#чтиво | В гостях у создателей Xbox One

Сегодня нам предстоит хоть и виртуальная, но от этого не менее увлекательная, экскурсия к самым истокам удивительной игровой сенсации. В скромное помещение, в которое не проникает ни пронзительно-яркий свет, ни торопливая суета внешнего мира. Анонс софтверным гигантом Microsoft долгожданной игровой консоли Xbox One, несомненно, в эти дни рассматривается общественностью в качестве важнейшего события высоких технологий. Многие из наших читателей уже ознакомились с подробностями новинки. Прозвучали восторги, перемежаемые традиционным в таких случаях бурным потоком критики. А теперь настала пора узнать о том, кто и как создавал устройство, ставшее ныне основной темой всех сетевых ресурсов нашей планеты, повествующих о прекрасном цифровом мире, который с каждым новым днем играет в нашей реальности всё более и более значимую роль.

Обозреватели известного ресурса Engadget побывали в кремниевой лаборатории Microsoft, где трудятся инженеры, явившие миру Xbox One. Это непримечательное на первый взгляд помещение без окон. Прежде всего назовем имена тех выдающихся инженеров, благодаря которым новейшая игровая консоль стала реальностью. Это руководитель группы разработки аппаратного обеспечения Xbox Тодд Холмдэл, Илан Шпиллингер, инженер по архитектуре Xbox Ник Бейкер и генеральный менеджер кремниевых разработок Xbox Грег Вильямс. Сейчас мы не станем повторять ранее рассмотренные ключевые особенности и характеристики новинки и остановимся только на том, что увидели и услышали обозреватели в маленькой кремниевой лаборатории огромной софтверной корпорации.

Качественный 24-дюймовый монитор способен восхитить геймера. Именно он служит для пользователя своего рода «маркером качества» всего устройства, являясь при этом, строго говоря, лишь устройством вывода информации, не более того. Но на самом деле центральной деталью Xbox One является однокристальный (SoC) процессор Microsoft SoC, собственная разработка инженеров Microsoft. Этот чип, наряду с глубоко интегрированным в новинку сенсорным контроллером бесконтактного взаимодействия Kinect, делает Xbox One не просто очередной игровой консолью, которых на рынке предостаточно. С ними она открывает дверь в новую игровую реальность.

Невидимый миру кремний софтверного гиганта

Преимущественно в софтверной корпорации «железом», а точнее кремнием, занимаются не так уж много сотрудников. В Microsoft работают примерно 95 тысяч человек. «Кремниевая команда» компании насчитывает примерно 200 сотрудников, то есть, по грубым подсчетам, 0,2 % персонала компании.

Чтобы составить себе представление о численности персонала, задействованного в работе над игровой консолью, бесконтактным контроллером Kinect и аксессуарами, эту цифру следует умножить на два. А теперь сравните это с Intel (более 100 тысяч сотрудников) или с NVIDIA, персонал которой насчитывает примерно 7 тысяч человек. И все эти специалисты заняты преимущественно кремнием, а не разработкой программных продуктов. Создавая игровую консоль, Microsoft работает не в той области, в которой она традиционно считается сильным игроком.

Для первой Xbox «кремниевую часть работы» проделали как раз Intel и NVIDIA. Если говорить о Xbox 360, то ее кремниевая начинка явилась плодом совместных усилий Microsoft и ATI/IBM. Хотя некоторые чипы для Microsoft создает AMD, компания предпринимает немалые усилия для того, чтобы самостоятельно справляться с этой работой, инвестируя миллионы долларов в создание базы для разработчиков. Софтверная корпорация собирается удвоить инженерный персонал своей «кремниевой команды». Тодд Холмдэл считает, что умение компании работать с кремнием дает ей в руки контроль над создаваемыми ею устройствами:

Чтобы управлять событиями на потребительском рынке, вам следует базировать [свои продукты] на интересных компонентах. Вам нужно обрести умение создавать кремниевую продукцию. Это помогает [повысить] производительность; это помогает [оптимизировать] затраты; это делает вас владельцем своих разработок (это всегда хорошо).

