Qué es un SSD: Así puede revolucionar el juego en Xbox Series X|S

A lo largo del actual año 2020 hemos recibido mucha información sobre lo que traerá la nueva generación de consolas. Y uno de los elementos que se han convertido en algo crítico para esta generación, es el disco duro. Va a haber un salto cualitativo en los procesadores, en la memoria y en toda la arquitectura de los nuevos hardwares, pero el disco duro ahora juega un papel fundamental. Por eso nos centramos en lo que la tecnología SSD ofrece, ¿Qué es un SSD? Así puede revolucionar el juego en Xbox Series X|S.

Microsoft ha querido ahondar en este aspecto con una serie de tecnologías que fueron presentadas en común para explicar el funcionamiento de su sistema de almacenamiento. Basado en los SSD NMVe M.2 de última generación, se presentó la Xbox Velocity Architecture, como un conjunto de tecnologías que permiten gestionar y sincronizar la ejecución de los juegos y ofrecer la mejor experiencia. Pero en lugar de describirlo superficialmente de este modo, vamos a desgranar todos los entresijos de cada uno de estos elementos que entran en juego.

¿Qué es un SSD NMVe?

Primero vamos a descubrir y describir el principal fundamento del almacenamiento de las futuras Xbox Series X y Series S. El término SSD viene de Solid State Drive, y es un tipo de disco duro que sustituyó a los clásicos discos mecánicos. En este caso, se sustituye ese sistema de almacenamiento mecánico por unas celdas de memoria, como las que podéis encontrar en tarjetas o en pendrives.

Suelen equipar memorias basadas en NAND, que son no-volatiles, permitiendo almacenar información de forma permanente cuando la unidad es desconectada. Eso es lo que las diferencia de las memorias volatiles, que suelen equiparse para los módulos de memoria RAM. Al no tener cabezales físicos, se incluye un procesador que realiza las operaciones relacionadas con la gestión de lectura y escritura. En conjunto, permiten una evolución en las velocidades, tanto de acceso, como de transferencia.

Pero ahora, esa tecnología ha evolucionado un poco más gracias a la tecnología del protocolo NVMe, que es una tecnología de memoria no-volatil rápida. Más concretamente, es un nuevo protocolo de transporte y acceso a esas unidades flash de memoria. Gracias al protocolo NVMe se puede acceder a la información con una reducción de la latencia (tiempo de espera inicial) y transferirlo más rápido por ofrecer un mayor ancho de banda y un mayor número de colas de comando paralelas. Con esto, se consigue transferir mucha  más información en la misma unidad de tiempo.

Las especificaciones NVMe se benefician de la memoria no volátil en todos los tipos de entornos de computación. Además, está preparada para adaptarse a las innovaciones que surjan más adelante y ser utilizada con las tecnologías de memoria persistente que aún no se han inventado.

De este modo, no solo se tiene una unidad de almacenamiento rápida, sino que se permite gestionar de forma mucho más eficiente sus capacidades mediante un protocolo mejorado que amplía de forma notable su efectividad. Una menor latencia y una capacidad de transferir más información a través de diferentes canales, convierten a los discos duros SSD NMVe M.2 en una baza para no suponer el límite de las capacidades de un hardware.

Obviamente, esto se traduce en una mayor velocidad y una reducción del tiempo de carga de cualquier cosa que esté en ejecución. Siendo una tecnología que ha ido evolucionando, los usuarios de PC han ido comprobando cómo el propio sistema operativo, o los juegos, han ido reduciendo las esperas en los diferentes momentos que toca esperar. Y aunque todavía no se ha conseguido sacar todo el provecho de esta tecnología. Y esto se debe a que en un un PC podemos encontrar muchos puntos vulnerables para generar cuellos de botella, si que la tecnología SSD ha permitido eliminar de ese problema al sistema de almacenamiento.

Y es por esto que Microsoft además, ha implementado el uso de esta tecnología con una tecnología propia que ha bautizado como Xbox Velocity Architecture. Al ser un hardware cerrado se ha buscado un equilibrio que va a definir la capacidad de las Xbox Series para alcanzar el máximo provecho de estos sistemas de almacenamiento.

¿Qué es la Xbox Velocity Architecture?

La Xbox Velocity Architecture ha sido concebida como la solución definitiva a los conflictos que surgen en el ámbito de la transmisión de activos para los juegos de Xbox Series X y Series S. Es decir, la tecnología capaz de sacar el máximo provecho a la velocidad de transferencia que se alcanza con los SSD NMVe. Para ello, han reinventado el subsistema E/S tradicional y han centrado sus esfuerzos de coordinar todos los procesos para que el Xbox Velocity Architecture se convierta en uno de los motores de la experiencia de nueva generación.

