Xbox One - ESRAM и 720P - Что вызывает проблемы с разрешением - Анализ

ESRAM является, возможно, основной проблемой, с которой столкнутся разработчики при портировании своих игр на Xbox One. Утечки и слухи говорят о том, что она отвечает не только за низкое разрешением игр на Xbox One, но и вызывает определенные сложности при разработке.

Судя по спецификации обеих консолей, Xbox One и Playstation 4, по крайней мере на бумаге, очень схожи. 8 Гб оперативной памяти, 8-ядернй CPU AMD Jaguar и GPU на базе архитектуры Radeon GCN. И все же, как подтвердили разработчики, многие игры на Xbox One работают в более низком разрешении. Killer Instinct, Call of Duty: Ghosts, Battlefield 4, Titanfall и другие идут лишь в 720p. Для сравнения, на PS4, Call of Duty: Ghosts идет в 1080P, а Battlefield 4 в 900p.

По словам разработчиков, главным виновником всех проблем является, установленная в Xbox One, ESRAM, чья главная задача - компенсация медленной DDR3 памяти. Playstation 4 использует 8 Гб высокоскоростной GDDR5 памяти, работающий на 1375MHZ (5500MHz эффективных), на 256-битной шине памяти, что в сумме дает пропускную способность памяти 176 Гб/с. Между тем, системная память Xbox One использует DDR3-1066 (2133 МГц эффективная), также работающая на 256-битной шине памяти, обеспечивет лишь 68 Гб/с. Эти показатели легко вычислить если ширину шины (256) умножить на эффективную скорость передачи данных, а затем разделить на 8. Например, показатели для GDDR5 памяти PS4 рассчитываются следующим образом: 5500 (МГц) * 256 (ширина шины) / 8 = 176 000 Мбайт/с.

   

Пропускная способность ESRAM примерно 204 Гб/с (согласно данным Microsoft). Главными причинами использования DDR3 и ESRAM, вероятнее всего, являются стоимость и цели разработки. Xbox One был разработан не только как игровая консоль. Microsoft хотели, чтобы их консоль могла запускать сразу несколько приложений наряду с играми, и добиться этого можно было только одним путем - использовать много памяти. Sony, в отличие от Microsoft, собирались использовать лишь 4 Гб GDDR5 памяти, так как не были настолько сосредоточены на многозадачности своей консоли. По слухам, решение использовть 8 ГБ GDDR5 в системе было пинято практически в последнюю минуту, а чтобы компенсировать дополнительные расходы, пришлось убирать камеру из стандартного комплекта с консолью.

Microsoft не могли себе позволить провернуть подобный трюк. Помимо того, что включенный в стандартнную комплектацию Kinect существенно поднял стоимость системы, они не были уверены в доступности достаточно больших модулей GDDR5. Тут важно помнить, что выбор был сделан уже к 2010 году и для серьезных изменений в системе было уже слишком поздно.

Итак, почему только 32 Мб ESRAM?

К сожалению, 32 Мб - это максимум, что удалось разместить на APU Xbox One, без необходимости поиска компромисса между количество ядер GCN и мощностью CPU до точки, при которой имеющаяся дополнительная память была бы пустой тратой времени. Предыдущая консоль Microsoft, Xbox 360 использовала GDDR3 памяти, работающая на частоте 1400MHz, на 128-битной шиной. В дополнение к 512 МБ памяти GDDR3, Xbox 360 также имел 10 Мб EDRAM, с пропускной способностью примерно 32 Гб/с. Эта память дала Xbox 360 практически "бесплатное" сглаживание наряду с другими графическими эффектами.

С Xbox One, такого уже не будет. Многие геймеры ожидают, что игры следующего поколения будут идти в 1080P, однако, похоже, что 32 Мб ESRAM просто недостаточно для удовлетворения этих потребностей.

Давайте поговорим о визуализации изображения в 1080p и сколько места оно занимают в памяти:

Цифры ниже показываю использование отложенного рендеринга

BPP = байт на пиксель (описание глубины цвета на википедии)

Изображение, содержит 1920 x 1080 пикселей

1920 * 1080 = 2073600

= 2073600 пикселей х 24 (к которым стримится большинство игр)

= 49766400 8

= 6220800 или, проще говоря, 6 МБ. Дополнительная информация об этом

Все приведенные выше цифры представленны без использования сглаживания.

