為“宅男”定制的超大芯片這次微軟揭開(kāi)了它的全部“秘密”

張平

距離微軟Xbox Series X游戲主機(jī)正式發(fā)售已經(jīng)過(guò)去一段時(shí)間了，雖然由于缺貨、漲價(jià)等因素，有關(guān)這款游戲主機(jī)的爭(zhēng)議依舊很多。但不得不說(shuō)，憑借全新設(shè)計(jì)的SoC和整體架構(gòu)，XboxSeries X還是帶來(lái)了超越之前所有游戲主機(jī)的強(qiáng)悍性能和出色的使用體驗(yàn)。不過(guò)，針對(duì)這款主機(jī)產(chǎn)品，人們也有很多問(wèn)題，比如SoC架構(gòu)為什么要這樣設(shè)計(jì)？它的散熱設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)在哪里？為什么沒(méi)有開(kāi)啟所有的GPU單元？在最新的ISSCC會(huì)議上，微軟詳細(xì)解答了大家關(guān)心的諸多問(wèn)題。

天下苦續(xù)航久矣

在2021年2月的ISSCC（國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議）上，微軟進(jìn)行了主題為“Xbox Series X SoC：下一代游戲主機(jī)”的演講。在30分鐘里，微軟詳細(xì)介紹了Xbox Series X SoC（對(duì)于這款處理器下文將簡(jiǎn)稱為“X SoC”，而游戲主機(jī)下文簡(jiǎn)稱為“Xbox X”）的相關(guān)內(nèi)容，雖然其中有關(guān)架構(gòu)和性能的部分信息大家之前應(yīng)該有過(guò)了解，但是更多內(nèi)容則是微軟首次披露，包括SoC的整個(gè)架構(gòu)平衡、散熱設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)系統(tǒng)以及制造、工藝選擇、成本等方面的內(nèi)容，依舊有不少值得挖掘的信息。

代號(hào)“Scarlett”：XboxSeries X SoC概述

X SoC是微軟近幾年來(lái)設(shè)計(jì)過(guò)的最龐大復(fù)雜的SoC產(chǎn)品。有關(guān)它的一些信息本刊此前有過(guò)解讀，因此對(duì)重復(fù)的內(nèi)容本文僅做必要的簡(jiǎn)介。

X SoC的研發(fā)代號(hào)是“Scarlett”，這也是微軟選擇臺(tái)積電N7制程也就是7nm制程制造的一款SoC產(chǎn)品，整個(gè)SoC集成了153億晶體管，芯片尺寸為360.4mm2，兩個(gè)邊的長(zhǎng)度分別是15.83lmm和22.765mm.

Scarlett內(nèi)部封裝了移動(dòng)架構(gòu)的Zen 2內(nèi)核，總計(jì)8個(gè)，整體配置分為2組，每組4個(gè)內(nèi)核，每組內(nèi)核共享4MBL3緩存，大致的配置方案與AMD面向移動(dòng)市場(chǎng)的Renoir和Lucien ne處理器類似。GPU方面則采用了RDNA架構(gòu)，擁有12TFLOPS的算力，通過(guò)可伸縮的數(shù)據(jù)連接結(jié)構(gòu)連接至CPU。整個(gè)GPU一共設(shè)計(jì)了56個(gè)計(jì)算單元，但是只開(kāi)啟了其中的52個(gè)。

內(nèi)存方面，整個(gè)SoC通過(guò)20個(gè)16bit通道連接至16GB GDDR6內(nèi)存，其中10GB是采用了高性能通道設(shè)計(jì)，可以為游戲提供560G B/s的帶寬。其余6GB帶寬僅為336GB/s，性能較低，適用于非游戲場(chǎng)合或者非內(nèi)存瓶頸場(chǎng)合。由于帶寬降低，這部分內(nèi)存的功率也比較低。

視頻編解碼方面，X SoC支持4K或者8K的AVC編解碼、H EVC/VP9HDR的解碼以及AVC HDR的編碼。另外處理器內(nèi)部還擁有3個(gè)音頻協(xié)處理器，可以實(shí)現(xiàn)MOVAD（支持Opus或者Vorbis），CFPU2頻域處理，以及用于MEC的Logan IP（用于計(jì)算多通道回聲消除），并且可以消除麥克風(fēng)背景噪音等。