Y esto es debido a la comunión de varias tecnologías que Microsoft ha desarrollado y que han permitido sacar el máximo provecho de las capacidades de procesamiento de ambos procesadores, CPU y GPU, así como el apoyo en la memoria RAM, con la velocidad de transferencia de estos discos duros. Xbox Velocity Architecture es un conjunto de tecnologías que se aplican a diferentes niveles y sirven para evitar esos nefastos cuellos de botella que no permiten aprovechar el potencial de cada uno de los componentes de un hardware.

Se describen cuatro niveles o ámbitos dentro de la Xbox Velocity Architecture, comenzando por el disco duro, y pasando por diferentes niveles de hardware y software.

Unidad de disco SSD NMVe personalizado

El disco duro SSD NVMe empleado es una unidad de 1TB que ofrece una velocidad de transferencia hasta los 2.4GB/s, siendo un valor que supera en hasta 40 veces el rendimiento de la unidad de Xbox One. Ya hemos hablado de lo que aportan las unidades SSD, incluso la tecnología NVMe común, pero Microsoft ha equipado una unidad personalizada que tiene un ajuste propio en el subsistema E/S. Y este ajuste es el que se usa tanto en la unidad de almacenamiento interna, como en las tarjetas de expansión externas. De este modo, estas unidades pueden hacer uso del resto de tecnologías que constituyen el Xbox Velocity Architecture.

Hardware Accelerated Decompression

Traducido como Descompresión Acelerada por Hardware, es un sistema activo que permite reducir el tamaño de los archivos que se transmiten para ser posteriormente tratados por el hardware. Si a una elevada velocidad de transferencia añadimos una reducción del tamaño de los archivos, podemos conseguir que el hardware reciba con mucha más rapidez toda la información requerida para los procesos.

El hardware llevará a cabo la tarea de descompresión a través del descompresor LZ estándar con un nuevo algoritmo patentado y diseñado para este efecto que ha sido bautizado como BCPack. Se ha llegado a obtener una tasa de compresión que duplica el estandar, pasando de 2:1 y a 4:1. Con un rendimiento de 8GB/s de E/S, se puede llegar a obtener una mejora general hasta 100 veces más rápida que las consolas actuales. Incluso, el uso directo del hardware para la descompresión llega a ofrecer rendimientos mucho mejores que los que se obtienen a través de la descompresión por software, donde se llegarían a necesitar hasta 4 núcleos de procesadores Zen 2 de AMD.

Con esto, consiguen sacar provecho adicional de la tecnología de los discos duros,  trabajando específicamente en aquellos elementos que puedan ir en detrimento del rendimiento general. Bien apoyados en las capacidades de procesamiento del hardware, la compresión de los archivos y la mayor tasa de transferencia de la tecnología permiten optimizar de forma notable todo el conjunto. Una solución bastante ingeniosa para tratar de reducir los tiempos de carga, así como la capacidad de ofrecer más elementos y más detalle en pantalla.

API de DirectStorage

Microsoft ha planteado varias soluciones para aprovechar al máximo la nueva tecnología de los discos duros, y tras haber comprobado que hay soluciones que se pueden ofrecer a nivel de hardware, no podemos ignorar que son expertos en software. Conoceréis la API DirectX, que es una librería con la que se gestionan muchos procesos. Así que, además de buscar soluciones en la capa de harware, se ha hecho lo propio a nivel de software.

Esta es otra de las tecnologías que Microsoft ha desarrollado para mejorar el rendimiento general de estos procesos. Tal como exponen en su web, » las API de E/S de archivos estándar se desarrollaron hace más de 30 años y prácticamente no han cambiado, mientras que la tecnología de almacenamiento ha logrado avances significativos desde entonces». Y es por esto que se requería de hacer algo y han planteado esta solución. Una solución vinculada a software, ya que se trataría de una API incluida en los DirectX de Microsoft.

Y como tal, la API Direct Storage permitirá a los desarrolladores tener acceso a un conjunto de herramientas que les facilitarán la gestión de todos los recursos disponibles en estos hardwares. De este modo, los desarrolladores un control detallado de sus operaciones de E / S, lo que les permite establecer múltiples colas de E/S, priorizar y minimizar la latencia de E/S. Jugando con la característica anterior, cada uno podrá elegir qué elementos pueden transmitirse comprimidos para uso de hardware y cuales no. Qué procesos son más pesados y requieren de más tiempo y prioridad, y cuales no.

No solo es exponer potencia, es enseñar a aprovecharla a quienes nos tienen que hacer llegar juegos.  Y a todo esto se añade una última función que puede resultar realmente interesante para darle un impulso adicional a los juegos.

Sampler Feedback Streaming

El Sampler Feedback Streaming  o SFS, es otra de las patentes que Microsoft ha concebido para la nueva generación de consolas. Es el último elemento que queda y que va sobre todas las demás tecnologías de Xbox Velocity Architecture. Es una tecnología que pretende hacer frente a todos los contratiempos que pueden suponer el ejecutar juegos en altas resoluciones. Buscando combinar las capacidades de la velocidad de transferencia y la aceleración por hardware, se busca optimizar las texturas del juego en diferentes niveles de detalle y resolución.

