PlayStation 5 będzie tak dobre, że trzeba będzie przeprojektować PC

Microsoft i Sony w kółko powtarzają, że najważniejszym elementem ich nowych konsol jest ich pamięć masowa. Nie bez przyczyny: technologia zastosowana w konsolach Xbox One i PlayStation 4 to w zasadzie średniowiecze w formie powolnych dysków z elementami mechanicznymi. By zrozumieć, jaki to problem dla twórców gier, warto zdać sobie sprawę, że przez słabą wydajność pamięci masowej konsol bieżącej generacji gry na te konsole są znacznie większe, niż być powinny. Dlaczego?

Twórcy gier, desperacko walcząc z wąskim gardłem w formie pamięci masowej konsol bieżącej generacji, powielają dane gry i umieszczają identyczne pliki w wielu różnych miejscach. Skracają tym samym czas potrzebny głowicy dysku do odnalezienia tych danych – bo przecież często da się przewidzieć, że dany zestaw tekstur będzie niemal zawsze wyświetlany równocześnie. Zaokrąglając i uśredniając: przepustowość pamięci konsol wzrośnie z 50 MB/s do 5 GB/s, czyli w przybliżeniu stokrotnie.

Nad tą przepaścią z politowaniem patrzą się entuzjaści gier na PC. Oni już od dawien dawna korzystają w pamięci SSD – a więc podobnych układów, jakie znajdą się w Xbox Series X i PlayStation 5. Często istotnie wolniejszych od tych w nowych konsolach, ale to bez znaczenia – to nadal przepaść w porównaniu do rupieci zapewniających wydajność Xboxowi One i PlayStation 4.

Kości pamięci Xboxa Series X i PlayStation 5 – choć bardzo wysokiej klasy – nie są dla świata komputerów dla gier czymś szczególnym. SSD, NVMe czy PCIe 3.0 to przecież technologie, którymi do tej pory wyrażali się z entuzjazmem miłośnicy pecetowych benchmarków. Tyle że technologie te zostały wykorzystane w nowych konsolach w ciut odmienny sposób, niż przyjęło się to na rynku PC.

Sony i Microsoft chwalą się autorskimi rozwiązaniami dotyczącymi bezpośredniej łączności procesora graficznego z pamięcią. Przypisują sobie te technologie tylko częściowo słusznie – w rzeczywistości obie firmy dołożyły nieco od siebie do technologii, jaka AMD wykorzystuje w swoich GPU do profesjonalnych zastosowań (Nvidia również, choć nieco inaczej). Mowa o całkowitym przeprojektowaniu płyty głównej, by uczynić pamięć masową komponentem absolutnie priorytetowym.

W PlayStation 5 znajdziemy układ pamięci SSD o łącznej pojemności 825 GB, zdolny do przesyłania 5,5 GB/s danych (do 9 GB/s po zastosowaniu kompresji). To oznacza, że cały RAM można wypełnić danymi z SSD w mniej niż dwie sekundy. Ale jak to działa?

Układ SSD połączony jest z dedykowanym sprzętowym kontrolerem pamięci konsoli 12-kanałowym interfejsem. Ta liczba nie ma akurat większego znaczenia dla wydajności, jest prawdopodobnie bardziej związana z inteligentnym cięciem kosztów: pojemność 825 GB sugeruje, że układ SSD składa się z 12 chipów SSD, w których każdy ma dedykowany kanał interfejsu. Mądre, ale to tylko dygresja.

Ten sprzętowy kontroler pamięci jest bardzo istotny. Znacząco odciąża procesor główny od zarządzania operacjami wejścia/wyjścia, czyli pracą SSD. Przejmuje też rolę sprzętowego akceleratora dekompresji danych, ponownie odciążając od tego zadania pozostałe układy. Jak duże zapewnia to oszczędności? Sony, jak twierdzi, bez tego układu musiałoby dołożyć dodatkowe 9 rdzeni Zen 2 do swojego głównego procesora, by utrzymać wydajność konsoli. Kontroler DMA zapewnia jeszcze jedną korzyść, i to ją wskazywaliśmy jako wynalazek ze świata stacji roboczych – bezpośrednie połączenie pamięci masowej i operacyjnej. Dzięki temu SSD może być traktowane jako rozszerzona pamięć operacyjna, z całkowitym pominięciem tradycyjnej drogi przez inne podzespoły typowego peceta.

To oznacza, że PlayStation 5 ma nie tylko bardzo szybką pamięć SSD – co również spotykamy w pecetach – ale też dane z tej pamięci mogą być przetworzone z dużo mniejszym opóźnieniem i przy o wiele niższym obciążeniu CPU niż ma to miejsce w PC. Procesor PlayStation w ogóle nie zajmuje się dekompresją danych i ich transferem.

Bardzo podobnie, wszak punktem wyjścia do obu rozwiązań była technologia od AMD. Microsoft przy tym używa tańszych układów SSD, a więc istotnie wolniejszych od tych z PlayStation 5 – choć reprezentujących równie ogromny skok w wydajności względem konsol poprzedniej generacji. Microsoft chcąc ograniczyć koszt produkcji Xboxa Series X, zastosował za to kilka sztuczek programowych, o których za chwilę. Układy SSD w nowym Xboksie pracują z przepustowością 2,4 GB/s (4,8 GB/s po kompresji).

Podobnie jak PlayStation 5, również Xbox Series X zawiera wbudowany kontroler pamięci SSD, odciążający CPU i zapewniający bezpośrednie połączenie SSD i RAM-u. Microsoft ocenia swoje rozwiązanie podobną miarą co Sony, a więc wskazując, ile rdzeni Zen 2 w jego CPU zostało odciążonych – a konkretniej pięć. Na tym jednak nie koniec: dalszą wydajność mają zapewnić programowe rozwiązania, również na razie niedostępne dla świata PC.