Я утверждаю, что ваша гибкость повысится, если вы не будете вынуждены с кем-либо согласовывать расписание, а станете следовать своему. Это наш путь. Созданное нами за последние 13-14 лет наглядно демонстрирует [преимущества] выбранного Microsoft подхода. И, я полагаю, на пути вперед вы увидите, как эта тенденция будет все более и более раскрываться.

Разумеется, маленькая «кремниевая команда» софтверного гиганта не может выполнить весь объем работ. Нет никакой уверенности, что физически сделанный производителем чип будет хорошим. Часть «кремниевого коллектива» занимается отладкой. Но в отличие от отладки программных продуктов, каждую ошибку приходится исправлять, заново воплощая мельчайшее изделие в кремниевое. Этот процесс приходится ускорять и удешевлять. Холмдэл особо отмечает ту роль, которую играет в работе его коллектива умение не тратить лишнего времени:

Один транзистор способен испортить день. Чем меньше раз придется повторять одно и то же, тем быстрее продукт выйдет на рынок.

По словам Вильямса, на запуск операционной системы понадобилось всего несколько дней, после того как был готов процессор. И он гордится тем, что удалось избежать существенных отклонений от расписания.

Работа с кремнием весьма напряженная. Инженеры проверяют правильные ли процессы идут в чипе. Есть специальный инструментарий, способный дать специалисту знать, между какими блоками сигнал проходит не так, как нужно или, наоборот, все происходит так, как и предполагалось. Труд инженера, заставляющего кремний «мыслить» — настоящее высокое искусство.

И это искусство проявляется во всех аспектах разработки каждого поколения игровой консоли. Сотрудникам компании-производителя постоянно приходится работать со спецификациями аппаратной части, программным обеспечением, поддержкой носителей информации и массой иных факторов. И все это ради того, чтобы целевая аудитория (потребители и разработчики игр) приняла новинку благосклонно и сохраняла к ней интерес не только в течение первых нескольких дней после ее анонса, но и на протяжении более или менее длительного времени.

Xbox One. Будущее домашних развлечений

Xbox One выходит за рамки того, что было ранее принято считать игровыми консолями. Она уже намного ближе к тому развлекательно-мультимедийному центру гостиной, о котором так много говорили в последние годы.

Две совместно работающие в многозадачном режиме операционные системы и новый бесконтактный игровой контроллер Kinect, «скорость реакции» которого возросла до 2 гигабит в секунду. Могучая система, которая способна заполнить досуг целой семьи.

По словам Холмдэла, своим возможностям Xbox One во многом обязана процессору собственной разработки Microsoft. Это в полной мере система на одном кристалле: чип играет роль и центрального и графического процессора, а также содержит встроенную память ESRAM. Первые два компонента чипа базируются на разработках конструкторов AMD. А вот встроенная ESRAM появилась уже благодаря идеям софтверного гиганта.

Центральный процессор соответствует конструкции Jaguar от AMD, содержит 8 ядер и 4 мегабайта кеша второго уровня (L2). Графический процессор является вариацией на тему D3D11.1 (с некоторыми расширениями). Эта информация стала известна обозревателям Engadget со слов Ника Бейкера, специалиста, на чьих плечах лежала архитектура новой игровой консоли.

Xbox One работает в нескольких режимах энергопотребления, в том числе и очень экономном. Речь идет о тех ситуациях, когда консолью не пользуются и она находится во включенном состоянии, в своего рода режиме ожидания. Microsoft не раскрыла спецификаций энергопотребления, отметив только:

Система на одном кристалле может потреблять примерно до 100 ватт, но эта цифра будет меняться в зависимости от сценария.

Речь, разумеется, идет о сценарии работы, о той нагрузке, которую возлагает на свою консоль сам пользователь. Бейкер продолжает нахваливать Xbox One, к созданию которой он приложил массу усилий:

Если вы посмотрите на мгновенное переключение между приложениями, на задействованность нескольких операционных систем и на энергопотребление, то увидите, что, когда мы воплощали это в силиконе, перед нами стояло много ограничений.

