從硬體層回顧第八代遊戲機的變革,並展望新世代遊戲機架構與發展性

2019.04.17 07:20PM
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雖然微軟從第六世代遊戲機才以初代 Xbox 加入家用遊戲機戰場,不過第七世代的 Xbox 360 藉著 Sony 的 PlayStation 3 架構過於複雜、導致初期遊戲開發不易而搶得內容先機,而今屬於第八世代遊戲機的 Xbox One 與 PlayStation 4 也漸漸走向產品週期末期,市場也開始謠傳下一代主機將於今年末到明年發表。

而 Xbox One 與 Playstation 4 兩款同在 2013 年底推出的主機,也正處於硬體與市場變革的交叉口,在發展過程的趨勢相信也會影響下一個世代主機的規劃與發展,除了硬體的架構延續與升級外,諸如遊戲內容發行產業的變化,網路服務強化後的可能性等,這篇文章將自硬體層為起點探討從第八世代遊戲機到下一世代的變化與可能性。

遊戲機自過往封閉的特殊架構轉為趨近 PC 的硬體架構、並產生不同性能層級差異

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或許受到避免容易被盜版的影響,過往的遊戲機多半採用非 PC 的客製化硬體架構,不過在第七世代的時候,隨著主機性能提升、又過於希望能透過新世代的 3D 技術帶來全新的震撼,在當時有著高性能的 PlayStation 3 大膽採用劃時代的 Cell 處理器架構,雖然為其奠定在當時超高的基礎,不過封閉開發環境與複雜的架構卻在初期不僅是逼退、更逼死一些自行設計遊戲引擎的遊戲開發商。

到了後期由於商用遊戲引擎的興盛,使許多中小型開發商逐漸放棄自己遊戲引擎的打算,紛紛選擇容易跨平台開發的商用遊戲引擎,才解決原本困擾著這些遊戲開發商的基礎開發環境,得以專注更多心力在內容創作上,不過這也是後話了,在商用遊戲引擎獲得廣泛接受前,已有不少因為開發不出引擎而死在前浪上的遊戲開發商。

是從硬體層回顧第八代遊戲機的變革與新世代遊戲機架構的展望這篇文章的第2圖

照片為 Xbox One X 的 Project Scorpio 核心

而在進入第八世代遊戲開發,兩家遊戲商不約而同的由 AMD 奪得 CPU 與 GPU 的設計,以 x86 CPU 架構搭配 AMD 的 Radeon GPU ,最終的結果就是近似於 PC 的硬體架構...好吧,基本上基礎硬體架構跟 PC 已經幾乎是一樣,不過畢竟規劃的時間點是至少五年以上,在當時考慮到成本、工藝與特性,還有當時遊戲機的 CPU 分散運算,終究選擇以嵌入式為主的 Jaguar 核心架構,而非主流 PC 的高性能 CPU 架構。

不過第七代遊戲機的設計理念還是多少與開放架構的 PC 不盡相同,雖在這幾年的演進,當前 PC 四核心處理器已經成為主流,也陸續有六核心、八核心的消費級處理器問世,但也因為開放環境,導致多數 PC 遊戲並未真正顧及到 4 核心以上的多工運算,然而第七代遊戲機不約而同選用八核心架構,以單一核心雖不及主流 PC 、藉多核達到理想的高性能表現。

是從硬體層回顧第八代遊戲機的變革與新世代遊戲機架構的展望這篇文章的第3圖

使用趨近 PC 的 AMD 客製化 x86 + GPU 方案是兩款第八代主機的特色

這也使得一些先開發家用遊戲機版本、而後移植 PC 的遊戲作品、尤其是較吃資源的 AAA 遊戲類型移植時,會需要比起原本遊戲機處理器單核更高的時脈運作,才能達到同級的順暢度,不過這也牽涉到遊戲機的系統與 PC 特質不同, PC 的系統本質還是以多工為主,而遊戲機則以單工為主,使得遊戲機可透過較低階的硬體達到事半功倍的效果。

但第七代遊戲機平台相較過往的遊戲機架構已經是大幅降低相互移植的複雜度,畢竟過去光是獨特的非 X86 CPU 架構就已經搞死遊戲引擎開發者,舉例來說,縱使以當前高效能處理器搭配模擬器執行第六代遊戲機的內容,亦可能無法達到流暢體驗或是有相容性狀況,然而當今遊戲主機與家用 PC 的相互移植已經相對容易。