Algorytmy zaszyte w DirectStorage – API będące rozszerzeniem DirectX-a – będą w nowym Xboksie analizować, które z danych (w szczególności tekstur) wywołanych do pamięci operacyjnej jest faktycznie potrzebnych. Microsoft, jak twierdzi, w swoich testach gier doszedł do wniosku, że bardzo niewielka część załadowanych informacji jest faktycznie wykorzystywanych przez grę. Dla przykładu tylko mała cześć dużej tekstury o rozdzielczości 4K jest widoczna na ekranie czy przetwarzana przez układ graficzny. Podobno najlepiej zarządzającą pamięcią Xboxa One gra wykorzystywała aktywnie raptem połowę z załadowanych do pamięci danych. Zazwyczaj jest jeszcze mniej efektywnie.

Odpowiedzią na ten problem są działające na sprzętowym poziomie mechanizm kompresji BCPack zmniejszający rozmiar tekstur w pamięci oraz mechanizm Sampler Feedback Streaming, który pilnuje, by do pamięci operacyjnej trafiły tylko te fragmenty tekstur, które faktycznie są potrzebne silnikowi gry. Nie jest przy tym łamana zgodność z silnikami gier, które nie są optymalizowane pod pomysły Microsoftu, choć twórcy mogą na niego wpływać: odrzucone przez algorytm dane są cały czas pod ręką w zarezerwowanych na ten cel 100 GB pamięci podręcznej SSD, która pełni rolę dodatkowego, rozszerzonego RAM-u. Microsoft nazywa całe rozwiązanie jako architektura Velocity.

Architektura wykorzystana w PlayStation 5 i Xbox Series X to coś, z czym jeszcze nigdy styczności nie mieliśmy. Żadna konsola nie działała do tej pory na podobnej zasadzie, a płyty główne ustandaryzowanych PC bazują na 30-letniej już architekturze – więc i tu nie mieliśmy okazji zrozumieć, co tak szybka pamięć masowa nam zapewni. Microsoft i Sony opowiadają o błyskawicznym wczytywaniu i wznawianiu gier, ale – choć to bez wątpienia wygodne – trudno zaliczyć do rewolucji w grach wideo.

Niestety nie widzieliśmy jeszcze na oczy żadnej gry wideo napisanej wyłącznie z myślą o konsolach nowej generacji – czyli takiej, która będzie dostępna wyłącznie na PlayStation 5 lub Xbox Series X, bez wersji na PC czy starsze konsole. Jak twórcy gier wykorzystają tę technologię i co się może zmienić dla nas, graczy?

Odciążenie CPU w oczywisty sposób zwolni jego zasoby, by ten mógł się zająć innymi zadaniami. Mogą to być przeliczenia związane z zachowaniem się tysięcy wirtualnych statystów sterowanych przez sztuczną inteligencję czy zaawansowane algorytmy pracujące nad realizmem jakiegoś symulatora samochodu wyścigowego.

Szybka pamięć oznacza również możliwość błyskawicznego żonglowania tak zwanymi assetami. To oznacza, że gra może dużo szybciej w locie wczytywać kolejne dane, co jej twórcy mogą wykorzystać do wprowadzenia zupełnie nowych mechanik i zasad. Wyobraźmy sobie strzelankę lotniczą, w której po katapultowaniu z samolotu od razu przechodzimy do trybu pierwszoosobowego na ziemi – bez żadnego ekranu ładowania czy komicznych uproszczeń jak w grach z serii Battlefield. To jednak wyłącznie nasze fantazjowanie – zobaczymy, jak tę nową technologię wykorzystają sami twórcy.

Konsole do gier często oferowały graczom istotne przewagi nad posiadanie gamingowego peceta – kiedyś były to układy scalone akcelerujące przetwarzanie tak zwanych sprite’ów (czyli bitmap) na ekranie czy ogólnie operacji na grafice 2D (czy wiecie, jak trudno było stworzyć klona Mario na PC, który bez problemu radził sobie na konsolach Nintendo?). Nawet poprzednicy Xboxa One i PlayStation 4, za sprawą swoich niestandardowych procesorów, stanowiły kawał ciekawej technologii.

Konsole bieżącej generacji niestety okazały się sprzętem projektowanym głównie pod oszczędności w masowej produkcji. Na obie powstało wiele świetnych gier reprezentujących wysoki poziom artystyczny i techniczny – ale głównie za sprawą fantastycznej pracy ze strony programistów i inżynierów oprogramowania. Średniej klasy gamingowy PC zapewni znacznie lepsze rezultaty w ujęciu technicznym od PS4 i X1.

Tymczasem PS5 i XSX są znów ekscytujące i znów ciekawe. Nie tylko za sprawą bardzo szybkiej pamięci – na czym wielu kończy porównywanie ich z pecetami – ale też za sprawą tego, jak została zaprojektowana i jak będzie wykorzystywana. Nie wiem jak wy, ale ja już nie mogę się doczekać nowych gier na wyłączność od Sony. Bo to one, jako pierwsze, pokażą nam, co ta innowacyjna architektura ma do zaoferowania w rzeczywistości. I trzymam kciuki, by powodzenie nowych konsol wpłynęło na projektantów pecetów, których bazowa architektura jest już mocno przestarzała, a przede wszystkim nieefektywna.

Nie przegap nowych tekstów. Obserwuj Spider's Web w Google News.