Entrevista da Nixxes à Digital Foundry é um manancial de informação sobre o que vale realmente a PS5

Ignorando que as consolas não usam processadores e hardware standard no mercado, mas que é desenvolvido especificamente com um custo de largos milhões, há quem pense que as especificações das mesmas podem ser comparadas com os PCs. Este artigo é uma boa fonte para demonstrar que isso não corresponde à verdade!

A Digital Foundry teve uma conversa com os programadores da Nixxes sobre os desafios de portar Spider-Man para o PC, e nessa entrevista foi referida uma quantidade enorme de situações que são de todo o interesse serem escalpelizadas aqui.

Basicamente há uma realidade da qual não podemos fugir. É possível comprar-se um PC bastante superior a uma PS5. É apenas uma questão de se gastar dinheiro!

O que não se consegue nunca é com um PC com especificações equivalentes obter resultados iguais. Isto apesar que ao longo dos tempos as coisas tem melhorado para o lado do PC devido à introdução de muitas situações que antes eram exclusivas das consolas, como os APIs de baixo nível ou os sistemas de gestão de ficheiros comprimidos que será agora introduzido com o DirectStorage. Mas ainda assim as consolas possuem vantagens grandes face ao PC, tornando o seu conjunto de software + hardware em algo muito mais eficiente que um PC, e completamente especializado para executar jogos.

Na entrevista tivemos o chefe de estúdio Jurjen Katsman, o engenheiro de software  Michiel Rosa, a programadora gráfica Rebecca Fernandez e o encheiro lider de software Coen Frauenfelder, que responderam às perguntas da Eurogamer.

Vamos ver a analisar as questões relevantes:

A primeira questão que achamos relevante foi a seguinte:

Digital Foundry: Sendo casados com as consolas há muito tempo, com memória unificada desde a PS4, havia sistemas que exigiam uma séria reformulação ou um repensar para trabalhar em uma configuração de memória dividida como a encontrada no PC?

Michael Rosa: Sim. Eu não diria que foi um repensar sério, mas definitivamente havia alguns desafios nisso. Eles realmente usam algumas informações de leitura, onde definitivamente precisamos de copiar coisas [da memória do sistema para a memória de vídeo, por exemplo] que eles podem ler directamente [da memória unificada no PlayStation]. Mas essas são mudanças bastante pequenas. É apenas uma cópia extra.

Jurjen Katsman: Sim, certamente tivemos situações derivadas do facto que eram diferentes pools de memória, certo. No lado do desempenho, causou mais problemas do que queríamos.

Michiel Rosa: Basicamente, reduzi pela metade o custo de nossos trabalhos de ray tracing ao basicamente ler da pool de memória certa.

Jurjen Katsman: Passamos muito mais tempo a gerenciar a memória, a pensar no que colocamos na memória de vídeo, o que retrocedemos e quando fazemos isso. Nunca ninguem precisa de se preocupar com isso na consola. No PC, parece que é sempre a principal preocupação, certo – garantir que possamos aproveitar toda a memória adequadamente. E mesmo assim, ainda estivemos a lidar com problemas relacionados com isso até a semana passada, certo? Sim, essas coisas surgem. As consolas são máquinas agradáveis ​​e simples. Adoramos trabalhar com consolas.

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Estas situações acima referidas, pode parecer que não, mas são situações que mexem com a performance do sistema de uma forma enorme. A realidade é que as diferenças de largura de banda entre as duas pools de memória do PC, a memória RAM e a memória vídeo, são cada vez maiores. A DDR tem evoluído, mas não na mesma proporção da GDDR, e o fosso das larguras de banda aumenta a cada nova geração.

Isto cria um sério problema não existente numa consola, que é a gestão da largura de banda da DDR. Basicamente esta é muito fácil de ser saturada, e as movimentações de dados tem de ser muito bem geridos. Isto vai criar os problemas de performance que a equipa refere em cima. E a frase usada em cima “É apenas uma cópia extra”, é referida no sentido de como se faz para se resolver o problema de haver duas pools de memórias, mas isso não quer dizer que esta cópia extra seja algo direto ou simples. É que quando há constrangimentos de largura de banda, uma cópia extra pode ser um gargalo.

