[中文版]关于微软新主机Xbox“天蝎座”的所有情报都在这里了

昨日，Digital Foundry独家放出了Xbox天蝎座的消息，TGFC论坛的“Nemo_theCaptain”也在第一时间对视频和文字消息进行了翻译，我社获得授权进行了转载。

《深入Xbox天蝎座 硬件揭幕》

上周，DF受邀来到微软雷特蒙德总部，看到了还是早期原型机状态的天蝎，但这台原型机已经可以输出不错的画面了，不过因为这不是零售机，因此最终配置可能还会发生变化。

现场展示的Demo是废渣6，轻松实现了原生4K加60帧，甚至还有余力提升特效，对于1080p用户，天蝎也有一定的提升。

作为升级版主机，天蝎的目标自然很明确，4K输出，HDR色彩，和原版相当或更高的帧数，以及更好的空间音效。

AMD开发的新SOC被称为“天蝎引擎”，微软的团队使用名为PIX（Performance Inspector for Xbox，Xbox性能检查者）的工具对显卡进行扫描，针对原版Xbox One能实现900p或更高分辨率的游戏进行显卡分析，这些游戏在天蝎上可以轻松实现4K。以此为理论基础，微软与AMD在SOC领域展开了深入的合作。

通过PIX工具，微软对硬件需求进行反复测试，推理出一个最平衡的配置，第一方的开发者参与了PIX测试，推测出Xbox One最常见的游戏实现4K需要什么指标，指标包括CU（Compute Unit，即AMD的流处理器簇）数量、频率、内存带宽、显卡后端规模、硬件Shader引擎数量、缓存尺寸，以此为基础推导出一个平衡的配置。

天蝎的SOC，已经处于最终状态了，台积电16纳米工艺，70亿晶体管，40个CU等

这些其实都是几年前的过去时了，那时候还不存在任何实体硬件，通过收集的数据，微软可以向AMD提出更确切的定制芯片要求。微软表示他们对AMD的架构以及自己的游戏非常熟悉，他们的分析深入到了内部请求序列、缓存、FIFO，对于整个流水线十分了解，如果处理器的某个功能区过小，造成了瓶颈，查明后，这一部分就会被放大。

最终诞生的就是这颗SOC，有效规模为40 个CU簇（总共44CU，屏蔽了4个），频率为1172Mhz，其中的很多细节与DF在1月末的推测相似，但DF之前对频率的预测略显保守了，同为6T解决方案，微软选了几个方案里规模最小、频率最高的一种。要实现高频率需要一个更好的散热系统。RX 480的最高Boost频率仅比天蝎显卡高94Mhz，CU少了4组，但依然需要一个强力散热器维持这一频率。

天蝎显卡的Shader引擎处理器数量翻倍，再加上频率的提升，多边形和矢量处理效率提升了2.7倍。再把渲染的后端翻倍，又能提升2.7倍的像素填充率，显卡的L2缓存翻了四倍，有利于4K表现。

除了6T浮点性能，天蝎在架构上还有一些提升效率的设计。在4K时代，贴图和分辨率变得更大，对带宽的要求更高，天蝎的6T显卡需要超过300GB/S的带宽。最终微软选择了384位GDDR5内存，共12块，容量为12GB，每一块为32位，频率为6.8GHz，提供326GB/S的带宽。

原版Xbox One没有的DCC（色彩压缩）系统也加入了天蝎，用于节省带宽。12GB内存中，游戏可用容量从5GB提升至8GB，系统可用容量从3GB提升至4GB，多出来的那1GB让界面（Dashboard）运行在原生4K分辨率下。硬盘容量为1TB，带宽增加50%，可加速读盘效果。

天蝎并没有使用GDDR5X内存或ESRAM提升带宽，而是直接通过GDDR5满足需求

就和1月末DF爆料的文档一样，天蝎放弃了ESRAM，因为内存的带宽已经超过了ESRAM，虽然GDDR5的延迟更高，但更强的带宽和更好的显卡弥补了这一点不足。

CPU方面，很多人猜测天蝎使用了最新的Ryzen，但DF始终对此表示质疑，考虑到天蝎计划的时间线，以及8核CPU的微软官方声明，天蝎用的应该是提频捷豹，8个核心，4个一组，L2缓存共4MB，频率2.3Ghz，这样可以实现游戏的100%兼容。