Conocidos como mipmaps, se pueden usar durante el renderizado en función de la distancia a la que se encuentren con respecto al primer plano, o al plano del jugador. A medida que ese objeto se acerca irá ganando detalle de una forma más natural gracias a la oportunidad que brinda ir cargando las texturas y los detalles de forma directa con el hardware. Una vez se ha cargado la escena, este sistema de mapeo permite coordinar la información que indica a los procesos cuales son los objetos que se aproximan y cómo estos deben mostrar un mayor nivel de detalle.

Para ello se ha proporcionado una serie de herramientas que permiten gestionar el uso de los mipmaps de forma más precisa a los desarrolladores. Cada vez es más usual que los desarrolladores carguen los mipmaps en memoria, incluso cuando apenas va a ser requerido por el gameplay. Gracias al Sampler Feedback Streaming se puede gestionar mucho mejor este proceso, analizando el uso de la textura en el hardware para acceder a una menor proporción de datos. De este modo, se puede llegar a ahorrar hasta un 33% de los datos de la textura necesarios para ser cargada en memoria, suponiendo un ahorro y una mejor optimización en el uso de recursos.  Se ha llegado a notificar que puede llegar a mejorarse el rendimiento hasta en 5 veces con respecto al uso tradicional de este protocolo.

Aunque todavía no hay juegos que hayan permitido descubrir las diferentes versiones, entre la actual generación y la próxima generación de consolas, hemos visto cómo el primer efecto que ha conseguido Xbox Series X es el de reducir notablemente los tiempos de carga. Reducciones de hasta el 60% en la espera son significativas a día de hoy.  Y es algo se se ofrece en múltiples vídeos tras haber sido ofrecida la Xbox Series X a muchos periodistas que solamente han podido comprobar los beneficios de la retrocompatibilidad.

Tarjetas expansibles de Xbox Series

La tecnología de almacenamiento de Xbox Series es algo que se demuestra como una tecnología realmente impresionante en todos sus aspectos. Beneficiándose de la tecnología SSD NMVe personalizada y con todas esas herramientas para optimizar al máximo la transferencia de información y su uso para la ejecución de juegos, el disco duro interno puede resultar limitado. Por ello, Microsoft destinó sus esfuerzos para permitir ampliar la capacidad de la consola con las tarjetas de expansión.

Al ver la consola, se pudo observar que hay una ranura que servirá para la inserción de tarjetas de expansión de la capacidad de almacenamiento. Por ahora, y por cuestiones de necesidad de ofrecer una alternativa desde el primer día, el único fabricante que se ha ofrecido a presentar un modelo ha sido Seagate. Cara a futuro, se ha confirmado que habrá más fabricantes y más modelos de tarjetas de expansión, incluso, con diferentes capacidades.

El modelo presentado por Seagate es una tarjeta de expansión de almacenamiento de 1TB que costará 249.99€ en territorio europeo. Es un precio elevado, pero deberíamos considerar lo que realmente aportan estas tarjetas de expansión de almacenamiento. Para el caso del modelo de Seagate, se ofrece lo siguiente:

• Capacidad de expansión de 1 TB

• Integración ininterrumpida con Xbox Velocity Architecture

• Prácticamente no hay retraso en la potencia o la velocidad cuando se juega desde la tarjeta de expansión

No se puede negar que si se buscan unidades de almacenamiento SSD NMVe en cualquier tienda, para esa capacidad rondarían entre los 120-200€ sin contar con ningún descuento. Hablamos de modelos con velocidades que rondan los 2GB/s. El sobrecoste que tienen las tarjetas de expansión de Xbox Series puede comprenderse porque no se trata de la misma tecnología, sino de una tecnología personalizada que hará uso de todos los demás beneficios de la Xbox Velocity Architecture.

De poder optar a instalar cualquier disco duro de este tipo, se podría correr el riesgo de que el conjunto no rindiera al mismo nivel que con el disco duro interno. No se puede negar que si miramos la economía, ese sobrecoste es algo que puede resultar disuasorio, incluso molesto. Pero cuando se comprende todo el trabajo que ha realizado Microsoft para esta tecnología se puede comprender que no se trata de un modelo estándar y que requiere de otros procesos adicionales para sacarle el máximo provecho a cada GB que se añadirá con las tarjetas de expansión.  Si merece la pena depende de cada uno, y sobre todo, merecerá la pena esperar a que lleguen más alternativas con diferentes capacidades. Ahora bien, que aprovechen al máximo todo el potencial que tiene el Xbox Velocity Architecture.

Fuentes | Xbox, Youtube Xbox, Youtube Stevivor, Kingston, Seagate