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硬件专家西川善司谈索尼PS4硬件进化及理念
按:PS4公开之后,计算机图形专家西川善司对PS4性能相关的一些问题进行了整理回答。到底次世代机种的进化有多少,能带来哪些方面的改变。我们先看看专家怎么说
Q:PS4的图像性能有多高?
A:约PS3的8倍。
PS4的处理器采用的是AMD的APU。GPU的架构是“GCN”架构,CPU核心是美洲豹架构。是重视性能和功耗均衡的处理器类型。
GCN架构是AMD的Radeon HD 7000系列采用的架构。SCE方面已经公布PS4拥有18个计算单元(CU),GCN架构里面的计算单元中,有16个一组的32位浮点运算处理器Stream Processor 共4组,PS4的GPU就有16×4×18=1152个SP,位于7850(1024个)和7870(1280个)之间。根据1.84TFLOPS的性能表现,可以推断时钟频率约为800MHz。这和现实中的显卡产品数据接近,很有现实性。(译注:以上均为推断)
其实巧合的是,当年的PS3发布时,索尼也宣称PS3基于GeForce 7800 GTX开发的GPU "RSX"拥有1.8TFLOPS的运算能力。不过这个数值只是所有单元全部加起来的纸面数据而已。(译注:当年SCE虚假宣传还是非常厉害的。)
GeForce 7800 GTX有固定分配的8个顶点着色器,24个像素着色器,一个顶点着色器有1个4路SIMD的矢量单元,一个像素着色器有2个4路SIMD的矢量单元。但实际上矢量单元同时运行的情况在现实中不多。
当年的RSX运行频率是500MHz,简单计算一下。
顶点着色器:(4-way SIMD×2ops)×8×500MHz=32 GFLOPS
像素着色器:(4-way SIMD×2ops)×2×24×500MHz=192 GFLOPS
合计224GFLOPS。
所以PS4的GPU约有PS3 8倍的性能。(译注:这个是没有考虑架构功能和实际运用情况的纸面浮点运算能力比较。仅供参考。)
在内存带宽方面,8GB的GDDR5带宽是176GB/s,推断是和7800系列一样的256bit位宽,所以大致等效频率是5500MHz。PS3的显存带宽是22.4GB/s,所以性能大约也是8倍。因为我们不知道PS4系统和后台服务需要的内存数量,所以也不能对容量过早的下判断。总的来说,是比预想的多。
Q:为什么要采取既有的AMD产APU?
A:从多方面考虑,这都是最佳的选择。
初代PlayStation和PlayStation 2都是SCE和东芝基于MIPS开发的CPU。搭配的是专门设计的图像处理器。PS3的CELL处理器是IBM,东芝和SCE花了大量经费设计开发的。原本PS3的GPU是基于CELL由东芝自行开发的,但最后还是采用了基于英伟达GeForce 7800 GTX的RSX。
开发PS4处理器的时候,SCE也有一段时期评估过Intel的Larrabee,但是Intel自己取消了Larrabee的计划。现实中,SCE就采用了AMD的APU。
从多方面考虑,这都是最好的判断。
首先,在处理器行业,采用CELL那时挑战高精尖的竞争做法已经不合时宜。就算SCE在确保处理器的生产和设计新锐的处理器方面投入大量资源,也还是比不上长年投入大量资源的专业制造商开发的最新产品。
过去的家用主机发售时都会做好一定赤字的觉悟,通过几年的制程升级,成本会进一步下降。随着游戏数量变多,用户数量也会增加,周边也会越卖越多。游戏机生产商会通过长期的权利金获益,这是过去的游戏机盈利模式。
随着世界经济和索尼集团财政状况的变化,智能手机的崛起,游戏方式多样化等各种发展,家用游戏机 吸引用户的能力相对变低了,之前的模式已经不是那么可靠。
所以SCE需要选择更有现实性的方案。PS2当年发售的时候价格是39800日元,PS3在2006年发售的时候20GB版是62790日元。PS4当然不能定价是8万日元。考虑到商业,性能,散热,供应,将来处理器小型化的打算,APU都是合理的选择。
Q:CPU的性能好像不是很高。
A:确实如此,但也有原因的。
APU是混合型处理器,其实CELL也是一样的。PS4的美洲豹架构CPU是以省电为理念设计的,频率并不高。据推断也许SCE会将频率设置在2GHz,但这样也比CELL的低不少。从性能上来说,和PSV一样,PS4很快就会落后于PC,但是从体验上来讲,随着游戏开发技术的发展,软件层面的发展,在性能落后的游戏机上也会出现许多让人惊异的体验。这就是游戏机这个平台有趣的地方。
