Die Xbox Series X|S bietet alle RDNA2-Features: Welche sind das genau?

Alle Next-Gen-Konsolen setzen auf AMDs RDNA2-Grafiktechnik.

"Where Gaming Begins" - Diesen Slogan hat sich AMD breit auf die Brust geschrieben, denn auf allen Plattformen ist das Unternehmen vertreten. So auch auf den Current-Gen- und Next-Gen-Konsolen. Die APUs der PS5 und der Xbox Series X|S beruhen vollständig auf den modernen Chip-Architekturen des Unternehmens und greifen auf eine Vielzahl innovativer Technologien zurück.

Xbox Wire, Microsofts Blog, stellte auf Twitter nach dem großen Grafikkarten-Showcase von AMD am 28. Oktober klar: Nur die Xbox Series X|S kann im Verbund mit DirectX 12 Ultimate auf alle Funktionen von Grafik-Chips auf RDNA2-Basis zurückgreifen. Wir schauen uns diese genauer an und versuchen zu analysieren, was Microsoft damit genau meint.

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DirectX-Ray-Tracing (DXR)

Völlig neu ist die Ray-Tracing-Implementierung von DirectX 12 nicht. Mit Erscheinen von Nvidias RTX-Grafikkarten vor etwas mehr als 2 Jahren feierte zeitgleich DXR seine Premiere. Seitdem wertet die präzise Lichtstrahlensimulation Spiele wie Battlefield V und Control mit realistischen Reflexionen und pixelgenauen Schatten auf.

Mit Blick auf die Spezifikationen des kommenden RX-6000-Lineups können wir nun exakt bestimmen, dass die Xbox Series X über 52 Ray-Tracing-Rechenkerne, von AMD "Ray-Beschleuniger" getauft, verfügt. Die Xbox Series S kommt immerhin noch auf 20 Einheiten. In jeder Compute Unit kommt nämlich ein RT-Kern zum Einsatz.

Schematischer Aufbau einer Compute Unit mit je einem "Ray-Beschleuniger".

Dünne Unterstützung zum Launch: Lediglich Watch Dogs: Legion und Devil May Cry 5: Special Edition sind bislang als Launch-Spiele mit vollumfänglicher Ray-Tracing-Unterstützung bestätigt. In beiden Fällen bei 4K mit 30 fps. Auch The Medium wird immer wieder ins Gespräch gebracht.

Wie leistungsstark ist hardware-basiertes Ray-Tracing von AMD?

Von allen Titeln ist Watch Dogs: Legion das einzige Spiel, das auch auf der Xbox Series S Ray-Tracing einsetzen wird. Eine Einordnung des Leistungspotenzials im Vergleich zur einzigen, bereits am Markt etablierten Konkurrenz in Form von Nvidia fällt aber noch schwer. Zwar verbaut AMD mehr dedizierte Ray-Tracing-Kerne als der Erzrivale im gleichen Preissegment, erste Leaks suggerieren jedoch, dass diese nicht ganz so performant arbeiten. Wohlgemerkt ohne Treiberoptimierung. Der Launch der AMD-Grafikkarten ist auf den 19. November datiert. Fertige Treiber dürften noch einige Bilder pro Sekunde mehr herausholen können.

Präzise Ray-Tracing-Reflexionen in Watch Dogs: Legion

Auch Aussagen über die PS5 lassen sich treffen: Da 36 Compute Units in der PS5-APU werkeln, können wir auch dort auf 36 RT-Kerne schließen, womit sich die Konsole genau im Mittelfeld zwischen Xbox Series S und Xbox Series X platziert. Auf DXR kann Sony indes nicht zurückgreifen, da es sich bei DirectX um eine hauseigene API (die Schnittstelle zwischen Hardware-Treiber und Spiele-Engine) von Microsoft handelt. Das japanische Unternehmen verwendet stattdessen eine eigens programmierte API, die ebenfalls Ray-Tracing beherrscht. Wir vermuten also, dass sich Microsofts Aussage darauf beziehen könnte, denn mit einer Ausnahme lassen sich alle weiteren Features auch auf einer PS5 realisieren.

Ordentlich Power fürs Geld: Die Grafikkarten auf RDNA2-Basis scheinen sehr stark auf maximale Effizienz getrimmt zu sein. Die gebotene Leistung pro Watt lässt sich absolut sehen, was natürlich auch für Konsolenspieler wichtig ist, denn die Xbox Series X platziert sich nur ein kleines Stückchen hinter einer RX-6800-Grafikkarte, die immerhin rund 580 Dollar kosten wird. Zudem spricht die geringe Leistungsaufnahme für kühlere und damit leisere Geräte.

Variable Rate Shading (VRS)

Beim Rendern eines Frames wird in Videospielen heutzutage weitestgehend auf "Shading", also die Manipulation von Pixeln oder Geometriewerten, gesetzt. Von Motion Blur über authentischem Wasser bis zur Glättung von kantigen 3D-Modellen, basiert ziemlich jeder moderne Grafikeffekt auf Shader-Funktionen.

