◘| پلی استیشن 5 دقیقا چقدر قدرتمند است؟ |◘

SELENA · 18/3/20

| مروری جامع بر مشخصات فنی، قابلیت افزایش کلاک پردازنده و پشتیبانی از رهگیری پرتو |

سونی بالاخره سکوتش را شکست. مشخصات سخت‌افزاری پلی استیشن 5 بالاخره منتشر شده و مارک سرنی، معمار کنسول در ارائه‌ای عمیق راجع به سخت‌افزار جدید و راهکارهای مختلفی که به بهبود چشمگیر نسل بعد نسبت به پلی استیشن 4 منجر می‌شوند صحبت کرد. بخش دیجیتال فاندری وب‌سایت یوروگیمر این شانس را داشت که چند روز زودتر از لایو استریم سونی با سرنی صحبت و جزییات بیشتری درباره سخت‌افزار پلی استیشن و فلسفه پشت طراحی آن منتشر کند.
در نخستین مقاله از سری مقالات تحلیل فنی پلی استیشن 5، کار با مشخصات فنی و جزییات عمیق آن شروع می‌کنیم و در مقالات آتی به سراغ تفاوتی که SSD ایجاد می‌کند، رویکرد سونی در قبال فضای ذخیره قابل افزایش و در نهایت صدای سه‌بعدی با موتور Tempest می‌رویم.

آنچه ارائه امشب را جذاب می‌کند این است که سونی چشم‌اندازی را برای نسل بعد متصور شده که با روحیه ارائه بهترین سخت‌افزار ممکن و تمرکز بر بردن تجارب گیمینگ به سطحی تازه درهم تنیده. اما در عین حال، طراحی پلی استیشن 5 درست مانند پلی استیشن 4 به مذاق توسعه‌دهندگان خوش خواهد آمد. ایده کلی اینست که توسعه‌دهندگانی که با سخت‌افزار نسل فعلی آشنایی داشته و با آن راحت هستند، به آسانی می‌توانند به قدرت اضافه در پردازنده، پردازشگر گرافیکی و فضای ذخیره‌سازی بیشتر دسترسی داشته و به مرور زمان با قابلیت‌های اضافه آزمون و خطا کنند.
مشخصات سخت‌افزاری

گیمرها طی چند ماه اخیر شدیدا منتظر ارائه جزییات فنی پردازنده پلی استیشن 5 بودند و به لطف لایو استریم مارک سرنی، حالا چیزهای بیشتری راجع به پردازنده شخصی‌سازی شده AMD در قلب پلی استیشن 5 می‌دانیم. در حقیقت، اگرچه تمرکز سرنی در لایو استریمش معطوف بر تجربه به دست آمده از طریق قابلیت‌های کلیدی اس‌اس‌دی و موتور صدای جدید Tempest -که واقعا بی‌نظیر به نظر می‌رسد- بود، اما تمایل عمومی به مشخصات فنی آنقدر زیاد است که کار را از اینجا آغاز می‌کنیم.
در سطحی ابتدایی، از پیش می‌دانستیم پلی استیشن 5 همراه با تکنولوژی پردازنده AMD Zen 2 از راه می‌رسد و اطلاعات قبلی هم تایید کرده بود که باید منتظر هشت هسته فیزیکی و ۱۶ رشته باشیم. اما حالا می‌دانیم کلاک این هسته‌ها چقدر است و پلی استیشن 5 به فرکانس ۳.۵ گیگاهرتز خواهد رسید. صحبت درباره ذات پردازنده و پردازشگر گرافیکی نیازمند توضیحاتی دقیق خواهد بود، چون سرنی فرکانس‌ها را «محدود» توصیف می‌کند. در پردازنده، فرکانس ۳.۵ گیگاهرتز بالاترین میزان خواهد بود. سرنی می‌گوید این فرکانس، سرعت معمول کنسول خواهد بود اما در شرایط خاص ممکن است کاهش یابد.