新的CPU频率提升了31%，还有大量定制功能用于降低延迟，提高效率。APU这一形式可以提升CPU和GPU的沟通效率，还有其他的硬件减负方式，一部分是原版Xbox One就有的，一部分是原创的，显卡得到了升级，提供新能力——空间音效（spatial surround），在目前已有的7.1声道中加入了更多“重量”成分。天蝎还新增杜比全景声（Dolby Atmos）技术，这一技术还可以通过耳机实现微软专利标准HRTF（Head Related Transfer Functions，头部相关传输函数，一种音效定位算法），该标准由Hololens团队研发。因为APB（audio processor block，音频处理模块）这部分硬件和原版Xbox One基本相同，也就是说，现存的所有Xbox One都可以通过固件升级得到这些新的声卡功能。

天蝎的主板部件通过特殊的方式与处理器焊接，提供了额外的效率和高频率，这一设计名为“Hovis方案”，取自设计这一方案的工程师之名

天蝎更大的改进在于显卡的“指令处理器”（command processor），这一部分从CPU接受指令，打包后送往显卡核心。Direct3D 12的指令被原生内置在指令处理器中，大幅降低高延迟的API请求，明显提高CPU到GPU的效率。

Draw Call指令是CPU最繁重的任务之一，在传统流水线中，CPU需要传输上千，甚至上百万的指令，有了这个硬件级的减负指令控制器，任何Draw Call都可以浓缩在11条指令内，改变状态则只需要9条。

对于那些在Xbox One上熟练掌握了Direct3D 12的开发者而言，CPU的渲染overhead因此减半，驱动层在流水线中变得非常薄，这是显著的进步。

再次澄清，天蝎的CPU不是Ryzen，但是微软的Xbox团队对此并不怎么在乎，他们认为，通过定制部件就足够达成设计目标，因为天蝎毕竟是一个面向消费者的量产机，需要保持性价比的平衡，定价不能太高。

天蝎的SOC面积为360平方毫米，晶体管数量70亿，在结构图中，左侧四个Shader引擎占了主要面积，每个Shader引擎包含11个CU簇（屏蔽1个，剩下10个有效）。右侧则是两个CPU组，剩下的边缘则是内存控制器。

天蝎还整合了AMD最新的硬件编码器，DVR功能提升至4K 60帧水平，而且使用了次世代的HEVC编码，还可以录制Full HDR视频。新增的回溯屏幕录制（ retroactive screen capture）功能允许你逐帧截取视频中的某一张图片。

输出标准采用HDMI 2.0，这样才能满足4K 60帧和HDR。为了满足各种需求，天蝎同时支持三种不同的内部分辨率——游戏的原生分辨率、界面分辨率和视频播放分辨率。1080p的电视可以使用4K超采样增强画质。微软还规定，天蝎的游戏帧数任何情况下不得低于原版Xbox One。

功耗和散热方面，Xbox One的每一块芯片都处在最佳能耗比状态，这样可以避免很多麻烦。借助名为“Hovis方案”的特殊焊接方法，每一块SOC从台积电出厂后都带上了各自的功耗档案，主板与芯片之间的整合度更高，即使如此，SOC的热量依然不小，微软采用了一个对于主机前所未有的散热方案。

蒸汽抽风式散热，对于主流级消费产品还是头一遭，之前只有GTX 1080和1080 Ti这种高端PC显卡用过

简单来说，在蒸汽抽风散热方案中，真空管里的电解水会吸收热量，然后气化，将热量从热点移走，这一方案的效率很高，但想要最终把热量排出机箱内，原来的风扇已经不够用了，为此他们定制了一个新的离心风扇，类似汽车的增压器。

微软向DF展示了当前的样机，采用简洁、合理、模块化的设计，填充了机箱的大部分空间，硬盘放在了吸收振动的减震器上，这样可以减少数据丢失概率，4K蓝光光驱和Xbox One Slim基本相同，做了少许修改。

