反馈流SFS是Xbox X新加入的又一项硬件功能，这个功能允许游戏以精细的粒度将GPU场景所需要的部分纹理加载至内存中，这样可以大大提高纹理的内存利用率。这在如今4K分辨率的游戏上是非常重要的，因为每个4K纹理至少都会占用8MB的内存，过多的4K纹理占用会耗费大量的内存空间。这项技术避免了浪费同时减少了内存带宽压力，为其他更紧急的任务提供了空间。根据微软的数据，这项技术能提升SSD和内存大约2～3倍的有效性能。
　　另外，由于特殊优化存储架构的出现，普通的扩展存储设备可能无法满足高速度的需求。在这一点上，Xbox X推出了和希捷合作的存储扩展卡，允许用户从外部以USB 3.0接口接驳Xbox X，并获得和内置存储设备几乎相同的速度和部分特性，包括前代游戏，但是无法享受到Xbox X速度架构的所有优势技术。目前希捷和微软已经推出了1TB的外置存储卡，未来有望推出2TB、4TB的产品。 　　除了上述内容外，Xbox X在速度方面的优化还包含有关动态延迟输入DLI、可变刷新率VRR、自动低延迟模式ALLM等技术。快速恢复方面，用户使用Xbox X可以在多个游戏之间无缝切换，使玩家可以从上次中断的位置立刻恢复游戏。音频方面，Xbox X本次也带来了全新的设计，一种被称为“音频光线追踪技术”的芯片和相关软件，Xbox团队宣称这个技术应用后将带来更为精确的声音定位和播放，能够带来更出色的游戲沉浸感。综上来看，可能每一个单项优化技术很难带来翻天覆地的变化，但是所有的速度优化技术加在一起，带来的改变是革命性的。
　　兼容一切的兼容性
　　这对目前拥有Xbox One、Xbox360等Xbox家族产品的玩家来说是个好消息。Xbox X将兼容之前在Xbox上销售的所有游戏。Xbox X的开发团队宣称，这个功能是他们在一开始就确定的，必须拥有的功能。不仅如此，Xbox X的开发团队还付出了很多努力，保证之前的老游戏能够在全新的主机上完美执行，这些改进包括启动和加载时间、更稳定的帧率、更高的分辨率和更出色的图像质量等。这里的兼容，不仅包含游戏本身运行的兼容，还包括游戏控制器的兼容，以及未来更新一代游戏主机的兼容。
　　在兼容性方面，Xbox X还提供了2个体验改善。一个是HDR重构，XboxX能够为所有不支持HDR的老游戏带来可靠的HDR效果，开发人员无需做任何额外工作，且这项操作没有过多的性能消耗。另外，对一些老的、不支持4K渲染的游戏，Xbox X可以启动名为“强制原生分辨率”的技术进行4K渲染，实现更清晰的画质。
　　另外，在兼容性方面，Xbox X还支持跨代的多人游戏兼容，并引入了新的功能Smart Delivery。Smart Delivery的目的在于确保用户在跨代多人游戏方面的稳定性，并且始终确保用户运行在最合适的版本上，所有支持Xbox X优化的Xbox Game Studio游戏都支持这项功能。举例来说，用户目前使用的是Xbox One X和相关的游戏，那么所享受的游戏体验是Xbox One级别的。当用户升级至Xbox X后，那么之前在Xbox One上购买的游戏也可以直接升级到为Xbox X优化的版本，反之亦然。Smart Delivery保证了用户在不同型号、代次主机上都拥有最出色、稳定的游戏体验。
　　最后再来看看游戏阵容。在Xbox X发布后，各大游戏厂商也宣布了一波新作用于支持全新的主机。目前已经公布的游戏包括《赛博朋克2077》《光晕：无限》《战争机器5》《Gods & Monsters》《汤姆克兰西之彩虹六号：隔离区》《汤姆克兰西之彩虹六号：围攻行动》《看门狗：军团》等大作。由于Xbox X完全兼容上一代游戏，又有如此多的游戏大作支持，因此在内容方面无论是微软还是游戏玩家都应该无需担心。
　　PlayStation 5：犹抱琵琶半遮面
　　相比Xbox X的全面发布，PS5目前只是以网络直播的方式公开了部分信息。包括PS5的Logo、相关硬件架构以及3D音频技术等。整机外观、控制器外观、特色技术等都未展示。
　　有关PS5的具体消息最早出现在2019年4月，当时索尼的系统架构师马克赛尼尔宣布索尼将采用AMD Zen2 CPU架构和Navi GPU架构，并支持实时光线追踪等技术，存储方面会采用SSD。后续索尼也披露了一些信息，包括PS5的手柄拥有全新的、丰富多彩的震动感受，可以根据不同的游戏和场景实现不同的震动效果;此外还包括支持阻力感应的全新自适应手柄扳机，游戏开发人员能够通过调整板机阻力来实现更真实的动作感受和游戏体验。