除了硬體共通性之外,微軟的 Xbox One 的系統底層也轉以基於 Windows 10 的特別版本,在通用 API 與系統底層特性下,也使遊戲開發的通用性大幅提升,至於 PlayStation 4 的系統也是基於 Unix 的修改版,亦以針對 x86 核心特性最佳化。兩者有志一同的情形,亦降低跨平台遊戲開發的困難度。

如果屆時第九代遊戲機上市真如市場預期持續使用 AMD 的客製化方案(至少 Sony 已經確認將採 Zen2+ 與 Navi 架構),也能夠使遊戲的向下相容變得容易,因為雖然 CPU 與 GPU 不盡相同,但基本指令集的向下支援是有延續性的,以 PC 平台的觀點來看,下一個世代的主機更像是跨了一個世代的電競 PC 遊戲機。

Sony PlayStation 5 硬體架構相關新聞:Sony 主機架構師講述 PlayStation 5 硬體規劃, AMD 光追版客製化處理器、 SSD 、支援 8K 內容並向下相容 PS4 遊戲片、 2019 年內不會上市

當然因為硬體效能的變化與架構升級,屆時市場上應該會呈現同一款遊戲跨第八代與第九代主機、以視覺效果與流暢度(例如更豐富的特效、 HDR 與可能的光線追蹤支援)進行差異化,但同時在發展一段時間後,當第九代主機步入市場成熟期,將會漸漸從雙平台轉向針對第九代主機開發。

是發揮真 4K HDR 遊戲娛樂的最划算入場券, Xbox One X 快速體驗這篇文章的第7圖

出現兩種不同層級性能的遊戲主機是第八世代主機的特色

不過在第八世代遊戲機比較獨特的變化,應該就是遊戲機開始分為高性能與一般版本,同時在內容體驗做出差異化,不像之前的世代改版是將主機微縮、輕薄化,這也是拜第八代主機的硬體架構基於彈性較高的 PC 式設計,能夠遵循 PC 硬體、半導體製程等彈性化的強化性能,同時又由於平台架構一致性,不因此造成內容開發者的困擾。

若以此推測,下一個世代的遊戲機亦相當有可能採用針對不同層級性能的雙版本發行,或許第一波的機型以 Full HD 到 QHD HDR 為重點,高階機種則鎖定 4K HDR 甚至到足以執行 8K 內容的性能,只是會否在第一波產品問世就推出雙版本?亦或如當前第八世代是在第一版主機推出一段時間後再行推出強化版。

網路服務強化也加速儲存媒介的變革

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少了庫存與物流、數位下載,線上商店常透過促銷吸引消費者

在遊戲機產業發展當中,確保遊戲內容不會被輕易盜版幾乎是有志一同的,初期的專屬卡匣設計級是一例,而當遊戲機產業在第四代末期與第五代開始轉移到光碟媒介,當時遊戲商仍為了避免被盜版,採用特殊的光碟工藝做為防盜版,直至當前的第七世代遊戲機推出,光碟機也仍為主要的遊戲內容載具。

在 PlayStation 3 與 Xbox 360 時代,為了因應龐大的遊戲內容,主機內建有傳輸速度更快的硬碟用於預載內容,同時因應主機的連網功能,當時就已有數位版遊戲的存在,只是礙於當時網路頻寬、硬碟儲存容量與發行商心態等情形,數位版本遊戲還未能成為市場主流。

不過隨著網路頻寬升級,以及遊戲開發商發現網路加值服務的商機,第七世代主機推出後, PlayStation 4 與 Xbox One 也有志一同的強化數位服務與數位下載平台,不過最關鍵的是許多發行商看到數位發行能夠降低光碟庫存成本以及免卻與通路拆帳,也越來越積極投入數位發行領域。

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主機隨機遊戲多半改為數位下載而非實體光碟

另外,透過數位發行對玩家也有許多優點,除了不需更換光碟即可馬上啟動遊戲外,畢竟數位發行可藉由網路管控的方式,讓玩家在遊戲上市前預先下載安裝,在遊戲正式發行時間即可馬上遊玩,不過就沒辦法像實體遊戲片由於倉儲與物流而享受提前偷跑的快感。

在少了實體光碟與庫存壓力下,遊戲發行商也更能針對數位版遊戲進行彈性的促銷,有時也會產生數位版售價大幅低於實體版的情況;同時微軟與 Sony 也為了鼓勵消費者訂閱數位加值服務,亦透過定期提供免費遊戲的方式作為手段,消費者亦也漸漸能夠接受數位發行版本。

各家廠商在下一代遊戲機的布局勢必更加重線上平台的經營,除了加重線上內容直接購買,更高度的社群整合、直播串流以外,也勢必會將雲端串流遊戲整合。不過下一個世代對傳統玩家而言,最頭痛的恐怕是實體內容的存廢。

