Los secretos de PS5, arquitectura de la consola de SONY

La PS5 es la quinta consola de sobremesa de Sony, sucesora de la consola más vendida en la séptima generación de consolas, donde la consola de Sony le acabo ganando la partida a la de Microsoft. Sony al igual que Microsoft ha vuelto a contar con AMD para PlayStation 5 para hacer uso de sus tecnologías, pero con un punto de vista distinto donde pese a utilizar las mismas tecnologías la consola de Sony tiene su propia personalidad.

La nueva consola de Sony, al contrario de la de Microsoft se presenta en dos modelos distintos en el mercado.

Modelos PS5

El primer modelo con un coste de 400 euros carece del lector BluRay y es llamada Digital Edition, por lo que solo puede reproducir juegos en forma digital. El segundo es la PlayStation 5 estándar que dispone de dicho tipo de lector y cuesta 100 dólares más. En el caso que tengáis juegos de PlayStation 4 en formato disco es recomendable la versión estándar para poder jugar a los juegos de la anterior generación que tengáis en formato disco.

El SoC de PlayStation 5

SoC PS5

El SoC de PlayStation 5 es un chip que integra en un mismo procesador todos los elementos del sistema a excepción de la memoria RAM, el almacenamiento SSD, las interfaces de E/S y el controlador de memoria flash. Se trata de un SoC a medida hecho por AMD para Sony, por lo que su organización es única pese a utilizar piezas ya vistas en PC.

Este SoC se sitúa en tamaño entre el de Xbox Series S y el de Xbox Series X, ya que es más pequeño que el de la consola más potente de Microsoft, el cual mide 360 mm2, mientras que el de PS4 está cercano a los 300 mm2. En parte esto se explica por la configuración de su GPU y ciertos recortes en los núcleos de la CPU que iremos comentando en esta entrada.

Hay que destacar que desde el lanzamiento de la PlayStation 4 original, Sony ha ido recortando el área total de sus nuevos SoC con cada nueva iteración. El motivo de ello lo desconocemos, pero es algo que llama poderosamente la atención que podemos asignar a un intento de conseguir una mayor cantidad de chips por oblea y por tanto más consolas a la venta si miramos el vaso lleno o por el hecho que Sony económicamente no tiene músculo para aguantar un SoC más caro, si miramos el vaso vació.

La CPU de PlayStation 5

Zen 2 PS5 PC

La CPU de la nueva consola de Sony al igual que las de Microsoft se encuentra basada en Zen 2, pero se trata de una versión levemente recortada, ya que AMD a petición de Sony ha recortado el set de registros para coma flotante a la mitad. La consecuencia de ello es que no puede ejecutar las instrucciones AVX-256 en un solo ciclo de instrucción sino como mínimo en dos ciclos de instrucción. Por lo que su capacidad en coma flotante vectorial es más similar a Zen que a Zen 2. En todo caso no podemos caer en el error de pensar que es un Zen 1 pese a tener recortada esa característica.

Otro recorte en los núcleos es la eliminación de la unidad FADD. En cada núcleo Zen 2 hay dos tipos de unidades encargadas de hacer sumas en coma flotante que son FADD y FMAC, siendo la última capaz de realizar una suma y una multiplicación en un ciclo de instrucción. De cara a realizar solo sumas, la unidad FADD tarda 3 ciclos mientras que FMAC tarda 5 ciclos de reloj.

Fuera del resto de omisiones, el resto de la CPU es exactamente igual al Zen 2 del tipo «Renoir» de los AMD Ryzen 4000 y de ambas Xbox Series en cuanto a rendimiento.

La GPU de PS5, otra vez RDNA 2 custom

Demon's Souls PS5

Arquitectura baseAMD RDNA 2 custom
Velocidad de reloj base800 MHZ (modo PS4), 911 MHz (modo PS4 Pro)
Velocidad de reloj Boost2.23 GHz
Compute Units36
ALUs FP32 por CU64
Potencia en FP3210.23 TFLOPS
Potencia en FP1621.46 TFLOPS
Potencia en Int 8-
Unidades de Texturas144
Tasa de texturizado321.12 Gtéxeles/s
ROPS64
Tasa de Relleno142.72 GPixels/s
Cache L24 MB
Mesh/Primitive ShadersSi
Variable Rate ShadingNo
Ray TracingSi
Sampler Feedback StreamingSolución propietaria
Infinity CacheNo

La GPU de PlayStation 5 es casi la misma que la vista en la RX 6700 XT, pero con 4 de las 40 Compute Units inactivas, por lo que Sony al contrario del salto de 40 unidades a 52 de la Xbox One a la Xbox Series X han decidido mantener la cantidad de Compute Units de PS4 Pro a PS5. Claro esta que hemos pasado de GCN a RDNA 2, o al menos RDNA 2 Custom si tenemos en cuenta las palabras de Mark Cerny en su presentación “Road to PS5”.

