科技深渊 篇一:PS3架构详解(cell,XDR,RSX)

2022-09-24 20:37:04 11点赞 40收藏 7评论

Cell处理器,于2000-2005年索尼、东芝和IBM三家联合研发,IBM与索尼曾宣称,Cell处理器的运算能力将达到史无前例的1TeraFLOPS,(TeraFLOPS为每秒执行的浮点指令个数, 是衡量计算机性能的一个重要单位.)其中tera代表一万亿,flo则是指一次浮点运算(floating point operation),这是描述计算性能的基本单位,而 ps 自然是每秒(per second)的意思。(以后可以专门做一期视频讲一下这些。)这是什么概念呢? 在当时,世界上最快的计算机是NEC的“地球模拟器”,它的运算能力为每秒36 TeraFLOPS。而关于ps3的性能,还曾经有过一个好玩的梗。

2003年“PS之父”久多良木健在接受日本《PCWatch》专栏作家后藤弘茂访谈时说过的一段话,久多良木健的本意是说足够数量的Cell处理器串联在一起,就可以达到甚至超过“地球模拟器”(地球シミュレータ,NEC制的超级计算机,在当时是世界上最快的计算机之一)的性能。这段话整出了“PS3能模拟地球”的意思。一直流传至今(当然,ps3并没有达到这个性能,IBM原本想将4个cell集合成一个处理器,但后来发现功耗太大,成本太高,良品率太低)

PS3架构详解(cell,XDR,RSX)

cell架构

cell处理器的架构与现在常见的x86架构有明显的差异,最大的差别在于他们的核心与指令集。x86架构中,每一个核心都是可以相对独立运行的。而cell所搭载的架构(powerpc架构改进),主要是由PPE(power处理单元,Power Processing Element)与SPE(Synergistic Processing Elements)组成。SPE是一颗协处理器,每个SPE具备128bit SIMD 通用暂存器,256KB SRAM(静态随机存取存储器,大致起到一级缓存的作用,用于本地存储),一个SPU(向量处理器),一个MFC(内存流控制器)可同时执行两道指令(双发射)。PPE包含一颗64位powerpc架构的risc(精简指令集)3.2GHz核心,是PowerPC970的改进版。PPE直连总线,可以直接访问内存与缓存,而SPE则需要通过PPE才能访问内存。SPE也不支持许多cpu特性。所以SPE并不能看作传统计算机的核心,所以从传统角度讲,ps3是一台"单核"的游戏机

指令集方面,cell基于powerpc架构,是一颗使用risc指令集(精简指令集)的"cpu"而我们熟知的x86架构则是属于CISC(Complex Instruction Set Computing)指令集(复杂指令集)的范畴。

PS3架构详解(cell,XDR,RSX)

ps3为了保证良品率,8个spe屏蔽了一个。还有一个给系统提供音频等服务,实际游戏使用6个spe与ppe.但在后期索尼的系统优化上,又节约出一个spe使用在游戏上,这就是为什么ps3后期的游戏帧率更加稳定,画面更好。(买sony,战未来!)

因为SPE为RSX图形处理器承担了一部分工作,所以RSX图形处理器严格说并不是gpu,同理,cell也不完全是cpu

PS3架构详解(cell,XDR,RSX)

EIB通用总线

Element Interconnect Bus(EIB)负责SPE,PPE核心,内存等外围设备之间的通讯

256MB XDR内存

这里的XDR可不是苹果的XDR显示屏,而是内存,XDR(eXtreme Data Rate)内存不同于常见的DDR内存,由Rambus公司研发,这是一家主要研发内存的小公司,他们曾研发出RDRAM内存,这种内存曾受到英特尔公司的大力支持,但由于价格昂贵没有得到大众认可。)时钟信号1.6GHz,运行频率3.2GHz,带宽25.6GB/s.这是一个惊人的带宽,同时期的 DDR2 667也只有5.3 GB/s的带宽。GDDR3运行在700mhz显存在延迟高得多的情况下,也只有22.4GB/s的带宽。如今的DDR4 3200mhz也只有25.6GB/s,也就是说,这个

XDR内存相当于5根ddr2 667的内存同时运作。

在一个时钟周期内(一个上升沿和一个下降沿),XDR DRAM进行了4次时钟采样,在采样的每个上升沿和下降沿都传输了1bit的数据,因此在一个时钟周期内,XDR可以传输8bit的数据,DDR 只能在一个时钟周期进行2bit的数据传输,所以ddr的全称叫做(Double Data Rate SDRAM)这就是XDR 技术中最新的“8分频”技术,带来了强大的带宽。我猜测这与cell的特殊架构有关,spe担任了部分图形处理器的工作,spe,ppe,图形处理器之间需要高速的带宽来交流,如果用ddr内存那5gb每秒的带宽肯定不能满足交流的需求,gddr3的延迟又太大,只有XDR才能满足cell的需求。

PS3架构详解(cell,XDR,RSX)

RSX图形处理器

RSX是游戏主机中不是非常常见的英伟达研发,

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基于NV47核心(这是一个“不存在的核心”,是由G70与G72修改而来,只有ps3的rsx才使用)基于2005年发布的7800GTX图形处理器,搭配128bit 256m gddr3显存运行在650mhz下,有3亿多个晶体管,支持OpenGL ES 1.1 + Nvidia Cg 24 个并行像素着色器,8 个平行顶点管线24 个纹理过滤单元 和 8 个顶点纹理寻址单元,理论像素填充率达到了每秒 4.0 千兆像素

PS3架构详解(cell,XDR,RSX)

结语:我认为ps3是一台战未来的主机,但从现在来看,ps3对比前两代ps系列,明显是失败的,cell架构虽然新颖,性能强大,但开发难度大,加上集成了ps2的硬件,导致成本昂贵....太多因素了,但不管怎么来说,ps3都是一台先进的主机,但先进过度,即为退步。

作者声明本文无利益相关,欢迎值友理性交流,和谐讨论~

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