Playstation 5 a fundo: especificações e capacidades

Finalmente a Sony decidiu revelar as tão aguardadas especificações do seu novo console, o Playstation 5. Através de uma live streaming feita no canal da Playstation no YouTube, Mark Cerny, arquiteto do sistema, apresentou diversas características da nova geração do vídeo game da Sony. Os principais pontos abordados na transmissão foram os recursos da GPU do PS5, a maneira como o SSD irá ajudar a realizar o sonho da próxima geração de consoles, como a Sony irá lidar com a expansão da capacidade de armazenamento e o áudio de alta fidelidade 3D com a utilização de uma nova tecnologia chamada Tempest 3D Audio Engine.

A apresentação da Sony se mostrou preocupada com a visão do caminho que os consoles trilharão, tentando inovar em diversos aspectos para trazer ao máximo uma melhor experiência de jogo. A ideia é elevar a sensação dos jogadores para um próximo nível de imersão, dando um grande passo com relação a geração anterior de consoles, o Playstation 4. Para isso, foram criadas diversas maneiras de tornar o console mais eficiente em termos de poder processamento, economia de energia, velocidade de transferência de dados e até uma nova abordagem do áudio em jogos.

As especificações

Os jogadores aguardaram por muito tempo, com muita ansiedade, para este momento. Pois muito se falava do quão poderoso seria o PS5, onde foi demonstrado tempos de carregamento, resolução, parcerias com a AMD, mas nunca a empresa se permitia ultrapassar a linha tenue entre o que poderá vir a ser e o que é de fato. Apesar do foco da apresentação de Mark ter sido o SSD e o Audio Tempest, que são muito interessantes, falaremos primeiro do restante das especificações.

Já se sabia anteriormente que o Playstation 5 possuiria uma CPU que utilizaria a tecnologia Zen 2 da AMD. Entretanto, agora foi revelado a sua real capacidade e trata-se de um processador de 8 núcleos físicos (16 threads) operando a 3,5Ghz. Segundo Mark, esta velocidade seria limitada devido ao consumo de energia e produção de calor, e que pensando nisso, a empresa afirmou que a frequência em certas condições poderia ser menor, para otimizar o funcionamento do console.

Confira abaixo a tabela de especificações:

A GPU customizada da AMD RDNA 2 tem conta com 36 UCs (unidades de computação) rodando em uma frequência limitada a 2,33Ghz, obtendo um desempenho com picos de 10,28TF. Entretanto, embora esta frequência seja o limite e também a velocidade típica, esta velocidade pode cair com base nas atividades exigidas pelo conteúdo que o console está rodando. O PS5 utiliza-se de um boost clock, mas ao mesmo tempo é importante lembrar que o desempenho da arquitetura RDNA ultrapassa e muito o que o PS4 ou PS4 Pro são capazes, comparando com a arquitetura antiga.

A frequência variável no PS5 (boost)

Este é um ponto realmente importante para entender como é o funcionamento do Playstation 5. O uso de frequências variáveis para a CPU e a GPU, é chamado de boost, entretanto a tecnologia não possui o mesmo comportamento do que encontramos nos computadores ou smartphones. No PS5 é recebida uma quantidade limitada de energia que é vinculada aos limites térmicos do sistema de refrigeração. De acordo com Mark:

"É um paradigma completamente diferente. Em vez de rodar em frequência constante e permitir que a energia varie com base na carga de trabalho, rodamos em potência essencialmente constante e permitimos que a frequência varie com base na carga de trabalho."

Um monitor interno irá analisar as cargas de trabalho na CPU e na GPU e realizar o ajuste de frequências. Embora cada chip de silício possuía características ligeiramente diferentes de temperatura e potência, o monitor irá se basear, de acordo com Mark, no modelo do SoC (sistema do chipset), para obter uma referência padrão para todos os Playstation 5 produzidos.

"Em vez de observar a temperatura real da matriz de silício, analisamos as atividades que a GPU e a CPU estão realizando e definimos as frequências com base nisso - o que torna tudo determinístico e repetível. Enquanto estamos nisso, também usamos a tecnologia SmartShift da AMD e enviamos toda a energia não utilizada da CPU para a GPU, para que ela possa espremer mais alguns pixels."

Esta ideia é muito interessante e é completamente o oposto das decisões de design tomadas pela Microsoft no Xbox Series X. Isso significa que os desenvolvedores terão de ficar atentos aos possíveis picos de consumo de energia que podem afetar os clocks e diminuir a frequência. Entretanto, para a Sony, isso quer dizer que o PS5 poderá atingir frequências na GPU muito mais altas do que se esperava.

Embora Mark não quisesse fazer comparações, ele colocou o seguinte cenário hipotético: um núcleo gráfico de 36 CU rodando a 1 GHz contra um núcleo gráfico de 48 CU rodando a 750MHz. Ambos conseguem oferecer 4,6TF de desempenho computacional, porem Mark diz que a experiência não seria igual.

