Под капотом PlayStation 5: ведущий архитектор системы Марк Церни подробнее рассказал о принятых технических решениях

18 марта Sony представила технические характеристики PlayStation 5. Ведущий архитектор системы Марк Церни выступил с докладом, во время которого рассказал об основных принципах работы консоли следующего поколения. Подробнее об этом вы можете почитать в статье Eurogamer.

Спустя две недели инженер вновь встретился со специалистами Digital Foundry, чтобы дополнить имеющуюся информацию. Новых подробностей о консоли в этот раз озвучено не было, тем не менее их разговор заслуживает определённого внимания.

Главное из интервью Марка Церни техническому подразделению сайта Eurogamer читайте ниже.

Инновации в области разгона: как он работает на PlayStation 5

Одной из главных особенностей новой системы безусловно является динамическая частота центрального и графического процессоров. Инновационная технология, применяемая в PlayStation 5, по сути, предоставляет системе возможность выбирать частоту чипа, основываясь на его тепловыделении.

Церни напомнил, что все консоли будут работать одинаково вне зависимости от ситуации и внешних факторов. Ваша PlayStation 5 не может работать медленнее, чем у соседа, поскольку у вас она стоит в закрытой стойке, а у него в холодильнике.

«Одним из главных различий является температура окружающей среды. Консоль может располагаться в более жарком или более прохладном месте вашей игровой комнаты», — говорит Церни. «Другим —  наличие в консоли нестандартизованного чипа. Некоторые микросхемы нагреваются больше, другие меньше. Чтобы «выровнять» значения, создатели использовали алгоритм, в котором частота зависит от активности центрального и графического процессоров. Это поддерживает согласованность между компонентами PS5».

Внутри процессора находится блок управления питанием, постоянно измеряющий активность центрального процессора, графического процессора и интерфейса памяти, оценивающий характер задач, которые они выполняют.

Что касается разработчиков, то им придётся привыкнуть к новым условиям. Однако они будут отлично понимать, сколько именно энергии используется процессором и графической подсистемой.

Идея заключается в том, что создатели игр научатся оптимизировать свои творения по-другому, достигая идентичных результатов от графического процессора, но делая это быстрее за счёт увеличения тактовых частот, получаемых благодаря оптимизации энергопотребления.

«У каждого CPU и GPU есть общий бюджет энергопотребления», — рассказывает Церни. «И разумеется, бюджет питания графического процессора находится в приоритете. Если центральный процессор не расходует свой бюджет энергопотребления целиком, то неиспользованная мощность уходит графике. Это то, что в AMD называют SmartShift. В систему заложено достаточно энергии, чтобы CPU с GPU могли работать на максимальных частотах — 3,5 ГГц и 2,23 ГГц. Разработчикам не потребуется выбирать, кого из них замедлить».

Церни подчеркивает, что энергопотребление и тактовая частота не имеют линейной зависимости. Например, если снизить частоту на 10%, то энергопотребление упадёт примерно на 27%.

Вероятно, многим интересно будет узнать, как «разгон» будет влиять на игровой дизайн. Несколько разработчиков заявили Digital Foundry, что вынуждены снижать производительность центрального процессора, чтобы обеспечить устойчивую работу графического ядра на частоте 2,23 ГГц. Это похоже на правду, поскольку большинство игровых движков сейчас заточены под низкопроизводительные Jaguar («железо» текущей линейки).

Специалисты Eurogamer сравнивают это с профилями производительности, которые встречали на Nintendo Switch.

«Что касается профилей с заблокированной частотой, то мы снабжаем ими все девкиты. Разработчикам могут не пригодиться «плавающие» частоты при оптимизации. Выпущенные для PS5 игры всегда будут использовать повышенные частоты для раскрытия дополнительной мощности», — говорит Церни.

А что, если разработчики не собираются использовать весь потолок мощности PlayStation 5? Если ли какой-то «наихудший сценарий», эквивалентный базовым частотам, как на ПК?

«Разработчикам не нужно оптимизировать свой проект каким-либо образом; при необходимости частота будет самостоятельно регулироваться в зависимости от действий центрального и графического процессора», — отмечает Церни.

Интересный факт: если написать код, заставляющий консоль перегреться и произвести термическое отключение, то он сработает только на PS4. «PS5 будет обрабатывать такой нереалистичный кусок кода более изящно», — улыбается Церни.
 

Что требовалось от ЦП для обеспечения обратной совместимости

Что касается обратной совместимости, то Церни подтвердил, что его слова были истолкованы неправильно. Говоря о запуске 100 лучших игр PlayStation 4 на PS5, он имел ввиду совсем иное.

В архитектуру PS5 была добавлена ​​дополнительная логика, чтобы обеспечить полную совместимость с PS4, а также PS4 Pro.

«Вся игровая логика, созданная для процессоров Jaguar, работает правильно на процессорах Zen 2, но время выполнения инструкций может существенно отличаться», — говорит Церни. «Мы сотрудничали с AMD, чтобы создать конкретные ядра Zen 2; у них есть режимы, где частоты приближены к значениям Jaguar. Мы храним это в секрете, поскольку работы по настройке обратной совместимости продолжаются».

