Xbox Series X e S: conheça a tecnologia da nova geração de consoles
Por Jones Oliveira | 17 de Setembro de 2020 às 09h00
A Microsoft encerrou o ciclo de divulgação do Xbox Series X na semana passada, quando finalmente confirmou todos os rumores e indícios de que haveria uma versão mais “enxuta” do novo console chamada Xbox Series S. Graças a ele, a companhia terá não apenas o console mais poderoso da próxima geração, como também o mais acessível.
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O Xbox Series X herdará o título de “monstro” que foi atribuído ao Xbox One X muito devido ao conjunto CPU + GPU + memória RAM que a Microsoft empregou no console. Teremos um videogame com processador octa-core personalizado baseado na arquitetura Zen 2 da AMD capaz de operar a até 3,8 GHz, placa de vídeo personalizada feita sob a nova arquitetura RDNA 2 da AMD com 52 unidades computacionais, clock de 1.825 MHz e poder de fogo de 12,15 TFLOPS, e 16 GB de memória RAM GDDR6 (interface de 320-bit) que serão segmentadas em 10 GB para jogos (com largura de banda de 560 GB/s) e 6 GB para sistema operacional e atividades que não exigem assim tanta velocidade (336 GB/s). O preço sugerido nos Estados Unidos é de US$ 499.
Do outro lado, além de ser o videogame mais acessível da próxima geração, o Xbox Series S também será o menor Xbox já feito na história: ele terá 40% do tamanho do irmão maior. Parte disso foi possível graças à remoção do leitor de discos Blu-Ray, que deixou um espaço vazio considerável no aparelho e permitiu o rearranjo de alguns componentes internos e de sua estrutura. Além de reorganizar a disposição deles, a Microsoft também mexeu em algumas especificações.
O Xbox Series S possui exatamente a mesma CPU do Xbox Series X, mas com clock máximo reduzido para 3,6 GHz em prol da eficiência energética e térmica. A GPU também passou por alterações, estas mais sensíveis: a placa gráfica continua sendo baseada na nova arquitetura RDNA 2 da AMD, mas vem com apenas 20 unidades computacionais rodando a 1.565 MHz e poder de fogo de 4 TFLOPS. Os 16 GB de memória GDDR6 foram reduzidos para apenas 10 GB em interface de 128-bit, que serão segmentados em 8 GB para jogos (224 GB/s de largura de banda) e 2 GB para sistema e outras atividades (56 GB/s). O armazenamento também sofreu alteração e caiu de 1 TB para 512 GB, embora a tecnologia NVMe tenha sido mantida.
Esses “cortes” foram traduzidos em uma etiqueta de apenas US$ 299 no mercado norte-americano. O preço extremamente atraente foi bem recebido até mesmo pelo público brasileiro, que agora tem esperanças de que migrar para a próxima geração não custará um rim.
Mas espera aí! Você deve ter notado algo estranho nessa história toda, não notou?
E o desempenho?
Se as especificações do Xbox Series S são mais modestas, isso significa que seu desempenho será inferior ao do Xbox Series X, correto? Não exatamente. O Canaltech foi convidado pela Microsoft para acompanhar uma demonstração técnica exclusiva e conversar com o chefe de desenvolvimento dos novos consoles, Jason Ronald, para passar a limpo essa e outras questões.
De fato, em termos de poder de fogo bruto, o Xbox Series S fica aquém até mesmo do Xbox One X. O console mais poderoso da atual geração, por exemplo, tem GPU que, embora rode a apenas 1.172 MHz, conta com 40 unidades computacionais e 6 TFLOPS de poder de fogo, e 12 GB de memória GDDR5 (sendo 9 GB dedicados para os jogos). Apesar da diferença nos números, o Xbox Series S conta com novas arquiteturas e tecnologias que o permitem rodar os jogos da nova geração, algo que o One X não seria capaz.
Durante a demonstração técnica, Ronald revelou que desde que a Microsoft iniciou o projeto dos novos Xbox em 2016, a ideia era oferecer uma experiência transformadora e unificada para todos os gamers, “independentemente do dispositivo que você escolha para jogar”, explicou. Com isso em mente e com análises da atual geração, a companhia identificou que os jogadores têm prioridades e estilos de jogar diferentes; assim, soube desde o começo que deveria trabalhar em dois consoles distintos para atender essa variedade.
