Deep Dive: Microsoft Project Scorpio

Ieri, dopo una spasmodica attesa da parte dei fan, degli appassionati di elettronica e di tutti i videogiocatori, sono state svelate le specifiche hardware della famigerata nuova console Microsoft, conosciuta con il nome in codice Project Scorpio.
Per la prima volta, dimostrando estrema sicurezza nel proprio prodotto, Microsoft ha dato accesso a tutte le informazioni tecniche a una testata giornalistica, Eurogamer, e in particolar modo alla redazione di DigitalFoundry, capace di sviscerarne le perfomance tra numeri e sigle.

In questo deep dive cercherò di spiegare in poche parole come l’hardware all’interno della Scorpio potrà portare vantaggi alla nostra esperienza videoludica e come quest’ultimo posizionerà la console Microsoft rispetto alla concorrenza.

SOTTO IL COFANO

Nelle specifiche rilasciate ufficialmente dalla Microsoft troviamo una CPU AMD Jaguar in versione altamente customizzata e per questo rinominata Evolved. La CPU x86 da 8 cores e 4 MB di cache L2 è divisa in due cluster (quindi 4+4) che raggiungono un clock di frequenza pari a 2.3GHz. All’interno della GPU, anch’essa un prodotto altamente customizzato proveniente da architetture AMD Polaris, troviamo 40 CU’s (unità di calcolo) clockate a 1172MHz che riescono a portare a 6 Teraflops le performance della scheda video.

Quelle della CPU e GPU sono frequenze di funzionamento veramente alte per una console e per questo la Microsoft ha accompagnato l’intero Scorpio Engine SOC (system on chip) con un sistema di raffreddamento a camera di vapore, tipologia di dissipatori che di solito troviamo in prodotti high-end come le GPU NVIDIA Founder’s Edition GTX 1080 o la top di gamma GTX 1080ti.

Nel reparto memoria troviamo 12 Gb di GDDR5 che hanno un mostruoso bandwidth di 326GB/s. L’hard disk sarà da 1TB con una dimensione di 2.5inch accompagnato da un lettore Blu-Ray UHD.

Queste le specifiche. Ora punto per punto sviscereremo l’hardware della console.

IL CUORE DELLO SCORPIONE

L’obiettivo della Microsoft sembra ormai esser quello di voler abbandonare definitivamente i cicli generazionali, a favore di un più sostenibile (da parte del mercato) modello dove il focus sull’ecosistema e quello della continuità la fanno da padrone. Il modello di riferimento sarebbe quello degli smartphone e dei PC, una – quasi – perpetua compatibilità che porterebbe Scorpio e le successive console a non raggiungere mai lo status di “next-gen”, bensì quello di una famiglia di prodotti in continua evoluzione.

Per rendere possibile ciò, Scorpio deve mantenere il 100% di compatibilità con la vecchia Xbox One/S, pur dovendo spingere le sue prestazioni a un nuovo livello. Infatti i core x86 presenti nella CPU della Scorpio sono stati overclockati cosi da risultare il 31% più veloci rispetto a quelli della Xbox One S. All’interno della CPU, chiamata da AMD e Microsoft Jaguar Evolved sono state fatte delle customizzazioni, alcune molto probabilmente provenienti dalle nuove CPU AMD Ryzen, e altre ereditate da quelle già viste su Xbox One. Le modifiche più rilevanti riguardano l’efficienza, la coerenza tra CPU/GPU e la latenza, così da mantenere il processore occupato il più possibile. Tantissima attenzione è stata data anche alle customizzazioni riguardanti l’offloading della CPU: ritroviamo infatti il già all’avanguardia processore audio SHAPE (Scalable Hardware Audio Processing Engine) della Xbox One.

4K GPU?

Dopo l’evidente spinta effettuata da Sony con la PS4 Pro nel commercializzare un prodotto che supportasse i 4K, il calo di prezzo dei TV che supportano questa risoluzione e il conseguente aumento delle vendite di questi ultimi, la battaglia dei 4K vs 1080p è oggi un argomento sempre più rilevante. Consapevole dei cambiamenti in corso, Microsoft presenta la Scorpio come una console capace di renderizzare a 4K nativamente, rilasciando così PR che risultano come schiaffoni per la rivale Sony, che vede invece la PS4 Pro soffrire nel raggiungere nativamente tale risoluzione nelle ormai numerosissime prove effettuate dai vari outlet del settore (DigitalFoundry tra tutti), cosi da veder la console costretta ad effettuare upscaling tramite una tecnica chiamata checkboard rendering.