Q:既然PS4是PC架构,那不是选PC就行了。
A:家用游戏机作为游戏开发技术的标准有存在必要。另外,这次不需要很长的时间出现PS4.1是有可能的。
软件技术的发展可以提升游戏的表现和体验。但最后还是会达到硬件的极限。PS3发售6,7年后就迎来了极限。
虽然高端PC很先进,将其作为游戏平台能提供了不起的游戏。但价格太高了,且规格不固定,不适宜于大众。要提供稳定图像品质,游戏体验和服务的话,划一的硬件是有必要的。考虑到游戏就是需要玩的人越多越好,游戏机这样一个平台是很现实的选择。所以家用游戏机的硬件架构,会成为游戏开发的基础。
PS4选择APU,也就意味着伴随着APU框架的进化,PlayStation这个平台也能获得进化。也就是说,以后可能不会像之前游戏机那样6-7年换代,过2,3年,PS4就会升级规格的可能性也是存在的。
如果PS4.1,PS4.2推出了,只要在APU这个框架中,只要将画质缩减若干,PS4.0的机器也能运行。或者游戏将会指定能运行的PS平台是几点几(其实PSP已经有先例了)。这样相当于是在PS这个平台中,容许了一定的规格多样性。也就和iOS和安卓平台逐年硬件升级的方式接近了。类似PC的架构提供了这样控制的可能性。
Q:PS4世代的游戏如何进化?
A:DX11.1所有的技术将都能使用。
PS3登场的世代,并行编程还没有普及开来。图像领域,可编程着色器也正在发展中。PS4的APU相当于将7-8年间的技术发展一下子带到了游戏开发者面前。这点赢得了开发者们的热烈欢迎。
图像方面,技术一下子从DirectX 9的Shader Model 3.0跳到了DirectX 11.1的Shader Model 5.0。PS3世代可编程着色器都还只有顶点和像素两种,PS4一下子就加上了Geometry,Hull,Compute等多种着色器和细分曲面。
Geometry shader可以让多边形的程序化增减,现实,消失不经过CPU,直接由GPU进行控制。表现没有明确形态的水,火,雾,只通过GPU就能模拟出来。这样系统就叫做粒子系统。PS4发布会上Epic Games的虚幻4引擎和SE的Lumionus Studio引擎都能运行这个。
Hull shader,Tessellator和Domain Shader被统称为Tessellation Stage。这个可以实现根据状况改变模型精度,还能实现变形的效果。PS3世代会准备近距离使用的高精度模型和远距离用的低精度模型,然后根据情况切换。之后就可以不需要了。人脸,人体的变形,毛发的自然飘动都可以利用这个。CAPCOM公开的Panta Rhei引擎就展示了利用Tessellation Stage的效果。
Q:CELL没了PS4没问题吗?
A:GPGPU已经取代了CELL。
PS4没有CELL芯片。通用计算方面,DX11提供了Compute Shader。在DirectX 11.1和OpenGL 4.3这种最新的API都是支持Compute Shader来进行通用计算的。
PS4的开发包是基于DX还是OpenGL还是未知,但两者都是支持最新版Compute Shader,AMD同时也是OpenCL的支持者,PS4也应该能利用OpenCL。Compute Shader和OpenCL使用上有所区别,但OpenGL 4.3允许两者共存。
PS4发布会上,演示了Havok的物理模拟DEMO,这就是基于GPGPU进行的。除此之外,AI和动画处理都能用通用计算的方式进行。PS3的时代,图像虽然进化了,但角色的行动依然感觉不到智能;动作捕捉的动作虽然真实,但是连续行动的时候就会变得僵硬。次世代游戏最重要的主题是智能和动作,报这个观点的开发者也不在少数。
结语
过去PS3和360出现的时候,日本的游戏开发就对并行编程和可编程着色器感到不适应。不能否认日本在这个领域落后于欧美的游戏开发者。不过PS4的世代,SE,KONAMI的新引擎都已经对应了次世代的技术,日本游戏开发者们的准备让人期待。今年之后想必会有更多的引擎和PS4作品公开,这一年又将是热闹非凡的一年。 |
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