“O Xbox Series S foi projetado para entregar a mesma experiência de próxima geração que o Xbox Series X, apenas com resolução de renderização menor”, explicou Ronald ao Canaltech.
Dessa forma, a Microsoft faz algo inédito na indústria, abrangendo um público muito maior do que se limitasse o lançamento a apenas uma versão do console. Além disso, dá poder de escolha ao consumidor: quem prioriza resolução e gráficos em 4K e 120 FPS acima de tudo e está preparado com um televisor adequado para desfrutar disso, pode ir de Series X. Por outro lado, quem ainda não tem um televisor 4K de 120 Hz e não tem planos de comprar um tão cedo, ou simplesmente não prioriza tantos detalhes assim, pode fazer o salto para a nova geração gastando bem menos escolhendo o Xbox Series S, que rodará jogos em 1440p e a até 120 quadros por segundo.
Claro, há alguns asteriscos nessa explicação simplificada. Um que já foi esclarecido pela Microsoft diz respeito aos jogos retrocompatíveis de Xbox e Xbox 360 que haviam sido otimizados para rodar em 4K no Xbox One X. Em vez de utilizar essa versão e fazer o downscalling dos gráficos, o Xbox Series S rodará as versões adaptadas para o Xbox One S e aplicará suas próprias melhorias.
“O Xbox Series S utiliza a versão de Xbox One S de jogos retrocompatíveis enquanto aplica melhorias em filtros de textura, taxa de quadros mais altas e consistentes, tempos de carregamento mais rápidos e HDR Automático”, explicou o especialista da Microsoft.
Apesar disso, a compatibilidade com jogos atuais do Xbox One é total e em alguns casos, como o de Gears 5, a Microsoft já confirmou que haverá melhorias sob medida para que o jogo extraia o máximo de desempenho de cada plataforma. No Xbox Series X, o título da The Coalition deverá rodar em 4K@60FPS com contagem de partículas 50% maior, iluminação global em tempo real, efeitos de sombra aprimorados e multiplayer rodando a 120 quadros por segundo. O Xbox Series S irá desfrutar dessas mesmas benesses, embora fique limitado à resolução máxima de 1440p.
Alguns desenvolvedores também compartilharam nas redes sociais preocupações de que a diferença de especificações entre os dois consoles possa dificultar o desenvolvimento de novos jogos e acabar gerando gargalo de desempenho.
De acordo com Ronald, isso não deve acontecer porque os dois elementos mais difíceis de escalonar no desenvolvimento de um jogo são praticamente iguais nos novos Xbox: poder de processamento e velocidade de transferência. “Hoje os desenvolvedores já são capazes de escalonar com facilidade elementos como resolução e ligar e desligar efeitos gráficos. Então nós projetamos os dois consoles de forma a facilitar o máximo possível o lançamento de jogos em ambos sem exigir tanto trabalho dos desenvolvedores”.
O chefe de desenvolvimento dos novos consoles da Microsoft também deixa claro que não haverá uma versão do jogo para o Series X e outra para o Series S. A ideia é que os desenvolvedores trabalhem apenas em um título e, na hora que o jogador for fazer a instalação do jogo, a mídia identifique em qual dispositivo está rodando e salve no armazenamento apenas as texturas, recursos e componentes necessários.
Portanto, no fim das contas, é a resolução de renderização a grande diferença entre os novos videogames, já que eles compartilharão os mesmos recursos, incluindo suporte a ray tracing, sombreamento de taxa variável e sampler feedback streaming, talvez a novidade mais importante de todas — falaremos bem mais dela adiante.
Tecnologias para fazer mais com menos
Se em alguns aspectos o Xbox Series S é inferior até mesmo que o Xbox One X, como ele é capaz de rodar os mesmos jogos que o Xbox Series X, que são graficamente mais complexos?
Para explicar isso, o mais importante é entender que números maiores nas tabelas de especificações podem indicar mais “força bruta”, mas não necessariamente mais eficiência ou mais desempenho.
Com isso em mente, vamos falar de novos componentes e novas arquiteturas dos novos Xbox enquanto traçamos um comparativo entre o Xbox Series S e Xbox One X. O objetivo aqui é entender o que melhorou de uma geração para outra e como o novo console é capaz de fazer mais com menos.
Em um segundo momento, falaremos de duas novas tecnologias que são as principais responsáveis por flexibilizar o trabalho dos desenvolvedores e entender como o Xbox Series S é capaz de oferecer a mesma experiência que o Xbox Series X para o jogador, mesmo com especificações mais modestas.
