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Microsoft hat den "Partner Hardware Architect" John Sell – der zuvor bei AMD gearbeitet hat – auf die Hot-Chips-Konferenz entsandt. Dort gab er ein paar Details zum Kombiprozessor und der Architektur der Spielkonsole XBox One preis: Mit 5 Milliarden Transistoren und 363 mm² Die-Fläche zählt der in einem 28-nm-Prozess (High Performance) bei TSMC hergestellte Chip zu den Riesen. Ein gehöriger Teil der Chipfläche dürfte auf die insgesamt 47 MByte Pufferspeicher entfallen. Zum Vergleich: Intels Haswell bringt es nur auf 1,4 Milliarden Transistoren, hat aber auch nur etwas über 9 MByte Cache.

Sell betonte, dass man per Power Gating einzelne Bereiche des Chips feinkörnig an- und abschalten könne – bis herab auf 2,5 Prozent der vollen Leistungsaufnahme.

Im Wesentlichen besteht die XBox One aus dem zentralen SoC, der Southbridge sowie je 8 GByte Arbeits- und Flash-Speicher. Chipsatz und SoC kommunizieren per PCI Express. Der Chipsatz übernimmt die Anbindung der 500-GByte-Festplatte und des Blu-ray-Laufwerks (beide per SATA-II), des Flash-Speichers (eMMC 4.5) und der USB-Peripherie (Kamera, 2 × WLAN). Die Game-Controller kommunizieren per WLAN mit der XBox. Auch der HDMI-Eingang hängt am Chipsatz, während der HDMI-Ausgang direkt aus dem Haupt-SoC kommt. Auch den Gigabit-Netzwerkchip versorgt das SoC selbst per PCIe.

Das SoC stammt von AMD und ist verwandt mit den Kombiprozessoren der Baureihen Kabini und Temash. Allerdings stecken in dem SoC der XBox gleich acht Jaguar-Kerne sowie ein Grafikkern mit der Architektur Graphics Core Next (GCN). Dieser besteht aus 12 Rechengruppen mit insgesamt 768 Shader-Rechenkernen und 48 Textureinheiten.

Das auf der Hot-Chips vorgelegte Blockdiagramm zeigt, dass 32 MByte des über vier jeweils 256 Bit breite Schnittstellen (109 bis 204 GByte/s) angebundene Caches weder direkt am Speicher-Controller noch der Cache-Kohärenz-Einheit der CPU, sondern näher an den Grafikkernen hängt. Genauer gesagt an einer Einheit mit der Beschriftung "Host, Guest, GPU, MMU). Anders der Speichercontroller: Der unterhält direkte Verbindungen zu beiden Einheiten.

Was diese unterschiedlichen Wege bedeuten, zeigt ein Detail-Slide von John Sell: So geht es von der GPU zum Cache (Embedded RAM) mit bis zu 204 GByte/s; zum DRAM mit nur noch 68 GByte/s. Soll der Zugriff auch noch Cache-Kohärent mit der CPU-Erfolgen bleiben zwischen 30 und 40 GByte/s übrig.

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Nun ist es endlich raus: Mit der Vorstellung der Xbox One haben sich deren seit Monaten durch die Gerüchteküche geisternden Hardware-Spezifikationen größtenteils bestätigt. Das Herz der Xbox One ist ein AMD-Kombiprozessor (System-on-Chip/SoC) mit acht Jaguar-CPU-Kernen und einer DirectX-11.1-Grafikeinheit. Das kommt einem bekannt vor, schließlich setzt auch die schon im Februar 2013 angekündigte Playstation 4 auf ein ähnliches AMD-SoC. Doch Sonys Spielkonsole wird wesentlich mehr 3D-Leistung bieten als die Xbox One, wie ein Blick auf die Hardware-Details verrät.

Wie schnell eine Konsole beim Rendern von 3D-Grafik ist, bestimmt in erster Linie die Geschwindigkeit der GPU und die Speichertransferrate. Und genau hier hat die Xbox One das Nachsehen. Zwar setzt Microsoft genau wie Sony eine Radeon-GPU mit GCN-Architektur ein, allerdings nur eine abgespeckte Variante. Denndie Xbox-One-GPU hat 12 Rechengruppen mit insgesamt 768 Shader-Rechenkernen und 48 Textureinheiten, die Playstation-4-GPU bringt es aber auf 18 Rechengruppen, 1152 Rechenkerne und 72 Textureinheiten. Der Grundaufbau der GPUs fußt auf der Graphics-Core-Next-Architektur, die AMD erstmals im September 2011 auf der Desktop-Grafikkarte Radeon HD 7970 einführte. Die Zahl der Shader-Rechenkerne wurde auf dem Architecture Panel zur Xbox One bestätigt (Video). Laut eines Berichts von Eurogamer soll die Playstation 4 überdies doppelt so viele Rasterendstufen bieten wie die Xbox One, nämlich 32 Stück.