کنسول	پلی استیشن 5	پلی استیشن 4
پردازنده	8x Zen 2 Cores at 3.5GHzبا فرکانس متغیر	8x Jaguar Cores at 1.6GHz
پردازشگر گرافیکی	10.28 TFLOPs, 36 CUs at 2.23GHzبا فرکانس متغیر	1.84 TFLOPs, 18 CUs at 800MHz
معماری پردازشگر گرافیکی	Custom RDNA 2	Custom GCN
حافظه	16GB GDDR6/256-bit	8GB GDDR5/256-bit
پهنای باند حافظه	448 گیگابایت بر ثانیه	176 گیگابایت بر ثانیه
فضای ذخیره‌سازی	825 گیگابایت اس‌اس‌دی شخصی‌سازی‌شده	500 گیگابایت اچ‌دی‌دی
توان عملیاتی ورودی و خروجی	5.5GB/s (Raw), Typical 8-9GB/s (Compressed)	Approx 50-100MB/s (dependent on data location on HDD)
حافظه قابل افزایش	درگاه NVMe SSD	اچ‌دی‌دی داخلی قابل تعویض
درایو نوری	4K UHD Blu-ray Drive	Blu-ray Drive

ورژن شخصی‌سازی شده سونی از پردازشگر گرافیکی AMD RDNA 2 شامل ۳۶ واحد پردازشی با سقف فرکانس ۲.۲۳ گیگاهرتز است که در نهایت پیک قدرت پردازشی ۱۰.۲۸ ترافلاپس را رقم خواهند زد. با این همه، مجددا با اینکه فرکانس ۲.۲۳ گیگاهرتز، سرعت معمول و همینطور سقف سرعت است، با افزایش وظایف کنسول امکان کاهش آن وجود دارد. پلی استیشن از یک قابلیت افزایش کلاک هم بهره می‌برد که جلوتر به آن می‌پردازیم. اما به یاد داشتن این موضوع مهم است که واحد پردازشی RDNA به مراتب قدرتمندتر از پلی استیشن 4 و پلی استیشن 4 پرو ظاهر می‌شود که معماری قدیمی‌تری داشتند.
در واقع تراکم ترانزیستوری در واحد پردازشی RDNA 2 بالغ بر ۶۲ درصد بیشتر از چیپست پلی استیشن 4 است و یعنی حداقل از نظر تعداد ترانزیستور، ۳۶ واحد پردازشی پلی استیشن 5 با ۵۸ واحد پردازشی در پلی استیشن 4 برابری می‌کنند و علاوه بر این، همان واحدهای پردازشی دارند با فرکانسی بیشتر از دو برابر عمل می‌کنند.

با قابلیت بـ*ـو*ست در پلی استیشن 4 آشنا شوید

شفاف‌سازی چگونگی استفاده پلی استیشن 5 از فرکانس‌های متغیر ضروری است. این کنسول قابلیتی به نام «Boost» دارد اما نباید آن را با تکنولوژی‌های موجود در اسمارت‌فون‌ها یا حتی پردازنده‌ها و پردازشگرهای گرافیکی که نامی مشابه دارند مقایسه کرد. در این دیوایس‌ها و سخت‌افزارها،‌ پیک پرفورمنس رابـ*ـطه مستقیمی با حرارت دارد؛ بنابراین هرچه دمای محیط بالاتر باشد، نرخ فریم در بازی‌ها کاهش می‌یابد – گاهی به شکلی کاملا محسوس. چنین چیزی کاملا با ماهیت یک کنسول که انتظار داریم همواره پرفورمنسی یکسان از خود به نمایش بگذارد در تضاد است.
برای اینکه موضوع کاملا روشن باشد، پلی استیشن 5 کلاک‌ها را به این طریق بـ*ـو*ست نمی‌کند. به گفته سونی، تمام کنسول‌های پلی استیشن 5 یک وظیفه واحد را با سطح پرفورمنسی واحد و تحت هر شرایطی عملی می‌کنند و اهمیتی هم ندارد که دمای محیط چقدر است.
بنابراین بـ*ـو*ست در پلی استیشن 5 چگونه عملی می‌شود؟ اگر بخواهیم ساده بگوییم، پلی استیشن 5 یک بودجه مشخص برای میزان انرژی مصرفی و محدودیت‌های سیستم خنک‌کننده تعیین می‌کند. آنطور که سرنی می‌گوید:

به جای کار با فرکانس ثابت و تغییر انرژی براساس وظایف محول شده به کنسول، ما اساسا مقدار مشخصی از نیرو را به کار گرفته و به فرکانس اجازه می‌دهیم براساس فشار کاری تغییر کند.

یک پایشگر داخلی، فشار کاری را روی پردازنده و پردازشگر گرافیکی می‌سنجد و فرکانس را بسته به نیاز تنظیم می‌کند. درحالی که هر قطعه دستگاه ویژگی‌های دمایی و مصرف انرژی متفاوت از دیگر قطعه‌ها دارد، پایشگر مورد اشاره تصمیمات خود را براساس رفتار چیزی تعیین می‌کند که سرنی به آن «چیپست مدل»‌ می‌گوید؛ به عبارت دیگر یک نقطه مرجع استاندارد برای تمام پلی استیشن 5 هایی که در جهان تولید خواهند شد.