"O desempenho é notavelmente diferente, porque 'teraflops' é definido como a capacidade computacional do vetor ALU. Essa é apenas uma parte da GPU, existem muitas outras unidades - e essas outras unidades funcionam mais rapidamente quando a frequência da GPU é mais alta. Com uma frequência 33% mais alta, a rasterização é 33% mais rápida, o processamento do buffer de comando é muito mais rápido, os caches L1 e L2 têm uma largura de banda muito maior e assim por diante "

Mark complementa dizendo:

"A única desvantagem é que a memória do sistema está 33% mais distante em termos de ciclos, mas o grande número de benefícios mais do que contrabalança isso. Como diz um amigo meu, uma maré crescente levanta todos os barcos. Além disso, é mais fácil usar 36 UCs em paralelo do que usar 48 CUs - quando os triângulos são pequenos, é muito mais difícil preencher todas essas UCs com um trabalho útil."

Basicamente a Sony disse que uma GPU menor pode ser mais ágil. Mark admite que as soluções terminas desenvolvidas para o PS4 podem não ter sido tão boas, mas o conceito atual de funcionar com uma quantidade de energia definida, torna a dissipação de calor muito mais fácil de lidar, apesar das velocidades impressionantes dos clocks da CPU e da GPU.

O núcleo gráfico do PS5

Em se tratanto de processamento gráfico, o Playstation 5 é capaz de oferecer um poder imenso, entretanto há um porem para os desenvolvedores obterem isto de forma otimizada. A maior pergunta que paira é a questão do comportamento do console quando o processador atingir seu limite energetico e seu clock abaixar? De acordo com Mark, a CPU e a GPU nem sempre estarão rodando a 3,5Ghz e 2,33Ghz, respectivamente.

"Quando o pior jogo chegar, ele rodará em uma velocidade de clock mais baixa. Mas não muito mais baixo, para reduzir a potência em 10%, é preciso apenas uma redução de frequência de alguns por cento, então eu espero que qualquer downclock seja bem menor ", explica ele. "Considerando tudo, a mudança para uma abordagem de frequência variável mostrará ganhos significativos para os jogadores do PlayStation."

Em termos de recursos, Mark nos mostra semelhança com outros produtos da AMD baseados na tecnologia RDNA 2. Um novo bloco conhecido como Geometry Engine, proporciona aos desenvolvedores um grande controle sobre triângulos e outros formas primitivas, além de fácil otimização para seleção de geometria. A capacidade também funciona para a criação de "shaders primitivos", que parece ser algo semelhante ao que encontramos na Nvidia Turing e nas próximas GPUs RDNA 2.

Mesmo que Mark não tenha citado tecnologias como suporte a machine learning ou sombreamento de taxa variável (variable rate shading), o Playstation 5 sem dúvidas tem Ray Tracing acelerado por hardware através de seu Intersection Engine, que de acordo com o engenheiro arquiteto é "baseado na mesma estratégia que as próximas GPUs para PCs da AMD vão utilizar". Com implementação parecida com a do RDNA, o PS5 poderá implementar da mesma forma que as RT os reflexos, oclusão do ambiente, sombras, iluminação global, etc.

SSD e a próxima geração de consoles

A Sony pretende oferecer uma experiência completamente diferente com esta nova geração de consoles através do seu SSD customizado. Para oferecer duas ordens de melhoria de magnitude no desempenho da velocidade de transferência de dados, foi exigido um hardware extremamente personalizado para trabalhar com harmonia com o processador. Nesta memória flash temos módulos de SSD que utilizam uma interface de 12 canais, obtendo uma velocidade de 5,5GB/s e uma capacidade de armazenamento de 825GB.

O controlador se conecta ao processador principal através de uma interconexão PCI Express 4.0 de quatro faixas, além de conter diversos blocos de hardware sob medida, projetados para não haver gargalos no SSD. Para alcançar um desempenho superior, há seis níveis de prioridade, permitindo que os desenvolvedores poderão priorizar a entrega de dados de acordo com as necessidades do jogo.

O controlador citado acima suporta descompactação de hardware não só para o industry-standard ZLIB, mas também para o formato Kraken da RAD Games Tools, que proporciona 10% a mais de eficiência de compactação. Com uma taxa de transferência de 5,5GB que equivale a oito ou nove gigabytes efetivos por segundo, o sistema tem um grande poder. Mark diz:

"A propósito, em termos de desempenho, esse descompactador personalizado equivale a nove de nossos núcleos Zen 2, é o que seria necessário para descomprimir o fluxo Kraken com uma CPU convencional."

O controlador DMA dedicado direciona os dados para onde eles precisam estar exatamente, enquanto dois processadores dedicados customizados fazem o mapeamento de memória e I/O. Além disto, ainda há os mecanismos de coerência para organizar todo o processamento.

"A coerência aparece em muitos lugares, provavelmente o maior problema de coerência são os dados obsoletos nos caches da GPU. Limpar todos os caches da GPU sempre que o SSD é lido é uma opção pouco atraente - isso pode prejudicar o desempenho da GPU - por isso, implementamos uma maneira mais suave de fazer as coisas, onde os mecanismos de coerência informam à GPU os intervalos de endereços sobrescritos e personalizados. depuradores em várias dezenas de caches de GPU realizam despejos apenas desses intervalos de endereços."