天蝎同样采用了内置电源，245瓦即可满足需求，机箱背后与Slim相同，使用8针电源接口。因为接口与Slim相同，天蝎无法直连Kinect，需要额外的USB转接器，但HDMI输入接口依然得到了保留。最终的形态会在E3展出，DF认为，它会给人带来惊喜。

微软承诺，从性能的角度来讲，原版Xbox One上900p和1080p的游戏，天蝎可以原生4K运行。眼见为实，他们向DF展示了Demo。负责讲解的人是Turn 10的软件工程师Chris Tecton，展示的游戏以废渣6为基础，Demo属于压榨型演示，车手数量、AI和物理全开，在4K分辨率下锁定60帧运行，选择原版Xbox One的特效水平，显卡的占用率仅为66.19%，即使把特效调整成PC的全开档次，显卡占用率依然只有88%。

当然，废渣不能代表所有游戏，不过这个Demo从第一天就能正常运行，第二天就调整到了演示的水准，并没有花太大力气，给Turn 10更多的时间，他们还能做到更好。DF认为既然是展示，微软就一定要拿最好的例子来展示，但微软表示Turn 10的这个例子并非“特挑”，考虑到Demo只做了两天，显然这还不是天蝎最好的水准，剩下的就等待E3吧。

《天蝎提升Xbox One和Xbox 360游戏的五种方式》

升级版主机向下兼容有两种方式

PS4 Pro采用的是一种降级模拟方式，显卡规模正好是标准版的两倍，因此只要屏蔽掉一半就可以完美兼容，但这也意味着一半的显卡性能在没有Pro补丁的游戏里无法得到利用，即使是Boost模式也是如此

天蝎选择的则是更复杂的方式，标准版Xbox One可以运行的游戏，天蝎都能运行，包括向下兼容的Xbox 360游戏，理论上而言，运行任何作品，即使没有补丁，天蝎也可以充分发挥自己的全部性能，但看了下文你会知道这只是理论上，实际情况没有这么理想。

天蝎有五种方式提升效果，这五种方式适用于Xbox One游戏，以及提供兼容的Xbox 360游戏，当然这里主要说的是没有专用补丁的游戏

1：更稳定的帧数，消灭画面撕裂，但不能把锁30帧的游戏变成60帧，无法突破原版帧数上限（上面那张图左侧是Slim不是天蝎，天蝎的提升会更大）

2：在动态分辨率的游戏中，把分辨率始终维持在原版的最高分辨率，但无法提升至4K，因为原版不支持4K。

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3：更好的贴图过滤，4X AF全部升级为16X AF（上图为PC版废渣6对比）

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4：天蝎专用的系统级DVR功能，通过HEVC编码实现4K 60帧后台录像，并且不影响游戏流畅度，即使是1080p的录像，也会利用HEVC实现超高码率。天蝎还可以实现DVR视频的逐帧播放和截图，但这个功能不支持4K视频，不过没有4K分辨率的游戏也用不到4K的DVR。

5：更快的读取速度：CPU频率提升了31%，有助于读盘的IO工作；硬盘读取速度变快，读取4K贴图时的带宽提升了50%，对于不支持4K的游戏也能起到加快速度的作用；游戏可用内存从5GB提升到8GB，多出来的3GB可用于缓存，让重复的IO工作留在缓存区里，加快效率。

有极少数的游戏同时开启五个提升效果会导致Bug，这一点与PS4 Pro的Boost模式类似，为了保障这些游戏的正常运行，微软会关掉部分提升效果，因此有极少数游戏无法同时开启五种提升，有时甚至需要为此关闭部分显卡流处理器，就像Pro那样。

《DF社论：天蝎将主机推向新级别》

通过与微软的交谈，DF认为，天蝎与原版Xbox（或Slim）的价格差距，会比PS4 Pro和原版PS4更大。考虑到PS4 Pro的首发价格为399刀，而天蝎比PS4 Pro的处理器更大、增加4GB内存、更快的硬盘、4K蓝光光驱、高端散热，天蝎售价更贵是可以预料的，DF的预测是499刀。