Некоторые идеи основаны на концепциях, лежащих в основе конструирования дата-центров, для которых задача параллельных вычислений является крайне важной. Бейкер поведал и том, как эти промышленные технологии приспосабливались инженерами к небольшому устройству потребительского класса:

Эту технологию мы постарались приспособить к гостиной. Это не значит, что мы остановились на 64-битной архитектуре. Мы обсуждали возможность основать систему на многих и многих ядрах, позволяющих вам выполнять необходимые задачи параллельно. Мы желали обеспечить бесперебойную поддержку 8 гигабайт [оперативной памяти], по возможности поддержку виртуализации. Словом, все, что необходимо для запуска нескольких операционных систем. При этом параллельные задачи не должны были мешать друг другу.

Бесконтактный сенсорный игровой контроллер Kinect потребовал усовершенствовать аппаратную часть. О новой светочувствительной матрице, созданном софтверной корпорацией CMOS-сенсоре поведал Илан Шпиллингер. Инженер говорил тезисно и в переводе мы передадим эту тяжеловесную тезисность, пусть даже и в ущерб красоте слога:

Пролью свет на историю создания CMOS-сенсора. Он полностью и стопроцентно сконструирован здесь (то есть, в кремниевой лаборатории Microsoft). Это совершенно новая технология. И ничего общего между первым Kinect и данной технологией; технология открывает перспективу углубления трехмерного пространства. Перед вами именно это.

Конструкторские разработки самой Microsoft воплощены изготовителем по непосредственному заказу компании. И ничего стороннего. Мы сделали эту работу. В наших руках контроль над компонентами. В этом [изделии] (то есть, Xbox One) мы собрали всё воедино.

Эти слова одного из создателей Xbox One также указывают вам, что старый Kinect несовместим с новой игровой консолью.

Шпиллингер перешел работать в Microsoft из IBM. Свое решение поменять работу он принял тогда, когда софтверный гигант только делал первые шаги в направлении создания первой версии Kinect (в те времена называвшегося «Project Natal»). В IBM он возглавлял группу по разработке центрального процессора Xbox 360. Тогда (а дело было в начале 2008 года) он и присоединился к команде разработчиков аппаратного обеспечения Xbox, которая начинала работать над игровой консолью нового поколения. Выдающийся инженер в нескольких словах рассказал о себе и о важнейших этапах в своей творческой биографии:

Сначала я был дизайнером архитектуры в Intel, затем менеджером по дизайну в IBM. А когда я пришел в Microsoft, то увидел: «Превосходно, настало время (а дело было в начале 2008 года) начинать думать о новом поколении [игровой консоли]»

Но не это (то есть, не разработка новой игровой консоли) заняло у нас пять с половиной лет. Тогда мы начали разработку Kinect. Основной задачей было начать его поставки. Если сейчас посмотреть в прошлое, то мы обнаружим, что [именно в этих начинаниях таился] столь большой успех.

Первое периферийное устройство Kinect продавалось просто превосходно по меркам Microsoft: 24 миллиона по состоянию на минувший февраль. Затем было принято решение заняться созданием нового Kinect с существенно улучшенным распознаванием речи. Что ни говори, а первая версия Kinect была для многих пользователей просто занятной игрушкой.

По словам Холмдэла, новый Kinect способен соотносить аудиопоток с видеорядом. Он умеет определять, кто говорит с ним и игнорировать речь других людей, находящихся в комнате. Он отмечает, что со временем Microsoft усовершенствует распознавание речи и команд:

В некотором смысле, мы получим возможность вести [с Kinect] диалог и понимать друг друга.

Таинственная тишина «кремниевой цитадели» Microsoft

Ничего особенного: как и во многих других местах, где трудятся инженеры, там прохладно от включенных кондиционеров и белым-бело от множества работающих ЖК-мониторов. Когда речь идет о такой лаборатории, перед глазами многих наших читателей невольно возникает картинка из фильмов: вокруг множество микросхем, а очень умные и непременно молодые инженеры погружены в изучение отображаемого на мониторах кода.