安全方面，X SoC內(nèi)部增加了HSP（硬件安全處理器），并啟用了信任根以及所有加密功能，比如安全硬件加密秘鑰等。當(dāng)然，HSP也是微軟的Pluton加密體系結(jié)構(gòu)的一部分。另外，其內(nèi)置的MSP媒體流處理器可以對(duì)AES加密的外部媒體設(shè)備進(jìn)行快速加密和解密，其性能足以滿足PCIe 4.0高帶寬的需求。存儲(chǔ)方面，和上一代7200rpm的HDD硬盤相比，Xbox Velocity體系結(jié)構(gòu)在啟用NVMe以及MPS等技術(shù)后，大幅度提高加載速度，并為尚未以壓縮格式存儲(chǔ)的游戲節(jié)約大約35%的空間。

微軟表示Xbox X和X SoC帶來(lái)了相對(duì)于上代產(chǎn)品3倍的CPU性能、2倍的GPU性能、1.7倍的內(nèi)存帶寬、2倍IO帶寬的、2.4倍的每瓦特性能、相同的聲學(xué)表現(xiàn)但是同時(shí)只有上代產(chǎn)品0.9倍的體積，并且能夠帶來(lái)更嚴(yán)格的媒體版權(quán)保護(hù)等。

在大家比較關(guān)注的功耗方面，微軟沒(méi)有給出太詳細(xì)的數(shù)據(jù)，只說(shuō)和2013年的芯片相比，X SoC的功耗提高了大約1 5%。有媒體根據(jù)微軟的相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行情況給出了估計(jì)數(shù)據(jù)——整個(gè)Xbox X的功耗峰值應(yīng)該在270W左右。這是因?yàn)槲④浱峁┝俗罡?15W的電源，考慮到必要的余量，因此主機(jī)的功耗應(yīng)該在270W左右比較合理。在預(yù)估的270W中，X SoC應(yīng)該占據(jù)很大一部分，微軟宣稱自己不會(huì)在未確定芯片所處的技術(shù)環(huán)境的前提下提供這款芯片的功耗表現(xiàn)。另外，GDDR6內(nèi)存和20個(gè)內(nèi)存通道也會(huì)占用部分能耗，當(dāng)然還有SSD。因此合理估計(jì)的話，X SoC和GDDR6內(nèi)存的功耗大約在225W左右，考慮到16Gbps GDDR6芯片的單個(gè)功耗在2.5W左右，那么內(nèi)存應(yīng)該為25W，推測(cè)出X SoC最大應(yīng)該可以承受200W左右的功耗。

當(dāng)然以上只是估計(jì)數(shù)據(jù)，考慮的是SoC滿載的情況，但這樣的狀況在實(shí)際使用中是基本不會(huì)出現(xiàn)的，即使是運(yùn)行對(duì)計(jì)算壓力很大的游戲《戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器5》，Xbox X的實(shí)際測(cè)試功耗也僅為202W。

臺(tái)積電前來(lái)助力：XboxSeries X SoC的工藝優(yōu)化

除了設(shè)計(jì)方面微軟做出了大量改進(jìn)外，在制造方面微軟也配合廠商進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，制造一個(gè)處理器可能會(huì)有數(shù)千個(gè)選項(xiàng)，其中所有的選項(xiàng)都會(huì)影響到別的選項(xiàng)。廠商需要在這些復(fù)雜的配比中找到合適的組合，以生產(chǎn)出擁有最佳性能、最佳頻率、最佳功耗和最佳效率的產(chǎn)品，這都需要不斷嘗試，才能獲得相對(duì)出色的數(shù)值。

微軟介紹了自己配合AMD和臺(tái)積電，在SoC的制造上實(shí)施了兩種新方法從而獲得了更出色的產(chǎn)品。其中之一是重新校準(zhǔn)并進(jìn)一步確定針對(duì)晶體管頻率和漏電流定義所需的最小電壓值和最小電流值;另一個(gè)方法是在定義的搜索空間內(nèi)找到局部電壓最小值，也就是Vmin。