天蝎仅仅是个代号，正式名称还没有揭晓，但微软强调“天蝎是Xbox One家族中的一员”，那么正式名称八成是“Xbox One XXX”吧。

在前往雷特蒙德之前，DF自己对天蝎的了解也不多，6T显卡浮点是官方确认过的，12GB内存是他们通过去年E3照片猜的，但是猜对了，增加的内存可以提供更清晰的贴图。但是显卡方面，DF以为天蝎会选择一个大面积低频率方案，结果正好相反，微软逆流而动，选择类似PC的低面积高频方案，DF认为这是一个不错的成就。

让我们认真看待一下微软的官方声明，原版Xbox One的1080p游戏没理由无法在天蝎上原生4K，废渣Demo就是最好的证明。但是更值得注意的，是那些原版只有900p的第三方游戏（PS4版基本是1080p），微软表示他们对于这类游戏参与了更多移植工作，应该能做到原生4K。至于那些原版900p都不到的游戏，微软则试图利用棋盘渲染等方案实现插值4K。

最大的问题在于，在分辨率（这一点天蝎毫无疑问高于PS4 Pro）之外，二者的画面实际观感有多大区别？PS4 Pro利用棋盘渲染、高级抗锯齿、临时超采样、动态分辨率等等技术竭力拉近插值4K和原生4K的差距，但换个角度来看，PS4 Pro在这方面离完全成功还远得很，太多1440p游戏，真正值得称赞的，2160p加HDR游戏太少。至少在分辨率和帧数这两大指标的比较上，原版PS4是压着Xbox One的，天蝎在这方面有希望压制PS4 Pro。而且，不要低估多出来的内存，在古墓崛起等游戏中，即使你用4K超采样把画面缩到1080p输出，4K贴图的有无依然可以造成明显的差距。

最终版天蝎的主板照片

在PC领域，最接近PS4 Pro的显卡是RX 470或者降频的RX 480，都是主流PC显卡，RX 480还可以通过超频把浮点提升到6T。然而，理论浮点数不代表一切，比如PS4 Pro的很多新一代插值相关的奇技淫巧在PC上是不存在的，只有少部分PC游戏以软件形式提供了这些能力。DF希望这一情况得到迅速改变，但事实是，主机可以提供一些效果不错的插值4K渲染，保障了主机的性价比。

微软保证天蝎的6T表现要比PC上AMD的6T显卡强得多，他们给出了几大理由，首先，天蝎的Shader编译器效率远胜PC。其次，在这个定制的特殊配置上，API可以提供更底层的硬件访问。最后，就是他们的优化软件PIX，这是主机专用的优化工具。

DF表示，从他目前了解到的信息来看，有一些证据表明，天蝎的原生4K表现可以和GTX 1070或Fury X级别的显卡相匹敌。新主机目前运行的一个Demo基于废渣6，特效相当于PC全开，实现了原生4K的锁定60帧，而这个Demo只花了Turn 10两天时间。DF在PC上用类似的设置测试了废渣6，GTX 1060出现了掉帧情况（而且雨天掉的很多），GTX 1070大部分时间稳定，只有激烈的雨天会掉帧，只有GTX 1080在各类测试中全程不动如山。这只是一个测试，两个程序的代码也不会完全相同，但这足以证明天蝎的实力，毕竟废渣6的PC版优化是饱受赞誉的，并非渣优化。

PC游戏需要进一步提升优化，才能提升4K的能耗比。如果原版Xbox One第三方的900p和1080p游戏在天蝎上也能达到第一方这种原生4K的水准，如果天蝎能够保持原生4K分辨率，与GTX 1070媲美，甚至更好，那么这样的成绩，对于一台主机而言，是相当不错了。

天蝎的规格全面压制了PS4 Pro，但几乎可以确定的是，其价格也会比PS4 Pro更高

Mike Ybarra，Xbox与Windows游戏平台联合副总裁表示，天蝎的目标有四大支柱：一是重新取得开发者的倾力支持；二是提供原生4K所需的性能；三是兼容老游戏，并且让老游戏运行更出色；四是让天蝎满足1080p用户需求。

说明白点，微软依然觉得普通Xbox One销量会比天蝎更高，普通版更适合1080p设备，但现在PS4 Pro风头正劲，即使是1080p用户也会购买PS4 Pro，微软也需要改变策略。去年E3，菲尔•斯宾塞表示天蝎基本是个专注于4K的主机，后来他又表示坚持1080p对于玩家有利有弊，DF认为这是一个正确的方向，因为在短时间内，换主机的概率远大于换显示设备。