На самом деле все несколько обыденнее. На некоторых мониторах открыта урезанная версия Xbox Dashboard, похожая на ту, которая использовалась с Xbox 360. Или более уместная Windows 8 Live Tile. Система говорит «Привет» и ищет пользователя. А в это время инженер совершает обход тестируемого оборудования.

От рабочих станций идут черные трубки, по которым идет холодная и горячая вода. Таким образом проводится тестирование работы в неблагоприятных условиях. Пустые разъемы для процессоров, а чуть дальше тестируются знаменитые однокристальные чипы. В углу стоит огромный 4K-телевизор, на экране которого (с одной лишь коробки) одновременно воспроизводятся два HD-видеопотока.

Хотя Xbox One способна принимать 4K-видеосигнал, задача этой тестовой станции состоит не в том, чтобы показать чистую мощность. Она призвана проверить насколько корректно воплотилась разработанная корпорацией архитектура в созданном ею чипе. Шпиллингер говорит, что новая консоль способна одновременно декодировать множественные HD-потоки. Это дополнение не является частью разработки корпорации и предоставлено ей партнерами.

Но, если процессор является разработкой Microsoft, о каких сторонних решениях вообще может идти речь. Шпиллингер вносит ясность в это кажущееся противоречие:

Когда мы говорим о системе на едином кристалле (SoC), о чипах SoC общего назначения, то вот он перед нами. Но мы выразили желание, чтобы одновременно можно было осуществлять компрессию и декомпрессию сразу двух HD-потоков. Этим [занимается] отдельная плата, которая является дополнением, а не частью центрального или графического процессора.

Лоток, наполненный знаменитейшими на сегодняшний день чипами нашей планеты, стоял рядом с обычным анализатором электрического сигнала. Вильямс полушутливым тоном, в достаточной мере обозначившим серьезность сказанного, попросил не фотографировать процессоры. Обозревателям пришлось довольствоваться фотографией анализатора. Покидали лабораторию они в уверенности, что им удалось увидеть несомненные признаки грядущего расширения кремниевого направления софтверной корпорации.

Поиск дефектов несуществующей консоли

На столе главного инженера по верификации конструкторских разработок Падмы Партасарати стояла полная чашка конфеток «M&Ms». Гостям приветливая хозяйка кабинета предложила угощаться сладеньким. На экране ее компьютера была открыта программная виртуализация игровой консоли. Ее работа в качестве главного инженера по контролю состоит в том, чтобы проверить, работают ли как следует детали и блоки игровой консоли Xbox нового поколения. По-английски название её должности звучит, как «Principal Design Verification Engineer».

Это важная часть того процесса, который в настоящее время ведет корпорация. Процесса перехода на собственные кремниевые элементы. Если бы не труд таких инженеров, как Партасарати, разработка одного чипа могла бы длиться годами и даже десятилетиями.

На стандартном компьютере в её небольшом кабинете располагается вся логическая схема работы над Xbox One. Сюда стекаются данные о различных сценариях тестирования от серверов, расположенных в офисе. Она умеет находить изъяны даже в том аппаратном обеспечении, которого на данный момент еще и не существует вовсе. Поиск неисправностей был смоделирован специальным программным обеспечением системы серверов. Такое виртуальное тестирование позволяет избежать производства миллионов устройств с дефектами. Ведь лучше выявить и решить проблемы еще до того, как они появятся.

И она, и Вильямс стали сотрудниками Microsoft в 1998 году, когда софтверный гигант приобрел проект, в котором они оба трудились. Подобные ей люди прокладывают мост между давними попытками корпорации заявить о себе, как о создателе аппаратного обеспечения и будущими достижениями в этой области. Вильямс дал краткую, но очень ёмкую характеристику своей коллеге:

Все эти годы она созидала верификационную команду.

Но вернемся к виртуальным консолям. Их еще нет, но их уже тестируют. На определенном этапе для того, чтобы имитировать новое устройство требуется гигантская машина. Она служит для эмуляции работы различных процессоров. Всякий смотрящий на нее видит перед собой хитросплетение проводов и рукавов, более напоминающее сказку, чем научную фантастику.