Per creare una nuova GPU capace di renderizzare a 4k e soddisfare tutti i possessori di TV UHD, alla Microsoft hanno creato un nuovo Dev Tool chiamato PIX (Performance Inspector For Xbox) che permette di tener traccia dei dati riguardanti le perfomance della GPU durante l’esecuzione di svariati titoli per Xbox. Una volta ottenuti i dati, questi sono stati inseriti in un emulatore che simulerebbe un hardware comparabile a quello definitivo della nuova console, così da poter verificare se l’hardware di volta in volta rispecchiasse le perfomance desiderate, ovvero riuscire a portare a una risoluzione di 4K la maggioranza dei giochi della Xbox One.

Il PIX quindi è stato fondamentale per riuscire a customizzare l’hardware AMD. Il risultato finale è stato di una GPU con 40 unità computazionali (CU’s) clockate a 1172 MHz e performance pari a 6 Teraflops.
La GPU è stata customizzata raddoppiando gli shader engine per migliorare l’elaborazione dei poligoni e dei vertici di 2.7 volte. É stato raddoppiato il numero dei ROPS (Raster Operation Pipeline) che portano quasi a triplicare il fill-rate ed è stata quadruplicata la cache L2 così da poter gestire i 4K.

Se tutto questo non bastasse, l’aspetto più rivoluzionario della customizzazione della Scorpio sarebbe invece quello riguardante il Command Processor della GPU ovvero la parte di HW che riceve istruzioni dalla CPU, così poi da smistarle verso l’elaborazione all’interno dei core grafici.

Il Graphics Technical Fellow Andrew Gossen ha spiegato durante l’intervista a DigitalFoundry che essenzialmente gli ingegneri hardware hanno spostato le API Direct3D 12 sulla GPU inserendole cosi direttamente nella logica del Command Processor con il risultato di soddisfare a livello hardware ogni richiesta di API. In particolare le “draw call“, API tra le più importanti e dispendiose, che comunicano alla GPU cosa disegnare sullo schermo.

Queste incidono in maniera importante e sostanziale sulle risorse della CPU. Quella delle draw call è una pipeline che tradizionalmente necessita senza interruzione di centinaia di migliaia di istruzioni da parte della CPU. Dopo l’introduzione nella logica della GPU, una draw call può essere eseguita con poche decine.

Gossen avrebbe rivelato con tono vittorioso che dopo questa customizzazione della GPU sarebbero riusciti a dimezzare le risorse della CPU richieste per il rendering. Il che sarebbe da solo un risultato incredibile.

Tutta questa potenza verrebbe sprecata se si verificasse un collo di bottiglia (come quello generato dalla mancanza di memoria GDDR nella Xbox One) nella pipeline di rendering. Per questo la Scorpio è stata dotata di 12Gb di GDDR5 che viaggiano ad una frequenza di 6,8GHz con un’interfaccia a 384 bit (12 canali a 32bit), generando così gli incredibili 326 GB/s di bandwidth.

Questo porta la console a superare in questo reparto – seppur di pochissimo – la NVIDIA GTX 1080 (scheda video che a oggi costa intorno ai 450 euro) che, montando le velocissime memorie GDDRX5, raggiunge i 320GB/s. La memoria sarà cosi suddivisa: 4GB di questa memoria sono riservati al sistema (1 Gb in più di quanto veniva dedicato al sistema da parte della Xbox One S aggiunto così da poter renderizzare la dashboard a 4k), i restanti 8Gb sarebbero dedicati ai giochi.

Anche l’hard disk ha ricevuto un lifting: sarebbe dotato di una larghezza di banda aumentata del 50% e di 1 TB di dimensione.

OK FACCIAMO UN GIRO

Sulla carta Project Scorpio sembrerebbe avere veramente tanta potenza, ma questo non risponde a tutte le nostre domande e soprattutto alla domanda fondamentale: “è realmente una console da 4K?“. Se avessimo preso in considerazione solamente la GPU da 6TFLOPs, seppur altamente customizzata e in gran parte derivante dall’architettura AMD Polaris, e non dalle nuovissime Vega, dubiteremmo che la console possa riuscire a mantenere le promesse fatte dalla Phil Spencer e la Microsoft. Ma qui viene il bello. La fusione di tutte le singole parti fisiche della console si lega dinamicamente con un software basato su Windows 10 UWP Framework. Una potente pipeline software estremamente efficiente e flessibile permettono alla macchina di non sprecare nessuna risorsa. Essenzialmente Microsoft non solo ha completamente riscritto le regole (tramite il PIX) con cui le console vengono progettate, ma ha anche tenuto conto dell’importantissimo connubio tra hardware e software così da mantenere (sulla carta) altissime le performance “in-game”. Dobbiamo tenere bene a mente che Project Scorpio è la prima “Windows 10 machine“.