Это проблема связана с необходимостью постоянно хранить множество данных в ESRAM, наряду со скоростью которая нужна игре для обновления / создания буферов кадра. Не стоит забывать и то, что для текстурирование и работы других функций также зачастую используется ESRAM. Эта цифра только увеличивается при использовании сглаживания. Как заявляют разработчики, ESRAM уже является огромной проблемой.

До сих пор существуют многочисленные примеры использования DDR3 для графических нужд на настольных ПК. Однако это свойственно в основном для дешевых решений. Например сравнение Radeon 7770 с GDDR5 и DDR3 памятью показывает, что версия DDR3 почти на 90% медленнее, чем версия с GDDR5 памятью.

Решение проблемы

Могут ли разработчики игр ка нибудь обойти эту проблему? К сожалению, разработчикам придется привыкнуть работать с этим ограничениями. Одна из проблем, о которой говорили разработчики - ручная очистка ESRAM. Microsoft поставляет Xbox One со своими собственными сжимающими память рендер-таргетами. Это очень похоже на то, что уже работает на Xbox 360. Они утверждают, что с помощью этих рендер-таргетов, в сочетании с ESRAM и DDR3 разработчики смогут работать нормально. Проблема в том, что в современной мультиплатформенной среде, где уже есть очень удобные в плане легкости освоения PC и PS4, будет довольно не просто заставить разработчиков тратить время на изучение всех особенностей ESRAM. Гораздо легче будет просто сказать: "Ну, давайте стремиться к 720P на X1".

Короче говоря, только опыт и улучшение инструментов программирования действительно поможет улучшить ситуацию для разработчиков, которые надеются выпустить игры с разрешением выше 720p.

CBOAT (известный благодаря сливам информации из стана Microsoft) сказал:

"Да. улучшенные инструменты помогают. знакомство с разработчиками, тоже. То же самое произошло с PS3 и Cell прошлый раз. ESRAM является препятствием на данный момент, но со временем решение придет. Аппаратная часть же так и останется отсталой. Это не изменить без поного обновления оборудования. 900-720p будет нормой. Игры будут хорошие, а это главное. Разработчикам просто придется больше повозиться с Xbox One." - CBOAT

Другая проблема заключается в том, что в новом поколении будут в полную силу использоваться GPGPU вычисления. То есть GPU будет помогать в просчете физики, AI и других подходящих для этого задачах. С таким количеством ESRAM, места для дополнительных вычислений может и не хватить. Вполне вероятно, что память DDR3 будет более важной для X1, и более осторожное использование ее пропускной способности будет гораздо более важным, чем даже ESRAM. ESRAM имеет достаточную пропускную способность, но с таким обьемом, это будет означать, что придется жонглировать данными, наиболее нуждающимися в высокой скорости. 1080p при 60 FPS очень требовательны, даже для Playstation 4. Увеличение частоты с 30 до 60 FPS буквально удваивает рабочую нагрузку на GPU.

Разрешение:

1920 * 1080 (1080p) = 2073600 пикселов
1600 * 900 (900P) = 1440000 пикселей - разница 1.44x
1280 * 720 (720) = 921 600 пикселей - разница 2.25x

Нужно также помнить, что ESRAM не в коем случае не единственное ограничение Xbox One. Достаточно посмотреть на характеристики GPU:

Xbox One GPU:

1.18 TFLOPS (только для игр) с 12 CU. (X1 имеет 1.32 TFLOPS, но 10 процентов GPU зарезервированы для системных нужд)
768 шейдеров
48 текстурных блоков
16 ROPS
2 ACE 8 очередей в каждой = 16 очередей

Playstation 4 GPU:

1.84 TFLOPS с 18 CU +56%
1152 шейдеров +50%
72 текстурных блока +50%
32 ROPS 100%
8 ACE 8 очередей в каждой = 64 очереди +400%

GDDR5 память PS4, конечно, гораздо проще в использовании. Не имея почти никакой дополнительной задержки, она также не требует и никаких дополнительных ресурсов. Xbox же спроектирован так, что разработчикам игр лучше подготовиться к дополнительной работе.

Несмотря на то, что Infinity Ward и другие большие студии в состоянии выдать только 720P в играх первой волны - не очень хороший знак, помните, что знание консолей улучшится. Проблема в том, что и требования к тому, что разработчики хотят сделать на консоли также будут увеличиваться. Нам остается только наблюдать, сможет ли ESRAM на Xbox One, идти в ногу со временем и обеспечить разрешение 1080p, чего многие геймеры так ждут и от консоли следующего поколения.