На следующем этапе наступает пора бета-прототипов и свою важную роль начинает играть маленькая лаборатория-клетушка, напоминающая промышленный холодильник. Внутри работает инженер, регистрирующий проблемы, возникающие у бета-изделий, которые тестируются внутри. Здесь блоки консоли проверяются также и на свою способность работать в различных температурно-климатических режимах.

Помещеньице наполнено сотнями экземпляров прототипов аппаратного обеспечения Xbox. На момент посещения этой лаборатории обозревателями там было очень холодно. И бета-образцы самой консоли, и контроллер, и новый Kinect были покрыты лентой «под зебру». По слухам, это было сделано для того, чтобы скрыть их форму и не позволить фотографам раньше времени сделать снимки, проливающие свет на облик новинки. Такая лента традиционно используется в этих же целях в автопроме.

Готовая консоль, говорят, очень похожа на бета-образец, и в Microsoft, разумеется, не хотели бы утечек информации. Приятно ведь на презентации показать публике нечто совершенно новое и ранее невиданное.

Виртуальная консоль становится реальной

И вот она, волнующая минута. Холмдэл поднял темную ткань, и показалась прямоугольная коробочка, геймпад и новый Kinect. В этот миг некоторые из его коллег впервые увидели готовую Xbox One. Не покрытый «зебролентой» бета-образец, а самый настоящий прототип, готовый стать звездой грядущей презентации. Долгожданная новинка расположилась на круглом столе, и обозреватели взирали на коробочку грядущего «центра домашних развлечений».

Ничего примечательного, ничего футуристического. Xbox One напомнил им маленький компьютер с приводом для дисков Blu-ray и манящей пользователя кнопкой питания на передней панели. Геймпад похож на тот, который известен пользователям Xbox 360, но покомпактнее. Он как бы «съёжился» и лишился видимых винтовых отверстий. В какой-то мере, по мнению посетивших лабораторию представителей Engadget, он напоминает то видение будущего, которое было характерно для девяностых годов минувшего века. С легкой ностальгией обозреватели отмечают, что многие считали геймпад Xbox 360 лучшим из когда-либо созданных игровых манипуляторов.

Пять самостоятельно разработанных в Microsoft компонентов

Напоследок Шпиллингер в очередной раз обратил внимание гостей на те вещи, которые его родная компания сумела сделать самостоятельно. Чувствуется, что эта тема для него особо важна:

Итак, нами конструируются пять компонентов. Кремниевых компонентов. Три из них найдут применение в консоли, а два — в сенсоре.

Это процессор, о котором мы много писали выше. Он обеспечивает производительность консоли. CMOS-процессор нового Kinect. Интеграторы ввода и вывода и в консоли, и в Kinect. А также процессор цифровой обработки сигналов привода Blu-ray. Для многих людей это просто перечисление очередных компонентов, которые используются в современной электронике. Для четырех инженеров-создателей Xbox One это плод их многолетнего напряженного труда.

Microsoft перестала остро нуждаться в сторонних разработчиках кремниевой составляющей своих консолей. Ей не приходится более полагаться на партнеров. Кроме софтверного гиганта, в разработке приняла участие только AMD. Как будут развиваться события далее? Что будет через пять, восемь, десять лет? Грядущее покрыто туманом, но, учитывая то, что мы сегодня узнали, не исключено, что со временем софтверная корпорация будет самостоятельно разрабатывать чипы для множества своих продуктов.

Нынешнее повествование стало развитием сложившейся у нас доброй традиции предлагать читателю ознакомиться с подробностями создания игровых консолей со слов их создателей. Рассказ конструктора PlayStation 4 уже был, а сейчас как раз самое время для знакомства с теми, кто трудился над Xbox One. Этого знакомства с нетерпением ждут миллионы людей, исполненных интересом ко всему происходящему в мире высоких технологий.

По материалам и с иллюстрациями Engadget.com