No se puede discutir que Microsoft es la que ha desarrollado la mejor consola desde el punto de vista de la ingeniería de la actual generación, aunque eso no significa que vaya a ser la de mayor éxito. Al final lo que importa son los juegos, y de momento el éxito está del lado de Sony y su PlayStation 5. Sea como sea, Microsoft ha querido dar visibilidad durante el último año al procesador que ha codesarrollado junto a AMD para la Xbox Series X, denominado Scarlett. En la ISSCC (Convención Internacional de Circuitos de Estado Sólido) ha dado aún más detalles de él.
Scarlett es un sistema en chip (SoC), aunque casi todos los procesadores hoy en día lo son aunque se les acompañe de un chipset para expandir sus funcionalidades. Eso significa que dispone en su interior de la parte de procesamiento general (CPU) y gráfico (GPU), junto con el sistema de E/S, control de almacenamiento y todo lo que se puede necesitar en un equipo para hacerlo funcionar. Se trata de un chip de 360.4 mm2 de tamaño con 15 300 millones de transistores en su interior.
A diferencia de lo que hacen los fabricantes de procesadores, en los chips para consolas no hay cribado. Ese cribado implica perfilar cada chip que sale de una oblea para ver qué frecuencias máximas alcanza y con qué voltajes, y en función de ello marcan cada chip para ser un procesador más o menos potente. Los procesadores de consolas tienen que ser todos iguales y por tanto se tiene que buscar una frecuencia y voltajes que permita un alto rendimiento de producción de las obleas.
En el caso de Scarlett, tras darle vueltas al proceso de 7 nm de TSMC íntegramente hecho con luz ultravioleta profunda y por tanto algo más económico que los que usan luz ultravioleta extrema, optaron por unas especificaciones que no permitían aprovechar al máximo la GPU pero sí sacar más chips viables por oblea. Este procesador incluye 56 unidades de cómputo tipo RDNA 2, que se agrupan de dos en dos en un procesador de grupo de trabajo (WGP) para un total de 28.
Las opciones de Microsoft incluían usar 28 WGP a 1675 MHz o 26 WGP a 1825 MHz para alcanzar los 12 TFLOPS de potencia de la GPU. La primera opción consumía menos, pero la segunda aseguraba un mayor rendimiento de producción por oblea. El proceso de TSMC asegura 0.09 defectos por centímetro cuadrado, una tasa muy baja de 64 defectos por oblea de 300 mm. Puesto que la GPU es lo que más ocupa de este chip, las posibilidades de que los defectos sean en un WGP son muy altas, e incluso son altas de que dos defectos sean en un mismo chip en dos WGP distintos. Puesto que el chip permite que haya defectos en dos WGP distintos, el rendimiento de producción al final de los chips Scarlett es muy alto, por encima del 80 %, frente al 73 % estimado si no se pudiera aprovechar ninguno de los chips en los que caen los defectos.
Otro punto interesante del diseño de este chip son las zonas donde se concentra el calor. Es evidente que será sobre todo en torno a los núcleos de tipo Zen 2 y en torno al centro de la GPU, alcanzando los 87.4 ºC en la CPU y los 80.9 ºC en la GPU en una simulación de carga que no se indica si es juegos o simplemente por probar los límites de temperatura del chip. Siendo la CPU el mayor problema para la refrigeración, la compañía optó por reducir la frecuencia máxima del procesador a los 3.8 GHz de turbo máxima, cuando la arquitectura Zen 2 permite bastante más. Además, no siempre funcionará a ese turbo máximo, y dependerá enormemente de cada juego o tarea.
Al establecer una temperatura máxima de funcionamiento dentro de unos límites razonables la compañía pudo crear una refrigeración a medida que permitiera a su vez un funcionamiento más silencioso de la consola. Todo ello con un tamaño que querían que fuera menor que el de las generaciones anteriores, y eso llevo al diseño de la Xbox Series X que se anunció.
Para tener en cuenta el flujo de calor dentro de la minitorre se desdobló la circuitería en dos placas de circuito impreso lo que permitió a su vez distribuir mejor el calor en el interior de la caja; eso permite que haya varios canales diferenciados de calor en el interior de la consola. Junto con un grueso disipador de aluminio con cámara de vapor, el ventilador superior hace el resto a bajas revoluciones y por tanto con un ruido limitado.
La compañía no consiguió su objetivo de reducir un 20 % el volumen de la consola respecto a pasadas generaciones, pero se quedó en torno a un 10 % de reducción de volumen con un nivel de ruido similar al de la Xbox One X a pesar del aumento de un 15 % de la potencia de diseño térmico (TDP) del sistema. Con una fuente de alimentación de 270 W y teniendo en cuenta que el equipo en juegos exigentes se sitúa en un consumo de 200 W, eso significa que al final el ventilador de 130 mm funciona a menores revoluciones y hace que la consola funcione a menos decibelios.
La regulación de las temperaturas las realiza un sistema de gestión de alimentación avanzado, lo que beneficia también a un ahorro de energía respecto a generaciones anteriores, aunque en parte también se haya optimizado el proceso de fabricación. Hay sistemas en el sistema de alimentación del procesador con control de voltaje por cada núcleo Zen 2 en lugar de por complejo de núcleos, aunque es una funcionalidad introducida en los Ryzen 3000 basados en Zen 2. Eso sí, la versión de este control de voltaje y alimentación del procesador es más avanzado en las versiones de movilidad que en sobremesa, y es la que ha afinado aún más Microsoft para Scarlett.
En cuanto a las mejoras específicas del proceso litográfico usado, Microsoft colaboró con AMD y TSMC para establecer sus necesidades de corrientes y voltajes mínimos para el SoC para una corriente de fuga y frecuencias determinadas. La búsqueda de esos valores no es trivial porque en una consola debe asegurarse el nivel de rendimiento en unos pocos supuestos frente a la variabilidad de un PC.
Eso se consigue estableciendo diferentes modos de operación (juegos, reproducción de vídeo a 8K, 4K, FHD, descarga en segundo plano, reposo activo e hibernación) que definen una serie de estados de alimentación. Junto con la determinación de corrientes y voltajes, estos modos de operación aseguran el rendimiento óptimo en cada tarea.
Vía: AnandTech.
