Los SoC de PS5, Xbox Series X y S, comparados

Los SoC de PS5, Xbox Series X y S, comparados

Josep Roca

Las consolas de nueva generación destacan por el uso de varias tecnologías comunes, no obstante el SoC de las Xbox y el de PS5 difieren en diseño y la forma en la que están organizados. En esta comparativa no os vamos a hablar de cada una de las tres consolas en general, sino de su procesador principal y que diferencias existen.

La siguiente comparativa no es para decir que consola es mejor, ya que eso depende de los gustos de cada uno y si el catálogo de juegos del sistema es de mayor o menor agrado. Un valor que es completamente subjetivo a la experiencia personal de cada uno de nosotros. Lo que hemos hecho es analizar desde nuestros conocimientos en hardware cada una de las tres consolas y hemos sacado conclusiones sobre el diseño de cada una de ellas.

Diferencias de tamaño en los SoC de PS5 y Xbox Series

Lo primero que llama poderosamente la atención es que el SoC de PlayStation 5 es más pequeño que el de Xbox Series X, pese a ser dos consolas que se encuentran en el mismo rango de precio, ya que mientras que el de Xbox Series X mide 360 mm2., el de PlayStation 5 esta un poco por debajo de los 300 mm2>/sup>. Aunque el más pequeño es el de la Xbox Series S, con un tamaño de 190 mm2.

Los factores que más influencian al tamaño de cada SoC son por un lado la configuración en el número de Compute Units de la GPU integrada en cada uno de los SoCs, y por el otro la interfaz de memoria. En el caso de Xbox Series S tenemos una interfaz de GDDR6 de 128 bits, en PS5 de 256 bits GDDR6 y en Xbox Series X de 320 bits GDDR6. Dado que en todos los procesadores siempre se coloca la interfaz con la memoria en el perímetro externo del mismo esto afecta al tamaño de cada uno de los SoC.

Obviamente al aumentar el perímetro también se aumenta el área disponible, en todo caso hay que aclarar que las especificaciones vienen después de escoger el tamaño de un procesador, ya que este va a marcar la cantidad de SoCs que saldrán por oblea y por tanto cuál será volumen de producción de una consola.

Otro factor importante a tener en cuenta es el tema de los costes, las consolas se venden con márgenes inferiores al hardware tradicional y son financiadas a largo plazo por las regalías que cobran sus fabricantes de los juegos y servicios asociados a la misma.

Diferencias entre CPUs

Zen 2 PS5 PC

Oficialmente los tres SoC utilizan núcleos AMD Zen 2, en concreto son los mismos que los de las AMD Ryzen 4000, Renoir, de PC. Cada uno de los tres SoC utiliza 2 CCX, en el que cada uno engloba 4 núcleos, las cachés L1 y L2 para cada núcleo y 4 MB de caché L3.

En el caso de PS5 nos encontramos con las siguientes omisiones:

  • Los registros para las unidades AVX han sido recortados, esto impide realizar cálculos SIMD con 256 bits de operandos, siendo el máximo 128 bits por instrucción.
  • La unidad de suma en coma flotante, FADD, ha sido eliminada. Dicha instrucción se puede hacer en la unidad FMADD que realiza una operación de suma y multiplicación en un ciclo de instrucción, pero con una latencia en ciclos de reloj más alta, 5 en vez de 3.

En cuanto a la velocidad de reloj de cada consola es donde también nos encontramos diferencias. En el caso de SONY la CPU funciona a 3. 5 GHz, pero no puede subir más allá de esa velocidad por la limitación impuesta por la propia SONY de cara al uso del SmartShift en la consola. En el caso de las Xbox Series, estas pueden tener activado o no el SMT de los núcleos. Sin el SMT activo Xbox Series S puede alcanzar los 3.6 GHz y Xbox Series X los 3.8 GHz, velocidad que se reduce a los 3.4 GHz y 3.6 GHz cuando este se encuentra activo.

¿Es la GPU de PS5 RDNA 2?

RDNA 2 Logo

Existe una polémica en la que mucha gente afirma que la GPU de PS5 no es RDNA 2, pese a la afirmación de AMD y SONY que sí. No obstante hay que aclarar de donde viene la confusión y es que a la hora de escoger las diferentes partes en el porfolio de AMD desde SONY han prescindido de ciertas piezas de los RDNA 2 que Microsoft ha añadido en sus consolas. En todo caso, si somos puristas ninguna de las consolas es RDNA 2 al completo, al faltarle a las tres la Infinity Cache que tienen las AMD RX 6000 de PC.

