“天蝎”探秘：“史上最强主机”还有哪些武功招式？

　　你现在应该已经知道了微软下一台Xbox主机“天蝎”的很多与数字有关的情报：2.3GHz、40CU、6Tflops、12GB、326GB/s……但在这些枯燥冰冷的数字之外，“天蝎”同样是一台凝聚了不少技术结晶的产品，如果你对硬件技术有了解，或者只是感兴趣，不妨和我一起来看看在数字的背后，“天蝎”还有哪些新的特性，以及它是如何被打造出来的。

　　信息总结自Digital Foundry：Inside the next Xbox: Project Scorpio tech revealed Scorpio is console hardware pushed to a new level Why Microsoft is making Project Scorpio 

微软为什么要推出“天蝎”？

　　我是说，这个问题有必要问么？当然是因为Xbox One相对低下的性能带来的游戏运行表现不佳，进一步影响到了整个Xbox主机部门的营收表现。尽管性价比对家用游戏主机的成功来说是重要的因素，但机能依然是极为重要的指标，这一点应该不用多加解释。

　　而另一个因素，则是与开发者的关系，如已经升任微软Xbox和Windows游戏平台联合副总裁的前Xbox部门技术主管Mike Ybarra所言，微软在两年的时间里“丢掉了Xbox 360时代建立起来的与开发者的良好关系”，这和Xbox One相对复杂的硬件架构不无关系。索尼吸取了PS3 Cell处理器的教训，推出了一台具备高速GPU和高速内存并易于开发的主机，而Xbox One不仅仅有着GPU性能偏弱的问题，低速DDR3内存和低延迟但容量极为有限的ESRAM的组合显然开发难度要更大，这也是“天蝎”回到简单的高速CPU、高速GPU和高速内存道路上的原因之一。

　　从这个角度来说，“天蝎”就是这个时代微软的Xbox 360，一台在技术层面毫无保留，以性能彻底压过竞争对手并在很长的时间里保持技术存在为目标的产品，是Xbox团队在折戟沉沙之后证明自己的（最后？）机会。

除了硬件配置提升之外，“天蝎”还有什么不同？

　　我觉得这是“天蝎”在显而易见的大幅度硬件机能提升之外最有趣的地方。从底层技术和研发进步的角度来说，“天蝎”之于Xbox One明显更“像”是一台全新的主机，而不是简单的升级放大。以PS4到PS4 Pro的进化来对比的话，在两倍多的GPU性能提升和小幅的CPU频率提升之外，Pro相比PS4最大（也可能是仅有）的架构进步是GPU硬件层对地形渲染和棋盘渲染这两种插值运算方式的支持，除此之外，把PS4 Pro单纯看作是PS4的“放大版”在原则上是没有问题的。

　　但“天蝎”相比Xbox One，采用了不同的内存架构、新的GPU架构之外，在如何利用这些硬件上则做了更多的努力。最显著的新特性是直接嵌入GPU指令处理器的DirectX12指令集。这里需要解释一下“指令处理器”的作用：在传统的架构下，游戏代码与GPU的指令通讯需要通过CPU来进行名为drawcall的调度过程，由于目前游戏的超高复杂度，drawcall已经成为了游戏环境下CPU最主要的运算压力之一。

　　而在“天蝎”的GPU指令处理器中，由于直接硬件层嵌入了D3D12的所有指令逻辑，游戏代码与GPU之间的通讯将更为高效和直接，此前需要数千条乃至数十万条CPU指令才能完成的流水线drawcall，现在可能只需要11条指令就能完成，这对“天蝎”依然基于较弱的“美洲虎”核心的CPU来说，显得异常重要。

　　“天蝎”的硬件开发流程也相当特别。微软对于所需硬件配置的预估开始于数年前，他们使用Xbox的性能优化工具Performance Inspector for Xbox（PIX）检测当时一批运行在900p和以上的Xbox One游戏，计算这些游戏运行在4K分辨率下需要什么样的性能指标，再量化到CPU频率、GPU运算单元数量、频率和内存带宽等指标上，分析其运算上的瓶颈，最后与AMD合作开发这款名为“天蝎引擎”的SoC。

　　微软还表示，“天蝎”的额外性能对所有的Xbox One游戏都有效，即便是没有经过任何补丁提供高分辨率等支持的游戏。在“天蝎”上原本遇到性能问题的游戏将直接获得更稳定的帧数、更稳定的动态分辨率，这一点类似PS4 Pro在4.50系统中添加的Boost模式。同时所有Xbox One游戏还都能通过强制垂直同步消除撕裂，通过强制16x各向异性过滤获得更好的画质。

