Reação profunda do PS5 Pro: melhorias de GPU e RT, PSSR e a nova parceria AMD Amethyst da Sony

Quando a Sony revelou o PlayStation 5 Pro, o fez de uma maneira muito diferente da revelação do PlayStation 4 Pro e do PlayStation 5. Embora o arquiteto-chefe do sistema, Mark Cerny, tenha sido o “mestre de cerimônias” para a revelação do Pro, a estreia durou nove anos. Caso de um minuto – e uma boa parte desse tempo de execução comemorou as conquistas do console PlayStation 5 padrão. Estava muito longe da apresentação detalhada feita para a revelação do primeiro console ‘Pro’ da Sony e um tanto desprovida de detalhes em comparação com a agora lendária apresentação ‘Road to PS5’ feita por Cerny em março de 2020. Ficamos famintos por mais detalhes – e agora, eles finalmente chegaram.

Uns bons três meses após a revelação, a Sony fez uma nova apresentação aprofundada no design do hardware e, de fato, no visão por trás do PlayStation 5 Pro – e isso é importante. A filosofia por trás do console marca uma mudança radical na forma como os consoles serão feitos. Embora a principal tecnologia de renderização gráfica do PlayStation 5 Pro tenha sido aprimorada em relação à máquina padrão, Cerny vê um futuro onde o aprendizado de máquina desempenhará um papel fundamental no design do console e, embora a rasterização esteja chegando ao seu limite, ele vê um grande dimensionamento nas capacidades de ray tracing. daqui para frente.

É uma visão que partilha pontos em comum com a estratégia da Nvidia ao longo dos últimos seis anos, excepto a impressão que temos é que a AMD continuará a ser o parceiro preferido da Sony na entrega desta nova visão. Para esse fim, foi anunciada uma nova colaboração ‘Ametista’ entre Sony e AMD.

Oliver Mackenzie, da Digital Foundry, teve a oportunidade de ver a nova apresentação de Cerny há várias semanas e de entrevistar o próprio Mark Cerny, ao lado de Mike Fitzgerald – diretor de tecnologia central da Insomniac. No entanto, a apresentação em si é algo que todos os membros da equipe Digital Foundry estavam ansiosos para discutir, então aqui está a nossa reação à palestra – e, claro, uma visão geral de tudo o que aprendemos.

Visão geral da GPU: RDNA 2.x, 16,7TF

A evolução mais óbvia do PS5 básico para o PS5 Pro vem em termos de potência de processamento gráfico. Em vez de aumentar o desempenho da CPU, melhorar as velocidades de armazenamento ou direcionar telas de resolução mais alta, como seria de esperar de um console totalmente novo, o foco principal do PS5 Pro é reforçar o desempenho e a qualidade de imagem com uma GPU mais capaz. Curiosamente, a GPU PS5 Pro ainda é baseada na arquitetura RDNA 2 (série RX 6000) da AMD, mas com alguns recursos portados de RDNA 3 (série RX 7000) – e de RDNA 4 (série RX 8000, esperado para 2025) como bem.

Com uma velocidade de clock típica de 2,17 GHz, o PS5 Pro é capaz de atingir 16,7 TF de desempenho – metade dos 33,5 TF citados erroneamente antes do lançamento. Isso é mais diretamente comparável ao número de cerca de 10TF anexado ao PS5 básico, em comparação com as contagens de teraflops RDNA 3 infladas (ou “flop-flated”, como diz Mark Cerny). Outras especificações estão alinhadas com os primeiros vazamentos do PS5 Pro, incluindo 30 WGPs, 60 unidades de computação e um aumento máximo de 2,35 GHz – embora essa frequência provavelmente não seja vista em condições normais de operação, talvez devido a restrições de energia. A velocidade máxima de clock do PS5 padrão é 2,23 GHz, mas a apresentação sugere que a velocidade operacional típica é a mesma de 2,17 GHz do PS5 Pro, então os TFLOPs típicos são de cerca de 10TF, raramente atingindo os 10,23TF citados nas especificações originais. No entanto, como esta geração provou, os TFLOPs estão a revelar-se uma métrica cada vez mais sem sentido – uma situação reconhecida por Mark Cerny na nova apresentação.