通過(guò)這兩個(gè)手段的結(jié)合，微軟宣稱SoC的功耗降低了10%-15%，這是純粹從制造角度獲得的收益。但是，這類優(yōu)化的效果可能取決于耗費(fèi)的時(shí)間以及投資，畢竟不斷測(cè)試芯片的電壓和電流值是一個(gè)非常麻煩的工作，會(huì)占據(jù)大量工時(shí)，至于微軟具體是如何實(shí)施的暫時(shí)還不清楚。

產(chǎn)能問(wèn)題：GPU良率限制

一般來(lái)說(shuō)，較大尺寸的芯片在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)不可避免地產(chǎn)生各種缺陷，并且不同的芯片其性能表現(xiàn)也有所不同，對(duì)芯片設(shè)計(jì)和制造而言，就需要做到兼顧性能和缺陷。和臺(tái)式電腦、筆記本電腦等產(chǎn)品可以設(shè)定多個(gè)不同檔次的芯片并使用屏蔽部分單元、降低頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品分級(jí)有所不同的是，游戲主機(jī)往往只有一個(gè)硬件配置和一個(gè)確定的性能目標(biāo)，因此在良率控制上需要更為精細(xì)地調(diào)整。

上文介紹的很多內(nèi)容主要是涉及性能、噪音和功耗，但是在良率方面，X SoC也非常值得研究。其中一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容就是X SoC在架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)包含了56個(gè)計(jì)算單元，但是最終只開(kāi)啟了52個(gè)。有關(guān)這一點(diǎn)，微軟在ISSCC上披露了很多詳細(xì)的信息。

微軟在這里定義了一個(gè)名為WGP的單元，一個(gè)WGP單元包含2個(gè)GPU計(jì)算單元和一些共享資源，因?yàn)閄 SoC擁有56個(gè)計(jì)算單元，這意味著整個(gè)SoC上擁有28個(gè)WGP。

微軟宣稱很多已有的芯片可以啟用全部28個(gè)WGP，并且GPU部分的目標(biāo)是提供12TFLOPS的性能。因此微軟在這部分可以選擇2個(gè)配置方案：一是選擇1675M Hz下啟用28個(gè)WGP，另一個(gè)方案則是在1825MHz下啟用26個(gè)WGP。

這兩個(gè)方案均可以達(dá)到12TFLOPS，但是前者頻率較低，這意味著較低的電壓和功耗。微軟提到，如果啟用全部28個(gè)WGP，那么總功耗將降低20%。

實(shí)際上，節(jié)省20%的功耗是相當(dāng)可觀的，這意味著可以提高每瓦特性能，且擁有提高性能的空間。但是問(wèn)題在于，受限于芯片良率問(wèn)題，當(dāng)所有芯片都啟用28個(gè)WGP時(shí)，微軟可能沒(méi)辦法獲得足夠數(shù)量的芯片，這意味著28個(gè)WGP的版本可能在經(jīng)濟(jì)學(xué)上缺乏意義。

微軟給出的數(shù)據(jù)顯示，目前使用的臺(tái)積電DUV 7nm工藝，其宣稱缺陷為每平方厘米0.09個(gè)。簡(jiǎn)單計(jì)算可知，300mm的晶元擁有706.86mm2，這意味著會(huì)有64個(gè)缺陷存在，再根據(jù)X SoC的面積可知，300mm晶元除去邊緣圓形部分，可以生產(chǎn)大約147個(gè)芯片。在這147個(gè)芯片中，如果都滿足微軟設(shè)定的頻率和功耗數(shù)據(jù)，再考慮缺陷率，則每個(gè)晶元將擁有107個(gè)合格的芯片。因此，這部分的收益率就是73%。