Sonys GPU führt bei 800 MHz 1,84 Billionen Berechnungen pro Sekunde (TFlops) durch und liegt damit auf dem Niveau von 150-Euro-Grafikkarten. Wie schnell Microsoft die Xbox-One-GPU laufen lässt, ist noch nicht gesichert, aber laut zahlreichen Gerüchten soll deren Taktfrequenz ebenfalls bei 800 MHz (Kommentar von mir sind 853mhz) liegen – summa sumarum macht das 1,22 TFlops (Kommentar von mir wegen 853mhz jetzt 1,31TFlop). Die Playstation 4 böte dann also 50 Prozent mehr Shader-Leistung (Kommentar von mir etwas weniger als 50% Mehr Leistung wegen den 853mhz aber im Endeffekt für Spiele mehr als 50% denn bei der XB1 sind 10% der eh schon langsameren GPU für Kinect reserviert!), die Spieleentwickler für hübschere Effekte, feinere FXAA-Kantenglättung oder höhere Render-Auflösungen nutzen könnten. Maximal könnte die Xbox-GPU theoretisch mit 1 GHz laufen, selbst dann läge die PS4 noch um 20 Prozent vorn. Allerdings ist der hohe Takt unwahrscheinlich, schließlich steigt dann auch die Leistungsaufnahme weiter an. Im Vergleich zur Xbox 360 liegt die theoretische Rechenleistung der GPU um den Faktor 5 höher, die 240 Shader-Kerne ihrer Xenos-GPU schaffen bei 500 MHz Taktfrequenz nur 0,24 TFlops.

Doch nicht nur die Anzahl der Funktionseinheiten spielt eine Rolle, sondern auch die Geschwindigkeit, mit der sie Grafikdaten aus dem Speicher lesen. Reicht die nicht aus, müssen die Shader-Kerne häufig warten und der gesamte Renderprozess gerät ins Stocken. Sony setzt daher auf schnellen GDDR5-Speicher (256 Bit, 2750 MHz), auf den CPU und GPU zugreifen können (Unified Memory) und der eine stattliche Transferrate von 176 GByte/s erreicht – das entspricht fast einer ab 320 Euro erhältlichen GeForce GTX 670. Microsoft nutzt 8 GByte günstigeren DDR3-2133-Speicher, der lediglich 68,3 GByte/s bewegt, und versucht mit eSRAM die vergleichsweise geringe Transferrate auszugleichen.

Dieser eingebettete Speicher fasst zwar nur 32 MByte, soll aber laut Vgleaks mit 102 GByte/s extrem schnell angebunden sein. Für welche Daten und Operationen Microsoft diesen Bereich reserviert, ist noch unbekannt. Für schnelle Framebuffer-Operationen, wie schon bei der Xbox 360 (10 MByte eDRAM), würde der Platz völlig ausreichen und dadurch die Zugriffe der GPU auf den langsameren DDR3-Speicher reduzieren. Microsofts Behauptung, die Xbox One verfüge über eine Bandbreite von 200 GByte/s ist also nur eine Kombination aus Grundschulmathematik und Marketing, denn die Redmonder addieren offenbar die Transferraten für den DDR3-Speicher, den eSRAM und die CPU-GPU-Verbindung (30 GByte/s). Sony hat sich nach Worten des Chefentwicklers Mark Cerny gegen ein solches Embedded-RAM-Konzept entschieden, da dies den Aufwand für Entwickler erhöhe. Vielmehr wollte man mit GDDR5-Speicher einen Flaschenhals beim Einsatz hochaufgelöster Texturen verhindern.

