原创 PS5游戏机：AMD秒杀英伟达的开始

这则视频的主题是：从 PlayStation 5 游戏机，看索尼和 AMD 改变游戏行业的杀招，以及英伟达的水深火热（我瞎说的）...

Coreteks 认为，Xbox 和 PS5 的主要差别在 I/O 层面（指数据与通信）：Xbox 的数据压缩速率在 4.8GB/s，PS5 则为 8-9GB/s——"In my opinion, Sony has won the console war right here."

SSD 与存储子系统的低延迟、高带宽，是 PS5 的主要特性（这原本也算是 RDNA 着眼的，以及 RDNA2 要加强的，虽然我觉得怎么看都是一个普通理念啊喂）...

事实上，英伟达 Turing 架构的主要优势之一，也是低延迟、高带宽。英伟达的 RTX 显卡有两种加速器用于加速光追——这是现在大部分人都知道的了，RT core 和 tensor core；另外针对高带宽，还有两个比较重要的专用单元，一个用于压缩内存中的数据，一个用于解压——以此，数据可以更快地访问到。这一次 PS5 也是类似的增带宽思路...

当代处理器的很大一部分瓶颈就是带宽或者通信，而非单纯的计算部分；计算单元数量并不能反映实际性能。英伟达去年在莱斯大学的一次演讲中提到：

这里的"cost"指的主要是芯片功耗上的开销，"free"和"expensive"也是这个意思。即算术是极低开销，存储代价很大，通信代价非常大...

下图给出了 PS5 完整的 I/O 思路，而且随着时代的推进，越来越多的专用单元会加入进来。（就像苹果的 A 系列 SoC 那样，加入越来越多的专用处理器，分别解决专门的问题——Coreteks 的表达是，A13 Bionic 有超过 40 个专用加速器；在客观数字上我没去了解过，不过其实这一点原本就是趋势）

这张图左下角出现了一个 Coherency Engines（一致性引擎），也算是 PS5 游戏机的 I/O 群体中的另一个重要的专用处理器（或者加速器）了，专门负责跨 CPU 与 GPU 的存储一致性（memory coherency）——这也是 AMD 下一代 APU 的一个重要特性。

Jim Keller 曾经说过这样一段话：

简单翻译，就是图形计算，需要高带宽的存储系统，以前图形计算有专门的内存系统，CPU 与 GPU 对话用 PCIexpress...而“我们搞了个存储架构，让 CPU 和 GPU 共享存储，两者都能看到内存，我们就能在两者间传递 pointer 了，我们有共同的地址空间。”这是 2014 年 Jim Keller 还在 AMD 构建 Zen 的时候说的。其中提到的 HSA，也就是 heterogeneous system architecture，异构系统架构...HSA 应该是一套规格，让不同的处理器部分做融合的...

HSA 规格的首个践行者就是 PS3 的那个“传奇”CELL 处理器，苏妈（Lisa Su）还在 IBM 的时候，也是这规格的重要缔造者。所以 Coreteks 认为，AMD 现在的思路其实和苏妈早年在 IBM 和 Freescale 嵌入式系统和异构计算方面的经历，是有很大关系的。

这种异构融合的思路，则是未来几年 PC 发展首先在游戏机上的一种尝试（虽然我个人真心觉得，难道现在的笔记本和手机处理器不就是这样吗？）——Coreteks 表达比较重要的一点，应该就是一颗芯片解决多种问题...这样一来，PS5 也可以不用过于 bulky（已公布的索尼 PS5 算是 bulky 吗？）...因为索尼在设计上还比较有追求，同时还要控制发热之类的问题。

其实我看 Coreteks 的很多视频，并没有搞清楚他是支持类似 AMD 这样 chiplet 异构的方案，还是颠覆架构去做 monolithic 单 die 方案，因为他似乎对于富士通 A64FX 超算处理器是非常赞赏的；或者他可能最在意的是“通信”部分的高效。

甚至可以认为（coreteks 认为的），AMD 未来的 CPU 很可能会越来越轻 CU 数量，而偏重于频率以及固定功能单元（也就是专用加速单元）...

那么以上这种思路，在游戏机上带来的体验，为什么是将来 PC 给不了呢？

（1）前面我们说到了高带宽的这种诉求，不过知乎上蛮多人提到索尼有“带宽过剩，算力不行”的传统。存储子系统的这种提升，对于开发者而言意味着什么呢？

去年网上出现过一个开发者 demo，用以"showing instantaneous asset streaming"，如果没有前文提到的存储一致性（memory coherency）支持，以及超快的 SSD，还有数据解压专用加速器，则完全不可能做到 demo 中演示的样子（具体为什么，我不清楚，各位可以去找一下这个 demo）。这些，正是前面这么多内容提到的 PS5 所专注的方向。

这个 demo“可以实现无缝的开放战争游戏体验，游戏中不会有加载等待画面；画面角色移动速度，甚至可以用来创造一些新的游戏类型，包括开放世界环境的竞速游戏——而且游戏内容元素的数量级可以远超过去的那些游戏；还有过去我们没看到过的游戏类型——比如可能是'画面频繁缩放'的游戏，比如可能是从银河系大画面，极速放大到某个星球，甚至再快速放大到分子级别的画面——在任何一个画面级别，都会有非常牛逼的细节”。

