Внутри PlayStation 5: технические характеристики и технологии, используемые Sony в новом поколении

18 марта Sony наконец-то нарушила своё молчание и представила технические характеристики PlayStation 5. Спецификация консоли нового поколения выглядит следующим образом:

• Центральный процессор: восьмиядерный Zen 2, работающий на переменной (об этом ниже) частоте 3.5 ГГц.
• Графический процессор: 10.28 теpафлoпc, архитектура RDNA 2, 36 вычислительных блока, работающих на частоте 2.23 ГГц.
• Оперативная память: 16 гигабайт GDDR6/256-бит с пропускной способностью 448 ГБ/с.
• Внутреннее хранилище: SSD объёмом 825 гигабайт.
• Интерфейс: обеспечивает скорость обмена данными 5.5 ГБ/с (без компрессии) и 8-9 ГБ/с (с компрессией).
• Внешнее хранилище: NVMe SSD-слот и поддержка жёстких дисков, подключаемых по USB.

Вместе с этим выступил ведущий архитектор платформы Марк Церни, который в общих чертах обрисовал, что из себя представляет грядущая консоль и какие технологии в ней используются.

В частности сегодня зрители узнали об

• инновационном подходе к использованию частот центрального и графического процессоров;
• особенностях графической подсистемы PlayStation 5;
• использовании SSD и его помощи в создании игр мечты следующего поколения;
• возможностях расширить внутреннее хранилище;
• беспрецедентной точности воспроизведения 3D-звука с помощью Tempest 3D Audio Engine;
• обратной совместимости.

Разгон центрального и графического процессоров

Прежде всего важно будет уточнить, что чип, установленный в PlayStation 5, работает на переменной частоте. Что это такое и как скажется подобный «разгон» на запуск ПО читайте ниже.

В отличие от Xbox Series X центральный (как и графический) процессор консоли Sony будет работать с динамической частотой, и максимально высокой планкой для него станет 2,23 ГГц.

С подобным определением часто встречаются пользователи мобильных устройств и некоторых ноутбуков, когда их устройства перегреваются и в гипотетическом PUBG MOBILE, запущенном на флагмане, частота кадров резко падает со стабильных 60 до практически неиграбельных 10-15. Геймеры знают, что пока их смартфоны не остынут нечего и надеяться на «честную» игру.

Всё дело в том, что пиковая производительность напрямую связана с температурным запасом, поэтому в игре, запущенной на смартфоне с перегревом, частота кадров может упасть, а иногда даже составлять неприемлемую. Это полностью перечёркивает наши ожидание от консоли нового поколения. Ведь кто захочет играть в 10-20 FPS в ожидании, когда система остынет?

Марк Церни успокоил фанатов, сказав, что подобный подход не используется в PlayStation 5. Грубо говоря, консоль не понижает производительность таким образом. По словам Sony, все консоли PS5 обрабатывают одинаковые рабочие нагрузки с одинаковым уровнем производительности в любой ситуации, независимо от температуры окружающей среды.

Так как же в таком случае работает «разгон»? Как оказалось, процессор PlayStation 5 всегда работает на постоянной частоте и изменяет мощность в зависимости от рабочей нагрузки.

Внутренний монитор анализирует рабочие нагрузки как центрального, так и графического процессоров и подбирает им частоты в соответствии с ситуацией.

«Также мы используем технологию AMD SmartShift, направляющую неиспользуемое питание от процессора к графическому процессору, чтобы он мог выжать ещё несколько пикселей», — говорит Церни.

Это довольно интересная задумка и она полностью расходится с проектным решением Microsoft в её Xbox Series X, которая, как известно, работает на постоянной частоте и без разгона. Плохая новость заключается в том, что разработчики должны помнить о возможных скачках энергопотребления, которые могут повлиять на тактовые частоты процессоров и в любой момент снизить производительность. А хорошая — графический процессор PlayStation 5 будет работать на более повышенной частоте, чем все ожидали. Также, благодаря разгону, графическая подсистема консоли будет значительно быстрее, чем в скором времени выпущенные на рынок аналоги от AMD для ПК.

Графическая подсистема PS5

Церни подтвердил, что с помощью аппаратного ускорения в консоли появится трассировка лучей. При этом ведущий архитектор отметил, что её принцип «основан на той же технологии, что и в будущих графических решениях AMD для ПК».

Ранее ходили слухи о каком-то внешнем блоке, но Церни опроверг их — как и в следующем поколении Navi, а также Xbox Series X, технология будет полностью интегрирована и реализуема с помощью шейдеров. Подобная реализация обеспечит PS5 доступ к тем же эффектам, что мы видели в ПК-сегменте: отражения, окружающая окклюзия, тени и глобальное освещение.

SSD и его использование в консоли следующего поколения

Последние пару лет Марк Церни путешествовал по миру, встречаясь с десятками разработчиков и издателей, где интересовался их мнением об интеграции SSD в консоль следующего поколения. PS5 способна загружать 2 ГБ данных за одну четверть секунды, а это означает, что теоретически все 16 ГБ оперативной памяти консоли можно «забить» всего за две секунды!

Повышение производительности консоли на два порядка потребовало несколько нестандартного решения. Для этого архитекторам пришлось беспрепятственно подключить SSD к основному процессору. Пользовательская флэш-память объединяется с модулями SSD через 12-канальный интерфейс, обеспечивая необходимую производительность 5,5 ГБ / с при общем объеме хранения 825 ГБ.