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Xbox One S 1TB All Digital Edition 挑戰市場對無光碟機的純數位下載主機的接受度

微軟亦在稍早公布第一款完全採用數位下載的 Xbox One S 1TB All Digital Edition ,取消光碟機設計,僅能透過網路下載方式取得與執行遊戲,一方面可視為微軟試圖透過取消光碟機再度降低成本,但也可視為微軟的一項試驗。

Xbox One S 1TB All Digital Edition 相關報導:Xbox One S 1TB All Digital Edition 五月上市,將成微軟驗證全數位發行的試金石

同時也有謠傳指出微軟下一代遊戲機低規版本可能捨棄光碟機,以戰略性質推測,高階機種雖然仍保留光碟機,重點恐怕不是放在執行遊戲片,而是著重在保有強化版家庭娛樂中心定位價值,但由於遊戲市場的獨特性,下一代遊戲發行較有可能的是加重數位版本發行比重,然而不會即刻將實體遊戲給放棄掉。

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遊戲數位發行與線上購買內容已經是趨勢,但不至於短期全面捨棄實體光碟與通路

但也要注意的是遊戲店較影音出租店機能性來的更多元,除了遊戲外,銷售周邊硬體也是遊戲店的價值,同時即便走向無實體遊戲片化或是降低實體遊戲發行,對部分不便使用信用卡、或是不想在網路上使用信用卡支付的消費族群,遊戲店還是可提供如儲值點數、數位遊戲下載序號等,且遊戲發行商也不可能激進的斷然放棄經營已久的傳統通路。

當然實體遊戲片還保有收藏與可二手交易的價值,這也是許多玩家在乎的,但也有不少想在迅速玩到遊戲的玩家不想等待收實體遊戲的時間,也轉入數位版的懷抱;但許多獨立製作遊戲考量到實體通路發行成本,以及遊戲實體內容並不大,數位發行就成了最初期的重要手段,即便是大型發行商,亦發現數位銷售預與俱增,也強化在數位平台上的行銷與推廣。

若考量到下一代數位發行的規模即將增加,為了維持消費者對二手市場的需求,雖然若開放數位內容所有權轉移,也需要面對是否會更容易引發盜版內容產生,在第九世代遊戲機即將誕生之際,也會更強化數位發行之餘但以當前的趨勢,絕對也有必要針對如何在數位內容的擁有權移轉找出一套辦法。

SSD 降價後有望取代傳統硬碟, NVMe SSD 會是高階機種標配嗎?

在第八世代遊戲機規劃時, SSD 的單位成本仍相當高,當時考慮到單位容量與空間應用,使用傳統的 SATA 介面 2.5 吋硬碟,以 2013 年的時間點並思索遊戲機的成本與售價,還有當時使用的 CPU 架構為原本用於低功耗產品的 Jagrar 核心,採用 2.5 吋硬碟也是合情合理的選擇。

不過隨著兩款主機開放透過 USB 外接儲存之後,實際上以當前 USB 3.0 介面的傳輸速度已經與機內的 SATA 差異不算大,但由於 SSD 的價格與容量成本在開放 USB 外接儲存時仍非多數消費者願意負擔,當時還較少看到討論將 2.5 吋傳統硬碟置換成 SSD 的案例。

然而近一年 SSD 的單位成本隨著 NAND 價格回穩、新技術不斷推陳出新,也逐漸變成消費者能夠接受的價格,不少遊戲機玩家嘗試以 SSD 置換內建傳統硬碟或是透過 USB 外接 SSD ,不難感受到在一些大型遊戲的加載速度有明顯的提升,只不過現行兩款第八世代遊戲機改版時間點也還是 SSD 價格偏高之時,現時應該不會推出預載 SSD 的新版本。

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當前的遊戲機仍採用傳統 2.5 吋硬碟

但隨著第九世代主機開始規劃,應該也會從當前的 2.5 吋傳統硬碟轉向 SSD 固態硬碟產品,尤其 M.2 介面的 SSD 遠較傳統硬碟的空間應用更佳,現行 2.5 吋硬碟的空間至少足以容納兩條 M.2 SSD ,且較為長條型的設計又可讓主機的主板、機體機構設計更有變化性,例如將儲存子板力起,或是預留第二條可擴充 M.2 SSD 的空間等。

若能在硬體架構層直接使用基於 PCIe 的 NVMe SSD ,即便是當前較為平價的版本,也相對 SATA 介面 SSD 有更高的性能,同時價格差也逐漸縮減,也不排除如筆記型電腦一樣採低階機型使用 SATA M.2 介面、高階機種使用 NVMe SSD 的可能。

Sony 架構師在談到下一代 PlayStation 硬體設計時,已經直接明示會採用超高速的 SSD 作為儲存媒介,不過仍不確定 Sony 在下一代的遊戲機會否在第一波就推出雙版本,或是如 PlayStaton 4 初期僅有單一版本,後續再分為兩個層級的版本。至於傳出可能推出雙版本的微軟,就有可能採用高階搭配高速 SSD 、平價版使用 SATA SSD 壓低售價的作法。 

當前世代由 FullHD 進化到準 4K ,而下一個世代遊戲機會從 4K 邁向 8K 嗎?