Passemos a outra questão:

Digital Foundry: O Marvel’s Spider-Man Remastered foi lançado com reflexos de rastreamento de raios na PS5, usando a API proprietária de rastreamento de raios da Sony e tudo o que isso implica. O que implicou isso para o DXR? Por exemplo, vocês usaram especificamente o DXR 1.1? Como foi a transição?

Michiel Rosa: Foi complicado! [todos riem] Algumas partes foram bem diretas. Tudo que é de nível superior era basicamente possivel de se traduzir de um para um, como coletar todos os modelos para colocar no BVH. Isso não vai mudar entre as plataformas. Mas tudo que alcança um nível mais baixo, como todos os shaders, basicamente precisamos reescrever, apesar que fomos capazes de usar o sistema de materiais deles [da Insomniac]. Mas depois precisamos ter certeza de que tudo é compatível com DXR. Todas as chamadas DXR são obviamente diferentes e precisamos de fazer nossa própria tabela de ligação de shaders, que é bem diferente daquela que está na versão PS5.

Rebecca Fernandez: Sim, e muitos de seus raios estavam alinhados em seus shaders. E nós no PC também não podíamos fazer isso, então isso foi retirado. Ou seja agora deixou de ser um sombreador de hit inline . Mas o resto dos shaders, de facto, mantivemos muitos shaders intactos. Era como traçar o raio, trazer de volta as informações, enviar informações pelos shaders. Essa parte parece bem diferente.

Michiel Rosa: Sim, principalmente toda a administração em torno dos shaders [é o que é diferente].

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Basicamente é uma realidade conhecida que o PC e mais capaz do que qualquer consola no que toca a Ray Tracing, Isto pelo menos enquanto houver nos mesmos uma grande quantidade de processamento de alto nível, o que poderá ser alterado até ao final da geração, dado que esta é uma tecnologia nova nas consolas.

Mas dado que muita coisa é alto nível, a passagem da consola para o PC ocorre numa base de 1:1, pelo que a maior potencia dos PCs neste campo vem imediatamente ao de cima.

A diferença notou-se na parte que é de baixo nível e especificamente otimizada para a realidade da PS5, que teve de ser re-escrita, o que afetou basicamente a forma como os raios alinhavam com os shaders, e que teve mesmo de alterar o seu  método de funcionamento.

Digital Foundry: Além de tornar o Ray Tracing funcional no PC, vocês também trouxeram melhorias face à versão PS5 em termos de rastreamento de raios. As configurações muito altas trazem modelos de maior qualidade para edifícios em ray tracing, usam rastreamentos de resolução total, etc. Qual foi o processo de design e por que fazer isso especificamente para a versão para PC?

Rebecca Fernandez: Hum… Porque é legal? [todos riem]

Coen Frauenfelder: Esse é um lema que precisamos imprimir. [todos riem]

Rebecca Fernandez: Quero dizer, os PCs mais poderosos são mais poderosos do que um PlayStation 5. Então foi legal dar a essas pessoas algo mais agradável de se ver, para avançar ainda mais porque temos mais poder disponível para essas pessoas. Mas trabalhamos muito de perto com a Insomniac – foi definitivamente uma grande colaboração com a Insomniac sobre quais eram seus desejos e suas ideias também, e o que eles gostariam de ver e o que queríamos. Foi uma combinação do que queríamos e do que eles queriam para levar isso ao próximo nível.

Michiel Rosa: Acho que também foi que olhamos para as reflexões e pensamos, como podemos melhorar isso? E vimos os edifícios de qualidade inferior e pensamos ‘isso pode ser melhor’.

Rebecca Fernandez: E acho que aumentar a resolução, que é algo que acabamos de fazer recentemente, mas era realmente algo que eu queria fazer, porque a meia resolução é bastante perceptível no ray tracing do PS5, então foi legal empurrá-lo ainda mais para um ultraconfiguração.