當(dāng)然，這里的計(jì)算是理論值。在收益率73%的情況下，考慮到SoC中GPU占據(jù)了最大部分，因此缺陷大部分都會(huì)發(fā)生在WGP上，這使得廠商可以通過(guò)禁用這個(gè)WGP，來(lái)使得整個(gè)芯片正常工作。當(dāng)缺陷發(fā)生在非GPU部分，比如CPU或者緩存的話，則整個(gè)芯片就會(huì)報(bào)廢，當(dāng)然這種概率不是沒(méi)有，但的確不高。因此，當(dāng)缺陷率為每平方厘米0.09個(gè)，且同一個(gè)芯片上不發(fā)生2個(gè)缺陷（這種情況不是沒(méi)有，但是極少）的情況下，通過(guò)禁用2個(gè)WGP而選擇只有26個(gè)WGP的芯片，可以使得幾乎整個(gè)產(chǎn)線上的芯片都可以使用并有效降低接近1/3的芯片成本，顯然這是一筆劃算的經(jīng)濟(jì)賬。

微軟曾經(jīng)提過(guò)這代游戲主機(jī)的處理器成本相比Xbox One X高很多，更比2013年的Xbox One高不少（本刊之前的文章做過(guò)詳細(xì)分析），其原因主要在于較大的芯片面積、更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)、更復(fù)雜的生產(chǎn)步驟、更高的晶片價(jià)格、更低的良率以及更多知識(shí)產(chǎn)權(quán)等。因此，以20%的功耗為代價(jià)，獲取接近1/3的成本降低是極為劃算的，甚至26個(gè)WGP的方案在很大程度上影響了Xbox X的供貨。因?yàn)槿绻捎?8個(gè)WGP的方案，那么根據(jù)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在微軟已經(jīng)賣出了233萬(wàn)臺(tái)Xbox X的情況下，就需要21800個(gè)300mm的晶元（73%良率）。如果采用26個(gè)WGP的方案，這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)降低至1 6000個(gè)。考慮到現(xiàn)在Xbox X等游戲主機(jī)缺貨的情況，微軟做出這樣的選擇顯然是非常合適的。

解決芯片散熱問(wèn)題

所謂熱密度，是指芯片單位面積所產(chǎn)生熱量的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值可以用于指代整個(gè)芯片，也可以單獨(dú)考察芯片的某一部分，尤其是對(duì)SoC產(chǎn)品而言。一般來(lái)說(shuō)，芯片熱密度較高的區(qū)域，可能會(huì)在高負(fù)荷工作下呈現(xiàn)極端高溫，且難以快速散發(fā)出去，這將導(dǎo)致整個(gè)芯片運(yùn)行不穩(wěn)定或者影響芯片性能。對(duì)芯片設(shè)計(jì)而言，需要將兩個(gè)熱密度較高的區(qū)域盡量遠(yuǎn)離以避免互相影響，比如CPU和GPU區(qū)域，這對(duì)芯片設(shè)計(jì)提出了更高的要求。一般來(lái)說(shuō)，SoC中熱密度最高的區(qū)域是GPU，因?yàn)镾oC的GPU規(guī)模大且數(shù)據(jù)流量也大，晶體管頻繁開(kāi)關(guān)工作會(huì)帶來(lái)較高的熱量，從而帶來(lái)了這個(gè)區(qū)域相對(duì)較高的熱密度。

但是，微軟宣稱X SoC上的情況有所不同——在這款SoC中熱密度最高的區(qū)域反而是CPU區(qū)域。因?yàn)閄 SoC使用了AMD 2en2高性能核心，它相比上代超高性能功耗比的Jaguar內(nèi)核有著更高的熱密度，尤其是在游戲負(fù)載增加時(shí)，CPU內(nèi)部雙256bit浮點(diǎn)單元是功耗和熱密度最高的區(qū)域。

從微軟展示的圖片（下圖）可以看到，當(dāng)進(jìn)行某種任務(wù)時(shí)（微軟沒(méi)有說(shuō)明圖片中SoC正在進(jìn)行怎樣的工作，是游戲還是專門的負(fù)載測(cè)試），CPU的浮點(diǎn)區(qū)域最高溫度高達(dá)87.4。C，接近極值。相比之下，GPU部分的最高溫度更低，為80.9。C。當(dāng)然，溫暖的高低還取決于硬件的頻率選擇等因素，因此設(shè)計(jì)人員需要在CPU、GPU以及整體的特性和散熱、噪音等方面找到平衡點(diǎn)。