是微軟 Xbox One X 誓為家用主機帶來真 4K 與 HDR 遊戲體驗這篇文章的第6圖

不知是否有人還記得,在推出當前的第八代遊戲機時, AMD 、 Sony 與微軟皆將 4K 做為賣點,不過最終的狀況是確實具備 4K 解析度輸出與 4K 影片播放性能,但硬體性能仍不足以負荷 AAA 4K 遊戲所需,多以解析度升頻方式達到 4K 輸出,到後續硬體更新後的 PlayStation 4 Pro 與 Xbox One X 才勉強能夠接近 4K 內容。

當然這也是這兩款遊戲機推出的時間點,縱使是當時最高階的 PC 硬體也還未能達到 AAA 4K 遊戲的性能,更不用說硬體僅有當時中高階 GPU 的遊戲機,當然遊戲機的好處是透過統一硬體架構與專為遊戲執行最佳化的系統,還是能較類似性能的 PC 硬體有略為流暢的表現,不過難掩硬體先天體質不足的狀況。

隨著即將問世的下一代遊戲機,各種傳聞中的硬體架構也逐漸浮上檯面,目前較為可信的是核心架構將轉移成 AMD 高性能的 Zen 架構,搭配 AMD 新世代中高階 GPU 架構 Navi ,另外傳聞微軟考慮市場玩家不同的需求,有可能直接推出兩個不同等級的硬體,一者針對一般畫質的 Full HD 到 4K 解析度,一者則是鎖定追求高品質的 4K 玩家的高性能主機,一如當前的 Xbox One S 與 Xbox One X 一樣。

是微軟 Xbox One X 誓為家用主機帶來真 4K 與 HDR 遊戲體驗這篇文章的第9圖

無論如何,到了下一代遊戲機,可推測的是硬體肯定較現行主機進步許多,不過隨著微軟制定的 DX12 加入許多新的元素,尤其包括光線追蹤 DXR 的出現,對於下一代遊戲機的硬體也會有新的要求出現,推測較為平價的版本雖仍可到原生 4K 遊戲,但在特效方面會較為折衷,而高規版本則可獲得包括 4K HDR 與一定程度的光線追蹤效果。

然而現在內容市場也在強調將發展到 8K ,不過以當前硬體的性能暫時還無法達到原生的 8K 遊戲,但應該有機會內建 8K 的視訊編解碼器,屆時除了可播放 8K 內容外,會否將其應用在遊戲內容升頻?而遊戲機製造商會否把一部分支援 8K 當為賣點也是值得關注的。

 

是搭配PS4 Pro、Xbox One X的4K電視怎麼挑 完美解放4K遊戲的9個條件這篇文章的第6圖

對第八代遊戲機而言,初期遊戲內容未達 4K 、但仍可播放 4K 影片

只不過就如同當初進入第八世代遊戲機談論 4K 的情況類似,或許 8K 遊戲有可能在第九世代遊戲機的生命週期內出現,但在此之前還要面對一大段過渡期,尤其以目前除了傳統 SDR 內容外,結合 4K 與 HDR 的內容應該會是進入 8K 前相當重要的一次變化,可想見下一代遊戲機初期應該會以能夠流暢執行 4K HDR 內容作為首要。

但在 Wired 的 PlayStation 5 硬體架構訪談中,也暗示 PlayStation 5 是一款 8K 遊戲機,不過若考慮到 8K 所需的條件不光只是運算力,還包括充足的 VRAM ,若要考量到主機售價與成本,還很難確定 8K 到底是指真正原生 8K 遊戲或是可進行 8K 影片解碼。

不過若硬體規劃確實想以執行 8K 遊戲作為目標,恐怕遊戲開發者也難以跟上,主要的問題還是在於當前光是開發 4K 遊戲就不是那麼容易,因為要考慮包括內容物件貼圖的精細度,還有如何在主機環境進行性能的調教,但若下一代遊戲機加入 AI 相關技術,也是有可能讓遊戲開發商維持 4K 內容開發、透過 AI 達到 8K 的境界。

