The Coalition đã tìm ra một cách khác để xử lý giới hạn 10 GB bộ nhớ của Xbox Series S khi đưa thành phố dày đặc trong Gears of War: E-Day xuống hệ máy này. Thay vì giảm mạnh quy mô thế giới, studio sử dụng SSD NVMe như một tầng bộ nhớ bổ sung, tạm chuyển những dữ liệu ít được truy cập khỏi RAM rồi gọi chúng trở lại khi cần.

Gears of War: E-Day được xây dựng trên Unreal Engine 5 với một môi trường có mật độ cao hơn đáng kể các phần trước. The Coalition cho biết thế giới của game chứa khoảng 1,6 triệu actor, khiến giới hạn bộ nhớ trở thành một trong những bài toán khó nhất khi phát triển cho Xbox Series S.

Series S chỉ có 10 GB GDDR6 dùng chung giữa CPU và GPU, thấp hơn đáng kể mức 16 GB trên Series X. Một phần bộ nhớ này còn được hệ điều hành giữ lại, khiến lượng thực tế dành cho game càng hạn chế khi phải chứa geometry, texture, animation, dữ liệu gameplay và các tài nguyên phục vụ hệ thống chiếu sáng Unreal Engine 5.

Thay vì thiết kế một phiên bản thế giới ít chi tiết hơn riêng cho Series S, The Coalition hợp tác với nhóm nền tảng Xbox và Advanced Technology Group của Microsoft để tạo một hệ thống quản lý bộ nhớ riêng. Giải pháp tận dụng SSD NVMe tích hợp của console như một tầng nằm dưới RAM trong hệ thống phân cấp bộ nhớ.

Ý tưởng cơ bản không mới trong ngành máy tính. Các hệ điều hành từ lâu đã có virtual memory, page file hoặc swap, nơi dữ liệu tạm thời được chuyển từ RAM xuống thiết bị lưu trữ khi bộ nhớ vật lý không đủ.

Khác biệt nằm ở việc The Coalition không để hệ thống tùy ý đẩy bất cứ vùng nhớ nào xuống SSD. Studio xác định trước những nhóm dữ liệu có thể chịu được độ trễ cao hơn rồi chỉ áp dụng paging cho các vùng đó.

Kate Rayner, Studio Technical Director của The Coalition, cho biết game sử dụng memory-mapped files để ánh xạ vài GB dữ liệu lên NVMe. Cách làm này giúp E-Day có thêm khoảng 1 GB bộ nhớ khả dụng trong thực tế mà không cần thay đổi phần cứng của Series S.

Con số này không có nghĩa vài GB SSD đã biến thành 1 GB RAM với tốc độ tương đương GDDR6. Dữ liệu nằm trên NVMe vẫn có độ trễ lớn hơn nhiều, nên hiệu quả của hệ thống phụ thuộc vào khả năng dự đoán thứ gì sắp được dùng và thứ gì có thể tạm thời rời khỏi bộ nhớ nhanh.

The Coalition sử dụng các heuristic để theo dõi tần suất truy cập dữ liệu. Những phần được sử dụng thường xuyên tiếp tục nằm trong RAM, còn dữ liệu không được truy cập trong một frame hoặc nhiều frame liên tiếp có thể trở thành ứng viên để chuyển xuống SSD.

Khi game cần lại dữ liệu đó, hệ thống đưa chúng từ NVMe trở vào RAM. SSD của Series S đủ nhanh để quá trình này có thể diễn ra mà người chơi không nhận thấy trong những tình huống đã được studio lựa chọn và tối ưu đúng cách.

Đây cũng là lý do kỹ thuật không thể áp dụng vô hạn. Nếu quá nhiều dữ liệu bị chuyển qua lại giữa RAM và SSD, chi phí I/O tăng lên và game bắt đầu mất thời gian trong ngân sách của mỗi frame.

Rayner còn lưu ý bộ nhớ vừa được giải phóng không phải lúc nào cũng lập tức được hệ điều hành trả lại cho game. Có những thời điểm ứng dụng về lý thuyết đã bỏ dữ liệu nhưng vẫn phải chờ quá trình reclaim hoàn tất, khiến trạng thái thiếu bộ nhớ có thể xuất hiện trong một khoảng ngắn.

The Coalition vì vậy phải điều chỉnh hệ thống qua nhiều vòng để tìm điểm cân bằng. Mục tiêu không phải tối đa hóa lượng dữ liệu đưa xuống SSD, mà chỉ chuyển đúng những phần ít nhạy cảm với độ trễ để giải phóng đủ RAM cho những tài nguyên quan trọng hơn.

Kết quả là Series S vẫn giữ được cấu trúc và mật độ tổng thể của thành phố thay vì phải nhận một phiên bản thế giới đơn giản hóa mạnh. The Coalition xem giới hạn bộ nhớ của Series S như baseline cho phần lớn công việc scaling, sau đó mới mở rộng chất lượng lên Series X và PC.

Điều đó không đồng nghĩa hai máy Xbox có hình ảnh giống nhau. Digital Foundry ghi nhận Series S vẫn phải giảm nhiều thiết lập về độ phân giải, chất lượng ánh sáng, foliage và một số hiệu ứng, tùy chế độ đồ họa.