微軟也表示，由于CPU現(xiàn)在存在溫度過(guò)高的情況，因此散熱設(shè)備的噪音和CPU的溫度存在顯著關(guān)聯(lián)。微軟還給出一個(gè)數(shù)據(jù)，那就是CPU對(duì)噪音的影響是不成比例的，CPU每多消耗1W功耗，其帶來(lái)噪音的能力是GPU的5倍。

因?yàn)檫@種情況的存在，微軟花了更多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行CPU方面有關(guān)頻率、功耗的優(yōu)化，從而在性能和散熱之間進(jìn)行權(quán)衡。這也是為什么在啟動(dòng)多線程時(shí)系統(tǒng)以3.6GHz運(yùn)行，而在禁用多線程時(shí)系統(tǒng)可以運(yùn)行在3.8GHz的原因之一。

最佳體驗(yàn)：在噪音、功耗和散熱方面進(jìn)行平衡處理

對(duì)于任何獨(dú)立的系統(tǒng)，比如游戲主機(jī)和PC，要在噪音、功耗和散熱等方面達(dá)到平衡都類似于求解多維方程，尤其是新系統(tǒng)具有更大的功耗輸出，但同時(shí)又嚴(yán)格要求設(shè)備體積的情況。微軟解釋到，對(duì)于Xbox X而言，他們的設(shè)計(jì)目標(biāo)是比上一代產(chǎn)品的TDP高15%，但是體積縮小20%，同時(shí)在噪音方面和上一代基本相同。

最終的結(jié)果是Xbox X相比上代產(chǎn)品的體積減少了10%，但是微軟啟用了三通道并行的散熱設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了同時(shí)能夠給SoC和內(nèi)存散熱的一體式均熱板散熱片，用于供電部分、南橋和其他組件散熱的中央機(jī)箱氣流擋板，以及用于后部電源的散熱通道。在風(fēng)扇方面，Xbox X采用的是130mm軸流風(fēng)扇，使用了三相無(wú)刷電機(jī)。這種電機(jī)的特性是高性能、低噪音以及高可靠性，能夠滿足Xbox X在長(zhǎng)期使用中的穩(wěn)定性和可靠性。

微軟還提供了Xbox X運(yùn)行時(shí)詳細(xì)的截面熱成像圖。從這個(gè)圖中可以看出，右側(cè)的SoC散熱器部分是整個(gè)設(shè)備散熱壓力最重的區(qū)域，中間是氣流擋板，左側(cè)則是系統(tǒng)的其余部分，包括帶有10芯片的第二塊PCB。整個(gè)Xbox X有2塊PCB，其中一塊包含了X SoC，另一塊則用于所有和10相關(guān)的設(shè)備、連接等。這一設(shè)計(jì)可以區(qū)隔兩個(gè)部分的熱量并提高空間利用率。不過(guò)其唯一需要考慮的問(wèn)題就是電路板之間的連接會(huì)產(chǎn)生比較小的熱量，另外它們之間的數(shù)據(jù)帶寬也需要認(rèn)真處理。

一點(diǎn)也不浪費(fèi)：芯片的電源控制優(yōu)化

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)給定的系統(tǒng)，給出電源狀態(tài)后，就會(huì)得到有關(guān)能耗、熱量、噪音以及當(dāng)前任務(wù)所需性能的數(shù)據(jù)。比如通知系統(tǒng)在峰值狀態(tài)下運(yùn)行，可以盡快完成計(jì)算任務(wù)，但是會(huì)降低能耗比，帶來(lái)更多熱量和噪音。

PC會(huì)經(jīng)常改變電源狀態(tài)，比如針對(duì)不同的情況有不同的電源狀態(tài)設(shè)置。AMD之前推出了名為CPPC2的技術(shù)，允許電源狀態(tài)根據(jù)不同的使用情況實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的變化。但是，游戲主機(jī)卻不能使用類似的功能，因此AMD的CPPC2技術(shù)和游戲開(kāi)發(fā)者使用主機(jī)的方式存在差異。