Основные преимущества SSD и что они дают

Разработчикам будет предоставлен новый API ввода / вывода — низкоуровневый и высокоуровневый. Первый упрощает работу, а второй открывает полную свободу, позволяя настраивать всё и вся.

Также была пересмотрена файловая система. Вместо традиционного обращения к файлам по именам в ход пошли идентификаторы. Теперь разработчикам всего лишь нужно указать идентификатор, начальное местоположение и конечное, и через несколько миллисекунд данные будут загружены.

Новая система позволила существенно ускорить подгрузку игр, составляющую несколько миллисекунд. Для сравнения, на жёстком диске тот же процесс обычно занимал до 250 мс.

Эти 250 миллисекунд представляли большую проблему для разработчиков, заставляя держать в оперативной памяти множество данных. Теперь, чтобы получить мгновенный доступ к срочным данным, больше не нужно их хранить в оперативной памяти. Это открывает дверь к огромной экономии эффективности следующего поколения.

Теперь нет нужды кешировать много информации, которая вдруг может понадобиться консоли... или не понадобиться. Также уходит в прошлое система дублей. Поскольку головка HDD движется довольно медленно и поиск данных может занять столько же времени, сколько чтение, одни и те же данные часто дублируются сотни раз.

Если отказаться от дублирования, то производительность дисков упадёт до минимума и скорость считывания данных опустится с 50 - 100 МБ / с до 8-ми.

Разработчикам Marvel's Spider-Man пришлось создать 600 дубликатов мусорных пакетов, находящихся в каждом квартале города. А размер одного объекта, на минуточку, составляет 1,6 МБ.

«Правило Insomniac гласит, что любой объект, используемый в игре более четырехсот раз, должен находиться в оперативной памяти. Пакеты были одними из таких объектов».

Это ещё один пример того, как SSD поможет снизить размер дистрибьютива игр следующего поколения. Установочный пакет будет оптимизирован, потому что создания дубликатов не потребуется.
 

Как работает 3D-звук и насколько мощным является Tempest Engine

Технология Sony опережает Dolby Atmos и PlayStation VR, обрабатывая сотни источников в трёхмерном пространстве (32 и 50 соответственно). Передача звука не потребует специального оборудования, а за основу будут взяты такие решения, как ILD (interaural level difference — разница уровней звука между ушами) и ITD (interaural time delay — задержка звука между ушами).

Звук обрабатывается на частоте 48000 Гц с 256 сэмплами — 187,5 аудио «тиков» в секунду. То есть новый звук достигает уха каждые 5,3 мс.

Сам Tempest Engine представляет собой вычислительный блок, работающий на частоте GPU и обеспечивающий 64 флопа за такт. Таким образом, его пиковая производительность составляет около 100 гигафлопс, что соответствует восьмиядерному кластеру CPU Jaguar, используемому в PlayStation 4. Несмотря на то, что блок основан на архитектуре графического процессора, его использование сильно отличается.

«Графические процессоры работают на сотни или даже тысячи фронтов, а Tempest Engine — всего на два», - объясняет Марк Церни. «Один предназначен для 3D-звука и других функциональных возможностей системы, а другой — для игры. Пропускная способность движка составляет более 20 ГБ / с, однако стоит быть осторожным, поскольку звук может перетянуть на себя часть, требуемую для обработки графики».

Tempest Engine совместим с форматом Ambisonics, который представляет собой виртуальную акустическую систему, совмещённую с физическими динамиками. При её использовании создаётся расширенное ощущение присутствия, поскольку любой звук может воспроизводиться на одном из 36 уровней. Дискретный звук имеет тенденцию «блокировать» физические динамики и может не отображаться вообще на некоторых из них. Ambisonics уже доступен на PlayStation 4 и PSVR, но с гораздо меньшим количеством виртуальных динамиков.
 

Какие возможности предоставит новая 3D-аудиосистема владельцам акустики 5.1 / 7.1

Развёртывание трёхмерного звука на PlayStation 5 может занять некоторое время. В настоящий момент разработчики используют базовую технологию, поэтому передача революционного звука пользователям, использующим акустические системы, всё ещё находится в стадии разработки. На запуске Tempest Engine  будет доступна исключительно владельцам стандартных наушников.

«Игроки могут включить функцию TV Virtual Surround на стереодинамиках своих телевизоров и получить возможность воспроизводить звук, не имеющий аналогов», — говорит Церни.

Как упомянул архитектор, базовая реализация 3D-звука для ТВ и стереодинамиков в настоящий момент находится в разработке и команда PlayStation 5 продолжает её оптимизировать.

«Как только мы удовлетворимся полученным результатом для двухканальных систем, мы перейдем к 5.1 и 7.1», — добавил он. «На запуске 5.1 и 7.1-канальные системы получат решение, приближенное к тому, что мы имеем на PS4».

Читайте также: Проектируя Xbox Series X: как Microsoft переосмыслила форм-фактор консоли

Добавляйтесь в наш Telegram-канал по ссылке или ищите его вручную в поиске по названию gmradost. Там мы публикуем в том числе и то, что не попадает в новостную ленту. Также подписывайтесь на нас в Яндекс.Дзене, Twitter и VK. И не забывайте, что у нас появились тёмная тема и лента вместо плиток.