processadores do PS3 e do XBOX 360 terão que ler ate o fim, pois trata-se de
detalhes muito relevantes no modo como cada aparelho trabalha a sua tecnologia.
> ANÁLISE DETALHADA DAS ESPECIFICAÇÕES DE PERFORMANCE CPU
O processador do Xbox 360 foi desenhado para dar aos programadores o
poder que de fato eles precisam, numa forma simples de usar. O processador Cell
tem poder de “stream” de pontos flutuantes impressionantes, mas de uso limitado
para jogos.
A maioria dos códigos de um jogo é uma mistura de cálculos matemáticos
de inteiros, pontos flutuantes e vetores, com uma data de ramos e acessos
aleatórios à memória. Este código é melhor utilizado por uma CPU de propósito
geral com uma cache, previsor de ramos, e uma unidade vetorial.
Os sete DPSs do Cell não têm cache, acesso direto à memória, previsor de
ramos, e têm um conjunto de instruções diferentes do processador principal do
PS3. Não estão desenhados para serem eficientes para computação de propósito
geral.
O Xbox 360 tem três núcleos de processamento de propósito geral. O
processador Cell tem apenas um.
Os CPUs tem poder de processamento vetorial em cada núcleo. Cada um
desses núcleos tem 128 registradores vetoriais por “thread” de hardware, com uma
instrução de produto de ponto e uma cache partilhada de nível 2 com 1 MB. O
poder de processamento vetorial do Cell vem na maior parte dos sete DSPs.
Os produtos de ponto são críticos para os jogos porque são usados em
matemática tridimensional para calcular o comprimento dos vetores, projeções,
transformações e mais. A CPU do Xbox 360 tem uma instrução de produto de ponto,
enquanto que CPUs como o Cell têm de emular esse produto de ponto usando
múltiplas instruções.
O trabalho de pontos flutuantes do Cell é feito nos seus sete
processadores DSP. Como o processamento geométrico é movimentado para o GPU, a
necessidade de fazer stream do trabalho de pontos flutuantes e outro tipo de
estilo de programação dos DSPs em jogos decresceu dramaticamente.
Tal como com o Emotion Engine do PS2, com a memória cache de nível 2
ausente, o Cell é desenhado para um tipo de programação de jogos que contabiliza
para uma menor percentagem de tempo de processamento.
A CPU da Sony é ideal para um ambiente em que 12.5% do trabalho é para
computação de propósito geral, e 87.5% é para cálculos dos DPSs. Esse tipo de
mistura faz sentido fundamentalmente em playback de vídeos e análises em rede,
mas não para jogos. De fato, quando se analisa jogos reais, encontra-se quase o
contrário da distribuição de computação de propósito geral e requisições de
cálculo de DSPs.
Uma percentagem relativamente pequena de instruções são de pontos flutuantes.
Daquelas que são de pontos flutuantes, muito poucos envolvem processamento
contínuo de stream de números. Em vez disso, são usados em tarefas como a
Inteligência artificial e encontro de caminhos, que requerem acesso aleatório à
memória, de que os DPSs não dispõem.
Baseados em medições para correr jogos da próxima geração, apenas entre
10% a 30% das instruções executadas são de pontos flutuantes. As instruções
restantes são de carregamento, armazenamento, inteiros, ramos, etc. Ainda menos
dessas instruções executadas são de stream de pontos flutuantes, provavelmente
entre 5% a 10%. O Cell está optimizado para stream de pontos flutuantes, com
87.5% dos seus núcleos sendo bons para stream de pontos flutuantes e pouco mais.
Os programadores de jogos não querem espalhar o seu código por oito
processadores, especialmente quando sete desses processadores estão muito mal
preparados para programação de propósito geral. Distribuir esse conteúdo
equitativamente por oito processadores é extremamente difícil.
> GPU
Mesmo ignorando as limitações a nível de largura de banda da memória do
GPU do PS3, este não é mais poderoso que o GPU do XBOX 360.
Abaixo estão as especificações da “press release” da Sony no que concerne ao GPU
do PS3.
GPU RSX
• 550 MHz;
• Vertex shaders e Pixel shaders independentes;
• 51 bilhões de produtos de ponto por segundo (performance total do sistema);
• 300 Milhões de transistores;
• 136 "operações shader " por clock.
Os números interessantes da performance do ALU são de 51 bilhões de
produtos de ponto por segundo (performance total do sistema), 300 milhões de
transístores, e mais do dobro do poder gráfico da 6800 Ultra.
Os 51 bilhões de produtos de ponto por ciclo foram listados no slide
resumo de performance de sistema total e são assumidos como incluindo o
processador Cell. Os cálculos efetuados pela Sony parecem assumir que o Cell
pode fazer um produto de ponto por ciclo por cada DSP, apesar de não ter nenhuma
instrução de produto de ponto.
No entanto, usando esta afirmação da Sony, 7 produtos de ponto por ciclo
* 3.2 GHz = 22.4 bilhões de produtos de ponto por segundo para o CPU. Isso
deixa-nos com 51-22.4 = 28.6 bilhões de produtos de ponto para o GPU. Ou seja,
28.6 bilhões de produtos de ponto por segundo / 550 MHz = 52 operações ALU por
clock do GPU.