Jurjen Katsman: E acho que também é devido a uma ampla variedade de hardware, que você meio que cobriu, mas porque quando você começa a colocar GPUs muito, muito poderosas, a CPU ainda pode retê-las em uma certa taxa de quadros. Mas, você sabe, precisamos garantir que as pessoas com grandes GPUs ainda tenham algo bom para fazer para parecer melhor, certo, e a resolução é certamente algo que é um caminho para fazer isso. E certamente descobrimos que o equilíbrio entre o desempenho da CPU e da GPU e como isso se traduz entre o PlayStation 5 e um PC… onde ele está em todo lugar, dependendo do hardware que você possui, obviamente. É interessante e certamente resultou em algumas mudanças de última hora, como qual é a melhor abordagem? Como damos às pessoas a quantidade certa de flexibilidade para configurar isso da maneira certa para seu sistema?

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Como foi referido, um GPU de topo, particularmente um da Nvidia, bate a PS5 em Ray Tracing, pelo que nada do que aqui está referido é realmente uma novidade. No entanto a equipa refere aqui algo muito relevante. A relação entre CPU e GPU na consola é basicamente perfeita dado que tudo foi criado e optimizado para funcionar com aquele hardware da melhor forma possível, seja a nível da criação do hardware, seja a nível de todo o software que gere a consola, pelo simples facto de o hardware ser uno, e como tal facilmente optimizavel. Já nos PCs, a variação do hardware é um problema. Um grande GPU pode não ser acompanhado de um CPU ao mesmo nível e vice versa. E isso quer dizer que a relação entre CPU e GPU, “está em todo o lugar”, ou seja, é quase impossível saber-se com o que se contar. E nesse aspeto foi preciso dar flexibilidade nas configurações gráficas de forma a se compensar estas situações, ao passo que a PS5 está com nível de detalhe fixo.

Digital Foundry: Acho que vocês, como equipa, provaram que são bons em obter resultados com uma base de código de fora e fazer magia com ela. Então, vocês mencionaram a obtenção de rastreamento de raios no PC e o último esforço antes do lançamento foi em oferecer mais configurações para ajustar a carga na CPU com a faixa de objetos de rastreamento de raios BVH. Testando noss CPUs 12900K ou CPUs recentes Alder Lake, o jogo voa, mas depois em um Ryzen 3600, o que considero uma CPU de médio porte muito semelhante ao PS5: Zen 2, 6 núcleos/12 threads disponíveis para uso em jogos, e assim por diante,  nesse CPU nas configurações mais altas, ele cairá abaixo de 60fps enquanto se move pela cidade e balança, pois é limitado pela CPU. Tem quedas até valores de quarentas e muitos. Então, qual é exatamente o gargalo da limitação da CPU? Que trabalho irão fazer nesse aspecto no futuro?

Jurjen Katsman: Há algumas coisas que acontecem lá que são interessantes e, na verdade, ainda estamos fazendo algumas alterações no código. Como acho que você sabe, desde sua análise inicial, para atingir 60 fps no PS5 com ray tracing houveram outros compromissos [até mesmo além do ray tracing]. Assim, diminui a densidade da multidão, por exemplo, ou há menos carros por perto. E isso compensa algumas dessas coisas da CPU, e não tornamos isso muito fácil para o usuário PC de fazer na compilação [revisão inicial] que você jogou. Então, na verdade, estamos a oferecer mais algumas opções para fazer isso para permitir que isso seja mais equilibrado [na versão de retalho]. E em geral, o jogo veio originalmente do PS4 certo? Os núcleos de CPU do PS4 não eram tão bons e os do PS5 e os do PCs são muito mais poderosos. Com o PS5, essa lacuna certamente ficou menor. Mas ainda há algumas coisas no PC onde há muita sobrecarga, as APIs têm mais sobrecarga, não temos o descompactador, por exemplo, não temos hardware fazendo descompactação enquanto estamos a transmitir  conteúdo – que fica assim para o CPU. Portanto, certamente temos mais desafios de CPU para contornar, mesmo quando estamos a fazer as mesmas coisas. E então, se não cortarmos nas coisas que são cortadas na console, então ainda temos mais trabalho para o CPU. Isto está tudo  bem, quando se tem um jogo PS5 que carrega totalmente todos os núcleos da CPU, mas os CPUs de PC que não têm a mesma contagem de núcleos, por exemplo, ou o mesmo poder de processamento, ficarão num ponto complicado , certo? E eles também terão que contar com configurações mais baixas de escalabilidade. Mas eu acho que é importante sobre o PC, certo, termos essa escalabilidade, e nós oferecemos todas essas opções. E você pode executá-lo de uma maneira que funcione bem para o seu sistema, não importa o que aconteça.

