O que impossibilita neste momento a emulação da PS3 na PS5?

Muita, muita coisa… Basicamente o Cell ainda supera em muitos campos o que os sistemas atuais podem fazer.

Há uma série de situações que ainda impedem que os Cell sejam devidamente emulados, e que estão a dificultar de forma tremenda a emulação da PS3.

A complexidade e velocidade do Cell

Uma das mais fáceis de se perceber é a sua velocidade. o Cell funcionava a 3.2 Ghz, o que implica, que em termos de velocidade de cálculo, um sistema atual, ao não alcançar essa velocidades, não consegue acompanhar o Cell.

Há no entanto alternativas à força bruta, que é o distribuir o trabalho por mais threads, processando mais em paralelo, e menos sequencialmente (quando possível), mas essa situação torna-se bastante complexa de ser efetuada, pois não há garantia que uma rotina que implemente tal situação funcione em todos os casos.

O melhor emulador de PS3 existente atualmente é o RPCs3, que afirma ser compatível e ser capaz de executar, 67,77% dos jogos. É uma prova de conceito de um emulador funcional, e que suporta uma percentagem bastante alta de jogos. Mas se há 68% de jogos que funcionam, isso também implica que há ainda quase 32% de jogos que não funcionam.

E quanto aos que funcionam, há que se ter em conta o que é referido:

Games that can be completed with playable performance and no game breaking glitches

Que se traduz por:

Jogos que podem ser terminados com performance jogável, e sem bugs que impeçam a jogabilidade.

Basicamente esta frase é clara. Os jogos funcionam… e podem ser terminados. Mas isso não implica que a sua performance seja a do jogo original, sendo apenas jogável. E da mesma forma, não é garantido que os jogos não tenham bugs. Apenas que as bugs que possam aparecer, não impedem o jogo de ser jogado.

Ora isto é realmente notável, se bem que temos de ter em conta que este emulador está em desenvolvimento à mais de 10 anos. Mas mesmo assim, ainda hoje está bastante longe do ideal, e longe de algo que a Sony poderia adotar para um sistema de emulação oficial da PS3.

Basicamente, quando questionada a ICE team sobre um eventual emulador de PS3, a resposta é que o Cell não só é demasiadamente complexo, como possui determinadas situações que não se sabe se são possíveis de serem implementadas em pleno num sistema atual. E isto porque a tecnologia é diferente, e a forma como as coisas são feitas são igualmente diferentes, penalizando as performances.

Citando Bob Wyatt da ICE Team, a equipa responsável por todo o software, APIs e firmwares da Sony.

Emular a PS3 será algo complicado. A parte mais difícil serão os SPUs. Até hoje, mesmo tendo-se passado 15 anos, eles estão numa classe à parte. A performance sustentada de um núcleo de um SPU é ainda maior do que qualquer outra coisa que tenhamos hoje no mercado.

Isso não impede que o PC consiga resultados notáveis em alguns dos jogos emulados no RPCS3, com alguns jogos, como Metal Gear Solid 4 a ir mesmo aos 4K e a manter os fotogramas. Mas isso depende e muito da utilização dada aos Cell.

A ideia original do Cell não era fazer o que fez. Basicamente A PS3 era suporto ser uma PS2 de nova geração, com um GPU, que tal como o da PS2, era extremamente rápido a desenhar pixels, mas sem capacidades adicionais. O Cell era suposto fazer então o que os sidewinders da PS2 faziam, transformar o grafismo em vetores, para aceleração gráfica.

Mas a RSX acabou por mudar o seu uso. A RSX já fazia isso por defeito, e muito mais, pelo que o Cell passou a colmatar outras lacunas da gráfica. Mas por esta história se percebe que o Cell era um CPU extremamente rápido e dedicado a cálculos vetoriais intensos, capaz de interferir no processamento gráfico. Algo que nenhum CPU atual tem capacidade para fazer, obrigando a que o GPGPU seja usado de forma intensa para a emulação.

Mas apesar de um GPGPU atual bater o Cell em performance, não o bate em velocidade, obrigando a distribuir o trabalho, fazendo valer o seu paralelismo. Algo que como já foi referido, por não ter sido pensado no código do jogo, não garante que as rotinas existentes se adaptem a todos os casos. Aliás é mesmo muito provável que o RCPS3 tenha rotinas diversas que aplica aos vários jogos para este nível de compatibilidade. Ou seja, é um emulador com remendos, e alternativas, com o objectivo de funcionar e abranger o mais possível, mas que ainda está longe de abranger tudo, e mais do que isso, abranger de forma que seja considerada perfeita.

