Детальніше про Sony PlayStation 4 Pro - першої 4K-консолі

Детальніше про Sony PlayStation 4 Pro - першої 4K-консолі

Скоро на ринок надійде PlayStation 4 Pro, яка вперше дозволить виконувати ігри у вирішенні 4K. Як Sony вдалося це здійснити, враховуючи, що потужність GPU зросла не радикально - лише в 2 з гаком рази, до 4,2 терафлопса? У бесіді з Eurogamer архітектор приставки Марк Церні (Mark Cerny) поділився подробицями.


В цілому PS4 Pro не відноситься до нового покоління систем: архітектура CPU залишилася колишньою, обсяг пам'яті майже не змінився - система покликана стати розширенням існуючої моделі: оптимізовані для неї ігри зможуть виводитися в підвищеній аж до 4K роздільній здатності. При цьому від розробників потрібно мінімум зусиль, щоб задіяти нові можливості. Наприклад, оптимізації Days Gone для PS4 Pro зажадали праці лише одного програміста. Sony стверджує, що в загальному обсязі зусиль при створенні гри повноцінна оптимізація для PS4 Pro займе лише частку відсотка.

 Для початку варто сказати, що в PS4 Pro застосована однокристальна система, вироблена за 16-ма нормами FinFET, замість 28-нм в оригінальній консолі. Це дозволило істотно наростити продуктивність. Наприклад, 8 ядер CPU Jaguar працюють тепер на частоті 2,1 ГГц замість 1,6 ГГц (зростання потужності в 1,3 рази). На зміну 18 обчислювальним блокам Radeon GCN з частотою 800 МГц прийшли 36 обчислювальних блоків з частотою 911 МГц (зростання потужності в 2,3 рази). Пропускна здатність 8 Гбайт пам'яті GDDR5 збільшилася на 24%, до 218 Гбайт/с. На додачу з'явився додатковий гігабайт повільнішої оперативної пам'яті DDR3.

Sony говорить, що результатом її вмілого проектування стала система, здатна ефективно виводити на екран в 4 рази більше пікселів, але при цьому ідеально сумісна більш ніж з 700 іграми для оригінальної PS4. Щоб сумісність була максимальною, Sony просто подвоїла розмір GPU: у режимі сумісності компанія відключає другу половину обчислювальних блоків GPU, так що система працює дуже близько до оригіналу. Потужність CPU збільшилася не сильно (наскільки дозволив новий техпроцес), причому Sony також прийняла рішення заради максимальної сумісності використовувати старі і досить слабкі ядра AMD Jaguar. Перехід на нові ядра CPU міг призвести до проблем в окремих проектах. В іграх, де частота кадрів не фіксована, Sony обіцяє приріст продуктивності.

Також компанія, вважаючи, що іграм необхідно більше пам'яті, додала гігабайт більш повільної DDR3. На стандартній моделі при перемиканні між ПО на зразок Netflix і грою додаток залишається в пам'яті системи навіть під час ігрового процесу, через що можливе миттєве перемикання на нього. На PS4 Pro відбувається дещо інший процес: під час перемикання на гру Netflix пересувається в повільнішу пам'ять DRAM. Завдяки цьому вивільняється майже гігабайт GDDR5. 512 Мбайт з цього додаткового обсягу можуть використовувати ігри (тобто на PS4 Pro вони можуть використовувати 5,5 Гбайт замість 5 Гбайт), а решту відведено для візуалізації інтерфейсу консолі в роздільній здатності 4K замість 1080p.

Цим невеликим додатковим обсягом пам'яті розробники можуть розпоряджатися на свій розсуд, але зазвичай він весь йде на буфер кадру 4K, так що не варто думати, що в підвищеній роздільній здатності PS4 Pro зможе забезпечити виведення більш якісних текстур і ресурсів - вони залишаться тими ж, що і на звичайній PS4. Натомість підтримка виводу гри в 4K не потребує особливих додаткових зусиль розробників або скачування об'ємних DLC. Повноцінна картинка 4K з текстурами підвищеної якості залишається прерогативою ПК (зрозуміло, у відповідних іграх на кшталт Rise of the Tomb Raider, Far Cry Primal або Gears of War 4, де всі ресурси оптимізовані під 4K).

Зате Sony в PS4 Pro змінила архітектуру GPU, використавши останнє покоління Polaris. Це не тільки дозволило серйозно наростити продуктивність, але також забезпечило появу нових функцій на кшталт технології стиснення DCC (delta color compression), яка дозволяє істотно зменшити вимоги до пропускної здатності пам'яті. Це дуже важливе нововведення, враховуючи більш ніж дворазове зростання продуктивності GPU і куди менший - пропускної здатності GDDR5.