Quanto a por que O PlayStation 5 Pro não está adotando totalmente as arquiteturas gráficas AMD posteriores, o motivo é muito simples: o código de shader para a GPU PS5 não funcionaria em hardware AMD posterior e não há meios pelos quais esses shaders possam ser recompilados em jogos existentes. Compilação de shaders em tempo real? Não é viável para o PS5 e – confie em nós – você também não iria querer. Portanto, PS5 Pro tem para usar a mesma linha de base RDNA 2.x, com extensões adicionadas para novos recursos – como traçado de raio aprimorado.

Em termos de outros recursos, também sabemos por divulgações separadas aos desenvolvedores que o PS5 Pro tem o conjunto completo de recursos RDNA 2, incluindo shaders de malha e VRS de hardware, e há 2 GB extras de memória DDR5 (mais lenta) a bordo. Desse total, há mais de um gigabyte de memória extra disponível para os desenvolvedores. A memória GDDR6 usada aqui também é cerca de 28 por cento mais rápida do que no PS5 básico – 576 GB/s versus 448 GB/s – apesar de estar conectada em um barramento semelhante de 256 bits.

Melhorias no rastreamento de raio

Parte do apelo do PS5 Pro é sua melhoria significativa em termos de desempenho RT, permitindo que os desenvolvedores usem esses recursos de forma mais liberal em títulos aprimorados do PS5 Pro, sem sacrificar a qualidade de imagem ou as taxas de quadros na mesma medida que no PS5 básico. Isto é conseguido através da arquitetura RDNA 2.x do PS5 básico, com novas extensões adicionadas da tecnologia RDNA posterior.

O PS5 reaproveita as unidades de mapeamento de textura para fazer testes de interseção de caixas e triângulos para traçado de raios, com o PS5 Pro acelerando essa parte do processo em duas ou três vezes. O Pro também suporta BVH8 em vez de BVH4, o que também oferece aceleração. O PS5 Pro também adiciona gerenciamento de pilha no hardware, o que novamente ajuda no estágio de travessia no ray tracing e anteriormente só era visto em hardware Intel e Nvidia, não em AMD.

Finalmente, o RT mais divergente apresenta um maior aumento de desempenho do que o RT mais coerente no PS5 Pro. Este espectro divergente/coerente descreve essencialmente a complexidade dos cálculos RT, com sombras e reflexos em superfícies planas sendo mais coerentes e reflexos em superfícies curvas ou acidentadas sendo mais divergentes. Mais uma vez, a Nvidia e a Intel criaram boas maneiras de lidar com RT mais divergentes, como unidades de classificação de hardware e reordenação de execução de shader, e embora não vejamos réplicas exatas dessas ideias aqui, as atualizações de travessia e a mudança para BVH8 deveriam significa que o PS5 Pro está muito melhor equipado em seu antecessor para lidar com esses cálculos RT computacionalmente mais caros. Isso abre a porta para os desenvolvedores usarem mais facilmente uma gama mais ampla de rugosidade do material para reflexos, por exemplo, em vez de apenas se limitarem a reflexos espelhados ou quase espelhados.

Mark Cerny postula que há um limite até onde podemos levar a rasterização. Um caminho para superar essas limitações é através da RT, que tem muito potencial para ser ampliada com mais pesquisas. Ver essas melhorias da Sony sugere que o RDNA 4 está avançando mais nessa direção, o que é empolgante.

Claro, ainda não sabemos ao certo como será o desempenho RT do RDNA 4 – parece um avanço significativo, mas ainda não há equivalente ao núcleo RT apresentado na arquitetura RTX série 20 da Nvidia em diante, o que permite mais cargas de trabalho simultâneas. A AMD discutiu em apresentações como está usando maiores quantidades de cache em suas GPUs de PC para caber mais no BVH, então será fascinante ver o desempenho dos chips RDNA 4 para desktop com essa melhoria adicional.

Aprendizado de máquina e PSSR

Além de o RDNA 2.x básico do PS5 Pro ser atualizado com o que a Sony chama de “RDNA futuro” para rastreamento de raios, ele também vem com “RDNA personalizado” para aprendizado de máquina, especificamente upscaling PSSR. Em vez de usar um upscaler existente, Mark Cerny nos disse que a Sony se concentrou na velocidade e na minimização da quantidade de tempo por quadro que seu upscaler exigia. Eles tiveram que escolher entre hardware NPU e GPU para isso e acabaram optando pela GPU.

A implementação real é bastante interessante, pois a Sony descobriu que mesmo o processamento de uma única camada de uma imagem 4K de 16 canais a 128 MB era limitado pela largura de banda da memória, usando apenas três por cento dos cerca de 300 TOPS disponíveis. A solução ingênua foi passar uma porção menor da imagem pelo chip de uma só vez, mas então você acaba tendo problemas em que as bordas não possuem as informações necessárias sobre os blocos circundantes, de modo que os dados precisam ser descartados.