Michiel Rosa: É ainda pior para nós porque também temos a sobrecarga adicional da camada de abstração para DX12 e a camada de abstração DXR, que obviamente é muito favorável no lado da Sony. Portanto, mesmo se você tiver uma CPU mais poderosa do que no PlayStation 5, ainda poderá acabar com uma taxa de quadros mais baixa.

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Esta parágrafo é relevante em vários aspectos. A sobrecarga no CPU numa consola é algo que é estudado desde a conceção da mesma. E numa consola, absolutamente tudo é pensado para se reduzir a carga no mesmo. Isso passa pelas optimizações hardware, os canais de comunicação entre CPU e GPU, o API de baixo nível e específico para o hardware, etc.

Convêm ter-se sempre presente que as consolas não vão ao mercado e pegam num CPU e num GPU inserindo-o numa motherboard. Não… aqui todo o hardware é criado especificamente para a consola, sendo que todo o hardware é estudado, alterado, testado e personalizado, de forma a se conseguir uma relação de performance entre os componentes bastante superior ao que é possível obter-se com uma mera escolha de peças de hardware no mercado, vindas de fabricantes diversos.

Basicamente isso quer dizer que o rendimento da consola é bem superior, inclusive no que toca ao uso do CPU. O DirectX 12, mesmo sendo um API de baixo nível, algo que antes não existia no PC, nunca consegue livrar-se das acima referidas camadas de abstração uma vez que tem de lidar com uma diversidade de hardware enorme, que inclui não só diferentes fabricantes, mas igualmente diferentes gerações de hardware, ao passo que no caso da PS5 (aqui em causa), o hardware é único. E as vantagens dessa situação na criação de um API que possa ir directamente ao metal são gigantes. E as vantagens disso foram já referidas acima na forma como a consola no motor da Insomniac lida com o Ray Tracing, que aqui se refere que acrescenta igualmente uma camada de abstração adicional.

Como curiosidade, vou só referir um caso que aconteceu na geração anterior de consolas.

A Microsoft lançou a One X, com uma arquitetura totalmente distinta da da Xbox One original. Basicamente a One X partilhava mais ideias da arquitetura da PS4 do que realmente da One. E essa situação criou impacto nas performances do API.

Foi possível notar-se após o aparecimento da One X um retrocesso na aproximação da One original à PS4, e isto porque o API deixou de ser uno, passando a ter camadas de abstração.

Já com a PS4, isso não aconteceu após o lançamento da Pro, e continuamos a ver a PS4 original a evoluir.

Porque motivo isto aconteceu? Pelo simples facto que a Sony não garantiu a compatibilidade entre as consolas por software, mas sim por hardware. Basicamente uma PS4 Pro são duas PS4 montadas num esquema de borboleta, onde metade desativa para funcionar como PS4, ativando tudo para funcionar como Pro.

Uma situação que permitiu não só à PS4 evoluir, como a Pro conseguir resultados superiores aos que seriam de se esperar dada a diferença de performance teórica face à One X.

Digital Foundry: Mesmo assim, o jogo está carregando rápido. Fiz um teste de carregamento, apenas entre PCs. Não é tão rápido quanto o PS5, mas ainda leva menos de cinco segundos para carregar o jogo a partir do menu em praticamente qualquer PC moderno com uma unidade NVME. É muito rápido em comparação com outros jogos para PC. Ainda assim, qual é realmente o gargalo nos tempos de carregamento no PC? É o IO-stack lá (que até a primeira versão do DirectStorage sem descompressão da GPU tenta resolver) ou são limitações da CPU?

