#чтиво | Xbox One и PlayStation 4: процессор, графика и память

Предлагаем посмотреть на игры с аппаратной стороны. Побывав в гостях у создателей Xbox One и услышав немало хвалебных слов о SoC новой игровой консоли, наши читатели непременно захотят узнать об этом новом чипе, которым так гордится Microsoft. Не меньший интерес представляет и сравнительный анализ возможностей Xbox One и PlayStation 4 (PS4) от легендарной фирмы Sony. Обе эти темы были раскрыты техническим обозревателем Анандом Лалом Шимпи (Anand Lal Shimpi) на страницах ресурса AnandTech в статье «Xbox One: Анализ аппаратного обеспечения и сравнение с PlayStation 4». Этот обзор дает каждому неравнодушному по отношению к высоким технологиям богатую пищу для размышлений и выводов. Вне зависимости от того, увлечен человек играми или питает интерес к игровым консолям исключительно как к образцам передовых технологий наших дней. Итак, Microsoft сделала всё возможное для того, чтобы сократить свою зависимость от AMD. Но сделать всё возможное» еще не означает окончательно преодолеть зависимость.

Xbox One базируется на чипе «частично собственной разработки» Microsoft. Если вы подберете перевод, который лучше отражает саму суть слова «semi-custom» и при этом звучит красивее, непременно поделитесь со всеми этим знанием. В чем же состоит эта «частичность»? Дело в том, что однокристальная система (SoC) разработана Microsoft, но собрана из компонентов, являющихся интеллектуальной собственностью AMD. Можно сказать, что он просто пропитан технологиями AMD.

Центральный процессор

Если говорить о центральном процессоре, то он представляет собою два модуля Jaguar. Каждый из модулей обладает двумя мегабайтами общего кеша второго уровня (L2 cache) и четырьмя ядрами. В таком сочетании, как нетрудно посчитать каждому человеку, освоившему курс школьной арифметики, получается восьмиядерный центральный процессор. Этот процессор является базовой основой всего SoC.

Те, кто немного знаком с новейшей историей высоких технологий помнят, что Jaguar стал развитием ядра Bobcat и был ответом AMD на чипы своего основного соперника Intel Atom. Несмотря на ряд нареканий в свой адрес, Jaguar обладает очевидным преимуществом: скорость обработки информации в нем повышена на 20 % по сравнению с Bobcat. Если сравнивать с процессорами-представителями архитектуры ARM, то перед нами чип, скорость которого выше, чем у Cortex A15. Ананд Лал Шимпи полагает, что эти процессоры появятся на рынке осенью, следом за Intel Silvermont.

Пока трудно говорить о реальной скорости этих процессоров. Можно лишь о порядке величин: это примерно 2 ГГц в зависимости от температурных условий. По слухам, и PS4 и Xbox One базируются на процессорах Jaguar, тактовая частота ядра которых составляет 1,6 ГГц. Максимальное теоретическое тепловыделение (TDP) процессора может достигать 30 ватт при условии полной загрузки всех его ядер.

Отказ софтверного гиганта от процессоров PowerPC в пользу 64-битной архитектуры x86 означает, что игры для Xbox 360 не совместимы с новой долгожданной консолью. И, по всей видимости, в Microsoft не слишком-то и озабочены обратной совместимостью. Забота о портировании своих игр на новую платформу полностью ложится на плечи их разработчиков. Интересно другое: первая приставка Xbox тоже базировалась на архитектуре x86. Поэтому в аппаратном отношении новинка совместима со своим далеким предком, а не с ближайшим предшественником. В Microsoft теоретически могли бы реализовать совместимость и на программном уровне. Но крайне маловероятно, что этим кто-то станет заниматься.

Теперь настала пора сравнить два хита игровой индустрии: Microsoft Xbox One и Sony PlayStation 4. Наиболее наглядным способом сделать это будет сопоставление спецификаций двух новейших консолей. Разумеется, обо всех этих приставках нам известно далеко не всё.