“From what I’ve seen so far, there is some evidence that Scorpio’s true 4K performance could pose a challenge to the likes of NVIDIA’s GTX 1070 and AMD’s Fury X-class hardware,”

La customizzazione e l’efficienza della console sono risultate cosi impressionanti che Richard Leadbetter di Digidal Foundry ha comparato le performance della console con high-end GPU come la GeForce GTX 1070 o l’AMD Fury X. Entrambe schede video che riescono a gestire più che decentemente i 4K su PC.

“I’ve seen Microsoft’s new console running a Forza Motorsport 6-level experience locked to 4K60 on the equivalent to PC’s ultra settings – cranking up the quality presets to obscene levels was one of the first things developer Turn 10 did when confronted with the sheer amount of headroom it had left after a straight Xbox One port.”

Continua dicendo di aver visto la nuova console far girare Forza Motorsport 6 ad una risoluzione di 4K@60fps con settaggi equivalenti all’Ultra Settings dei PC, quindi dopo i test effettuati da Digital Foundry proprio in linea con una GeForce GTX 1070 o GTX 1080.

SCONTRO TRA TITANI

Dopo aver snocciolato numeri e caratteristiche tutti gli appassionati si staranno chiedendo la stessa cosa: “Il divario tra la PS4 Pro e la Scorpio sarà così evidente?”.
Nonostante la mole di dati rilasciati da Microsoft e DigitalFoundry, al momento non è possibile rispondere a questa domanda né dire quanto i titoli multipiattaforma varieranno rispetto alle due piattaforme. Ovviamente date le specifiche ci si aspetta che i titoli third-party vedano su Scorpio risoluzioni più elevate, textures migliori ed anche migliori filtri in post processing. Questo onestamente sarebbe il “minimo sindacale” viste le differenze tecniche tra le due macchine. Certo è che vedere Forza Motorsport girare 4K @ 60fps utilizzando solamente circa il 66% della GPU e 65% della memoria fa quasi sorridere al pensiero di cosa gli sviluppatori riusciranno a fare con la Scorpio.

1080p Super-sampling

Entrambe le console sono progettate per sfruttare le TV 4K ma cosa succede quando le utilizziamo su televisori Full HD (1080p)? Moltissimi outlet sono stati molto critici verso Sony e la PS4 Pro riguardo il modo in cui questa gestisce il super-sampling (ovvero un gioco che nativamente ha una risoluzione più alta ed è fatto girare a risoluzione più bassa ottenendo così dei vantaggi nella qualità dell’immagine)
Microsoft sembra intenzionata a voler prendere di petto il problema impegnandosi ad assicurare il super-sampling su tutti i giochi se fatti girare a risoluzione inferiore.
Microsoft è parecchio fiduciosa nel proprio scaler hardware, una versione potenziata di quello già visto sulla Xbox One S. Il super-sampling garantisce una qualità di anti-aliasing impareggiabile. Quindi anche questa sembra una grossa differenzazione rispetto a come la PS4 Pro gestisce gli schermi Full HD.

Backwards Compatibility

Similarmente alla PS4 Pro, tutti i vecchi giochi gireranno su Scorpio ottenendo on-the-go dei piccoli miglioramenti grazie all’hardware rinnovato, ad esempio caricamenti più veloci e framerate più consistente. In alcuni casi, i giochi originariamente sviluppati utilizzando dynamic resolution scaling (che permette al gioco di adattare la propria risoluzione in base alla potenza dell’hardware su cui gira) potranno utilizzare la potenza di Scorpio per aumentare la propria risoluzione anche fino a 4K. Ad ogni modo, come nel caso della PS4 Pro, i giochi avranno bisogno di patch per sfruttare al meglio il nuovo hardware della console.

Screen & Video Capture

PS4 Pro e Project Scorpio sono progettate per il mercato delle TV UHD e per questo, entrambe le console possono catturare screenshots in 4k. Tuttavia solo Scorpio permetterà di catturare video in 4K e a 60 Hz. In più il GameDVR della Scorpio funzionerà anche con i titoli che girano ad una risoluzione più bassa, upscalando così da poter migliorare l’immagine.

Questa è la Scorpio. Sembrerebbe, sulla carta, la miglior risposta che Microsoft potesse dare al dominio incontrastato di Sony e della sua PS4. Quando verrà introdotta sul mercato la Microsoft tornerà a essere (come era già avvenuto con la Xbox 360) l’hardware migliore sul mercato e probabilmente il punto di riferimento per chi, su console, vuole giocare al meglio i numerosissimi third-party games.
Prossimamente ci si aspettano ancora approfondimenti riguardo le 40 e più modifiche effettuate alla GPU e ad i miglioramenti apportati al Jaguar Evolved. Li stiamo già aspettando.