Unterm Strich dürften sich besonders die Spieleentwickler freuen. Bisher waren Gaming-PC (x86-CPU), PS3 (Cell) und Xbox 360 (PowerPC) grundverschiedene Welten. Der Wechsel der Konsolengiganten zur x86-Technik und einer identischen GPU mindert vermutlich den Aufwand für Programmierung, Optimierung und Support von Spielen. Die Menge an Arbeit für die Entwicklung eines Top-Titels stieg in den letzten Jahren stark an, schließlich erwarten Gamer eine glaubhafte Spielwelt, überraschende Effekte sowie feinste Details und Texturen. Deshalb verschlingt das für September erwartete GTA V nach Schätzungen über 137 Millionen US-Dollar. Das Problem sind dabei nicht bloß die gewaltigen Kosten, sondern man muss auch erst einmal genügend fähige Programmierer finden. Deshalb hilft es den Spiele-Studios, wenn ein Titel auf mehreren Ziel-Plattformen rund läuft, ohne dass aufwendige Code-Anpassungen nötig sind. Man will lieber mehr Neuheiten verkaufen, statt mit Cell und Co zu kämpfen. Für PC-Spieler könnte das künftig bedeuten, dass durch die wesentlich einfachere PC-Portierung manche, bislang meist um Monate verzögerte Konsolentitel schneller für den PC erscheinen (Stichwort: Grand Theft Auto), sofern dies nicht wirtschaftsstrategische Entscheidungen eines Publishers verhindern. Außerdem dürfte die grafische Qualität von PC-Spielen zukünftig ansteigen.

Obgleich die Xbox One eine geringere 3D-Leistung als die Playstation 4 bietet, dürften Multiplattformtitel auf beiden Konsolen ähnlich gut aussehen – besonders in Hinblick auf den großen Betrachtungsabstand zum Fernseher. Es ist aber denkbar, dass manche Spiele auf der Playstation 4 etwa eine feinere Kantenglättung oder mehr Partikeleffekte als auf der Xbox One zeigen, schließlich ist der Aufwand zur Implementation solcher einfachen (Shader-)Funktionen sehr gering. Bei Exklusivtiteln könnte sich die höhere Grafikleistung der Playstation 4 allerdings sichtlich bemerkbar machen, schließlich können Programmierer die GPU-Hardware dann voll ausnutzen. Mit den Jahren könnte es auch passieren, dass anspruchsvolle Multiplattformtitel auf der Xbox One in einer geringeren Auflösung als Full HD rendern und ihr Bild dann schlicht hochskalieren, wie dies die aktuellen Konsolen wegen ihrer antiken Hardware schon lange tun. Wie gut die ersten Spiele für Xbox One und Playstation 4 aussehen werden, wird sich auf der E3-Spielemesse zeigen, die vom 11. bis 13. Juni in Los Angeles stattfindet.

AMD-Konkurrent Nvidia kann dem Treiben nur zusehen – Technik der Firma steckt weder in der Xbox One noch der Playstation 4. Das liegt daran, dass AMD seine GPU-Architektur schon seit Jahren Stück für Stück auf die Verschmelzung mit x86-CPUs ausrichtet, also auf die Verwendung in CPU-GPU-Kombiprozessoren. Die aktuellen GCN-GPUs sind bereits für die Arbeit in gemeinsamen x86-Speicherbereichen (hUMA-Konzept) optimiert. Nvidia steht hier mit ziemlich leeren Händen da: keine x86-Lizenz, keine 64-Bit-CPU. Dass Nvidia freiwillig auf eine Zusammenarbeit mit Sony und Co verzichtete, wie von einem Nvidia-Top-Manager noch im März verkündet wurde, ist unwahrscheinlich.

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Die Xbox One berechnet mehr Spiele als Sonys Playstation 4 nicht in 1080p, sondern mit einer geringeren Auflösung. Außer der reinen Rechenleistung ist dies den 32 MByte ESRAM geschuldet. Dennoch ist 1080p mit 60 fps sehr wohl auf der Xbox One möglich.


Spätestens mit der offiziellen Vorstellung der beiden Next-Gen-Konsolen war klar, welche etwas langsamer und schwieriger zu programmieren sein wird: die Xbox One. Daher laufen einige Spiele in hochskaliertem 900p oder 720p - darunter Battlefield 4, CoD Ghosts, Dead Rising 3 und Ryse. Die derzeitigen 1080p-Ausnahmen mit bestätigter Bildrate sind beispielsweise Forza 5, Kinect Sports Rivals, NBA 2K14, Need for Speed Rivals und UFC. Gerade Renn- und Sportspiele sind oft grafisch nicht so anspruchsvoll wie etwa Shooter. Bei den Bildraten gilt zu beachten, dass diese meist - aber nicht immer - konstant bleiben.