关于PS4 Pro，一个批评意见在于，部分模式成了一些分辨率的独占。比如说，如果游戏提供了高于1080p的分辨率，那么1080p用户理应得到超采样功能，但有些游戏没有这个功能，哪怕部分索尼第一方游戏都没有。微软对超采样的态度则是强制性的，只要天蝎的游戏提供高于1080p的分辨率，就必须提供超采样，在内部分辨率提升的同时，帧数也不能比原版Xbox One更低，必须同等或更高，希望可以看到更流畅的帧数。

硬件层面，天蝎的输出芯片是Xbox One Slim的强化版，足够满足4K输出需求，通过在横纵两个方向采样六个点的高质量Lanczos过滤保障效果。相较原版Xbox One原生的1080p输出，天蝎经过超采样缩放的1080p画面细节更佳，抗锯齿和贴图效果更好。

微软对1080p超采样的坚持，实际上有利于所有显示设备用户。PS4 Pro有一些游戏提供的1080p高帧数模式，必须把输出设定成1080p，才能使用，比如无人深空和吃人大舅，如果你的PS4 Pro输出设定是4K，那你很可能干脆就不知道游戏还有1080p高帧数模式。至于天蝎，所有模式——无论是分辨率优先还是帧数优先——都必须提供给所有用户，无论他们用什么分辨率的显示设备。DF认为这是个明智的举措，希望PS4 Pro也能跟进。

DF认为索尼和微软的观点可能是有分歧的，去年的E3， Mark Cerny表示，在PS5之前以Pro的形式给PS4大幅升级CPU和显卡是有必要的。但是Mike Ybarra今天则表示，主机用户也希望能够以更快的速度获得更新的技术，这种潮流正在颠覆传统观念。

DF的观点是，Mark Cerny的看法更理想主义，更符合核心玩家的期待，Mike Ybarra那番加快主机更新的观念，则与主机产业的现实更接近。摩尔定律早就被拖慢了，每隔五年等来一个性能提升6至8倍的新主机，已经越来越不可能了，所以DF更期待频率更高，迭代式的升级，但DF同样不希望主机产业变成第二个手机产业，三至四年内新主机提升2至3倍，才是更现实，更符合当前潮流的做法。

主机提升性能有两种做法，一是创新性的架构，二是等待制程改进，前者还算有个盼头，后者已经越来越艰难了。PS4和Xbox One在2013年末首发，用的是28纳米制程，一个2011年PC显卡就已经采用的制程（译注：DF指的是Radeon HD7970在2011年末的纸面发布，但仅仅是纸面发布而已，真货2012年才发售）。升级所需的16纳米工艺直到5年后才实用化，而且估计如果没有16纳米，主机都无法升级。10纳米已经崭露头角，但很可能不适合主机，7纳米还遥遥无期。记住这一点，迭代式的主机升级，才能满足对新技术饥渴的玩家，但即使如此，一年两次或一年一次升级也是几乎不可能的。

中期升级主机的命运尚未可知，但4K显示设备这波升级，对于PS4 Pro和天蝎是个不错的机会，随着1080p设备逐渐被淘汰，微软会加快推出新主机的频率。对于那些今年持币观望、对4K犹豫不决的用户，DF推荐你们去看看地平线：零之黎明开启HDR后在LG 4K OLED或索尼ZD9上的表现，这是第一方强力画面搭配目前最强屏幕的组合，效果拔群。

结束对微软的访问后，DF基本确认天蝎从硬件角度而言是一台成功的主机。之前的Xbox One Slim就已经超越了DF对于“第二代薄版主机”的简单要求，Xbox团队似乎已经找回了感觉，天蝎可以说是一流的硬件，DF唯一没有探明的潜在问题只有噪音。Xbox One在技术上输给了PS4，面对索尼的成功，天蝎给出了正确的回应。就很多层面而言，这台硬件都把主机设计推向了新的级别，充满了对核心玩家的专注。

DF真正担心的则是另一个问题：天蝎的游戏阵容能不能配得上这副硬件。