Сравнение технических характеристик Microsoft Xbox One и Sony PlayStation 4

• Ядра/Потоки выполнения (треды) центрального процессора. Xbox 360: 3/6; Xbox One: 8/8 ; PlayStation 4: 8/8
• Тактовая частота центрального процессора. Xbox 360: 3,2 ГГц; Xbox One: 1,6 ГГц (по слухам); PlayStation 4: 1,6 ГГц (по слухам)
• Архитектура центрального процессора. Xbox 360: IBM PowerPC; Xbox One: AMD Jaguar; PlayStation 4: AMD Jaguar
• Общий кеш второго уровня. Xbox 360: 1 Мб; Xbox One: 2 х 2 Мб; PlayStation 4: 2 х 2 Мб
• Ядер графического процессора. Xbox 360: — ; Xbox One: 768; PlayStation 4: 1 тысяча 152
• Пиковая производительность. Xbox 360: 0,24 терафлопс; Xbox One: 1,23 терафлопс; PlayStation 4: 1,83 терафлопс
• Память, встроенная в микросхему процессора. Xbox 360: 10 Мб eDRAM; Xbox One: 32 Мб eSRAM; PlayStation 4: —
• Полоса пропускания памяти, встроенной в микросхему процессора. Xbox 360: 32 гигабита в секунду; Xbox One: 102 гигабита в секунду; PlayStation 4: —
• Системная оперативная память. Xbox 360: 512 МБ GDDR3, 1 тысяча 400 Мгц; Xbox One: 8 ГБ DDR3, 2 тысячи 133 Мгц; PlayStation 4: 8 ГБ GDDR5, 5 тысяч 500 Мгц
• Шина системной оперативной памяти. Xbox 360: 128-битная; Xbox One: 256-битная; PlayStation 4: 256-битная
• Полоса пропускания системной оперативной памяти. Xbox 360: 22,4 гигабита в секунду; Xbox One: 68,3 гигабит в секунду; PlayStation 4: 176,0 гигабит в секунду
• Промышленная технология. Xbox 360: -; Xbox One: 28-нанометровая; PlayStation 4: 28-нанометровая

Графические подсистемы двух новых игровых консолей

Настало время поговорить о том, как в игровых консолях нового поколения реализована обработка графики. Sony отдала предпочтение GCN, составленному из 18 вычислительных модулей, что обеспечивает ее консоль 1152 графическими ядрами. Графический процессор AMD GCN, на котором остановились специалисты софтверного гиганта, может похвастаться всего двенадцатью вычислительными модулями. И, как следствие, лишь 768 графическими ядрами.

Поскольку количество модулей графического процессора в приставке Sony на треть больше, а тактовая частота, вероятнее всего, одинакова и составляет в реальности 800 МГц (теоретически: 1 ГГц), то пиковая производительность PS4 на 33 % выше и достигает 1,84 терафлопс. У Xbox One, соответственно, «всего лишь» 1,23 терафлопс, что в пять раз больше, чем у Xbox 360. Не станем забывать, что мы говорим о теоретической производительности. Это стало возможным благодаря ступенчатой архитектуре GCN от AMD. Microsoft предпочитает говорить о восьмикратном росте производительности графического процессора.

Не станем забывать и о том, что Microsoft вложила в свою Xbox One «меньше железа», чем Sony в PlayStation 4. Вспомним, нечто подобное было с Xbox 360 и PS3. Приставка Sony обладала более обширными доступными ресурсами и не требовала от создателей игр тонкой работы по адаптации своих развлекательных приложений к возможностям аппаратного обеспечения. По мнению Ананда Лала Шимпи, в Microsoft не считают нагромождение излишних аппаратных ресурсов главным ключом к успеху.

Обе игровые консоли нового поколения базируются на одной и той же архитектуре центрального и графического процессоров. А это означает, что перенос игр с одной платформы на другую станет требовать значительно меньше усилий, чем прежде. Задачу разработчиков упрощает и тот факт, что обе игровые приставки обладают восемью гигабайтами оперативной памяти и приводом для дисков Blu-ray. Поэтому создатели игр могут ориентироваться на одинаковый объем доступного пространства на диске и очень близкие друг к другу объемы основной памяти. В свое время конструктор PlayStation 4 рассказал о причинах, по которым для новой консоли Sony предпочла остановиться на наиболее массовой архитектуре.

Подсистемы памяти Xbox One и PS4. Главное различие между двумя новинками

Но не все столь радостно. Различия консолей коренятся в подсистемах памяти. SoC приставки PS4 работает в связке с 256-битной памятью GDDR5 с примерно 5,5-гигагерцовым датарейтом, обеспечивающим пиковую полосу пропускания на уровне 176 гигабит в секунду. Это именно та полоса пропускания, которую и следует ожидать от устройства с графическим процессором стоимостью в 300 долларов США. Разумеется, эти возможности памяти делают консоль весьма привлекательной.