这一点，PC 平台就几乎不大可能实现，起码 PC 平台的 SSD 大部分都不会做到 PS5 的程度。

（2）AMD 去年在 Computex 上做过一个 demo 演示（现在是 3DMarks PCIe 特性测试场景之一），对比的是 Intel Core i9-9900K + 英伟达 RTX 2080 Ti，以及自家的 AMD Ryzen 7 3800X + AMD Radeon RX 5700 Series，如下图。当时的这个演示其实引起了比较大的争议，因为这个演示本质上偏向于高带宽测试，而大家普遍觉得，没有哪个游戏会需要这种场景。

这次 Computex 展会上，AMD 还特别提到了和索尼之间的合作，以及期望革新未来 10 年的游戏。这可能就是索尼游戏主机所真正着力的方向，和未来游戏将要出现的画面——PS5 的带宽也就真正有了用武之地。

PC 享受不到这些游戏，原因同上，毕竟绝大部分 PC 都不会在架构上像 PS5 那样做。

（3）还有一个 demo，是原本要在 PS4 上发布的一个游戏《觉醒计划（Project Awakening）》，现在放出了一个预告片。预告中的画面可能是即时演算的，比 PS4 游戏画面要好多了。Coreteks 认为，这可能是索尼早前提到的加入了光线追踪效果的一个游戏。

从微软演示的 Xbox Series X《战争机器 5》来看，4K 60fps 效果基本和 RTX2080 Super + R7 3700X 差不多。但算一下一台游戏机多少钱，而后者光一个英伟达的显卡就多少钱，两者加起来 1040 美元...英伟达这种策略怎么还没有翻车？

Coreteks 另外认定，英伟达在这个战局中显得非常被动（说起来英伟达收购 Arm 的话，按照 Coreteks 的说法，做架构变更岂不是可以改变战局？）。Coreteks 为英伟达提了三个建议，其一是“使用硬件加速降低渲染精度”，其二“加强数据本地性·”，其三“加强视觉真实度”。

这部分 Coreteks 其实谈的还是挺悬的，比如第一部分，用硬件加速来降低渲染精度（以节约功耗），而光追也可以用这种方案去做，增加某种类型的硬件，考虑将 FP32 转为 Int8（？？有这种操作吗？）...

VRS（variable rate shading）就是在精度方面的一项举措，游戏画面背景可以以明显更低的精度去渲染，前景则用高精度渲染，人眼看起来，整体画面其实也没太大差别。还有 advanced culling（前些年有个针对 Turing 架构 Mesh Shaders 的 demo 演示，就提到过这种 advanced bulling）——coreteks 认为会有专用单元来加速这项技术，如果有 3 个固定单元来渲染画面中，不同远近的对象，则针对主要注意力的部分做高精度渲染，而某些部分则完全可以用低精度去搞，又完全不会影响到游戏体验（当然估计会对跑分有影响）。

另外，英伟达还有一个强项，就是 AI 部分，也可以用来降低精度。早前英伟达曾经放出过，把画面中缺失的部分给自动补上的技术，靠的就是 AI（下图）。这种技术或许就可以应用到游戏中去，用以渲染游戏画面中一些无关紧要的对象。

前面提到第二点，“加强数据本地化”，其实就没什么要多说的了。现在的专用芯片制造商，恨不得把片内存储堆到可以把一大堆模型放下的程度，这主要还是个成本的问题。

第三点，“加强视觉真实度”。Coreteks 针对这一点有特别提到，英伟达现在应该再引入一项类似实时光线追踪这样的技术点，但要足够吸引人，实现对竞争对手的绝对技术领先——比如 AMD GPU 的游戏机也实现不了，那就真的炸裂了。可能还是跟 AI 机器学习相关的技术——毕竟这是英伟达投入了很多年、花了很多钱的优势项。

英伟达今年的 GTC2020 有演示在网上放出来，部分内容其实跟游戏关系并没有那么大，但也是图形计算相关的。好像是迪士尼的一个什么电视节目场景，采用虚幻引擎去录制——或者说是一个 AR 现实增强实现，生成虚拟的背景，前景还是拍摄的真人，类似于实时特效，而且随时都可以切换！好像完全看不出破绽，完全高保真，让人觉得，主持人或者演员就是在现场。类似这样的技术，也就可以拍死 AMD 企图构建的上面提到的世界了。

好了，以上大部分内容都出自 Coreteks，有兴趣的去看看这个视频吧，我觉得我基本上已经把他要说的东西传达到位了。这则视频的意淫成分颇多（而且 Coreteks 的绝大部分视频都是在意淫）。如果有事实错误，也欢迎各位指出。事实上，即便存在非常多相当夸张的想法，但我总体上觉得，数字芯片往“专用”化发展，以及企图解决数据与通信问题的方向，可能都是值得思考借鉴的。仅供各位娱乐。