RDNA 2 RB+

¿Qué parte es la que SONY ha decidido prescindir? Pues la unidad de rasterizado y sus Render Backend son los mismos que en RDNA y por tanto no son los RB de RDNA 2+. Lo cual supone que la consola no SONY puede utilizar Variable Rate Shading por hardware en los juegos. Esta función agrupalas líneas de instrucción Pixel Shader repetidas en una sola instrucción, la cual se ejecuta una sola vez y no varias. Una vez que se ha solucionado aplica los datos a los diferentes píxeles en pantalla con el mismo valor.

La falta del Variable Rate Shading es una ventaja en rendimiento para las consolas de Microsoft, en especial si tenemos en cuenta que la parte que requiere más potencia del Pipeline 3D es la aplicación de los Pixel Shaders. Ya en PS4 Pro SONY pidió a AMD que hiciese cambios en las unidades RB, las cuales generan el ID Buffer para el Checkerboard Rendering. Por lo que SONY habría mantenido las unidades de PS4 Pro y no habría adoptado los RB+ de RDNA 2 por compatibilidad hacía atrás

Especificaciones generales de las tres GPUs

Lo primero que destaca son las especificaciones en lo que a la cantidad de Compute Units. La menos ambiciosa de las tres, Xbox Series S, tiene una configuración de 20 Compute Units y funciona a una velocidad de reloj estable de 1565 MHz para llegar a los 4 TFLOPS. Subiendo en velocidad de reloj la siguiente es Xbox Series X que funciona a 1825 MHz, pero con una configuración de 52 Compute Units que le permiten llegar a los 12 TFLOPS de potencia. PS5 en cambio alcanza velocidades de reloj más altas y puede llegar a los 2.23 GHz gracias al uso de la tecnología SmartShift, pero solo lo hace ciertos momentos y pese a ello no alcanza más allá de los 10.28 TFLOPS.

Resumiendo los datos, Microsoft no le ha otorgado una velocidad Boost a sus consolas para que estas rindan igual todo el tiempo, mientras que SONY nos ha dado la velocidad de Boost, pero desconocemos la velocidad de reloj base a la que corre su consola la mayor parte del tiempo.

Velocidad CPU GPU PS5

Para su consola SONY adopto la tecnología SmartShift, la cual varía las velocidades de reloj de CPU y GPU según cuál sea la carga de trabajo de cada una. Así pues, cuando la CPU tiene poca carga de trabajo entonces la velocidad de la GPU puede subir y viceversa. Aunque el SmarShift es un poco más complejo, pero le ayuda a la consola de SONY a compensar la menor cantidad de Compute Units en la GPU.

Shader Arrays y jerarquía de cachés de la GPU

GPU AMD VRAM

Lo primero en lo que nos fijaremos es en los Shader Array, donde comparten espacio con los Render Backend o RB, la unidad de rasterizado y la de primitivas, conocida también como unidad de teselación.

Cada Shader Array está conectado a una caché intermedia, llamada cache GL1 por parte de AMD, esta caché es de 128 KB y es solo de lectura para sus clientes, ya que al escribir exportar datos estos van a parar directamente a la caché GL2 de la GPU. En las arquitecturas RDNA las particiones de caché GL2L2 dependen de la cantidad de canales de memoria que haya disponibles, cada partición es de 256 KB. Las consolas al utilizar memoria GDDR6 donde cada canal de memoria es de 16 bits tienen las siguientes particiones de GL2;

  • Xbox Series S: bus de 128 bits GDDR6, 8 particiones de caché GL2.
  • PlayStation 5: bus de 256 bits GDDR6, 16 particiones de caché GL2.
  • Xbox Series X: bus de 320 bits GDDR6, 20 particiones de caché GL2.

Ahora bien, tanto en RDNA como en RDNA 2 el ratio de particiones GL2 por partición GL1 es de 4. Esto se traduce en que Xbox Series S tiene 2 Shader Arrays en total, mientras que PlayStation 4 Shader Arrays. ¿La excepción a la regla? Xbox Series X debería tener 5 Shader Arrays, pero tiene 4, ya que el ratio en su caso es de 5:1. Dada la configuración de mayor número de Compute Units el SoC de la Xbox Series X alberga más unidades en cada uno de sus Shader Arrays que los de PS5 y Xbox Series S

Compute Units de GPU en los SoC de PS5 y Xbox

Ray Accelerator Unit

Si extraemos cada Compute Unit de los SoC de PS5 y las Xbox Series de manera individual no observaremos diferencias. Todas utilizan CUs RDNA 2, independientemente de la consola que estemos hablando. ¿Las diferencias entre RDNA 2 y RDNA 2? Realmente nula si no tenemos en cuenta la unidad para aceleración para el Ray Tracing.