No final, a Sony optou por combinar seus registros vetoriais nos WGPs, dando-lhes um total de 15 MB de memória e 200 TB/s de largura de banda de memória. É uma abordagem semelhante à forma como a AMD lidou com o RT, onde você ainda usa hardware generalizado para atingir um objetivo específico. O reaproveitamento é provavelmente eficiente em termos de área de uso geral de silício, não requer grandes mudanças no RDNA e parece ter permitido que a Sony atingisse suas metas de velocidade para PSSR.

No entanto, o PSSR ainda não é uma rede neural convolucional (CNN) “totalmente fundida”, algo que a Intel alcançou notavelmente com seu primeiro lançamento do XeSS. Estar totalmente fundido proporciona uma vantagem de velocidade, já que você não está tocando na memória do sistema no meio do upscaling de um único quadro. Com base no fato de que o DLSS leva menos de 1 ms e o PSSR leva cerca de 2 ms em nossos cálculos aproximados, isso significa que há potencial para os jogos rodarem mais rápido se isso for alcançado no futuro. Também poderia abrir a porta para o upscaling ser usado em taxas de quadros mais altas (por exemplo, 120fps), onde um tempo de execução de upscale de cerca de 2ms é uma porcentagem significativa dos 8,3ms disponíveis para um quadro inteiro ser renderizado. Existe a oportunidade de a AMD adotar uma abordagem semelhante com o RDNA 4, fazendo modificações nas principais CUs para possibilitar a execução de redes neurais convergentes localmente na GPU.

O futuro: Ametista, exploração de ML e próxima geração

A Sony também anunciou uma colaboração com a AMD chamada Ametista – em si um codinome de GPU AMD reaproveitado de 2014, com sua cor roxa vindo da combinação da Sony (a equipe Azul) e da AMD (a equipe Vermelha). A ideia é criar arquiteturas de hardware que funcionem bem para CNNs leves, úteis para gráficos de jogos em tempo real, bem como CNNs de alta qualidade para gráficos de jogos. Também haverá colaboração nas arquiteturas de rede dessas CNNs. Ambas as partes poderão acessar todas essas arquiteturas para seus produtos.

Parece que a AMD está liderando os principais designs de GPU, mas a Sony e a AMD têm essa colaboração de aprendizado de máquina que deve impulsionar as coisas para ambas as empresas em termos de aprendizado de máquina e rastreamento de raios. A Sony obtém o benefício de iterar o PSSR em maior escala, a AMD consegue minimizar a lacuna de P&D entre ela e a Nvidia. Não está claro se haverá alguma polinização cruzada entre PSSR e FSR em GPUs RDNA 4, e será interessante ver onde os esforços de upscaling da Microsoft também caem, visto que eles também têm foco no PC, mas competem contra o PlayStation com o Xbox. .

Não se trata apenas de upscaling, trata-se de computação gráfica em geral. Há muito potencial de aprendizagem automática que deixou Mark Cerny bastante entusiasmado na nossa conversa, incluindo remoção de ruído, melhoria da qualidade e streaming de texturas, talvez até qualidade geométrica, tudo dentro da largura de banda e espaço de memória limitados disponíveis nas consolas. Esse é o tipo de coisa que a Sony deveria avaliar para o PS6 e um empreendimento como o Amethyst garante que alcançar parte disso é possível nesse período de tempo. Da mesma forma, o anúncio de uma parceria desta natureza sugere que a Sony está a apostar na AMD para a sua consola de próxima geração, uma vez que os seus principais benefícios não estarão disponíveis nos próximos anos.

Assim como o PlayStation 6, há muitas possibilidades interessantes para o PS5 Pro à medida que os desenvolvedores se familiarizam com os novos recursos do console. Certamente há potencial para implementações de RT mais avançadas, bem como iterações aprimoradas de PSSR que alcançam bons resultados de maneira mais uniforme. Há também a possibilidade de mais melhorias na execução de jogos em retrocompatibilidade se a Sony quiser usar ML para aprimorar a biblioteca de jogos existente.

No geral, tem sido fascinante aprender mais sobre o PS5 Pro e encorajamos você a ler nossa entrevista com Mark Cerny e Mike Fitzgerald para obter mais detalhes sobre o PS5 Pro, seu desenvolvimento e potencial para melhorias futuras.