微軟公布 Xbox One 系統處理晶片概要整合豐富影音專屬處理功能

Xbox One

（GNN 記者 Sam 報導） 2013-08-27 16:22:09

　　微軟 8 月 26 日在美國史丹佛大學舉辦的半導體晶片年度會議「Hot Chips 25」中，公布了新主機「Xbox One」的系統處理晶片概要。

　　Xbox One 採用由 AMD 提供的系統整合晶片（SoC），內含 8 核心 x86-64 處理器與 DX11.1+ 繪圖核心，配備 32MB eSRAM 高速記憶體與 8GB DDR3 主記憶體。南橋晶片負責系統軟體用快閃記憶體、硬碟機、BD 光碟機、HDMI 影音輸入、Wi-Fi 無線網路與 Kinect 感測器的連接。

Xbox One 系統架構圖

　　Xbox One 處理晶片尺寸 363mm²，採台積電 28nm 高效能行動製程（HPM）生產，電晶體數 50 億個，內建 47MB 記憶體（※），節能設計最高可將電力消耗壓低至全速運作時的 2.5%。

※ 除了 32MB eSRAM 與 4MB L2 快取之外，其餘 11MB 記憶體分配未明

Xbox One 系統處理晶片

　　Xbox One 處理晶片採用基於 AMD APU 架構加以大幅訂製化的設計。主記憶體部分採用 4 個 64bit 通道共 256bit 的匯流排連接 8GB DDR3 2133 記憶體，提供 68GBps 的頻寬。另外還內嵌 32MB eSRAM 高速記憶體，分為 4 組 8MB 區塊，各以 256bit 匯流排連接，提供最小 109GBps、最大 204GBps 的頻寬。GPU 可透過專屬記憶體控制器全速存取主記憶體與內嵌記憶體。不過如果要維持 CPU 快取一致性的話，則必須透過 CPU 記憶體控制器存取，頻寬限制在 30GBps。

　　除了 CPU 與 GPU 之外，Xbox One 處理晶片還整合 15 個特殊用途輔助處理器來分散 CPU 與 GPU 的處理負擔，其中包括音效處理器、影音輸入處理器、影音輸出縮放混合處理器、影音編碼 / 解碼處理器、LZ77 非失真壓縮處理器、MJPEG 解碼處理器...等。所有處理器都能透過主從架構記憶體管理單元（Host-guest MMU）來共享主記憶體同時維持分頁表（Page Table）的同步。

Xbox One 系統處理器架構

　　Xbox One 系統處理器的 CPU 採用 8 個 AMD 節能 CPU 核心「Jaguar」。每個核心俱備 32KB L1 指令快取與 32KB L1 資料快取。每 4 個核心組成 1 個模組，每個模組共享 2MB L2 快取。

Xbox One 系統處理器的中央處理器（CPU）部分

　　Xbox One 系統處理器的 GPU 核心支援 DirectX 11.1+，配備訂製的繪圖與通用運算指令處理器各 2 組（共 4 組），以強化運算單元的利用效率。具備 768 個串流處理器，在 853MHz 的運作頻率下可提供 1.31TFLOPS 的浮點數運算效能、41Gtps 的材質貼圖處理效能與 13.6Gpps 的像素填充率，反推可知該 GPU 具備 48 組材質貼圖單元（TMU）與 16 組光柵操作管線（ROP）。

※ 1.31TFLOPS = 每秒 1 兆 3100 億次浮點數運算

※ 41Gtps = 每秒 410 億個紋素（Texel）

※ 13.6Gpps = 每秒 136 億個像素（Pixel）

Xbox One 系統處理器的繪圖處理器（GPU）部分

　　不只是繪圖處理器，Xbox One 系統處理晶片還內建了強力的音效處理器，具備 1 組純量 DSP 核心與 2 組 128bit SIMD 向量 DSP 核心，內建 64KB SRAM 記憶體。2 組向量 DSP 核心可提供 15.4GFLOPS 的浮點數運算效能。特化的硬體引擎可提供相當於每秒 180 億次處理的效能。

※ 15.4GFLOPS = 每秒 154 億次浮點數運算

Xbox One 系統處理器的音效處理器部分

　　總的來說，Xbox One 的系統處理器具備高處理效能、高能源效率與超低電源模式。具備影音輸入與輸出的多媒體匯流功能。特化的音效、繪圖與影像處理器能有效分散 CPU 與繪圖核心的處理負擔。所有處理器與輸出入都可以經由主從記憶體控制單元來維持分頁表的同步與享有高頻寬的 CPU 快取一致性。總頻寬超過 200GBps 的記憶體系統能均衡各處理單元與輸出入的需求。具備訂製繪圖與運算指令處理器的 DX11.1+ 繪圖核心能有效分散 CPU 負擔與提升通用運算效能。