　　当然，这些林林总总泄露出来的消息并不会令玩家满意。终于，在微软公布XboxX的规格之后，索尼于2020年3月19日以线上发布会的形式，公开了PS5的一部分设计和规格，其中包括人们最关注的核心硬件配置等信息。
　　根据索尼公布的消息，PS5的处理器采用的是AMD Zen 2架构、3.5GHz的8核心C PU（是否支持超线程技术并未说明），搭配索尼定制的RDNA 2架构GPU。其中GPU部分拥有36个CU单元，运行频率高达2.23GHz，因此最终计算能力也达到了10.28TFLOPS。内存方面，PS5采用的是256 bit、16G BGDDR6内存配置方案，总带宽为448G B/s，不过索尼没有表明C P U和GPU是共同使用内存还是有所区别。内部存储方面，主存储器使用了NVMe SSD，PS5拥有825GB的SSD空间可供用户使用。SSD的主控是索尼特别定制的，支持12通道的读写。此外，索尼还在主SoC中加入了一颗协处理器，专门用于处理SSD的IO活动，释放CPU的性能。总线方面，PS5采用了PCIe 4.0总线规范，原始数据带宽为5.5GB/s，支持数据压缩，在压缩数据开启时等效带宽大约为8～9GB/s。音频方面，PS5支持新的3D音频技术，能够提供更出色的音频质量和定位效果。
　　从索尼给出的硬件规格来看，相比Xbox X，PS5的硬件规格要略弱一些，但是总体还是在伯仲之间。最主要的差距来自GPU运算能力，PS5相比Xbox X大约低了15%。这种性能差距，可能会在部分游戏上带来一定的性能差异，但影响最终游戏帧率的因素非常多且复杂，因此具体到实际体验上，游戏玩家可能也难以感觉。其他方面，比如光线追踪，索尼宣称PS5支持硬件级别的光线追踪，但是一些消息称索尼在光线追踪方面没有选用AMD的方案，而是另有准备。由于索尼给出的信息太少，很多细节尚未公布，因此无法做出更进一步的推测。
　　目前看来，PS5显著强于Xbox X的方面是内存和存储性能。由于采用了PCIe 4.0规范，因此PS5在数据读写能力方面极为出色，开启数据压缩后8～9GB/s的读写速度远超也开启数据压缩的Xbox X，后者速度为4.8GB/s。索尼宣称新SSD能够在0.27秒内加载2GB数据，性能大约是PS4的100倍。另外，索尼利用了Karken压缩技术和2个SoC内置的IO协处理器，支持DMA主控、片上内存、数据一致性等，这样一来在最理想的状态下，内存和SSD之间的带宽高达22GB/s，这意味着SSD在一定程度上可以当做“较慢的内存”来使用。再配合索尼在P S5系统和游戏加载上的优化，一些消息称PS5在一些条件下能够做到游戏即开即玩，无须等待。
　　在游戏兼容性方面，PS5也宣布兼容前代游戏，但是和Xbox X对前代游戏兼容优秀且加入HDR、4K分辨率支持不同的是，PS5兼容前代游戏采用的是兼容模式，在这个模式下，PS5将降低频率以低性能方式运行，以确保部分锁帧游戏不会出现问题。出现这种问题的游戏一般是日式游戏，可能存在自研引擎和高帧率有冲突的情况。
　　再来看看首发游戏。2019年的游戏展会上，Counterplay Games的《天降》宣布将首发PS5，随后包括《看门狗：军团》《Gods & Monsters》《汤姆克兰西之彩虹六号：隔离区》《先遣战士》等游戏确认首发PS5。此外，近期索尼也宣布PS5将搭配独占游戏，但具体内容还不得而知。
　　更新技术、更好体验：下一代游戏主机你选谁？
　　从现有的消息来看，Xbox X在整体性能上可能更为出色，P S5虽然目前稍逊一筹但后续还有更多消息爆出。无论如何，相比现有设备，这两款全新的下一代游戏主机都带来了全新的技术、更高的性能和更为出色的游戏体验，值得玩家期待。
　　在产品售价和发售时间方面，Xbox X和PS5都宣布“雷打不动”将在2020年底之前上市。前者暂时未提到价格，后者根据一些消息显示，售价可能会在450美元左右。从这两款游戏主机的硬件规格、软件方案和对新技术的支持来看，显然两家厂商依旧维持着硬件不赚钱甚至补贴，依靠游戏和内容销售分成的商业模式。那么，面对下一代游戏主机，你更为心仪的对象是谁呢？
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