Novos componentes e arquiteturas
Para começar, um dos componentes que mais evoluiu de uma geração para a outra foi a CPU. No Xbox One X, tínhamos um processador AMD Jaguar de oito núcleos rodando a 2,3 GHz fabricado em litografia de 16 nm; no Xbox Series S, o componente de oito núcleos agora opera a 3,6 GHz e é baseado na microarquitetura Zen2 de 7 nm.
Na prática, isso significa que a CPU dos novos Xbox é bastante parecida com os Ryzen 3000 dos desktops, que vêm fazendo frente aos processadores da Intel por serem mais eficientes: entregam desempenho semelhante enquanto consomem bem menos energia e geram bem menos calor. Isso explica não só o salto de desempenho em termos computacionais, mas também parte do motivo de o Series S conseguir ser tão pequenininho: sem gerar tanto calor quanto uma usina nuclear, o sistema de resfriamento pode ser menor, mais discreto, o que impacta diretamente no formato do videogame.
Em termos de GPU, a mudança foi ainda mais surpreendente porque houve uma redução sensível nos números entre o Xbox One X e o Series S. No antigo “monstro” da Microsoft, a placa gráfica tinha nada menos que 40 unidades computacionais rodando a 1.172 MHz para entregar 6 TFLOPS de desempenho; no novo console, o número de unidades computacionais caiu para apenas 20 e o desempenho absoluto foi para 4 TFLOPS. É um valor baixo, porém mais que suficiente para lidar com os gráficos da próxima geração em 1440p devido à nova microarquitetura RDNA 2 da AMD que será empregada placa gráfica do videogame.
A AMD ainda não apresentou todos os detalhes dessa arquitetura, mas já confirmou alguns dados que comprovam a maior eficiência das GPUs baseadas nela: 50% mais desempenho por watt e mais instruções por clock. Além disso, a RDNA 2 trará recursos até agora inéditos nos consoles, incluindo ray tracing acelerado por hardware e sombreamento de taxa variável. Juntos, eles permitirão que os desenvolvedores controlem individualmente os raios de luz e a qualidade de cada pixel, detalhando e destacando os mais importantes para manter um equilíbrio entre qualidade e desempenho e evitar as temidas quedas de FPS.
Outras novidades devem surgir depois de a AMD confirmar os detalhes técnicos da RDNA 2 em evento marcado para o dia 28 de outubro, mas já é certo que o Xbox Series S focará em eficiência para aproveitá-las de maneira mais inteligente.
Outra mudança surpreendente foi a redução da quantidade de memória RAM, de 12 GB no Xbox One X para 10 GB no Xbox Series S. Desse total, 9 GB eram dedicados a jogos no One X e ofereciam largura de banda de 244 GB/s; no Series S, são 8 GB e 224 GB/s de largura de banda. Novamente, o total é inferior, mas o que interessa aqui é a largura de banda, que indica a velocidade com que o processador consegue acessar as texturas e demais recursos armazenados na memória. Nesse caso, a redução foi de apenas 8,2%, o que não deve impactar em nada a performance do novo console em relação ao anterior. Pelo contrário.
A Microsoft se deu ao luxo de reduzir a largura de banda e a quantidade total de memória RAM disponível no Xbox Series S por causa de um grande avanço em relação à geração anterior: o armazenamento. O Xbox One X utilizava disco rígido mecânico e conseguia transferir dados a uma velocidade máxima de 120 MB/s; o Xbox Series S utiliza um SSD NVMe customizado que alcança taxas de transferência de até 4,8 GB/s — ganho de desempenho de 38X. Mas, na prática, como isso afeta a experiência do jogador no Xbox Series S?
Para entender, primeiro é preciso saber como funciona o videogame enquanto computador. Vamos usar um exemplo prático para isso. Você liga o seu console, inicia o jogo e escolhe jogar a campanha single player. Nesse momento, é muito provável que o jogo entre na tela de “Loading”. Aqui, o processador começa a solicitar que texturas, sons e demais arquivos armazenados no disco rígido sejam carregados na memória RAM, num processo que pode levar minutos por causa do limite de 120 MB/s com que os dados se movem do armazenamento para a memória. Depois disso, o “Loading” acaba e o jogo começa de verdade, com o processador acessando o que precisa em "tempo real" a uma velocidade de 244 GB/s.