É importante notar que se os ALUs do RSX (Reality Graphics Syntethiser,
tecnologia gráfica da Nvidia) forem semelhantes aos da Geforce 6800, então estes
trabalham com vetores 4, enquanto que no Xbox 360 trabalham todos em vetores 5.
O total de performance de pontos flutuantes programáveis no GPU para o PS3 seria
de 52 operações ALU * 4 flutuações por operação * 2 (madd) * 550 MHz = 228.8
GFLOPS que é menos do que as 48 operações ALU * 5 flutuações por operação * 2
(madd) * 500 MHz = 240 GFLOPS do Xbox 360
Com o número de transístores sendo ligeiramente maior no GPU do Xbox 360
(330 milhões) não é surpreendente que o total do número de GFLOPS programáveis
esteja muito próximo.
O PS3 tem de fato os 7 DSPs no Cell para adicionar mais operações de
pontos flutuantes para processamento de imagem, mas os três núcleos de propósito
geral do Xbox 360, com D3D customizado e instruções de produto de pontos estão
mais orientados para cálculos verdadeiramente relacionados com gráficos.
A 6800 Ultra tem 16 pixel pipes, 6 vertex pipes e corre a 400 MHz. Tendo
em conta o dobro do poder em relação à 6800 Ultra que o RSX representa e maior
frequência do RSX, pode-se estimar que este vai ter 24 shading pipes e 4 vertex
shading pipes (menos vertex shading pipes, visto que os DSPs do Cell vão fazer
também esse trabalho). Se o GPU do PS3 mantiver o mesmo tipo de arquitectura de
pipes da 6800, deixado transparecer na “press release” da Sony, isto dá-nos
outra vez 24 pixel pipes * 2 distribuídos por pipe + 4 vertex pipes = 52
produtos de ponto por clock no GPU.
Se o RSX seguir o mesmo caminho da 6800 Ultra, vai ter 24 texture
samplers, mas quando em uso eles ocupam um slot do ALU, fazendo o GPU na prática
ainda menos impressionante. Mesmo que este consiga de alguma forma separar a
retenção de texturas do problema de co-distribuição, não terá largura de banda
suficiente para reter as texturas.
Para operações por clock de shaders, a Sony está muito provavelmente a
contar cada pixel pipe como quatro operações de ALU (co-distruibuídas
vetorial+escalar) e uma operação de textura por pixel pipe e 4 operações
escalares para cada vetor pipe, para um total de 24 * (4 + 1) + (4 * 4) = 136
operações por ciclo ou 136 * 550 = 74.8 GOps por segundo.
Dado o design equilibrado e de operações simultâneas do GPU do XBOX 360,
não se pode comparar os dois sistemas em termos de operações de shading por
clock. No entanto, o GPU do XBOX 360 pode fazer 48 operações de ALU (cada uma
pode fazer um vetor 4 e operação escalar por clock), 16 retenções de texturas,
32 operações de controlo de “flow”, e 16 operações vertex programáveis com
“tesselação” por clock para um total de 48 * 2 + 16 + 32 + 16 = 160 operações
por ciclo ou 160 * 500 = 80 GOps por segundo.
No geral, o equilíbrio automático do shader de carregamento,
características de exportação de memória, retenção programável de vertex, o
tesselador de triângulo programável, retenção de texturas de avaliação total no
vertex shader e outras características do GPU do XBOX 360 “bem para além do
modelo de shader 3.0” devem também contribuir para a performance geral de
processamento de imagem.
> LARGURA DE BANDA
O PS3 tem 22.4 GB/s de largura de banda de memória GDDR3 e 25.6 GB/s de
largura de banda de memória RDRAMhe para um total de largura de banda de 48
GB/s.
O XBOX 360 tem 22.4 GB/s de largura de banda de memória GDDR3 e 256 GB/s
de largura de banda de memória EDRAM para um total de 278.4 GB/s de largura de
banda total.
Porque é que o XBOX 360 tem uma quantidade de largura de banda tão
abismal? Mesmo o mais simples dos cálculos demonstra que a grande quantidade de
largura de banda é consumida pelo frame buffer (buffer de imagens). Por exemplo,
com processamento de imagem de cor simples e “Z testing” a 550 MHz o frame
buffer sozinho requer 52.8 GB/s a 8 pixels por clock. A largura de banda do PS3
é insuficiente para manter o topo da velocidade de processamento de imagem do
seu GPU, mesmo sem texturas e retenções vertex.
O PS3 usa compressão Z e de cores para tentar compensar a falta de
largura de banda da memória. O problema com as compressões Z e de cor é que a
compressão quebra-se rapidamente quando está a processar cenas 3D complexas de
próxima geração.
HDR, alpha-blending, e anti-aliasing requerem ainda mais largura de
banda. É por isto que a Xbox tem 256 GB/s de largura de banda reservados apenas
para o frame buffer. Isto permite ao GPU do XBOX 360 fazer Z testing, HDR, e
processamento de imagem de cor alpha blended com 4X MSAA (antialiasing) em
máxima avaliação e mesmo assim manter a largura de banda total do bus principal,
deixado para as texturas e vértices.