Lo que sí que afecta al rendimiento es la organización de las Compute Units en el Shader Array y esto va a depender de cada juego. Cuando se rasteriza un polígono a través de la unidad para ello incluida en cada Shader Array, la cantidad de píxeles de ese polígono se distribuye entre las diferentes Compute Units en el mismo. Por lo que el grado de utilización dependerá a primera vista del tamaño de los fragmentos.

A día de hoy los juegos utilizan polígonos muy pequeños por lo que es normal que en un primer envío no se utilicen todas las Compute Units, a esto hay que añadirle que hay tareas relacionadas con el pipeline de computación que requieren el uso de las Compute Units sobrantes. Y en este punto donde se ven los puntos fuertes y débiles, en especial entre PS5 y Xbox Series X.

Control Rasterización Ray Tracing

Si hablamos del Ray Tracing, este se beneficia puramente de la velocidad de cálculo que tengan las Compute Units, por lo que Xbox Series X tiene una ventaja en esto. Es como si SONY hubiese diseñado su consola para llevar a los juegos de PS4 Pro al máximo nivel posible y no hubiese tenido en cuenta elementos como el Ray Tracing hasta última hora en el diseño.

Dado que la unidad de intersección se encuentra dentro de la Compute Unit, PS5 también parte en desventaja en ese aspecto al tener solo 36 de estas unidades frente a las 52 de la Xbox Series X.

Implementación del audio en el SoC de PS5 y Xbox Series

El siguiente punto en nuestra comparativa entre los SoC de PS5 y las nuevas Xbox es el audio. Donde tanto SONY como Microsoft han integrado de forma encubierta los sistemas de audio de la anterior generación, ya que son necesarios para la compatibilidad hacía atrás en los juegos. Al mismo tiempo han añadido nuevos sistemas de audio, que son más avanzados que los de la anterior generación.

No tenemos muchos datos de los dos sistemas, ya que ambas compañías han hablado muy poco de ellos. En ambos casos nos encontramos que la capacidad de cálculo del sistema de audio es mayor que las CPU de la anterior generación. Más allá de eso los detalles son escasos. pero hay un detalle en el que ambas consolas difieren y dice mucho de la estrategía de cada una en cuanto al audio. La consola no soporte Dolby Atmos por hardware, esto hace que los juegos no pueden utilizarlo y en cambio se ven forzados a utilizar un estándar propietario de SONY.

En cambio las Xbox Series X y S soportan Dolby Atmos por hardware, pero para utilizarlo entonces el usuario ha de pagar una licencia de uso que se vende aparte. Dicha licencia tiene un coste de $15 y ambos fabricantes han decidido prescindir de ella en sus consolas. En el caso de Microsoft haciendo que el pago sea opcional para los usuarios, pero en el de SONY prescindiendo del mismo en los juegos, aunque sí que esta implementado en el contenido multimedia, por lo que en películas y series es la CPU la que descodifica el Dolby Atmos.

Códecs para el SSD

El SSD es la nueva unidad de almacenamiento, para la forma de funcionar de ambas consolas es distinta a la hora de acceder a los datos y comunicarse con el almacenamiento de la consola a nivel de SoC:

  • Ambas consolas disponen de dos canales distintos hacía el SSD, uno para la CPU y otro para la GPU. Esto es debido a que la RAM en las tres consolas se divide en dos espacios, dependiendo de si CPU o GPU realizan la petición de datos al SSD la información ira a una parte de la RAM u otra.
  • Cada canal entre el SSD y la RAM tiene un códec distinto, y cada una de las consolas utiliza sus propios códecs.
  • Para texturas PS5 hace uso de Oddle Kraken, mientras que las Xbox hacen uso de BCPack.
  • El ancho de banda con el SSD de PS5 es más alto, pero a cambio el ratio de compresión es menor por byte transmitido. En contrapartida la velocidad de transferencia máxima de Xbox es inferior.
  • El Códec de Xbox está diseñado para utilizarse en DirectStorage, permitiendo el Sampler Feedback.

Los códecs por hardware para el SSD son esenciales para el uso de estos discos al máximo, ya que sin estas unidades haría falta una gran potencia de la CPU para descodificar los datos a la suficiente velocidad. Incluso estaríamos hablando de núcleos enteros solo para esta tarea.