В Microsoft же предпочли остановиться на памяти DDR3. Ресурс Wired обнаружил на материнской плате консоли память Micron DDR3-2133 DRAM (если быть точным, то DDR3 16 х 16 бит). Немного простой математики и мы вычислим полосу пропускания оперативной памяти в 68,3 гигабита в секунду.

В дополнение к этому, Microsoft применила встроенную память SRAM. Она менее эффективна, чем eDRAM, но характеризуется меньшим временем задержки сигнала (латентностью) и не требует обновления данных. В 32-мегабайтном модуле 6T-SRAM задействован примерно 1 миллиард 600 миллионов транзисторов. Трудно сказать, это реальный физический кеш или память, управляемая программно. Остается лишь надеяться на первое, но уверенности в этом нет.

32 мегабайта ESRAM более чем достаточно для того, чтобы сформировать буферный накопитель, учитывая то, что в Microsoft надеются: разработчики станут использовать его для выгрузки запросов из системной памяти. Создатели игровых консолей (и Microsoft не является исключением) частенько отдают предпочтение ёмкой высокоскоростной памяти, чтобы обойти ограничения, накладываемые полосой пропускания.

С этой точки зрения 32 мегабайта встроенной памяти не так уж и много. Ведь она будет использоваться в качестве кеша совместно с буфером, хранимым в основной памяти. Этого просто достаточно для того, чтобы обеспечить необходимую частоту успешных обращений к кешу в рамках той рабочей нагрузки, которую предстоит обеспечивать игровой консоли.

Ресурс Vgleaks получил прямой доступ к спецификации Xbox One. Возможно, непосредственно от разработчиков игр. Если верить этой информации, то полоса пропускания от SoC к встроенной памяти составляет примерно 50 гигабит в секунду в каждом направлении. Таким образом, совокупная полоса пропускания достигает 102 гигабита в секунду. Сюда следует прибавить полосу пропускания между центральным и графическим процессорами, достигающую 30 гигабит в секунду. Но вот как оно работает? На этот вопрос сухие цифры не способны дать точного ответа.

Если она используется в качестве кеша, встроенная память SRAM может существенно урезать полосу пропускания для запросов памяти к графическому процессору, которые способны обеспечить значительно большую полосу пропускания к графическому процессору, чем в ином случае мог бы обеспечить 256-битный интерфейс памяти DDR3-2133. Таким образом, ответ на то, способна ли Xbox One по эффективности полосы пропускания сравниться с PlayStation 4, лежит в том способе, которым управляется память eSRAM. В том случае, если eSRAM не играет роль кеша, всё усложняется.

Но ответы на эти вопросы в настоящее время найти не удается. Остается лишь обратиться выше и перечитать те сравнительные характеристики трех консолей, которые касаются непосредственно подсистем памяти этих игровых устройств.

Две консоли демонстрируют два различных подхода. В центре внимания Sony оказался сам графический процессор, работающий в связке с быстрой широкополосной оперативной памятью GDDR5. Эту модель легко понять и с ней просто работать. Но есть и обратная сторона у столь великолепного на первый взгляд конструкторского решения. Память GDDR5 является высокоскоростной, но ее трудно назвать наиболее эффективной в отношении потребления энергии. В PlayStation 4 корпорация Sony решила остановиться на самой затратной технологии памяти из всех, с которыми компания связывалась за всю свою историю.

Архитектура Microsoft дает тем, кому предстоит создавать для нее игры, больше поводов для размышлений и вопросов. Она более сложна. Microsoft особо подчеркивает скромность энергетических потребностей восьмигигабайтной памяти DDR3-2133 своей консоли. В этом отношении она превосходит примененную в PS4 5,5-гигагерцовую память GDDR5.

И затраты софтверного гиганта ниже, чем у японской корпорации. DDR3 стоит меньше, чем GDDR5. А вот 32 мегабайта встроенной памяти SRAM стоят дорого. Но этот тип памяти работает с менее ёмкими процессами, чем оперативная память, и превосходно подходит для этих задач.

С одной стороны, Microsoft не сумела обеспечить столь же эффективную подсистему памяти своей консоли, которой может похвастаться PS4. С другой же, ее графический процессор в меньшей степени требователен к ресурсам. Поэтому, не исключено, что потребности всей системы Xbox One в пропускной способности просто ниже, чем у игровой приставки от Sony.

По материалам anandtech.com, wired.com, vgleaks.com