Microsofts Xbox-One-X-Benchmarks enthüllt - Digital Foundry

Natives 4K vs. 900p/1080p auf der Xbox One und Messwerte zur Abwärtskompatibilität.

Wir hatten gehofft, dass auf der E3 die Frage nach dem rohen Gaming-Potential der Xbox One X beantwortet wird, aber nur eine Handvoll nativer Titel wurde gezeigt - und daher besteht noch etwas Skepsis im Hinblick aufs Microsofts Versprechungen bezüglich "echtem 4K". Im Zuge des Events sprachen Entwickler über beeindruckende Resultate mit dem System: Monolith hat natives 4K für Mittelerde: Schatten des Krieges bestätigt, während Respawn Entertainment angibt, dass Titanfall 2 dynamisch bis zur 6K-Auflösung hochskaliert. Darüber hinaus vergleicht Ark-Entwickler Studio Wildcard die Xbox One X mit einem PC, in dem eine GTX 1070 mit 16 GB RAM arbeiten. Microsoft legt großen Wert auf die nativen 4K-Fähigkeiten des Geräts und frühe eigene Benchmarks zeichnen ein ansprechendes Bild von den Fähigkeiten der Hardware.

Wir veröffentlichen heute diese Messwerte, allerdings müssen sie in den richtigen Kontext gestellt werden. Unser Besuch des Redmond-Campus von Microsoft Ende März fand zwischen zwei "Xfest"-Entwicklerevents von Microsoft statt - eine dieser Veranstaltungen fand eine Woche vor unserem Besuch in Großbritannien statt, die andere in den USA kurz danach. David Cook, ein Software Engineer bei Microsofts Advanced Technology Group (ATG), präsentierte einen detaillierten Überblick der Scorpio-Engine-GPU, womit er viele der Details abdeckte, die ihr bereits in unserer Vorstellung von Project Scorpio bzw. der Xbox One X gesehen habt - aber ergänzt wurden die Spezifikationen durch detaillierte Performance-Profile. Obwohl Microsoft zuvor exklusiv mit uns über die Hardware sprach, stellte man diese Zahlen nicht zur Verfügung - wir erhielten sie über Entwicklerkontakte und haben sie vor der Veröffentlichung zusätzlich verifiziert.

Es ist ein faszinierender Einblick in die Performance-Charakteristik der Scorpio-Engine. Zusätzlich zu den Daten zeigt die Präsentation, wie sich die GPU-Engpässe durch den Wechsel von der Xbox One zur Xbox One X etwas verlagern - die Rechenleistung ist eine entscheidende Einschränkung des älteren Systems, aber in vielen Szenarien wechselt es bei der neuen Hardware zu Einschränkungen hinsichtlich des Arbeitsspeichers, der Geometrie oder Pixelzahl, was einen Richtungswechsel des Entwicklers nötig macht. Das Augenmerk fällt wieder auf die Rechenleistung zurück - ein Bereich, in dem die Scorpio-Engine glänzt. Erfreulicherweise plädiert Microsoft scheinbar auch für einen Wechsel von vierfachem zu achtfachem Anisotropic-Texture-Filtering - und das ist sehr wichtig, um aus einer Ultra-HD-Präsentation das Meiste herauszuholen.

Screenshots von Microsofts Performance-Analyse-Tool - PIX - wurden verwendet, um die Performance-Engpässe hervorzuheben, ebenso demonstrierte man die Skalierbarkeit der Auflösung auf der Xbox One X. Von neuen Spielen wurden Daten gezeigt, diese sind zum Teil bereits erhältlich und zum Teil noch in der Entwicklung. Unten seht ihr die Tabelle mit allen Informationen, die dazu genannt wurden. Es wird sicherlich für Spekulationen darüber sorgen, um welche Spiele es sich dabei tatsächlich handelt. Wir sind uns recht sicher, dass die Titel B und C Forza Motorsport 7 und Gears of War 4 sind, während lediglich Star Wars Battlefront zu den Attributen von Titel H passt. Würden wir spekulieren, wäre ReCore ein wahrscheinlicher Kandidat für Titel A und Halo Wars 2 ein Kandidat für Titel G, aber das sind wirklich nur Spekulationen. Es geht weniger darum, welche Titel es sind, sondern vielmehr darum, wie sie auf der Xbox-One-X-Hardware im Vergleich zu ihrer Performance auf dem Basis-Modell skalieren.