展望未來但還有點遠的串流技術

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第八世代主機的特色之一是提供直播與區域網路內串流的能力

在近期,遊戲業界也掀起一股透過雲端與串流方式提供玩家跨裝置遊玩的風氣,當然這並非新概念,在 NVIDIA 於 2012 年 GTC 大會推出 GPU 虛擬化技術後, 2013 年即有業者著手規劃雲端遊戲服務,而 NVIDIA 的 GeForce Now 服務亦已行之有年,不過關鍵還是在雲服務的網路不確定性與延遲,然而隨著 5G 服務即將上線,雲串流遊戲也再度成為火熱議題。

不過在提到透過雲服務的串流遊戲前,在當前第八代遊戲機已經提供串流遊戲的功能,只不過受限頻寬與網路延遲等特性,是以處在同一個區域網路作為條件,讓玩家可透過其它型態的載具將遊戲內容串流病進行遠端遊玩, Xbox One 也在近期的更新提供 PC 的反向串流功能,能讓房間的 PC 遊戲倒過來串流到客廳的 Xbox One 上並透過控制器操作。

拜當前第八代遊戲機所使用的硬體設計,在 PlayStation 4 與 Xbox One 等第八世代遊戲機所使用的處理器,皆內建有硬體的編解碼器,透過將遊戲的影像訊號以即時編碼的方式進行壓縮,再透過進行接收的裝置端的解碼器解碼,並且接收從遠端裝置的控制訊號,然而這樣的模式也挑戰網路的穩定與延遲,故第八代遊戲機多只允許區網式的遠端遊玩。

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訂閱型串流遊戲乍看美好、但伺服器與網路品質仍是最大門檻

至於未來的雲串流服務則是進一步透過雲端伺服器的方式作為遊戲機主體,透過網路串流的方式為玩家提供串流服務,,然而屆時也將挑戰消費者網路服務的品質,不過也由於網路串流方式,消費者可像是當前訂閱影音內容一樣訂閱串流遊戲服務,

當前微軟亦以發表名為 Project XCloud 的雲遊戲服務,不過微軟並未因此宣布要放棄傳統遊戲機概念全面轉向雲端化,這不光是微軟已有遊戲機的包袱而已,實際上這也是為接下來推廣雲服務與持續耕耘遊戲機領域保留空間。

微軟談 Project xCloud :微軟雲端遊戲部門負責人談 Project xCloud 定位:並非取代遊戲機而是提供更多選擇

雲端遊戲所需的條件包括主機端與網路端,透過在雲伺服器架設主機後,再透過網路把內容串流到玩家手上,乍看下與當前居家的串流好像類似,然而畢竟網際網路環境與自家的區域網路相當不同,牽涉到網路頻寬的穩定、延遲等,尤其若要讓消費者透過行動裝置遊玩,消費者亦可能藉由行動網路方式,若以當前第四代行動網路的延遲難以達到流暢的雙向互動。

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從區域網路串流跨到網際網路串流遊戲之路還相當漫長

雲串流遊戲硬體架構與概念早已有雛型,但網際網路與行動網路頻寬與延遲的問題還未解決前,各家廠商持續到今年才開始高談闊論並打算付諸實現,其中一個關鍵是行動網路將邁進有更低延遲的 5G 服務,但這也意味著若使用當前 4G 服務,恐怕延遲狀況仍難提供玩家幾乎無延遲的動作遊戲體驗,先前海外媒體試用 GoogleStadia ,也表示網路延遲使得體驗還是難以像家用主機般的順暢。

網路服務一向是有雙面刃的性質,透過網路使得許多傳統服務得以隨時隨地使用,不過實際遊戲與影音串流服務或是觀看直播最大的不同還是雙向互動,畢竟在內容直播環境下仍與廣播環境相同,是觀眾單方面收看直播者的內容,若中間產生延遲並不大幅影響過程與體驗,但遊戲則是扮演操作者的角色,除了接收服務端的畫面,操作者也要根據內容進行訊號輸出。

目前微軟在戰略上也是先將 Project XCloud 作為與遊戲機互補的策略,若玩家喜歡流暢的體驗,家用主機還是最穩定的選擇,但若是想要隨時隨地遊玩,或是遊玩的內容不那麼強調即時性(例如傳統 RPG 、 AVG 或是戰略遊戲),就可考慮使用訂閱雲串流服務,只不過第九世代後是否還會繼續發展實體的高性能遊戲機則不得而知,畢竟那應該又是一個新的十年了。

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