El concepto RDNA 2 Custom junto al hecho que Sony no haya dado casi datos de ciertos detalles del hardware interno de la consola han creado dudas sobre si la GPU es RDNA 2 o RDNA 1. ¿El origen de esto? El SoC de PlayStation 5 empezó a rumorearse con los nombres Ariel, Oberon y Flute en sus diferentes etapas de preproducción y diseño del SoC. Todos los nombres en clave tienen relación con la obra teatral de William Shakespeare Sueño de una noche de verano y por aquel entonces se relacionaba el nombre en clave Navi 10 Lite con el SoC de PlayStation 5, es decir RDNA 1.

Fue la presentación de Mark Cerny donde nos sirvió para tener claro que la GPU es una RDNA 2, al menos nos hablaron de soporte Ray Tracing. Lo que supone el añadido de las Ray Acceleration Units, las cuales en RDNA 2 se encuentran integradas en las unidades de texturas. No obstante el añadido de las RAU parece ser un cambio de última hora en el hardware final. El fin y al cabo solo necesitaban cambiar la unidad de texturas sobre el diseño original.

Ausencias notables en la GPU de PS5

RDNA 2 VRS

La mayor ausencia de la GPU es el Variable Rate Shading, el cual es una forma de ahorrar recursos a la hora de aplicar el Pixel Shader. La idea del VRS es localizar las líneas de instrucción que sean exactamente iguales tanto en opcode como el dato de la misma, para unificarlas en un solo cálculo en vez de irlos repitiendo de manera reiterativa.

Para aplicarlo, en las RDNA 2 de PC y Xbox se han tenido que renovar las unidades Render Backend que son lo que llamamos ROPS en una GPU. Donde AMD los separa tradicionalmente en Z-ROPS y Color ROPS. Pues bien, en PS5 son los mismos que RDNA y no los de RDNA 2. Lo mismo se puede decir de la unidad de rasterizado que también es de RDNA. ¿Las consecuencias? La falta de soporte del Variable Rate Shading por hardware, aunque es posible hacerlo por software.

¿Cuál es la velocidad de la GPU de PS5?

Sony al contrario de Microsoft no ha apostado por un diseño con más Compute Units, sino que han aumentado la velocidad de reloj de la GPU hasta los 2.23 GHz, pero la contrapartida es que dicha velocidad de reloj no la alcanza el 100% del tiempo. El motivo de ello es que Sony al contrario de Microsoft ha decidido adoptar la tecnología SmartShift de AMD, lo que supone tener velocidades de reloj variables tanto en CPU como en GPU

La idea del SmartShift es que CPU y GPU comparten un mismo “entorno” energético, donde se hace posible que cuando la CPU no tenga una carga de trabajo muy alta se hace posible poder aumentar la velocidad de reloj de la GPU y viceversa. Sony no ha dado los perfiles de funcionamiento de CPU y GPU, pero sí que conocemos los máximos tanto de CPU como de GPU.

Velocidad CPU GPU PlayStation 5

Hay que tener en cuenta que en los SoC se alcanzan velocidades de reloj mucho más bajas en sus componentes que con estos por separado, la cercanía de los componentes hace poco recomendable que se alcancen las velocidades de reloj máximas. Con el Smartshift es posible colocar en ciertos momentos la GPU a 2.23 GHz.

El hecho que SONY haya optado por dicha opción nos hace pensar que el SoC de su consola estaba ya terminado con una potencia menor y no les daba tiempo que este volviese a la mesa de diseño. De haber tomado un camino con mayor cantidad de Compute Units esto les hubiese retrasado el SoC de seis meses a un año afectando al lanzamiento de la consola, lo que le daría un año de ventaja a Microsoft en el mercado.