Recorde-se que um emulador não se limita a correr um jogo. Ele basicamente tem de simular todo o hardware da consola original, fazendo depois as conversões do que é pedido para algo que o novo hardware entenda. E neste processo tem de perceber igualmente o que o novo sistema não pode processar em tempo útil, dividindo em tarefas paralelas de forma a compensar as diferenças de velocidade face ao Cell.

E o Cell era uma peça muito complexa. Tanto que no inicio da geração ele nem sequer era usado, e quando começou a ser, era muito mal usado, causando diferenças de performance brutais entre os jogos PS3 e X360.

Devido a tal, apenas no final da geração começamos a ver jogos que realmente mostravam o real poder da PS3, como o The last of us.

Aliás nem vamos mais longe, e peguemos nos Uncharted… comparemos os 3 primeiros jogos… e vemos perfeitamente o salto brutal que existe entre eles, quase até custando a acreditar que estávamos a usar o mesmo hardware. Segundo a Naughty Dog, o primeiro Uncharted não usava sequer 30% das capacidades dos SPEs do Cell, mas Tlou já tiraria basicamente perto do máximo da sua capacidade.

Ora quanto mais uso dos SPEs, mais complexo se torna o jogo de ser emulado, e nesse sentido, os remakes tornam-se mais simples do que a emulação. A ver se consigo dar um exemplo:

Cada SPE era constituída por um SPU com uma memória de trabalho de 256 KB, que eram transferidos de e para o SPU por um canal DMA controlado pelo SPU quando precisava de trocar dados entre os SPUs, o SPU e o PPU, ou o SPU e a RSX.

Basicamente manter um bom fluxo de informação nos SPUs é super relevante para a performance, sendo que este tipo de transferência DMA é muito mais rápida que a transferência de dados normal, e a ser emulada tem de ser por força bruta com hardware (RAM) bastante mais rápida.

Cada SPU tem ainda capacidade de armazenar 128 registo de 128 bits cada.

Tudo isto torna a programação extremamente complexa, e difícil de emular.

Para perceberem, nada como colocar aqui código… vamos fazer algo com o SPU. Explicarei no fim o que o código faz!

O código é um bocado extenso… Quem percebe um pouco de programação poderá não ter necessidade de explicação, mas para quem tem apenas umas luzes, ou não percebe nada, digamos apenas que este código, quando criado num processador x86, seria o seguinte:

Estamos aqui com o código necessário para escrever no ecrã o texto “Hello World”. Algo que é tão simples como o uso de um comando Print.

Percebem certamente agora como os programadores se sentiram quando se depararam com a PS3 e como lhes foi difícil dominar o Cell.

Porque no Cell, fazer algo tão simples como escrever um simples texto no ecrã, era a tarefa dantesca de cima… Porque o Cell, para ler um simples byte para a memória necessita de:

• Preparar uma transferência DMA
• Iniciar a transferência
• Esperar que a transferência termine
• Carregar 16 bytes (128 bits) da memória local
• Ir buscar o byte que queremos do valor de 16 bytes.

Não interpretem mal a coisa. O Cell era dificil de programar e requeria que certas situações existissem em subrotinas. Basicamente o código de cima faz faz tudo o que está aqui descrito, mas a realidade é que ele só precisa de ser escrito uma vez. Depois cria-se uma subrotina com ele e chama-se sempre que necessário. E uma vez todo o processo dominado, o poder do Cell pode ser obtido.

Mas seja como for o processo é complexo, e um emulador não pode passar por cima dele. Ele tem de fazer isto mesmo, simulando a transferência DMA, e todos os passos que o Cell faria.

É curioso notar-se que como o Cell trabalha com registo de 128 bits, ele não consegue ler 1 byte. Ele precisa de trabalhar com 16 bytes, e depois deitar fora o que não precisa. E isto se for feito em sentido contrário, isto é da memória para o Cell, obriga a que se crie “lixo” numa string de 16 bytes, em torno do byte efetivamente requerido. E isto obriga os atuais sistemas a trabalharem com strings 128 bits de forma regular, numa máquina com um CPU e um sistema operativo de 64 bits.