Mit VRS können Entwickler mehrere Pixel zu Bereichen zusammenfassen, auf denen dann gleichzeitig ein Pixel-Shader, etwa zur Tonwertkorrektur aufgrund von Schattierungen, angewandt wird. So soll je nach Szene ein Performance-Gewinn von bis zu 15 Prozent bei gleichbleibender Bildqualität verzeichnet werden. Im Normalfall würde jeder einzelne Pixel für sich berechnet werden.

In den roten Zonen werden mehrere Pixel gleichzeitig von einem Shader bearbeitet, in blauen Bereichen jeder einzelne Pixel. Alle weiteren Farben repräsentieren Zwischenstufen. (Bildquelle: Nvidia)

Mesh Shader

Während VRS ausschließlich pixelbasierte Shader betrifft, erhalten auch ihre dreidimensionalen Pendants eine Generalüberholung. Eine Render-Pipeline ist traditionell in mehrere Teilbereiche untergliedert, die nacheinander abgerufen werden. So ist etwa der Vertex-Shader dafür zuständig, die Eckpunkte von geometrischen Formen zu transformieren. Der Tesselation Shader hingegen generierte in einem späteren Schritt aus einfachen Figuren komplexe Strukturen.

Performanter und gleichzeitig flexibler: Die neuen Mesh-Shader vereinen all diese Funktionen und lassen sich ressourcenschonender programmieren. Shading-Aufgaben werden besser an die Rechenkerne der GPU verteilt und können in beliebigen Reihenfolgen ablaufen. Hochkomplexe Strukturen auf Basis hunderttausender Polygone sollen damit ermöglicht werden. Nvidias "Asteroids"-Demo zeigt gut, wie leistungsfähig Mesh Shader in Aktion sein können:

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Sampler Feedback

Eine 4K-Textur belegt in der Regel 8 MB an Speicher. Da in jeder Szene eines Videospiels hunderte oder sogar tausende Texturen dargestellt werden, ist die Speicherlast enorm. Zumal Texturen immer als vollständige Dateien in den Speicher geschoben werden. Sampler Feedback macht es möglich, dass jede Textur in kleine Blöcke unterteilt werden kann, die dann je nach Kamerablickwinkel sofortig abrufbar sind. Nicht sichtbare Bereiche werden gar nicht erst geladen oder ihre Priorität reduziert.

Infinity Cache

Eine der Neuerungen, die AMD selbst im Zusammenhang mit RDNA2 bewirbt, in Microsofts Veröffentlichungen jedoch keine Erwähnung findet, ist der sogenannte Infinity Cache. Der extrem schnelle Zwischenspeicher soll die Bandbreite des Grafik-Chips gewaltig anheben. Vor allem 4K-Anwendungen profitieren vom dem sehr hohen Datendurchsatz.

Ein Einsatz in den Next-Gen-Konsolen ist unwahrscheinlich: Da sowohl Microsoft als auch Sony die Speicherbrandbreite der Konsolen exakt beziffert haben und sich diese perfekt mit den bekannten Hardware-Spezifikationen errechnen lässt, gehen wir nicht davon aus, dass Infinity Cache eingesetzt wird. AMD kommuniziert stattdessen, dass der Zwischenspeicher zur RDNA2-Architektur gehört. "Der volle RDNA2-Support" liegt damit wohl ein wenig im Auge des Betrachters.

Laut AMD Teil von RDNA2, aber bisher finden sich keine Vermerke bei Konsolen: Infinity Cache

DirectML als Antwort auf DLSS 2.0 und Checkerboard Rendering?

In einem Blog-Posting widmet sich Microsoft zudem den Fähigkeiten für maschinelles Lernen, über die RDNA2 verfügt. Unter anderem die künstliche Intelligenz von NPCs soll dank Deep Learning verbessert werden. Außerdem wird zukünftig die Bildqualität damit verbessert und auch eine "Super Resolution" wird erwähnt. Nvidias "Deep Learning Super Sampling" könnte man exakt genauso beschreiben - Ein Bild wird in einer niedrigen Auflösung gerendert und durch einen KI-gestützten Algorithmus hochskaliert. Das Ergebnis ist von beeindruckender Schärfe, der Performance-Gewinn immens.

Vergleichsvideos von Control zeugen von einer deutlich besseren Bildqualität und einer Performance-Steigerung von knapp über 80%. DLSS 1.0 fällt hingegen stark ab und zeigt, wie schwierig eine ansprechende Umsetzung von Deep-Learning-Algorithmen ist.

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Ein weiter Weg zur Perfektion: Bis DLSS dieses Niveau erreichen konnte, vergingen viele Monate. Erst mit der zweiten Iteration konnte Nvidia wirklich beeindrucken. Es ist daher nicht verwunderlich, wie schweigsam AMD und Microsoft bezüglich dieser Technik sind. Wir werden wohl noch ein Weilchen warten müssen, bis sie reif für den Einsatz ist. Ray-Tracing in 4K bei konstanten 60 fps könnte dann jedoch nicht nur eine Ausnahme auf Konsolen bleiben, sondern zum Standard heranwachsen.

PS5-Spieler müssen hingegen auf Sonys Fortschritte im Bezug auf Checkerboard Rendering oder einer eigenen Deep-Learning-Variante vertrauen. Bei DirectML handelt es sich nämlich ebenso um hauseigene Software von Microsoft.

Was sagt ihr zu den Neuerungen von RDNA2?