Інше поліпшення - технологія відсікання примітивів. Вона підвищує ефективність (особливо в таких завданнях, як різні методи повноекранного згладжування) за рахунок відкидання з конвеєра обробки зображення занадто дрібних трикутників. Також оптимізована робота з 16-біт інструкціями при обчисленнях з плаваючою комою. Якщо раніше 16-біт змінна в шейдерній програмі займала той же простір, що і 32-біт, то тепер для 16-біт потрібно вдвічі менше векторних регістрів. Це в певних завданнях істотно впливає на ефективність, підвищуючи кількість оброблюваних інструкцій. Тобто в разі 16-біт обчислень пікова продуктивність зростає з 4,2 терафлопса до 8,4 терафлопса.


Sony також зазначає, що плодами її співпраці з AMD користуються і ПК-гравці: багато функцій, створених спеціально для консолі PS4 і PS4 Pro потім з'являються на ринку дискретних відеокарт. Так було, наприклад, у випадку з асинхронними обчисленнями, які створювалися саме під PS4 і дають зараз перевагу відеокартам AMD в режимі DX12. Марк Церні каже, що AMD дуже охоче співпрацює і консолі часом навіть отримують нові функції раніше дискретних GPU.

У разі PS4 Pro в GPU є нововведення, які поки не реалізовані в архітектурі Polaris і з'являться, ймовірно, в Vega в наступному році. Це більш ефективна робота з 16-біт інструкціями, про що вже говорилося, і вельми просунутий планувальник завдань, який покликаний також підвищити ефективність за рахунок більш інтелектуального розподілу навантаження. Цей розподільник завдань не тільки приносить принципові поліпшення у швидкості роботи теселяції, як у Polaris, але на додачу прискорює рендеринг у сценах з безліччю дрібних об'єктів.

Але і це не все: у чіпі для PS4 Pro використовуються спеціальні блоки, створені для консолі Sony і що дозволяють їй стрибнути вище голови. Сьогодні технології повноекранного згладжування на кшталт FXAA або SMAA мають свої обмеження, і саме в цій області Sony постаралася вирішити проблему, представивши ID-буфер, куди окремий апаратний блок записує ідентифікатор об'єкта для максимально точного визначення меж, які необхідно згладжувати. Він повністю апаратний і записує дані одночасно з Z-буфером. У результаті вперше об'єкти, їх координати і навіть окремі трикутники можуть точно відстежуватися між кадрами. Сучасні GPU цього не вміють без сильного зниження продуктивності.

Використання цього буфера дозволяє відносно малими ресурсами за допомогою геометричного рендерингу створювати 4K-картинку, частково використовуючи текстури та ефекти відображень у роздільній здатності 1080p (такий метод застосовується в Infamous First Light для PS4 Pro). Є і більш якісний і більш вимогливий до ресурсів метод поклітинного рендерингу. Він теж дозволяє створювати близьке до 4K зображення з економією ресурсів за рахунок нових якісних і економних методів повноекранного згладжування на основі даних з попередніх кадрів.

При цьому, за словами Sony, інтеграція цих та інших методів поліпшення дозволу і графіки в іграх не вимагає істотних зусиль розробників, тим більше що японська компанія надає приклади коду. Більшість ігор з оптимізаціями для PS4 Pro будуть виконуватися в підвищеній роздільній здатності 1800p або навіть 2160p на відповідних телевізорах.

 У деяких іграх використовується повноцінний рендеринг з динамічною роздільною здатністю (зазвичай в межах 80-90% від 4K), що змінюється залежно від складності сцени і навантаження. Але і в цьому випадку використання ID-буфера дозволяє домогтися істотних плюсів. Є й ігри (наприклад, Paragon), в яких розробники на PS4 Pro вважали за краще просто поліпшити графіку, частоту кадрів і візуальні ефекти, залишивши роздільну здатність 1080p. Але останній підхід не отримає особливого поширення: Sony стимулює розробників оптимізувати ігри насамперед для підтримки підвищених дозволів для 4K-телевізорів. Власники звичайних HDTV в більшості випадків отримають більш якісне повноекранне згладжування (хоча є і винятки на кшталт Paragon, Tomb Raider або Mass Effect Andromeda, де передбачені режими 1080p з поліпшеними ефектами і якістю відмальовки).

Зрозуміло, істотний плюс отримають VR-проекти завдяки підвищеній продуктивності PS4 Pro і апаратній підтримці зміни дозволів (коли на периферії зору кадр візуалізується в зниженому дозволі). Це дозволить помітно поліпшити продуктивність в іграх для PS VR другого покоління без помітного впливу на якість зображення в шоломі.