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下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

2020-03-21 16:19:58 107点赞 158收藏 206评论

导读:沉默已久的索尼终于说话了。通过公布一段提前录制的、原本要在 GDC 2020 现场分享的视频,PS5 的核心规格终于公开了。这些规格对于PC装机党来说可能比较熟悉,而对于许多主机玩家来说,可能还很陌生,本文将借此机会,做一些科普和解读,带大家深入了解次世代主机的魅力。

规格解读与对比

首先让我们来对比一下 Xbox Series X 和 PlayStation 5 的已知规格参数。

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

1.1 CPU

XSX:8核 Zen 2 Cores at 3.8GHz (SMT 超线程模式下 3.6GHz)PS5:8核 Zen 2 Cores at 3.5GHz (可变频率)

XSX 正常模式 3.8GHz,而在 SMT 超线程模式下是 3.6 GHz,这两档频率都是锁死的;而 PS5 是可变频率,最高3.5 GHz,推测平时运行频率更低,具体多少没提。也就是说,PS5 最高运行时才和 XSX 超线程模式下的主频相当。而 PS5 没有说带 SMT 超线程——在本文的分析里,官方没说,就当没有。因为如果有,在这种面向开发者的、纯技术向的关键会议上,一定会说。

这里稍微提一下超线程的意义:根据 Digital Foundry 在 PC 平台的测试,开启超线程之后,针对多线程优化的程序在运行时能获得 30% 以上的性能提升。在游戏程序中,你可以简单理解为「多出30%的帧数」。而开启超线程后 3.5GHz 与 3.6 GHz 主频相当,因此我们可以理解为:虽然都是定制的 8核 Zen 2 架构,XSX 这颗 CPU 在性能上领先 PS5 至少 30%。

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

DF XSX规格解读视频

1.2 GPU

XSX:12.155 TFLOPs, 52 CUs at 1.825GHz, RDNA 2PS5:10.28 TFLOPs, 36 CUs at 2.23GHz(可变频率)RDNA 2

衡量一台游戏机硬件性能最关键的就是图形性能;而图形性能最关键的指标就是 GPU 的「TFLOPS」,意思是「每秒浮点运算次数」,缩写为「TF」。

为什么呢?因为这个指标全面体现了芯片的综合性能。

TF的计算公式是:CU(可用计算单元) x 频率 x 128

XSX 的 12 TF = 52 CU x 1.825GHz x 128;PS5 的 10TF = 36 CU x 2.23GHz x 128——「12 大于 10」,小学生也知道吧?然而,XSX 的这颗 GPU 和 PS5 的差距,绝不仅仅是这 2TF 算力,更是「核心的代际差」

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AMD 的 Navi 10核心架构图,标准设计是40个CU

这里先科普一个概念,什么叫CU?

CU 意为「计算单元」(Compute Unit),XSX 和 PS5 的定制 GPU,都是基于 AMD 的定制化 Navi 核心。每个 CU 都是一个独立的计算单元,内部还有流处理器、标量单元,以及双线性过滤单元等。XSX 选择了 CU 更多的方案,而 PS5 则选择了 CU 更少、频率更高的方案。

根据泄漏的资料,Digital Foundry 早在今年1月就准确预测了 XSX 的这颗 GPU的关键指标:

Arden(芯片代号)——可能就是Xbox Series X上面的那颗芯片——具有3584个流处理器,按照单CU有64 SP来算的话,它有56组CU,这应该就是AMD迟迟没有推出的Navi 12的后继者,一个规模很大的GPU,比RX 5700 XT上面的完整Navi 10要大上40%。DF预测其单精度浮点的性能会有12TFLOPS,工作频率为1.68GHz。泄漏的数据中还给定了显存带宽——560GB/s,这个不一般的内存带宽是怎么实现的,还是得等微软最终公布参数了(可能是混合的内存接口)。