Rich erklärt in diesem Video-Guide die Benchmarks der Xbox One X und deckt dabei das 4K-Scaling von 900p- und 1080p-Titeln sowie die Performance von abwärtskompatiblen Spielen ab.

Um diese PIX-Werte zu erhalten, wurden bei allen Titeln nur relativ simple Portierungen auf die Project-Scorpio-Entwicklungshardware durchgeführt - und das ist eine Herausforderung, wenn es darum geht, Daten zu erhalten, die repräsentativ für die finalen Spiele sind. Erstens wird eine frühe Version des Betriebssystems verwendet, während Scorpio-spezifische Hardware-Features gar keine Verwendung finden. Weiterhin ist das ESRAM des Basis-Modells direkt und ohne Tweaks dem GDDR5-Speicher der neuen Konsole zugewiesen. Das bedeutet, dass es zahlreiche Lese- und Schreibvorgänge zwischen RAM-Bereichen gibt, die völlig unnötig sind und in einem finalen Spiel nicht vorkommen würden. Andererseits sind es gänzlich GPU-basierte Benchmarks, wodurch Probleme mit der Zuweisung des Arbeitsspeichers zwischen CPU und GPU nicht berücksichtigt werden. Das gilt allerdings sowohl für die Xbox-One- als auch für die Xbox-One-X-Performance.

Zu berücksichtigen ist auch, dass diese PIX-Ergebnisse nur eine einzelne "Momentaufnahme" der GPU-Aktivität darstellen - und in jedem Spiel kann die GPU-Last dramatisch variieren. Allerdings können wir davon ausgehen, dass Microsoft sie ausgewählt hat, um repräsentativ zu zeigen, wie Spiele für die Basis-Xbox-One auf der Xbox One X skalieren. Wir haben die Daten von der ursprünglichen Frame-Zeit zur Framerate konvertiert (damit die Daten einfacher zu verarbeiten sind, die ursprünglichen Daten sind aber ebenfalls zu sehen), aber wir möchten betonen, dass diese Daten lediglich auf der GPU-Zeit beruhen, was nichts über eine mögliche Begrenzung der Framerate in einem finalen Spiel aussagt. Die Frame-Zeit bei Titel B (mit ziemlicher Sicherheit Forza Motorsport 7) beträgt auf der Xbox One zum Beispiel 13 ms, in 4K auf der Xbox One X sind es 11 ms. Eine Frame-Zeit von 11 ms würde in 90 FPS resultieren, aber offensichtlich ist das finale Spiel auf 60 FPS begrenzt. Wie wir wissen, nutzt Turn 10 den Leistungsüberschuss für eine verbesserte Grafik auf der neuen Konsole.

Die Präsentation gab an, dass es das Designziel der Xbox One X sei, native 1080p-Titel mit einem vierfachen Boost der Auflösung laufen zu lassen. Während unseres Besuchs hat Microsoft dieses Ziel noch einmal erweitert und will nun sowohl 900p- als auch 1080p-Spiele in 2160p laufen lassen. Die Daten für die meisten der neun Spiele zeigen ganz deutlich, dass dieses 4x-Ziel klar erreicht wird und das sogar ohne auf die neuen GPU-Features der Xbox One X zuzugreifen. Während das 900p-Scaling nicht direkt und sofort den gleichen Effekt bei der Verbesserung zeigt, erreichen doch zwei der drei dieser simplen Ports das Ziel, wobei Hardware-spezifische Verbesserungen wahrscheinlich den Unterschied ausmachen dürften.