為此，微軟重新定義了系統(tǒng)的一部分電源狀態(tài)，以便為游戲、視頻播放、下載以及其他功能提供正確的電源配置和性能輸出。根據(jù)微軟的數(shù)據(jù)，Xbox X的每個(gè)部分都有自己的一組電源狀態(tài)。其中，CPU擁有8個(gè)電源狀態(tài)，GPU擁有5個(gè)電源狀態(tài)，GDDR內(nèi)存擁有3個(gè)電源狀態(tài)，其余內(nèi)部結(jié)構(gòu)擁有4個(gè)電源狀態(tài)。整個(gè)Xbox X系統(tǒng)就在這些不同的電源狀態(tài)內(nèi)根據(jù)需要組合運(yùn)行。

此外微軟還定義了一些條件，使得開(kāi)發(fā)人員能夠針對(duì)給定的功能和性能進(jìn)行優(yōu)化工作和測(cè)試。在微軟的定義中，游戲運(yùn)行在1920x1080分辨率下至少30fps是最基本的標(biāo)準(zhǔn)，但是如果開(kāi)發(fā)人員認(rèn)為系統(tǒng)性能已經(jīng)超出需求，還可以手動(dòng)調(diào)整電源狀態(tài)從而得到不同的性能水平。

微軟給出了一張表格用于展示Xbox X的性能水平和電源狀態(tài)的設(shè)置信息。可以看到在3D游戲時(shí)，所有的性能狀態(tài)都設(shè)置為最大，因此系統(tǒng)可以完全體現(xiàn)出最高級(jí)別的性能數(shù)據(jù)。在視頻播放中根據(jù)不同的視頻格式，系統(tǒng)將會(huì)設(shè)置為不同的電源狀態(tài)和性能級(jí)別，其中要求最高的是播放8K@30Hz視頻時(shí)，CPU將擁有相當(dāng)于游戲滿載時(shí)27%的電源消耗上限值。另外還有包括后臺(tái)下載、連接等待、待機(jī)等待等模式。當(dāng)然，除了微軟給出的數(shù)據(jù)外，還有包括2D游戲或者獨(dú)立游戲這些性能消耗較小的模式，以及系統(tǒng)檢測(cè)到某些性能要求極低的情況。

提高能耗比：新的電源管理方式

微軟提及，這次新的SoC設(shè)計(jì)目標(biāo)之_就是試圖在SoC上盡可能多的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功耗控制，即使可以節(jié)能1%，也能積少成多。此次微軟通過(guò)與AMD合作實(shí)現(xiàn)了很多新功能，其中很大部分也被使用在AMD的APU和CPU中。從時(shí)間上來(lái)看，X SoC是當(dāng)時(shí)第一個(gè)基于2en2的SoC產(chǎn)品，因此很多技術(shù)在其之上的應(yīng)用具有初創(chuàng)和獨(dú)創(chuàng)性。微軟宣稱整個(gè)X SoC的能耗控制包括三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，一是電能監(jiān)視和調(diào)節(jié)，二是流程優(yōu)化，三是電源狀態(tài)管理，這三者分別帶來(lái)了大約10%、10%-15%以及可調(diào)范圍的能源節(jié)省。

首先來(lái)看電能監(jiān)控和調(diào)節(jié)部分。微軟在發(fā)布會(huì)上給出了很多之前在AMD相關(guān)產(chǎn)品上已經(jīng)使用過(guò)的功能，包括數(shù)字低壓差穩(wěn)壓器、動(dòng)態(tài)電壓頻率縮放和直流啟動(dòng)時(shí)校準(zhǔn)等。實(shí)際上AMD在第一代Zen架構(gòu)的產(chǎn)品中就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電能監(jiān)控的相關(guān)功能，當(dāng)時(shí)AMD能夠提供給內(nèi)核內(nèi)部關(guān)鍵路徑能耗有關(guān)的額外信息，這樣電壓保護(hù)的相關(guān)設(shè)計(jì)就能夠針對(duì)給定的工作負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化了。并且，這個(gè)功能可以和DLDO穩(wěn)壓器一起使用，這個(gè)穩(wěn)壓器可以提供基于每個(gè)核心實(shí)際情況的電壓控制的功能，而不是基于每個(gè)AMD定義的ccx。X SoC引入了大量使用Zen 2架構(gòu)但是面向移動(dòng)平臺(tái)的技術(shù)，更類似于Renoir APU。不過(guò)，AMD自己也只有到了第二代Lucienne APU上才為移動(dòng)平臺(tái)配備了DLDO功能，類似的功能在桌面平臺(tái)已經(jīng)使用兩代。