Выбранное число может показаться странным, особенно если учесть, что твердотельные накопители, продающиеся в магазинах, обладают ёмкостью в 512 ГБ, 1 ТБ или более. Однако как выяснилось, решение Sony является проприетарным — 825 ГБ наиболее оптимально подходит для 12-канального интерфейса, также имеется ряд других преимуществ. Короче говоря, Sony решила предоставить больше свободы себе и разработчикам.

Сам контроллер подключается к главному чипу через четырехполосное соединение PCI Express 4.0 и содержит ряд специальных аппаратных блоков, предназначенных для устранения узких мест SSD. Система имеет шесть уровней приоритета, это означает, что разработчики могут буквально расставлять приоритеты доставки данных в соответствии с потребностями своего ПО.

Контроллер поддерживает аппаратную декомпрессию для стандартного ZLIB, а также новый формат Kraken от RAD Game Tools, который обеспечивает дополнительные 10% эффективности сжатия. Зачем это? Пропускная способность в 5,5 ГБ преобразуется во все восемь или девять гигабайт в секунду, подаваемые в систему.

Выделенный контроллер DMA (эквивалентный одному или двум ядрам Zen 2 с точки зрения производительности) направляет данные туда, где они должны быть, а два выделенных пользовательских процессора обрабатывают операции ввода-вывода и отображения памяти.

Интересно, что разработчикам не придётся ничего для этого делать.

«Вы просто указываете, какие данные вы хотите прочитать из вашего исходного несжатого файла, и где вы хотели бы поместить его, и весь процесс загрузки происходит незаметно для вас и с очень высокой скоростью», — говорит Церни.

Внешние устройства для расширения памяти

825 ГБ — это, конечно, не предел мечтаний, поэтому пользователи задаются вопросом: как можно увеличить внутреннее хранилище? По словам Sony, старые внешние жёсткие диски не годятся, однако не стоит их выбрасывать, ведь с помощью них можно запустить игры для PS4 (об этом ниже).

Microsoft представила собственные проприетарные накопители, однако Sony придерживается собственной стратегии, позволяющей пользователям покупать готовые решения и самостоятельно подключать их к консоли. Да, вы не ослышались, для расширения памяти на PS5 подойдут накопители NVMe для ПК. Единственная проблема заключается в том, что компьютерные технологии значительно отстают от консольных и новые накопители на базе PCIe 4.0 с полосой пропускания, необходимой для соответствия спецификациям Sony, не скоро появятся на рынке.

Тем не менее PS5 будет иметь слот NVMe и конечно полную совместимость с дисками. Главное, что вам не понадобятся дорогостоящие фирменные карты памяти от Sony, как во времена PSP и PS Vita. Однако, вам всё равно не стоит покупать неверифицированные устройства, они могут замедлить работу системы.

Беспрецедентный трехмерный звук с помощью Tempest Engine

Помимо скорости загрузки, Марк Церни делает ставку на звук. Он рассказывает, что редко встречался со звукоинженерами во время своих регулярных визитов к разработчикам и издателям, и что для обеспечения повышенного качества звука в новом поколении Sony сама должна создать задел для этого.

Для обеспечения объемного звучания 7.1 в текущем поколении обычно задействуется Jaguar. при этом его доля составляет гораздо меньшую, чем в эпоху PS3. Однако Церни хотел выделить для этого отдельный блок, в итоге был изобретён Tempest Engine.

Архитектор описывает его на примере ливня. В современных играх дождь — это простой, одиночный звук. Благодаря Tempest Engine звук в PlayStation 5 создаёт эффект присутствия, ощущение того, что вы действительно находитесь в середине капающей с неба воды. Он имитирует звук отдельных капель дождя, падающих на землю вокруг вас. Почему так? Это больше связано с возможностью точно отслеживать, где находятся объекты — и наука о том, как это сделать, просто поражает, в частности принимается во внимание форма ваших ушей и даже размер головы.

Создание отдельного блока для подобных вычислений довольно дорогостоящая технически задача. Однако Tempest Engine — это фактически переработанный вычислительный блок AMD GPU, лишенный собственных кешей и полагающийся исключительно на передачи DMA. Точно такой же сопроцессор находится в PS3.

«В итоге мы получили устройство с примерно той же мощностью SIMD и пропускной способностью, что и все восемь ядер Jaguar из PS4 вместе взятых», — хвалится Церни в своей презентации.

Короче говоря, Tempest Engine открывает путь к подлинной революции в игровом звуке — и, несмотря на то, что впереди ещё множество проблем в виде охвата всего потенциала системы, покупателям больше не нужно беспокоиться о покупке высококлассного аудиооборудования, наслаждаясь предоставленным опытом. Ведь всё что вам нужно — это два уха или два динамика, а Tempest Engine справится со всем остальными. Sony с оптимизмом смотрит в будущее, получая отличные результаты от виртуального объёмного звучания, доносящегося из динамиков телевизора и звуковых панелей, а также систем с несколькими колонками.

Поскольку для раскрытия полной картины необходим профиль отдельно взятого уха игрока, Sony смоделировала специальные настройки для примерно ста человек,предложив на выбор пять предустановок.

Церни полагает, что в будущем будет использовать нейронную сеть, чтобы выбрать ближайший аналог в своей библиотеке. Сразу после того, как пользователь отправит им фотографию своего уха.

Обратная совместимость

Консоль следующего поколения от Sony будет запускать лучшие игры для PlayStation 4 на старте. В своей презентации Марк Церни рассказал, что компания провела тестирование «100 лучших игр для PlayStation 4» и результаты оказались очень впечатляющими.

«Мы ожидаем, что почти все они будут воспроизводиться на PlayStation 5 в момент релиза», — говорит архитектор.