Jurjen Katsman: Não tenho certeza se a descompressão é realmente o gargalo para os tempos de carregamento, pois fizemos algumas coisas para tornar a descompressão mais rápida, mas desistimos de algumas que estavam prejudicando o carregamento do jogo (streaming). No jogo (como no streaming durante o jogo, movendo-se) com essas acelerações de descompressão, estávamos tirando muita CPU do jogo. Então recuamos e isso não afetou significativamente as telas de carregamento. Acho que outras coisas que contribuem para isso provavelmente são a compilação de shaders que está acontecendo durante as telas de carregamento, e você mencionou a construção do BVH antes, então isso também está acontecendo. Há uma variedade de pequenas coisas que fazemos no PC, algumas delas seriam a pilha de IO… Temos algumas experiencias DirectStorage, mas especialmente para uma tela de carregamento, podemos usar toda a CPU para carregar, é disso que trata a tela de carregamento , certo? Não é que, de repente, a mudança na pilha de E/S vá fazer com que ela seja quatro vezes mais rápida. Para propósitos dentro do jogo, acho que é quando [Armazenamento Direto] se torna interessante, exatamente quando há esse núcleo de CPU sendo totalmente utilizado apenas para facilitar a descompressão, liberando esse núcleo de CPU se pudéssemos fazer isso … ser esse é um futuro emocionante, mas não onde estamos agora. Mesmo sem o motor de descompressão de hardware da PS5, os tempos de carregamento são muito rápidos – limitados um pouco por um passo adicional de compilação de shaders.

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Convém que se perceba aqui que, apesar da referência em cima ao motor de descompressão da PS5, quando falamos deste jogo, estamos a falar de um jogo PS4. Isto quer dizer que quando estamos a falar descompressão por hardware não estamos a falar de um nível de compressão ao nível das capacidades máximas de um Kraken, mas sim das capacidades ao nível do Zlib usado na PS4. A consequência disso é que a carga colocado no CPU é claramente mais pequena do que a que existiria se esta descompressão fosse ao nível de algo capaz de ser feito pelo Kraken na PS5. Se este jogo tivesse um nivel de compressão ao nível de um máximo teórico de Kraken, uma PS4 ficaria basicamente impossibilitada de correr este jogo, o que não acontece aqui, e certamente o PC teria mesmo necessidade de um DirectStorage para descomprimir os dados no GPU.

Mas sendo esta a realidade, isso permite que o CPU dos PCs, bastante superior ao das PS4 faça a descompressão sem problemas, e durante o tempo de carga, sem grande peso nos resultados. De outra forma, um nível de compressão equivalente ao do Kraken usaria o CPU de uma forma radical. Recorde-se que Mark Cerny referiu no seu “The Road to PS5” que o Kraken em pleno uso se equivale a 9 núcleos de CPU Zen 2 em funcionamento, o que seria uma carga brutal para os PCs.

Daí que se torna notório que o DirectStorage é uma necessidade para o PC. Isto pelo facto que com ele teremos essa descompressão a ocorrer no o GPU, libertando assim o CPU, algo que pode ocorrer ao nível de um Kraken. Alias nem precisamos de ir tão longe, e de falarmos do Kraken ou da PS5, pois mesmo jogos que fossem feitos tirando total partido dos descompressores das Xbox Séries já precisariam ddo DirectStorage para o PC a igualar.

Torna-se então relevante perceber-se é que o DirectStorage não vai fazer milagres. Ele não vai magicamente introduzir descompressores hardware no PC, mas sim apenas desviar a carga do CPU para o GPU. Mas em qualquer dos casos, a descompressão não será “gratuita”, ou seja algo sem peso no CPU ou GPU, como nas consolas, tendo sempre impacto nas performances do sistema. Não será no CPU, mas será no GPU, pelo que as performances, em maior ou menor escala, serão sempre afetadas.

Conclusões

Eventualmente haveriam mais situações interessantes de serem ditas ou analisadas, quer sobre o que já foi aqui referido, bem como sobre o que ficou por analisar da entrevista mas, infelizmente, questões de trabalho impedem-me de dedicar o tempo que desejaria à escrita deste artigo, pelo que terei de deixar o resto para os comentários ou um artigo posterior.

Pede-se por isso colaboração, e um bom debate 😉