به جای نگاه کردن به دمای حقیقی چیپست، ما به فعالیت‌های پردازشگر گرافیکی و پردازنده نگاه می‌کنیم و براساس آن فرکانس را تنظیم – که باعث می‌شود هر وظیفه‌ای قطعی و قابل تکرار باشد. درحالی که مشغول این کاریم، از تکنولوژی SmartShift ای‌ام‌ی هم استفاده کرده و انرژی مصرف شده را به پردازنده و پردازشگر گرافیکی می‌فرستیم تا تا جای ممکن پیکسل‌های بیشتری به دست آید.

این ایده‌ای محشر به نظر می‌رسد -کاملا در تضاد با تصمیمات مایکروسافت در طراحی ایکس باکس سری ایکس- و احتمالا توسعه‌دهندگان باید حواس‌شان به افزایش مصرف انرژی که می‌تواند کلاک را تحت تاثیر قرار داده و پرفورمنس را کاهش دهد باشد. با این همه، این برای سونی بدان معناست که پلی استیشن 5 می‌تواند به فرکانس بسیار بسیار بالاتری نسبت به آنچه پیش‌بینی می‌شد در پردازشگر گرافیکی برسد. این کلاک‌ها به شکلی چشمگیر از هرآنچه در قطعات AMD برای کامپیوترهای شخصی دیده‌ایم بالاتر است. این ضمنا بدان معناست که از لحاظ پرفورمنس، واحدهای پردازشی RDNA 2 خروجی بیشتری خواهند داشت.
سرنی که تمایلی به مقایسه این سخت‌افزار با هیچ‌ سخت‌افزار دیگری در گذشته، حال و آینده ندارد، یک سناریوی فرضی را مطرح می‌کند. ۳۶ واحد پردازش گرافیکی با فرکانس ۱ گیگاهرتز در برابر ۴۸ واحد پردازش گرافیکی با فرکانس ۷۵۰ مگاهرتز. هر دو سیستم به قدرت پردازشی ۴.۶ ترافلاپس دست خواهند یافت، اما سرنی می‌گوید تجربه بازی‌های ویدیویی روی آن‌ها به هیچ‌وجه یکسان نخواهد بود.

پرفورمنس به شکل قابل توجهی متفاوت خواهد بود چون «ترافلاپس» براساس توان پردازشی واحد محاسبه و منطق (ALU) تعیین می‌شود. این واحد تنها یکی از بخش‌های پردازشگر گرافیکی است و کلی واحد دیگر هم وجود دارد که وقتی فرکانس پردازشگر گرافیکی بالا می‌رود، همگی سریع‌تر عمل می‌کنند. با ۳۳ درصد فرکانس بالاتر، شطرنجی‌سازی ۳۳ درصد سریع‌تر انجام می‌شود، پردازش بافر فرمان بسیار سریع‌تر خواهد بود و کش‌های L1 و L2 پهنای باند بسیار بالاتری خواهند داشت و به همین ترتیب ادامه می‌یابد.
تنها جنبه منفی اینست که حافظه سیستم ۳۳ درصد از نظر چرخه درون سیستم دورتر می‌شود اما تعداد مزایایی که به همراه می‌آید به مراتب بیشتر خواهد بود. همانطور که یکی از دوستانم می‌گوید:‌ «یک موج تمام کشتی‌ها را با خود بلند می‌کند». علاوه بر این، استفاده موازی از ۳۶ واحد پردازشی آسان‌تر از استفاده کامل از ۴۸ واحد پردازشی خواهد بود. وقتی مثلث‌ها کوچک می‌شوند، پر کردن تمام آن واحدهای پردازشی با وظایف به‌دردبخور بسیار دشوارتر خواهد بود.