Na nova geração, esse processo é extremamente rápido e leva uma fração de segundos. Isso porque a transferência entre armazenamento e memória RAM ocorre a uma velocidade de até 4,8 GB/s — o que é bastante, mas ainda muito pouco diante dos 224 GB/s que os 8 GB de RAM do Xbox Series X oferecem.
Dessa forma, menos memória RAM acaba sendo compensada pelas taxas de transferência menores, num vai e vem de dados que ocorre o tempo todo e a uma velocidade tão absurda que o jogador sequer percebe quando há momentos de “Loading”.
Para demonstrar isso, na apresentação técnica que o Canaltech acompanhou, a Microsoft mostrou quanto tempo o Xbox One X e o Xbox Series S levam para renderizar uma cena com 2,6 GB de texturas. O resultado foi impressionante: enquanto o console atual levou 22 segundos, o Series S precisou de apenas 0,16 segundos.
Todas essas mudanças em matéria de memória e armazenamento que levam a esse ganho absurdo de velocidade e tempos de carregamento praticamente inexistentes fazem parte do que a Microsoft chama de Xbox Velocity Architecture. Mas essas não são as únicas inovações que estão contribuindo para isso, não.
Novas tecnologias e flexibilidade
Fora as novas arquiteturas e componentes, a Microsoft implantou duas novas tecnologias que são cruciais para o Xbox Series X e Xbox Series S e permitem aos desenvolvedores fazerem apenas um jogo para rodar em consoles com especificações tão diferentes.
A primeira delas é o novo algoritmo de compressão de texturas BCPack e o sistema de descompressão acelerado por hardware. É por causa deles que você deve ter percebido que o Xbox Series X tem apenas 1 TB de armazenamento e o Xbox Series S vem com um SSD de apenas 512 GB e provavelmente já se perguntou se será suficiente. A resposta é sim, mas não necessariamente porque os jogos nãos estão maiores.
Com o salto para o 4K, cada textura deve ocupar pelo menos 8 MB de espaço no armazenamento; como cada cena de um jogo de próxima geração tem milhares de texturas, preencher toda a memória RAM só com isso é fácil, porém não o ideal. Assim, o BCPack foi uma solução criada pelos engenheiros do Xbox para compactar e reduzir cada textura em até 50% em comparação ao algoritmo atual, economizando um espaço considerável no armazenamento do console. Dessa forma, temos o seguinte:
- Xbox Series X: texturas 4K 50% menores em relação ao Xbox One X
- Xbox Series S: texturas 2K 30% menores em relação ao Xbox Series X
Mas se um arquivo é compactado, como um .zip ou .rar, por exemplo, em algum momento ele precisa ser descompactado para utilização, certo? Até o Xbox One X esse era um trabalho feito diretamente pelo processador, que deixava de trabalhar em tarefas, digamos, mais importantes para descomprimir texturas antes de passá-las do armazenamento para a memória na hora do "Loading". Já o Xbox Series X e o Xbox Series S possuem hardware dedicado para lidar única e exclusivamente com isso. Assim, se o processador identifica que precisa descomprimir alguma textura, delega a tarefa para esse sistema, que a executa a uma velocidade de até 6 GB/s.
Em outras palavras, por mais detalhadas e mais pesadas que sejam as texturas da próxima geração, o impacto delas sobre o sistema como um todo será muito menor graças ao BCPack e ao sistema de descompressão acelerado por hardware.
A segunda tecnologia crucial para o desempenho e flexibilidade dos novos Xbox é o sampler feedback streaming. Para entender o que ela faz, primeiro é importante compreender como se dava a renderização de gráficos até aqui. Durante a apresentação, o arquiteto gráfico dos novos Xbox, Matt Lee, explicou que as texturas estavam ficando cada vez mais detalhadas e maiores, e seu uso cada vez menos eficiente. Para piorar, a oferta de memória de GPU não estava crescendo no mesmo ritmo que a demanda.
“Os jogos carregam bem mais texturas do que realmente utilizam, então começamos a pensar em maneiras eficientes de reduzir a quantidade de texturas que são carregadas enquanto mantemos ou incrementamos a qualidade da renderização”, explicou o especialista da Microsoft.
Na prática, isso significa que um console como o Xbox One X carrega todas as texturas que compõem uma cena, mas utiliza apenas cerca de 1/3 delas. Em termos computacionais, isso não só é custoso como compromete o desempenho do sistema como um todo. Então qual a solução?