下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

DF此前根据GitHub泄漏测试数据做的XSX规格预测

而同一篇文章里,DF也指出了 PS5 的 GPU 芯片规格:

代号为"Oberon"的芯片……他们认为这枚芯片上面可能搭载了代号为"Navi 10 Lite"的GPU。近段时间泄漏的测试让他们知晓了这颗GPU确实是Navi 10,不过少了4个CU,另外它的工作频率相当之高——2.0GHz。在 36 CU的规模和2.0GHz的工作频率下,这颗GPU的单精度计算能力可以达到9.2 TFLOPS,由于RDNA架构在效率方面有着比较大的提升,所以这个9.2 TFLOPS已经意味着PS5在图形性能上会有非常大的进步了。

也就是说,PS5 的这块 AMD RDNA 2 架构「定制」GPU,基本上就是完全基于「Navi 10」核心。标准的 Navi 10 核心就是 40 个CU,PS5 少了4个CU是为了良品率,屏蔽了4个,于是变成了 36 CU;而微软定制的这颗 GPU,则基于 Navi 12+ 架构,物理上是 60 个CU,屏蔽了4个变成 56 CU。

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

DF此前根据GitHub泄漏测试数据做的PS5规格预测

大上 40% 左右。按照泄漏的测试数据,2.0GHz 频率,那么 PS5 芯片测试时的算力应该是:

36 CU x 2.0Ghz x 128 = 9.2 TF

这就是此前网传的「PS5 算力是 9.2TF」的出处。然而今天索尼演讲最大的意外,就是主频最高竟然超到了 2.23 GHz!结果就是 PS5 的峰值算力总算突破两位数,达到 10.28 TF。

参考2018年底发售的「卡皇」 Nvidia RTX 2080 Ti,基础频率1.35GHz,超频模式1.54GHz。当然这两年来不少发烧友把它超频到 2.0GHz,结果就是发热量巨大,但性能提升有限,在20%左右。

这意味着什么?意味着:

  • PS5 要在比 XSX 芯片小 40% 的面积上,处理更烫手的散热问题。这对主机内部构造和散热系统,乃至外观设计都提出了极高要求。主设计师 Mark Cerny 也明确说:超频模式下,会有专门的散热方案,今后会在机器拆解环节再行公开。

  • 因为 Navi 10 和 Navi 12+ 核心的代际差,CU 的差异不只是数量上的,更是图形特性上的。比如这次 PS5 并未公布这颗 GPU 具体的渲染管线数量,没有说支持可变速率着色 (VRS)、没有说具备机器学习(DirectML)、没有说支持快速堆叠计算(Rapid Packed Math,RPM)、没有说支持 SDR 到 HDR 自动转换、没有说支持网格着色(Mesh Shading)——而这些先进特性,都是 XSX 已经明确支持的。无怪乎有国外网友认为,虽然索尼自称也是「RDNA 2」架构,但其实缺乏太多特性,名不副实。

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

「如果这也叫 RDNA 2,那就叫吧」

然后是「可变频率」问题。XSX是锁死在 1.82GHz 的,即 12TF 是恒定的;而 PS5 则反其道而行之,采用的模式是:恒定供电功率,如果发现过热,则主动降频,让频率进行调整波动。(原文:Developers work to the power limits of the SoC, their workloads affecting frequencies on the fly - but it's those factors that impact the clock speeds, not ambient temperatures.)

这其实用大白话翻译一下,其实就是:2.23GHz 是峰值频率,10.28TF 峰值算力,但如果持续跑在峰值频率,机器一定会过热死机。供电稳定=发热量稳定,只能让频率来回摇摆,也就是说极大可能 2.0GHz,9.2TF 才是 PS5 的主要输出水平。

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

PS5 GPU 能在多个不同频率运行在此前的推测和本次发布会上都得到了印证:

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兼容PS4 和 PS4 Pro

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

此前推特爆料的 Oberon 核心测试数据

可以看到 Gen2 2.0GHz 是正常工作状态;Gen1 的 0.9GHz 对应 PS4 Pro 主频;Gen0 的 0.8 GHz 对应 PS4主频。这也侧面印证了 PS5 向下兼容只针对 PS4 / PS4 Pro。而 PS1/2/3 兼容要么是纯软件模拟,要么就不支持。

最后在光线追踪方面,PS5 这颗 GPU 也语焉不详。

发布会只提到,PS 5 的光追使用了 AMD RDNA 2 的解决方案,称之为「交叉引擎」(Intersection Engine)。但这个所谓的「交叉引擎」并不是光追专用硬件,只是和 AMD 的现有方案(原文:PS5 does indeed deliver hardware-accelerated ray tracing via its Intersection Engine, which Cerny says is "based on the same strategy as AMD's upcoming PC GPUs". Similar to the RDNA implementation, PS5 will have access to the same kind of RT implementations we've seen in the PC space)——也就是说不存在额外的算力去支援光追,还是最多 10.28TF 这点算力。

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比较巧合的是,就在17日晚上,Vulkan 刚刚对外宣布支持光追,且 AMD、Intel、NVIDIA,乃至移动端GPU都会支持 Vulkan 光追。这多少给了人一些遐想。毕竟事实已经证明,并非一定要 RTX 图灵架构显卡也能跑光追。DF 测试过在 GTX 显卡上跑光追,无非是性能损耗问题。

PS5 的光追实现几页PPT中,谈到了 BVH 算法、全局光照等等,不过没有什么新东西。由于没有更多的细节和演示,因此 PS5 光追效果具体如何,开发者通过 Vulkan 实现还是索尼自己的 API,目前还不清楚。

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1.3 内存带宽

XSX:16GB GDDR6,320-bit 位宽,10GB at 560GB/s, 6GB at 336GB/s

PS5:16GB GDDR6,256-bit 位宽,448GB/s内存都是 16GB GDDR6,差别是微软做了非对称设计,针对显存做了10GB优化,位宽问题不大,560GB/s 对 448GB/s 是有明显优势的。

1.4 SSD

XSX:1TB 内置定制化 NMVe SSD,2.4GB/s (原生),4.8GB/s (压缩)。可扩展定制化专用1TB SSD,性能与内置相同

PS5:825GB 内置定制化 NMVe SSD,5.5GB/s(原生),8-9GB/s(压缩)。可扩展第三方 M2 SSD 内存条,容量和性能有待兼容性测试

PS5 这次内置的 SSD 的确是黑科技,达到了惊人的 5.5GB/s,是这次公布的参数中唯一超越 XSX 的所在。但内部容量没有达到此前普遍预测的 1TB,只有825GB,原因不明。在绝对速度上,XSX还是输给了PS5

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

SSD 扩展方面,索尼确认会支持 M2 接口的各种 PCIe 3.0 和 PCIe 4.0 SSD扩展。至于支持到多少容量、具体接口尺寸、支持哪些品牌等都没有说明,表示需要做更多兼容性测试后再行说明。

发布会上强调 PS5 内置 SSD 的独特优势,和市售 PC 用产品都不同,所以外置扩展不太可能和内置达到相同性能水平。微软方面,扩展的希捷 1TB SSD 和内置 SSD 在性能上完全一样,采用专用接口。

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1.5 其他

光驱:两台主机都标配 4K UHD 蓝光光驱;

向下兼容:PS5 确认通过三种时钟频率模式实现对 PS4、PS4 Pro 对向下兼容,确认测试了100多款「头部」PS4游戏,均可以在 PS5 上首发时即兼容;是否兼容 PS1、2、3 没有说明;

其他图形功能:PS5 拥有一个具体参数不明的「几何引擎」(Geometry Engine),能实现「图元着色」(Primitive Shaders),而 Reddit 讨论指出,所谓「图元着色」就是 AMD RDNA 一代架构就提出的 NGG,只是叫法不同而已;