آنچه سونی می‌گوید اساسا اینست: یک پردازشگر گرافیکی کوچک می‌تواند چابک‌تر و چالاک‌تر ظاهر شود و هسته گرافیکی پلی استیشن 5 پرفورمنسی به مراتب بالاتر از آنچه از ارقام ترافلاپس انتظار دارید ارائه خواهد کرد. ارقام مربوط به ترافلاپس نمایانگر تمام توانایی‌های تمام قطعات پردازشگر گرافیکی نیست. از سوی دیگر، توسعه‌دهندگان تمام قدرت چیپست را به کار خواهند کرد و وظایفی که برای کنسول تعیین می‌کند، فرکانس‌ها را در لحظه تحت تاثیر قرار می‌دهد – اما همین فاکتورها هستند که سرعت‌های کلاک را تعیین می‌کنند و نه دمای محیطی.
سرنی اذعان می‌کند که راهکارهای مقابله با حرارت در سخت‌افزار نسل قبل احتمالا به اندازه کافی بهینه نبوده‌اند، اما کانسپت اجرای وظایف با مقادیر مشخصی از انرژی باعث می‌شود مقابله با حرارت آسان‌تر باشد؛ آن هم علی‌رغم کلاک تحسین‌برانگیزی که پردازنده و پردازشگر گرافیکی ارائه می‌کنند.

به طرق مختلف، این مشکل به چالشی آسان‌تر تبدیل شده چون دیگر خبری از ناشناخته‌ها نیست. نیازی نیست حدس بزنید یک بازی در بدترین شرایط ممکن، احتمالا چه میزان مصرف انرژی خواهد داشت. از نظر جزییات راهکار خنک‌کنندگی هم باید بگویم این اطلاعات را برای کالبدشکافی نگه داشته‌ایم – فکر می‌کنم از راهکاری که تیم مهندسی ما به کار گرفته راضی خواهید بود.

هسته گرافیکی پلی استیشن 5

پلی استیشن 5 در ظاهر بسیار قدرتمند است اما ظاهرا بخشی از کار برعهده توسعه‌دهندگان است و آن‌ها باید خود را با این ویژگی‌های جدید تطابق دهند. سوال اینست که وقتی پردازنده به نهایت مصرف انرژی و کلاک برسد چه می‌شود؟ مارک سرنی در ارائه خود به شکلی بی‌باکانه تایید کرد که پردازنده و پردازشگر گرافیکی همواره به ترتیب با فرکانس ۳.۵ گیگاهرتز و ۲.۲۳ گیگاهرتز عمل نخواهند کرد.

وقتی بدترین شرایط ممکن با یک بازی از راه برسد، کنسول با سرعت کلاک پایین‌تری عمل می‌کند. اما نه آنقدرها پایین‌تر. برای کاهش ۱۰ درصدی مصرف انرژی تنها چند درصد کاهش فرکانس کافی خواهد بود. بنابراین انتظار داریم هرگونه کاهش کلاک بسیار اندک باشد. با درنظرگیری تمام این‌ها، تغییر رویکرد به سمت فرکانس متغیر، مزایای بسیار زیادی برای گیمرهای پلی استیشن به همراه خواهد داشت.

سرنی از قابلیت‌هایی سخن می‌گوید که شباهت زیادی به محصولات آتی AMD بر مبنای تکنولوژی RDNA 2 دارند. یک بلوک جدید به نام «موتور هندسه – Geometry Engine» به توسعه‌دهندگان کنترلی بی‌حد و حصر بر مثلث‌ها و شالوده گرافیکی می‌دهد و بهینه‌سازی حذف هندسی را هم آسان می‌کند. از دیگر قابلیت‌های کنسول هم «شالوده شیدر» است که به نظر بسیار شبیه به مش شیدرها در معماری تورینگ انویدیا و پردازشگرهای گرافیکی آتی RDNA 2 می‌رسد.
اگرچه سرنی اشاره‌ای به تکنولوژی‌هایی نظیر پشتیبانی از یادگیری ماشین یا شیدینگ متغیر نمی‌کند، پلی استیشن به لطف «موتور تقاطع – Intersection Engine» قادر به رهگیری پرتو مبتنی بر سخت‌افزار خواهد بود و سرنی می‌گوید این تکنولوژی «براساس استراتژی AMD برای پردازشگرهای گرافیکی پی‌سی» توسعه یافته. تا پیش از این گمانه‌زنی‌هایی راجع به یک بلوک اکسترنال شده بود، اما اینطور نخواهد بود. درست مانند Navi نسل بعد و ایکس باکس سری ایکس، سخت‌افزاری رهگیری پرتو درون شیدرها ساخته و کاملا با آن‌ها ادغام شده. درست مانند رویکرد RDNA، پلی استیشن 5 به همان راهکارهای رهگیری پرتو دسترسی خواهد داشت که پیشتر در کامپیوترهای شخصی دیده‌ایم – بازتاب‌ها، امبینت آکلوژن، سایه‌ها و نورپردازی سراسری همگی آن‌جا خواهند بود.

منبع: Digital Foundry