Memoria RAM en PlayStation 5

PS5 GDDR6 Placa

PlayStation 5 dispone de 16 GB de memoria RAM del tipo GDDR6, repartidas en 8 chips de 2 GB de cada uno conectadas a través de un bus de 256 bits al SoC donde cada es GDDR6 14 Gbps, por lo que estamos ante una configuración a 448 GB/s de ancho de banda. Sony no ha dado datos sobre los anchos de banda de la memoria de manera separada como Microsoft, lo cual puede suponer un planteamiento distinto en cuanto al acceso a la memoria o el mismo planteamiento.

  • Planteamiento#1: El mismo que el las Xbox Series X, pero no sabemos que partes de la RAM son exclusivas para la GPU y cuáles están compartidas entre CPU y GPU.
  • Planteamiento #2: Tanto CPU como GPU comparten el mismo espacio de memoria en la RAM.

PS5 SoC anotado horizontal

Mirando el SoC de la consola no nos queda muy claro cuál de las dos opciones ha tomado Sony para su nueva consola. La ventaja que tiene el método de Microsoft es que no hay contención a la hora de acceder a memoria por parte de dos clientes en un mismo canal, el otro método sí que crea contención en el acceso, ya que cuando una memoria RAM en un solo canal tiene dos clientes la suma de anchos de banda de ambos clientes es inferior al ancho de banda total.

El Controlador SSD custom de PS5

PS5 Southbridge Annotated

SONY ha apostado muy fuertemente en el tema del almacenamiento por el SSD, pese a que no es una característica única en esta generación, al contrario de Microsoft donde el controlador de su SSD ha sido hecho por un tercero, en PS5 se trata de un controlador hecho a medida que realmente cumple dos funciones:

  • Como controlador SSD.
  • Como Southbridge del sistema.

En el segundo caso tiene relación con el chip de memoria DDR4, el cual se encuentra al lado del controlador SSD, ¿su utilidad?  PS5 al igual que su predecesora dispone de un Southbridge que en modo stand-by de la consola ejecuta otro sistema operativo que le permite gestionar las descargas cuando tenemos la consola en modo reposo. Como es obvio ese sistema operativo necesita una RAM para funcionar y de ahí la DDR4.

Como Southbridge además integra una serie de interfaces de entrada y salida como es el controlador SATA para el lector UHD BluRay

PS5 SSD

En cuanto al SSD interno de la consola, tenemos 6 chips de memoria NVMe en la placa situados en anverso y reverso de la misma. Cada uno de los chips NVMe asignados a 2 de los 12 canales del controlador flash y con una capacidad de 128 GB de almacenamiento cada uno. SONY habla de 825 GB de almacenamiento, pero realmente son 768 GB desde el momento en que han contado de 1000 en 1000 en vez de 1024 en 1024. Por lo que estamos ante un almacenamiento que es 3/4 del de la Xbox Series X, pero a una velocidad mucho mayor.

Al contrario de ambas Xbox Series, aquí tenemos las cuatro líneas PCI Express 4.0 asignadas al controlador SSD, el cual se comunica el SoC del sistema bajo un bus de 5.5 GB/s de velocidad real. Hay que tener en cuenta que las consolas de nueva generación disponen de mecanismos de compresión y descompresión en tiempo real que permiten transmitir en ese mismo bus de 5.5 GB datos comprimidos a una tasa de 9 GB/s.

Expansión de almacenamiento

PS5 Board SSD

SONY al contrario de Microsoft ha decidido optar por tarjetas M.2 estándar para PC de diversos tamaños, aunque en los primeros meses de vida de la consola no se puede actualizar la consola y la lista de unidades M.2 con los que la consola es compatible es desconocida a tiempo de escribir este artículo.

La doble interfaz PCI Express 4.0 x4 en el controlador del SSD es lo que más llama la atención, ya que el SSD externo no se comunica con el SoC de manera directam sino con el controlador del SSD, esto significa que el controlador de memoria flash que haya en la unidad M.2 si es más rápido que el de PS5 no lo va a superar en velocidad. Por otro lado, también hace posible poder lanzar discos M.2 para PlayStation 5 más baratos sin el controlador flash o SSD.

A la hora de expandir el almacenamiento de la consola nos encontramos ante una opción más barata que en las Xbox Series al poder utilizar unidades M.2 para PC, pero la contrapartida viene por el hecho que realizar la expansión es mucho más complejo que en las consolas de Microsoft.