另外，DVFS（細(xì)粒度動(dòng)態(tài)電壓頻率縮放技術(shù)）也是AMD在銳龍和相關(guān)APU上使用的—項(xiàng)技術(shù)。這個(gè)技術(shù)不僅能更好地控制CPU頻率，而且可以將電源狀態(tài)降低到芯片在目標(biāo)頻率下所能耐受的最低電壓附近。這樣一來(lái)通過(guò)DVFS，AMD就可以降低芯片電壓來(lái)降低功耗從而提高能耗比，再配合DLDO功能，又能夠在每個(gè)核心上精細(xì)地實(shí)現(xiàn)電壓和功耗控制。此外，DVFS還可以搭配AMD的CPPC2電源狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)更好的效果。

另一個(gè)技術(shù)是CLDO（芯片低壓降穩(wěn)壓器）。AMD很少提及這個(gè)技術(shù)，但是微軟卻給出了其詳細(xì)內(nèi)容。這項(xiàng)技術(shù)的目的是用于降低L2和L3緩存的功耗。隨著緩存增大，緩存本身的功耗也成為整個(gè)芯片上需要嚴(yán)格控制的部分，這一點(diǎn)在移動(dòng)處理器上還好，因?yàn)?en2架構(gòu)移動(dòng)處理器的每個(gè)ccx只有4MB L3緩存，但是在臺(tái)式機(jī)上，緩存高達(dá)16MB，是X SoC的4倍。因此，這個(gè)技術(shù)在臺(tái)式機(jī)上早有應(yīng)用，在移動(dòng)設(shè)備上也有顯著效果。微軟在這里明確提及了這個(gè)功能，但是沒(méi)有說(shuō)明是針對(duì)CCX還是每個(gè)核心。但無(wú)論如何，CLDO還是相當(dāng)有效且能夠提高性能功耗比的。

最后一個(gè)技術(shù)則是DC-BTC（電流和電壓容差的啟動(dòng)時(shí)校準(zhǔn)）。這個(gè)技術(shù)比較老了，是AMD在推土機(jī)時(shí)代開(kāi)發(fā)的，目的是在芯片和組件老化時(shí)提供相對(duì)合理的電壓加成值。一般來(lái)說(shuō)，芯片長(zhǎng)期使用后由于電子遷移和熱效應(yīng)會(huì)老化，通常需要更高的電壓才能達(dá)到之前較低電壓的效果。如果沒(méi)有DC-BTC控制的話，SoC會(huì)在一開(kāi)始就略微提高電壓，這稱為“老化裕度”，并伴隨著較高的電壓調(diào)節(jié)容差。這樣做實(shí)際上帶來(lái)了惡性循環(huán)，因?yàn)檩^高的電壓會(huì)帶來(lái)更高的電子遷移率和發(fā)熱量，這樣會(huì)導(dǎo)致芯片提前老化。因此，在芯片工作時(shí)以某種方式進(jìn)行老化校準(zhǔn)并給予最低限度的電壓加成，可以使得芯片功耗更低，壽命更長(zhǎng)，同時(shí)提高了性能功耗比。

小小的游戲主機(jī)，龐大的系統(tǒng)工程

其實(shí)很少有廠商如此詳細(xì)地披露自己在研發(fā)一款產(chǎn)品中遇到的各種技術(shù)選擇和大量的測(cè)試情況。之前根據(jù)微軟的消息，大家似乎已經(jīng)了解了Xbox X以及X SoC的各種內(nèi)容，但是在ISSCC上，微軟又一次給出了更多的內(nèi)部資料，這又使得我們可以更為深入地了解到微軟是如何在性能、功耗、噪音、體積、成本等諸多因素之間平衡的，甚至包括為什么這樣做以及背后的原因，面臨的選擇都是什么。可以看到，一個(gè)看似小小的游戲主機(jī)，實(shí)際上是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。