Com o sampler feeback streaming, a Microsoft encontrou uma forma de carregar apenas os “pedaços” de textura que serão exibidos para o usuário, uma maneira inteligente de tornar o funcionamento do armazenamento e da memória mais eficiente e menos custoso. Dessa forma, tanto Xbox Series X quanto Xbox Series S renderizam apenas aquilo que é visível para o jogador, determinando a dedo quais pedacinhos daquela textura gigantesca que pesa 8 MB precisam ser "recortados" para aparecer em cena.
E será que funciona mesmo? Dê uma olhada na imagem que mostra a diferença entre os tempos de carregamento entre os consoles e veja a primeira barra no canto superior direito. Ali há a indicação de que 2,6 GB de memória foram usados para carregar as texturas daquela cena, mas será que tudo isso está realmente sendo usado? A barra verde mostra que não. Com o sampler feedback streaming ativado, foram necessários apenas 522 MB de textura para compor a cena.
E tem mais: mesmo o que é renderizado, é feito seguindo uma escala que faz o console investir mais processamento naquilo que precisa estar mais detalhado, que é mais importante para o jogador.
Para entender isso melhor, vamos pensar numa cena hipotética. Imagine um jogo como L.A. Noire, por exemplo. Você está investigando uma cena de crime em busca de objetos que podem servir de pista para entender o que aconteceu ali. Em determinado momento, você acha um desses objetos no chão. Para o sampler feedback streaming, não há qualquer necessidade de carregar a textura de tal objeto em sua máxima qualidade – afinal de contas, ele ainda está distante da sua visão e o mais importante é mostrar o ambiente em volta do personagem com algum grau de detalhe. Por isso, ele economiza recursos e dá prioridade às texturas do seu entorno em vez do objeto.
Isso muda quando você pega o objeto em mãos e a câmera dá um zoom nele. A partir desse momento, o foco da sua atenção passa a ser aquele objeto, que está em primeiro plano e precisa ser analisado por você. Graças ao sampler feedback streaming, os novos Xbox conseguem determinar isso e renderizam a textura do objeto em sua qualidade máxima enquanto tudo que está em segundo plano, e agora não é mais tão importante assim, tem a qualidade de suas texturas reduzidas.
Outra "mágica" que o sampler feedback streaming faz é identificar a resolução de renderização dos gráficos e ajustar a qualidade das texturas com base nisso. Ou seja, sabe aquela trabalheira toda que os desenvolvedores estavam reclamando? No fim das contas ela não é tão grande assim.
Sozinho, o sampler feedback streaming representa um novo paradigma em desenvolvimento de jogos para consoles e é um dos principais pilares de inovação para a próxima geração.
“Nós desenvolvemos o sampler feedback streaming como a solução definitiva para o carregamento de assets nos consoles. Em conjunto com a Xbox Velocity Architecture e toda a velocidade que alcançamos, essa é a área que eu acredito que veremos a maior quantidade de inovação na próxima geração. Nós realmente estamos oferecendo capacidades inéditas no desenvolvimento de jogos”, disse Ronald ao Canaltech.
A união de todas essas novidades colocará um fim não apenas às telas de carregamento, mas também o carregamento mascarado in-game, quando o personagem tem de percorrer um longo corredor até chegar a outra área do mapa, ou se espremer entre pedras para acessar outra parte do cenário. Daqui para frente, isso acaba e os desenvolvedores poderão fazer cortes de cena mais bruscos e ágeis, dando mais celeridade à gameplay e, quem sabe, criando até novas mecânicas de jogo.
Mais do que isso, é todo esse balé computacional executado em perfeita harmonia que permitirá que um jogo rode perfeitamente em 4K no Xbox Series X e também em 1440p no Xbox Series S.
Depois da longa jornada nesta matéria, fica mais fácil compreender os motivos por que não deve haver gargalo de desempenho no Xbox Series S. Tudo foi estrategicamente planejado pela Microsoft para abranger os mais diferentes perfis de jogadores em dois consoles que são um primor da engenharia da computação.
A próxima geração é promissora e nós mal podemos esperar para colocar as mãos nela! O Xbox Series X e o Xbox Series S têm lançamento global agendado para o dia 10 de novembro de 2020. A data ainda não confirmada para o Brasil, mas a Microsoft divulgou quanto custarão os consoles por aqui: o Xbox Series X será vendido por R$ 4.999 e o Xbox Series S terá etiqueta de R$ 2.999.
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