Performance Mode là trường hợp cắt giảm mạnh nhất để hướng đến 60 fps. Lumen Reflections bị loại bỏ trong chế độ này, chất lượng MegaLights và global illumination thấp hơn, đồng thời một số hiệu ứng ánh sáng hoặc chi tiết môi trường cũng được giảm.

Balanced Mode và Quality Mode giữ lại nhiều tính năng hơn, bao gồm Lumen Reflections. Vì vậy, nhận định Series S hoàn toàn không có phản xạ Lumen là không chính xác; đây chủ yếu là sự đánh đổi của chế độ 60 fps.

Ngay cả với hệ thống paging mới, Performance Mode vẫn chưa khóa 60 fps tuyệt đối trong mọi tình huống. Digital Foundry ghi nhận một số khu vực ngoài trời và cảnh phức tạp có thể giảm xuống vùng giữa 50 fps, kèm những frame-time spike nhỏ.

Balanced và Quality nhìn chung ổn định hơn quanh mục tiêu tương ứng, nhưng vẫn có thể xuất hiện các khoảng khựng ngắn. Những kết quả thử nghiệm ban đầu cũng được thực hiện trước một số bản vá sát ngày phát hành, nên hiệu năng có thể tiếp tục thay đổi.

Điểm quan trọng hơn nằm ở việc Series S không buộc The Coalition phải cắt giảm cấu trúc của màn chơi. Thành phố, số lượng đối tượng và thiết kế môi trường cơ bản vẫn được giữ, trong khi khác biệt chủ yếu chuyển sang chất lượng rendering.

Đây là một hướng giải quyết đáng chú ý đối với vấn đề đã theo Xbox Series S từ đầu thế hệ. CPU của máy vẫn tương đối gần Series X, nhưng 10 GB bộ nhớ dùng chung thường tạo ra giới hạn khó xử lý hơn trong những game ngày càng phụ thuộc vào texture độ phân giải cao, Nanite và các hệ thống ray tracing.

SSD tốc độ cao vốn đã được Microsoft quảng bá từ khi Series X|S ra mắt như một phần của Xbox Velocity Architecture. Trường hợp E-Day cho thấy storage không chỉ dùng để giảm loading hoặc stream asset từ ổ đĩa, mà còn có thể tham gia trực tiếp hơn vào chiến lược quản lý bộ nhớ của game.

Tuy nhiên, kỹ thuật của The Coalition không phải một bản nâng cấp hệ thống khiến mọi Xbox Series S tự động có thêm 1 GB RAM. Studio phải xây dựng hệ thống riêng, phân loại dữ liệu và điều chỉnh từng trường hợp để bảo đảm thời gian truy xuất SSD không phá vỡ frame-time.

Đây cũng là lý do giải pháp có thể hữu ích với những nền tảng khác nhưng không thể sao chép máy móc. Một game có dữ liệu truy cập khó dự đoán hoặc cần liên tục lấy lại lượng lớn tài nguyên từ storage có thể chịu penalty lớn hơn nhiều so với E-Day.

The Coalition cho biết các nhóm phát triển khác đã bày tỏ quan tâm đến kỹ thuật này. Nếu những công cụ tương tự được chuẩn hóa hơn ở cấp Xbox hoặc Unreal Engine, chúng có thể giúp các studio giải quyết một phần vấn đề bộ nhớ trên Series S trong những năm cuối của thế hệ console.

Công nghệ cũng có khả năng hữu ích ngoài Series S. PC cấu hình thấp, thiết bị chơi game cầm tay hoặc những hệ thống dùng chung RAM giữa CPU và GPU đều có thể gặp bài toán tương tự khi dung lượng bộ nhớ trở thành giới hạn trước sức mạnh xử lý.

Theo quan sát của GameN Pro, giá trị thực sự của giải pháp không nằm ở khẩu hiệu “dùng SSD làm RAM”. Điều đáng chú ý là The Coalition biết chính xác dữ liệu nào có thể chịu thêm độ trễ rồi chủ động biến SSD thành tầng chứa tạm, thay vì để toàn bộ hệ thống dựa vào một page file chung khó kiểm soát.

Cách làm này cũng cho thấy vấn đề Series S không phải lúc nào cũng chỉ giải quyết bằng cách hạ texture hoặc giảm độ phức tạp của màn chơi. Khi phần cứng có storage đủ nhanh, quản lý vòng đời của dữ liệu có thể tạo thêm không gian mà không phải hy sinh ngay cấu trúc của thế giới.

Dù vậy, đây chưa phải bằng chứng Series S đã hết những giới hạn thường bị chỉ trích. E-Day vẫn phải giảm nhiều thiết lập hình ảnh, còn bản thân Rayner thừa nhận paging quá mức sẽ ảnh hưởng hiệu năng và không thể thay thế hoàn toàn RAM vật lý.

Gears of War: E-Day vì vậy đang cung cấp một ví dụ đáng chú ý hơn là một giải pháp thần kỳ cho Series S. Nếu Microsoft và các studio khác tiếp tục phát triển hướng này, SSD NVMe có thể trở thành một phần quan trọng hơn trong cách những game cuối thế hệ xử lý các console và thiết bị bị giới hạn bộ nhớ.