forza7
Es dürfte einiges an Spekulationen geben, welche Titel das da unten genau sind. Wir sind ziemlich sicher, dass Titel B Forza 7 (siehe oben) sein dürfte, Titel C müsste Gears of War 4 sein und Titel H DICEs Star Wars Battlefront.
Genre Ziel Engine API Status (März '17)
Titel A Open-World-Adventure 900p30 Unity DX11 Erhältlich
Titel B Sport/Rennspiel 1080p60 Eigenentwicklung DX12 In Entwicklung
Titel C Linearer Shooter 1080p30 Unreal Engine 4 DX12 Erhältlich
Titel D Open-World-Action 900p30 In-House DX11 In Entwicklung
Titel E Open-World-Multiplayer 900p30 Unreal Engine 4 DX12 In Entwicklung
Titel F Sport/Rennspiel 1080p60 Eigenentwicklung DX11 In Entwicklung
Titel G Multiplayer-Strategie 1080p30 Eigenentwicklung DX11 Erhältlich
Titel H First-Person-Shooter 720p60 Eigenentwicklung DX12 Erhältlich
Titel I Open-World-Action 1080p30 Eigenentwicklung DX12 In Entwicklung

Angenommen, dass Titel B und C wirklich Forza 7 und Gears of War 4 sind, haben wie eine direkte Vergleichsmöglichkeit zwischen den ersten Daten der Ports und den optimierten Ergebnissen zu der E3. Turn 10s Engine ist wirklich in der Lage die 60 Frames zu erreichen, hat sogar noch ein paar Millisekunden Luft und mit einer Frame-Render-Zeit von 11 ms gibt es eine GPU-Last von 65 Prozent bei einem Titel, der auf 60 FPS abzielt. Genau das, was man auch in einer älteren Forza-Tech-Demo bei einer älteren Version der Engine sehen konnte. Man darf gespannt sein, welche Upgrades Turn 10 sich einfallen ließ, um es von der Version für die reguläre Xbox One abzuheben. Sicher ist, dass das Textur-Filtering in der von uns gespielten Demo fantastisch aussieht.

Spannender könnte Gears of War 4 sein. Ausgehend von den Benchmarks gibt es noch Luft nach dem Sprung auf 4K, aber nicht viel, jedenfalls nicht im Vergleich zu Forza. Allerdings hat The Coalition eine Reihe von Upgrades auf der E3 angekündigt, darunter höhere Textur-Auflösungen, höhere Polygon-Zahlen sowie verbesserte dynamische Schatten und Reflexionen. Es ist schwer zu glauben, dass all das innerhalb der relativ kleinen Verbesserung der Render-Zeit erreicht werden kann, was andeuten kann, dass intensivere Optimierungen für die Xbox One X sich dramatischer auf die Benchmark-Ergebnisse auswirken.

Wenn das der Fall ist, dann könnten zwei der drei 900p-Titel das 4K-Upgrade erreichen. Titel A ist nur 1 ms entfernt, mit der normalen Xbox One gleichzuziehen, während Titel E nur 2 ms davon entfernt ist, mit einer Verbesserung der Frame-Zeiten um fünf bis sechs Prozent jeweils. Es ist aber auch klar, dass nicht jedes Spiel das schaffen wird. Titel D - das Open-World-Adventure - wird das nicht erreichen. Vielleicht ist es Zufall, dass Assassin's Creed: Origins es zur E3 auf die Xbox One X schaffte und dort einen 2160p-Output zeigte, dafür aber Checkerboard und dynamisches Scaling brauchte. Das Endergebnis sieht in Bewegung dann allerdings immer noch sehr beeindruckend aus.