Dessa forma, de acordo com Mark os desenvolvedores só precisam "indicar quais dados eles gostariam que fossem lidos, do seu arquivo original não compactado, e onde gostariam de colocá-los, e todo o processo de carregamento acontece de forma invisível e em alta velocidade."

Sony e o armazenamento expansível

Há pouco tempo pudemos ver as unidades de expansão de memória proprietárias da Microsoft, mas a Sony seguiu uma estratégia diferente. A empresa irá permitir que os usuários utilizem peças disponíveis no mercado de outros fabricantes e as encaixem no console. Ou seja, será possível comprar SSDs M.2 NVMe feitos para PC e instalar no PS5. Entretanto, apesar de serem rápidas, não serão iguais a tecnologia implementada pela Sony no Playstation 5 (serão necessários alguns anos até que a tecnologia chegue neste patamar de hardware).

Para não haver problemas de velocidade, a Sony precisará garantir que os SSDs M.2 NVMe funcionem de maneira correta. Não é apenas uma questão de largura de banda (velocidade de leitura), há também a questão dos níveis de prioridade, onde no SSD customizado da Sony há 6 e nos NVMe apenas 2. Mark diz:

"Podemos conectar uma unidade com apenas dois níveis de prioridade, definitivamente, mas nossa unidade de I/O personalizada precisa arbitrar as prioridades extras - em vez do controlador flash da unidade M.2 - e, portanto, a unidade M.2 precisa de um pouco mais velocidade para cuidar de problemas decorrentes da abordagem diferente. Essa unidade comercial também precisa se encaixar fisicamente dentro do compartimento que criamos no PS5 para unidades M.2. Ao contrário dos discos rígidos internos, infelizmente não há um padrão para a altura de uma unidade M.2, e algumas unidades M.2 têm um calor gigante."

Alta fidelidade de áudio 3D através da Tempest Engine

De acordo com Mark, infelizmente ele conheceu poucos engenheiros de áudio em suas visitas a desenvolvedores e publicadores de jogos. Entretanto, para poder elevar para um próximo nível o áudio em seus consoles, a Sony precisou sair de um ponto. Atualmente, o que temos no Playstation 4 é muito limitado e menos ainda se falarmos do PS3, não se tem liberdade para utilização de diferentes dispositivos e formatos de áudio.

De acordo com Mark, o PSVR foi o único dispositivo que atualmente oferece uma capacidade melhor de áudio surround, pois ele possui uma unidade de áudio sob medida capaz de suportar até "50 fontes de som". A nova tecnologia Tempest Engine, implementada no Playstation 5, suporte centenas de fontes, entregando uma qualidade muito mais alta. Para o desenvolvimento da tecnologia de áudio, tudo foi apoiado em dois princípios, presença e localidade.

Dito o objetivo da Tempest Engine, a primeira coisa a se pensar é como gerar a sensação de estar no meio dos sons? De acordo com Mark, o objetivo é fazer com que seja gerada a experiência, por exemplo, de se estar no meio de um chuveiro e ser possível escutar de onde vem o som das gotas individualmente, de qualquer angulo e altura. Com esta tecnologia, será possível diferenciar onde exatamente os objetos estão localizados, levando em conta o formato dos ouvidos e até o tamanho da cabeça da pessoa.

Para que seja possível gerar com precisão um bom posicionamento dos objetos, a Sony precisou gerar uma tabela chamada Head-related Transfer Function (HRTF) para cada pessoa. Dessa forma, é possível simular um palco sonoro utilizando estes dados. A tecnologia Tempest Engine funciona através de uma GPU AMD reprojetada, sem caches e confiando apenas na transferência de DMA.

Resumidamente, a curto prazo, a solução mais simples para aproveitar o Tempest Engine, será utilizar fones de ouvido estéreo (isso mesmo, apenas 2 canais). Isso é tudo o que o jogador precisará ter, o Tempest Engine fará o resto. De acordo com a Sony, ainda terá suporte no futuro para soundbars, TVs e Home Theaters.

Infelizmente não foi dito se necessariamente o headphone terá de ser sem fio ou com fio. Ainda há muitos detalhes por trás desta tecnologia para serem revelados.

Outro desafio enfrentado pela desenvolvedora de consoles japonesa foi o desafio de implementação do sistema HRTF. A diferença de tamanho entre as cabeças e orelhas das pessoas é grande. Para tentar contornar este problema, a Sony criou tabelas HRTFs para aproximadamente 100 pessoas, para ter uma ideia das variações ocorridas e assim criar cinco predefinições para o lançamento do PS5. Uma ferramenta de configuração também irá garantir que a melhor opção seja escolhida para obter uma boa experiência.

Sony e suas cartas na manga

A empresa infelizmente não quis revelar ainda todos os detalhes de seu novo console, o Playstation 5. Fiquei atento para mais novidades!