不含糊的周边

　　除了纯粹的硬件配置上的膨胀之外，“天蝎”还具备不少软件和服务层面的大幅度改进，这也和微软过去3年多不断的对Xbox One的软件系统层进行改进的主题相符。内置的硬件视频编码芯片将利用最新的HEVC编码规范，实现实时无性能损失的4K60fps视频录制，甚至还具备了“回溯”截图功能，可以逐帧从GameDVR录制的片段中寻找自己想要的瞬间进行截图。

　　在不少玩家关心的分辨率利用问题上，微软采取了更统一化的“一刀切”做法：不论“天蝎”连接的是4K还是1080p显示设备，“天蝎”将始终运行在最大化的画面输出模式下，这样1080p显示设备的用户也能直接获得4K画面超级采样的画质提升效果，无需选择画面模式。并且由于这一过程是在系统层面实现的，开发者所需要做的操作也很少。PS4 Pro上4K分辨率游戏的模式选择是我对它很不满意的地方，所以“天蝎”这种更统一的做法是非常欢迎的。

　　音频方面“天蝎”将获得杜比Atmos环绕声音效支持，还将支持微软Hololens团队开发的HRTF头部音效跟踪技术，为立体声和环绕声设备用户都能提供更好的动态音频效果，由于“天蝎”的音频模块和Xbox One的基本相同，这意味着普通Xbox One用户也能获得这些环绕声效果的升级。

　　当然，Xbox One S上的4K UHD蓝光、HDR和4K输出也都在。

豪华方式制造的豪华版主机

　　“天蝎”在硬件制造设计上也有不少突破性的变化。首先是主板的制造方式，采用了名为“Hovis方法”的制造理念（以设计出这一方法的工程师命名）。每一片离开台积电生产线的“天蝎”SoC都将携带其独有的功耗信息，在制造过程中微软将根据这一信息对应调整主板，提高了整合度与运行效率。“天蝎”的SoC面积达到了360平方毫米，拥有70亿个晶体管，GPU部分实际上是4个各11组运算单元组成，屏蔽一组运算单元以提高良品率。

　　如此庞大的主SoC在家用主机上是罕见的，散热自然成了一个大问题。微软在这方面也开启了主机领域的先河，使用了如今高端PC显卡（公版GTX 1080和1080Ti等）才会使用的“蒸汽抽风”（vapor chamber）式散热解决方案：使用循环于真空管中的电离水吸收热量，再由蒸汽将热量通过鳍片和风扇从背部吹出机箱外，这种散热解决方案效率极高，尤其是在体积有限的情况下，缺陷是高负载下的噪音比开放式热管散热更大，这也是“天蝎”目前的谜团之一，毕竟Xbox One和Xbox One S都是以静音运行而闻名的。

　　Digital Foundry此次并未公布“天蝎”的外观，但表示他们看到的预生产型“天蝎”主机外形简洁、美观，同样采用了宽电压内置电源模块，设计功耗为245W。背部接口与Xbox One S相同，没有专门的Kinect接口，但保留了用于连接电视机顶盒的HDMI输入接口。“天蝎”的最终造型将于E3公开，而Digital Foundry认为它应该能让很多人感到满意。

　　不过这种“豪华”的制造方式，可能带来的也是相对“豪华”的价格。DF认为考虑到其配置，它必然会比现有的Xbox One S贵上一个等级，499美元是比较可能的数字，我自己也倾向于这个价格，希望微软最终能带来惊喜吧。

但“天蝎”到底有多强？

　　用对比的方式量化一下，“天蝎”的性能：

• 超过Xbox One/S的4.5倍；
  
• 超过初版PS4的3.3倍；
  
• 超过PS4 Pro的1.4-1.5倍；
  

　　在微软向Digital Foundry的演示中，Turn 10 Studio展示了他们用两天时间移植的《极限竞速6》，在Xbox One级别的特效下，以最大AI车手数量压榨系统资源，并添加了天气效果，“天蝎”只消耗了66%的资源就轻松实现了4K60fps，而将画面细节提高到PC版的最高级别之后，“天蝎”依然以88%的系统资源完成了4K60fps。考虑到这是一次技术上非常“粗糙”的快速移植，以Turn 10工作室的技术实力，他们显然还能压榨出更多的潜力。

　　主机GPU在底层指令执行上仍然相对PC拥有优势，“天蝎”还将通过硬件层指令处理器进一步降低的CPU运算压力，至少在GPU层面，它6TFlops的运算机能发挥出接近于PC上GTX 1070或Fury X级别显卡的实力并不夸张。当然，这些目前来说都仍然是理论上的可能，毕竟开发者的实力与投入的资源也将决定一台主机的运行表现，但纸面上来说，没错，“天蝎”不是来闹着玩的。

　　最后还是那句老生常谈，先不要为数字感到盲目激动或者盲目失落，对一台游戏主机而言，软件与服务才是决定其命运的基石。Xbox生态系统的服务层面向来有着不错的口碑，那么游戏软件的阵容，就静待两个月后的E3吧。