外部接口:XSX 明确 USB 3.2 支持外部硬盘;PS5 则只提到支持 USB 外部硬盘,没有提及具体接口参数;

音效:发布会用了相当篇幅说明了环绕音效,叫「Tempest Engine」,能针对电视自有音响、Soundbar或多声道家庭影院做不同的优化。这方面就不细说了。

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

最后,外观、手柄、售价什么的,本来也没指望索尼会在 GDC 上公布。

之前 CES 2020 提到的 8K 和是否最高支持 120fps 等高帧率,只字未提,游戏实际画面或 tech demo 都没有出现,可谓一场纯正的「PPT宣讲会」。用 DF 的话说:索尼还是把很多牌捏在手里没打。在次世代主机核心指标上,就目前公布的来看,除了在SSD上领先微软,其他指标上都落后于 XSX。

索尼的战略方向

在 GDC 2020 发布会之前,索尼只有三次次重要的 PS5 官宣。

第一次是索尼在2019年5月的投资人沟通会上,SIE 总裁&CEO Tim Ryan 对于次世代的 PPT 画饼很清晰:

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

  • SIE 最关键的资源是世代传承的品牌和信仰

  • 利用向下兼容 PS4 实现更顺滑的世代更替

  • 未来三年 PS4 仍旧会是主要平台和盈利来源,直到PS5在发售后达到一定装机量(按2019年算,大概是到 2022-2023年)

  • AAA 大作还是会不断登陆 PS4  

——感觉到主旋律了么?SONY 大半年来对 PS5 的沉默,乃至什么展会都不太参加,在我看来更多的还是内部强调延续 PS4 的辉煌成就,吃足本世代,尽量把 PS4 的盈利周期拉长。而不是立刻转移焦点到次世代上。刻意去拉长换代节奏,自然不需要着急吹下一代。 规格方面,已经确定的:

  • 全新CPU、GPU

  • 引入 SSD

  • 向下兼容PS4

  • 引入 光线追踪

  • 8K 分辨率输出

  • 保留物理介质,引入 4K UHD 蓝光光驱

  • 3D音效

第二次是 SIE 官网10月8日第一次公布了参数:

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

结合后来的爆料看,2019年6月,索尼已经在测试代号「Oberon」的 AMD 芯片组方案。10月规格应该已经完全敲定了。芯片的设计与测试、定型需要经过漫长的周期,以年计,不是说改就能改。因此此前关于「PS5 流片作废、回炉重造」的谣言可以完全过滤。基本上一代主机的设计要提前 3-4年展开。

第三次是时隔几个月后 CES 2020 才第一次面向消费者确认 PS5 的存在和 PS5 的logo、关键技术:

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

  • 3D 环绕声

  • Haptics/Adaptive Triggers 震动反馈和自适应触发 - 都是讲新一代手柄,提供更细腻的反馈,谣言爆料有提到在手柄中加入心率传感器之类

  • Ultra-High Speed SSD 超高速SSD

  • Hardware-Based Ray Tracing 硬件支持的光线追踪

  • Ultra HD Blu-Ray 超清蓝光光驱

和前两次比,最大的区别是:不再提8K。这个宣传口径上的变化,让光线追踪成了画面提升上唯一的宣传点。

总之,我同意这位推特网友对此次 PS5 硬件规格公布的归纳:

下世代主机的第一回合硬件大战已结束,究竟谁赢了?

PS5 的 GPU 核心,在基本渲染管线 CU 部分,其实只有 RDNA1 规格;只有负责光线追踪的 BVH 算法是 RDNA2 的东西。36 CU 不会所有时间都在峰值频率 2.2GHz 下运行,这意味着会有 10%-15% 的性能落差,也就是最多 10.2 TF,日常 9.2 TF 的算力输出。

PS4 的辉煌还将持续几年,PS5 的初次登场却意味着次世代主机大战的第一回合——硬件规格层面的较量,已经结束了。

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