W sercu PlayStation 4

PlayStation 4 trafiło wreszcie do sklepów i w ręce specjalistów od dekonstrukcji, i możemy się przyjrzeć, co ma w środku. A tam - same dziwy! Niby to oczywiste i wiedzieliśmy o tym od dawna, ale konsola jest zadziwiająco podobna do peceta...

APU prawie jak w pececie

Sercem maszyny jest APU z ośmioma rdzeniami głównego procesora i procesorem graficznym. Dwa 4-rdzeniowe bloki konstrukcyjne architektury Jaguar oraz procesor graficzny zajmują lwią część powierzchni krzemowego jądra. Układ zaprojektowany przez AMD zgodnie ze specyfikacją Sony jest produkowany w tajwańskich fabrykach TSMC, w tym samym procesie produkcyjnym, co nowoczesne karty graficzne AMD i Nvidii.

Zdjęcie jądra pokazuje, jak podobny jest układ z PS4 do desktopowych APU AMD. Ma dwa bloki konstrukcyjne architektury Jaguar, dwa razy więcej niż w Kabini, i dziewięć razy więcej procesorów strumieniowych w GPU. Procesor graficzny to architektura GCN znana z ostatnich generacji Radeonów, przerobiona nieco pod kątem większych możliwości GPGPU. Bardzo prawdopodobne, że ma dużo wspólnego z Radeonami R9 – na przykład wbudowany kontroler audio znany jako TrueAudio. W jądrze jest 20 jednostek SIMD, z których wykorzystywane jest 18; dwie są zapasem pozwalającym „uratować” niedoskonałe jądra, których część jest niefunkcjonalna. W świecie pecetowym zrobiono by z takich układów dwa modele: jeden z większą, drugi z mniejszą liczbą procesorów strumieniowych.

Nie licząc radykalnie zmienionych proporcji GPU do CPU, w PS4 jest niewiele obwodów, których nie ma w Kabini. Największą nowością jest oczywiście 256-bitowy kontroler pamięci GDDR5, który zapewnia obu procesorom dostęp do wspólnego obszaru pamięci. Większa część wyprowadzeń z układu to właśnie interfejs pamięci rozmieszczony na trzech krawędziach jądra. Zestaw łącz do komunikacji z resztą konsoli jest stosunkowo skromny. Jest uniwersalne 4-pasmowe wyjście obrazu, w PS4 skonfigurowane jako HDMI 1.4a (choć mogłoby być też DisplayPortem albo DVI). Podobne do PCI Express 4-pasmowe łącze służy do komunikacji z drugim procesorem. To podobny schemat jak w pecetach, gdzie APU jest połączone z mostkiem południowym, obsługującym urządzenia wejścia/wyjścia; ale dodatkowy procesor w PS4 jest znacznie bardziej funkcjonalny. Zajmuje się kompresją wideo (30 ostatnich sekund rozgrywki jest cały czas zapisywane), dźwięku i funkcjami sieciowymi, na przykład pobieraniem danych, kiedy konsola jest w stanie uśpienia. Drugi procesor jest też kontrolerem dysku i napędu Blu-ray.

Co ciekawe, większość pobocznych bloków funkcjonalnych jest identycznych, jak w Kabini – raz zaprojektowane z myślą o produkcji w TSMC mogą być łatwo używane w kolejnych układach. Gdyby dodać temu układowi jeszcze kilka pasów PCI Express i ograniczyć kontroler pamięci do 128 bitów, można by go zapakować w desktopową podstawkę typu FM2 :) 

Maszyna do grania vs. maszyny... nie tylko do grania

Okazuje się, że nie pomyliłem się wiele w przewidywaniach z początku roku. W układzie z PS4 dominuje procesor graficzny; jest ponad 3,5 raza większy, niż osiem rdzeni x86 wraz z ich pamięcią podręczną.

Spośród podobnych układów ten jest najbardziej „przechylony” w stronę GPU. APU z Xboxa One ma większe krzemowe jądro, ale sporą jego część poświecono na wbudowaną szybką pamięć, magistrale wewnątrzukładowe i dodatkowe jednostki obliczeniowe potrzebne na przykład do funkcjonowania Kinecta.

W dużych APU desktopowych takich jak Richland, Kaveri czy Haswell te proporcje są bliższe jedności. W Kabini GPU jest 1,7 raza większe od CPU, ale to dlatego, że sporej części GPU nie można już odchudzić bez dużej utraty funkcjonalności. Ciekawe, czy w przyszłorocznych Atomach też będzie dominował procesor x86?

Tradycja i nowoczesność

Procesor PlayStation 4 to z jednej strony bardzo nowoczesny układ, w którym inżynierowie nie bali sie postawić na zunifikowaną pamięć i wykorzystanie GDDR5. Z drugiej strony widać, że wszędzie, gdzie nie była konieczna nowoczesność, kierowano się prostotą. Podczas gdy APU Xboxa One integruje stosunkowo skomplikowany system pamięci i wiele dodatkowych funkcji (sieć, obróbka wideo itp.) w jednym jądrze, procesor PS4 jest tak prosty, jak to tylko możliwe. Funkcje nie wymagające najwyższej wydajności przeniesiono do drugiego procesora, co ma szereg konsekwencji. Wraz z rozwojem technik produkcji Sony będzie mogło przenosić produkcję jednego lub drugiego układu do innych fabryk i procesów technologicznych, a ich stosunkowa prostota ułatwi i przyspieszy przeprojektowywanie. Ponieważ główny procesor nie musi pracować podczas pobierania danych, nie trzeba było wyposażać go w zaawansowane techniki oszczędzania energii (choć chyba nie jest to najlepsze rozwiązanie, skoro konsola pożera podobno 70 W podczas pobierania danych).

Ta prostota opłaca się w produkcji, jest też (jak twierdzi Sony) atrakcyjna dla twórców gier. Z drugiej strony spora część kosztu produkcji PS4 jest związana z pamięcią GDDR5, i przeniesienie produkcji APU w inny proces technologiczny jej nie zmniejszy. Za to APU Xboxa One jest dziś droższe w produkcji, ale ten koszt jest całkowicie pod kontrolą Microsoftu. Niezależnie od cen pamięci DRAM, wraz z taniejącą produkcją krzemu produkcja Xboxa też będzie coraz tańsza.

Dość już się napatrzyłem na zdjęcia jąder – idę pograć na moim skomplikowanym, zawodnym, złożonym z mnóstwa kawałków krzemu pececie...

Zdjęcia za iFixit.com oraz chipworks.com