Esta é a complexidade de se emular o Cell, e nesse aspeto o RPCS3 é um prodígio ao já ter conseguido o que conseguiu. Mas que, como sabemos, ainda não faz em pleno, e daí o facto de não suportar 100% do software, e mesmo o que suporta, apenas garante que funciona sem bugs críticas. Para além do mais, é nos jogos que não funcionam que estão em maior quantidade, os melhores títulos da PS3.

As instruções TSX

Uma das coisas que o Cell suportava era comportamento atómico de memória e devido a tal possuia as Instruções muito específicas para lidar com transações de memória.

Para emular isso, o RPCS3 usa o TSX, um conjunto de instruções x86 que bloqueiam um bloco de memória impedindo-o de poder ser usado por outro processo enquanto está a ser acedido, mais especificamente o subset RTM que impede que dois registos acedam ao mesmo tempo a um endereço de memória.

Reparem neste exemplo, que mostra a necessidade deste controlo.

O João tem 100 euros

O Manuel pede 50 euros ao João. – O João fica com 50 euros.

Se o Francisco pedir 60 euros ao João, o João não tem dinheiro para lhe emprestar. Matematicamente ele ficaria com um saldo negativo de 10 euros, ou -10 euros.

Mas se dois registos acedem à memória ao mesmo tempo, e a memória tem o valor do João na variável JOAO, então o resultado das operações são os valores 50 e 40, subtraindo a 100, 50 e a 100, 60.

Isto não pode acontecer, pois é o valor errado.

Basicamente o segundo acesso só pode acontecer depois de terminado o primeiro. E nesse caso seria reportado corretamente que o João não tem os fundos suficientes.

Qual então a dificuldade de se implementar este controlo se existe o TSX?

Bem, é que o TSX é exclusivo da Intel, e não é suportado pelos AMD… Logo o RPCS3 usa isto apenas nos processador Intel, mas a PS5, ao ter um processador AMD, não tem como resolver este problema específico do Cell, que forçosamente vai surgir na emulação por existirem 7 SPUs a trocar dados em simultâneo.

A solução tem então de surgir por software, que é o que o RPCS3 usa nos processadores AMD, mas esta solução é complexa quando há um uso de SPUs extenso, tendo severas penalizações na performance.

Diga-se porém, que com os Ryzen a equipa da RPCS3 conseguiu criar uma solução que usa a cache do CPU para resolver este problema de contenção com um mínimo de perdas.  No entanto é desconhecido se o cache da PS5 se adaptaria a esta solução dado que o Infinity Cache não está implementado, pelo menos na sua plenitude.

O paralelismo

Apesar de o paralelismo poder parecer a solução teórica para compensar a diferença de velocidade, o grande problema é que os núcleos atuais não conseguem manter a performance de cálculo de forma sustentada como o Cell conseguia.

E quando há cache misses, estes tem de recorrer ao mecanismo de Branching para prever o resultado, mas infelizmente o número de registos dos atuais CPUs não é tão grande como os que o Cell possuía, e como tal… falha.

Ou seja, o paralelismo pode resolver a questão da maior velocidade do Cell em muitas situações… mas está longe de as resolver todas.

Conclusões

Basicamente os problemas na emulação do Cell são grandes, mesmo nos dias que correm. E o paleio de que as máquinas atuais são potentes o suficiente para emular o Cell só demonstra total e completa ignorância de como as coisas realmente são.

Mesmo o GPU da antiguinha PS2 conseguia fazer coisas que hoje em dia são impossíveis de serem feitas… Pelo menos da mesma forma!

Basicamente os sistemas atuais são mais potentes que os antigos. Mas nem em tudo! Isso porque as coisas passaram a ser feitas de outra forma. Mas numa emulação isso não é relevante, e o hardware antigo tem de ser simulado e os comandos convertidos. Esse é o grande problema, pois estamos a converter situações realizadas de uma outra forma, e com elevadas performances, para uma outra forma de se fazer as coisas. E se isso sempre se fez em todos os emuladores, no caso da PS3 a disparidade entre sistemas é tão grande que a sua total emulação é deveras problemática e complexa.

É esta problemática e complexidade que torna fazer remakes mais simples, menos dispendioso, e até mais lucrativo, do que criar um emulador.

A emulação PS3 a 100% vai existir um dia… apenas não tão cedo.