マイクロソフト、Xbox One X Scorpio Engine SoCの詳細を発表

MicrosoftのXbox One Xコンソールの発売日が近づく中、同社はXbox Oneシリーズの新たな最高峰となるXbox One Xの詳細を明らかにしました。本日開催されたHot Chipsカンファレンスにおいて、同社はこの4K対応ゲームコンソールに搭載される予定のSoCの回路図と内部構造の詳細を公開しました。

マイクロソフトは、2016年のE3カンファレンスで、当時はProject Scorpioという名称で知られていたXbox One Xを初めて発表しました。ソニーのPlayStation 4 Proへの直接的な対抗策と見られるように、マイクロソフトは次期Xbox Oneが6TFLOPSの浮動小数点演算性能を誇り、ネイティブ4Kゲームとバーチャルリアリティ（VR）をサポートすると発表しました。同社は、Xbox One Xは2017年末までに発売されると発表しました。

4月、マイクロソフトはProject Scorpioの基本ハードウェア仕様の一部を公開し、8基のCPUコアと40基のGPUコンピューティングユニットを搭載したAMD SoCと、326GB/秒のメモリ帯域幅を提供する12GBのGDDR5メモリを搭載することを明らかにしました。また、4K UHD Blu-rayプレーヤーと1TBの2.5インチストレージドライブを搭載することも明らかにしました。

その後、MicrosoftのE3 2017記者会見で、このデバイスがXbox One Xと名付けられ、メモリバスが384ビット（256ビットから増加）になることが明らかになりました。Microsoftはまた、新型コンソールには現行のXbox OneとXbox One Sに搭載されている32MBのeSRAMキャッシュメモリが搭載されないことも明らかにしましたが、その理由は明らかにされていません。

Scropio: 単なるコードネーム以上のもの

マイクロソフトはXbox One Xを初めて発表した際、社内コードネーム「Project Scorpio」でこのコンソールを指していました。正式なコンソール名称を発表した際に、このScorpioという呼称は多少後退しましたが、「Scorpio」という名称を完全に放棄したわけではありません。ドイツで開催されたGamescomカンファレンスで、マイクロソフトはXbox One X Project Scorpio限定版コンソールを発表しました。このコンソールの前面には「Project Scorpio」の文字が大きく刻まれています。しかし、実際にはすべてのXbox One XコンソールにScorpioの要素が少しだけ盛り込まれています。マイクロソフトは、この新型コンソールを動かすシステムオンチップ（SoC）を「Scorpio Engine」と呼んでいます。

Scorpio Engineは、AMDが開発した巨大なSoCで、359mm²のダイにTSMCの16nm FinFETT+テクノロジーを採用した70億個のトランジスタを搭載しています。GPUコンピューティングユニット（レイアウトの黄色の部分）は、この大きなダイの表面積の大部分を占めています。Scorpio EngineのGPUコンポーネントには、それぞれ11個のコンピューティングユニットを提供する4つのシェーダアレイが含まれています。Microsoftによると、歩留まりの問題が発生する可能性を補うため、シェーダアレイごとに1つのコンピューティングユニットが非アクティブ状態になっています。

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SoCダイの右側には、2つの4コア2.3GHz CPUクラスター（図では濃い緑色で表示）が搭載されています。各CPUクラスターの両側には、2つのキャッシュコントローラーが配置されています。SoCの上部、下部、および右側には、12個のGDDR5メモリコントローラーが並んでいます。Xbox One Xの製品版は12GBのメモリを搭載しています。開発キットでは、チャネルあたり2GBのメモリが搭載され、合計24GBのシステムメモリとなります。

マイクロソフトによると、Xbox One Xの理論上のピークメモリ帯域幅は326GB/秒で、これはXbox OneおよびXbox One Sの約5倍に相当する。同社によると、テストでは利用可能な326GB/秒のうち285GB/秒を処理できたが、ほとんどのゲームではそれほど多くの帯域幅は使用されないという。同社は、この非常に高いメモリ帯域幅により、旧型のXbox Oneモデルに搭載されていた32MBのeSRAMキャッシュを廃止できたと述べている。

マイクロソフトがProject Scorpioを発表した際、同社はこの新型ゲーム機が32ビット浮動小数点演算で6テラフロップスを実現する初のゲーム機になると豪語しました。Hot Chipsのプレゼンテーションでは、「6テラフロップスをわずかに上回る」性能を実現したと説明しました。40基の演算ユニットはそれぞれ、1秒間に128回の浮動小数点演算を実行できます。これを1,172MHzのコアクロックに掛け合わせると、合計6,000,640フロップスとなります。

マイクロソフトは、GPUパフォーマンスの最適化に多大な努力を払ったと述べています。Scorpio Engine SoCは、DX12サポートを統合するためのファームウェアと「特別なハードウェア」を搭載しており、マイクロソフトのAPIを活用するゲームのパフォーマンスを最大化します。Xbox One Xのパフォーマンス最適化はCPUにも及んでいます。

新型コンソールは、Xbox One Sコンソールと同じ8コアのJaguar由来のCPUを搭載していますが、動作速度は前バージョンより31%向上しています。Microsoftによると、CPUパフォーマンスの最適化の大部分は、メインメモリコントローラのメモリレイテンシの改善（最大20%）に集約されています。同社はこの改善について、利用可能なメモリチャネルを3倍にし、メインメモリバンクの数を6倍に増やしたことが要因だとしています。また、TLBキャッシュの再配置と拡張、そして再設計され大型化されたページディスクリプタキャッシュの導入も功を奏したとしています。ページディスクリプタキャッシュは「ネストされたページ変換に関する情報をキャッシュ」し、パフォーマンスを「最大4.3%」向上させます。

Xbox One Xはシングルチップのサウスブリッジ設計を採用しており、システム内のすべてのコンポーネントに基準クロックを提供します。Scorpio Engine SoCは、メモリ、ビデオ出力、イーサネットネットワークコントローラー、そしてサウスブリッジと直接通信します。サウスブリッジは、USB 3.0コントローラー、赤外線通信ポート、ネットワークおよびゲームコントローラー用のWi-Fiアダプター、Blu-rayプレーヤー、ハードドライブ、フラッシュメモリなど、システム内の他のコンポーネントと通信します。

オーディオとビデオの改善

マイクロソフトは、Xbox One Xをリビングルームに最適なプレミアム4Kゲーミング＆エンターテイメントシステムとして宣伝しています。4K解像度でのゲームプレイに加え、従来のXbox Oneと比較してビデオデコード性能が向上しています。Xbox One Xは、4K 60Hz HEVC (H.265)、VP9、AVC (H.264)のビデオフォーマットに対応しています。また、10ビットハイダイナミックレンジ（HDR）HEVCおよびVP9の再生も可能です。さらに、DVRキャプチャやゲームストリーミング用の4K 60Hz HEVCビデオエンコーディングもサポートしています。

Xbox One Xは、DP 1.2a / HDMI 2.0bプロトコルによる4K 64ビットディスプレイ出力をサポートしています。HDMIポートはHDCP 2.2と2チャンネルMSTもサポートしており、これにより追加のディスプレイサポートが可能になります。これは、MicrosoftがXbox One XでVRに参入する場合には必須の機能です。また、この次世代コンソールには、空間サラウンドサウンドオーディオをサポートする8つのカスタムオーディオプロセッサが搭載されており、これもVRサポートにおいて重要な役割を果たすでしょう。Microsoftは、新しいファームウェアアップデートによりXbox One Sにも空間サラウンドサポートが追加されると発表しました。