Man kann auch zumindest in einem gewissen Rahmen sicher sein, dass Titel H Star Wars Battlefront und die Frostbite-Engine sein dürfte. Ein 720p-Titel auf der normalen Xbox One und damit wird er auf der Xbox One X nicht in 4K laufen. Die reinen Zahlen zeigen, dass das 60-FPS-Spiel dann auf etwas um die 38 FPS fallen würde. Kein Wunder, bedenkt man, dass es sich dann um eine neunfach höhere Auflösung handeln würde. Ein Thema, bei dem wir zuletzt spekulierten wie die Ankunft der Xbox One X für die PS4 Pro eine gute Nachricht sein könnte. Wir nahmen an, dass das Frostbite-Team ihre Pro-Strategie für die Xbox One X anpassen würde, und basierend auf der Analyse von Anthem, das in 2160p mit Checkerboard auf Microsofts neuer Konsole zur E3 lief, ist das auch genau das, was hinter den Kulissen passierte.

Davon abgesehen gibt es noch eine Reihe von Merkwürdigkeiten in den Benchmarks, vor allem bei Titel I, einer Open-World-Action-Eigenentwicklung auf Basis von DX12. Die Frame-Zeiten auf der normalen Xbox One zeigen erstaunliche 59 ms, was suggeriert, dass dieser Teil des Spiels mit nur 17 Frames pro Sekunde lief. Es gibt Zugewinne, wenn natives 4K auf der One X läuft und die Performance scheint nicht GPU-begrenzt zu sein. Wenn die CPU ein Problem wäre, wäre das Scaling weit begrenzter bei den Abwärtskompatibilitäts-Ergebnissen unten.

In den Dokumenten, die wir sahen, lieferte Microsoft Vergleichsdaten von Spielen, die auf der normalen Xbox und der Xbox One X in der gleichen Auflösung liefen. Das scheint zunächst noch nicht allzu nützlich - abgesehen vielleicht davon, dass man sehen kann, wie wahnsinnig viel GPU-Leistung noch in Reserve wäre, sollten Entwickler an niedrigeren Auflösungen festhalten. Diese Daten spielen aber in die Abwärtskompatibilitätsfunktionen der Xbox One X mit der Xbox One hinein.

Wenn ihr euch die Tabelle hierunter anschaut, seht ihr die Vergleichswerte von Xbox-One-Titeln und wie sie in zwei verschiedenen Szenarien auf der Hardware der Xbox One X laufen: Entweder kompiliert in der aktuellsten XDK-Entwicklungsumgebung oder in einer älteren (im Grunde alle bereits existierenden Spiele). Die nativen Werte der Xbox One X repräsentieren Spiele, die mit dem XDK von Juli 2017 kompiliert wurden (noch in der Entwicklung, als die Präsentation entstand). Mit dem neuen XDK werden alle neuen Xbox-One-Titel automatisch die Performance-Verbesserungen der One X erfahren, anscheinend auch wenn der Entwickler nicht über ein Xbox-One-X-Entwicklungskit verfügt und keine besonderen Änderungen von Hand vornimmt. Wie die Daten zeigen, stellt das Kompilieren mit dem neuen XDK eine große Verbesserung gegenüber älteren Titeln dar. Aber warum ist das so? Warum erzielen Spiele, die mit älteren XDKs kompiliert wurden, nicht die gleichen Resultate wie mit der neueren?

Nun, wie sich herausstellt, ist es nicht trivial, die Kompatibilität mit älteren Spielen zu gewährleisten, bereits existierende Xbox-One-Spiele greifen deshalb auf ein anderes Setup zurück. Im Grunde wird die Hälfte des Render-Backends deaktiviert und Pixel- sowie Vertex-Shader jeweils auf eine Hälfte der 40 verfügbaren Compute Units verteilt. Das mag jetzt sehr grob über den Daumen gepeilt sein, aber man könnte sagen, dass ältere Spiele im Grunde 3 TF an Rechenpower bekommen, vergleichen mit den 1,31 TF der alten Xbox One und den 6 TF, auf die man dank des Juli-XDK zugreifen kann. Wie die Verbesserungen in Sachen Renderzeit demonstrieren, sollten das genügend Pferdestärken sein, um Titel mit dynamisch skalierender Auflösung zu maximieren und das anisotropische Filtering raufzuschrauben. Andere Verbesserungen abwärtskompatibler Titel, die Microsoft versprach - bessere Ladezeiten, schnellere CPU, RAM Cache - sind GPU-abhängig und demnach nicht mit diesen Werten erfassbar. Aber wir haben keinen Grund anzunehmen, dass diese Versprechen nicht eingelöst werden.

In dieser Hinsicht könnte Microsofts Ansatz für Kompatibilität - die GPU-Ressourcen mehr oder weniger halbieren - auch den Boost-Modus der PS4 Pro erklären. Dort scheint in GPU-intensiven Szenarien nur die höhere Clock-Speed einen Unterschied zu machen. Vielleicht wird dort die verbesserte GPU auf vergleichbare Weise genutzt - der Unterschied ist, dass die Xbox One X bei gleichen Limitationen den Vorteil hat, über deutlich mehr Compute Units sowie eine höhere Taktung zu verfügen.

Wir freuen uns sehr darauf, das zu testen. Ohne einen Xbox-One-X-Patch dürfte Halo 5 ein faszinierender Test der Abwärtskompatibilität sein und wie die bloße Leistung sich auf die dynamische Skalierung auswirkt. Wir werden ebenfalls unsere ewigen Hardware-Test-Titel Project Cars und Just Cause 3 auf die Konsole loslassen. Microsoft deutete außerdem an, dass die Entwickler das neueste XDK nutzen können, um Patches für ältere Spiele zu veröffentlichen - und das sollte den entsprechenden Spielen standardmäßig die vollen 6 TF zur Verfügung stellen.

Doch das ist nicht alles. Basierend auf den Dokumenten, in die wir Einsicht hatten, ist die grundsätzliche Architektur der Xbox-One-X-GPU identisch mit der der ursprünglichen Konsole (was angeblich bei der PS4 Pro auch der Fall ist), aber zusätzliche Verbesserungen erfuhr. Weitere Features umfassen AMDs Delta Color Correction, die in zwei von Microsoft getesteten Spielen sieben bis neun Prozent Performance-Zuwachs brachte. DCC ist ein Feature, das eigentlich DX12-exklusiv ist. Tatsächlich ist DX11 auf der Xbox One X im "Maintenance Modus". Das bedeutet, dass die API weiter unterstützt, aber nicht weiterentwickelt wird. Microsoft begrüßt es offensichtlich, wenn die Entwickler auf die modernere Schnittstelle umschwenken. Beide Xboxen könnten davon profitieren - selbst die PC-Versionen von Spielen. Besserer DX12-Support am PC wäre schließlich wirklich begrüßenswert.

Microsofts zentraler Ratschlag an Entwickler? Erwartet einen einfachen Port auf die Xbox One X, mit einer vierfachen Auflösung, startet mit den hohen PC-Einstellungen, nutzt den Speicher effizient und füllt jegliche Extra-Frame-Zeiten mit zusätzlichen Effekten. Schützt euch vor erhöhten Ladezeiten und - ja - zieht Techniken wie Schachbrett-Rendering und dynamische Auflösungsskalierung in Betracht. Letztere Techniken sahen wir bereits in Aktion, aber näher zur gamescom und im Anlauf auf den Launch der Xbox One X sind diese Benchmarks faszinierend - und wie das Skalieren sich hier auf finale Software auswirkt, dürfte für einige interessante Tests gut sein, sobald wir Hardware und Spiele in den Fingern haben.

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Über den Autor:

Richard Leadbetter

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Technology Editor, Digital Foundry

Rich has been a games journalist since the days of 16-bit and specialises in technical analysis. He's commonly known around Eurogamer as the Blacksmith of the Future.

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