Teoretycznie: Czy Xbox One dorówna PlayStation 4 wydajnością w grach?
Digital Foundry konfrontuje moc konsol „na papierze” z realną wydajnością układów.
Na pierwszy rzut oka, układy graficzne Xbox One i PlayStation 4 dzielą znaczące różnice. Co prawda, obie platformy korzystają z technologii GCN (Graphics Core Next), autorstwa firmy AMD. Jednak układ graficzny Sony oferuje większą o 50 proc. moc obliczeniową od swojego odpowiednika ze stajni Microsoftu. Pociągnęło to za sobą kilka innych zmian w architekturze obu platform. Czy ta przewaga wpłynie w jakiś sposób na jakość rozgrywki?
W zakulisowych rozmowach deweloperzy sugerują, by nie przedstawiać PlayStation 4 jako konsoli o wyraźnej przewadze, gdyż różnica rzędu 50 proc. na pewno nie przełoży się na rzeczywisty skok wydajności. Rozmawialiśmy na ten temat kilka tygodni temu z Markiem Cernym, głównym architektem PS4.
- Cała rzecz w tym, że nasz sprzęt jest mocniejszy celowo - zdradza Cerny. - Układ posiada nieco więcej jednostek ALU niż wymaga tego obróbka grafiki. Dzięki temu stworzyliśmy możliwości do wykorzystania ich do obliczeń GPGPU.
Interpretując słowa Cerny'ego, a także naszych źródeł z Microsoftu, łatwo dojść do wniosku, że im więcej jednostek obliczeniowych, tym mniejszy przyrost mocy. Widać to po obecnych na rynku kartach graficznych AMD.
Zdecydowaliśmy się sprawdzić to wszystko w praktyce. W tym celu zbudowaliśmy komputer o konfiguracji bardzo podobnej do konsol następnej generacji. Taki test nie jest oczywiście zbyt dokładny. Konsole są bardziej wydajne dzięki zamkniętemu oprogramowaniu. Poza tym, obie korzystają z różnego środowiska programistycznego, toteż różnica dodatkowo się pogłębia.
Z drugiej strony, wiemy, że gry, których premiera jest ściśle związana z debiutem konsol nowej generacji, początkowo były projektowane na PC, a potem dopiero konwertowane na konsole. W tym teście oprogramowanie dla obu komputerów jest wspólne. Przede wszystkim zaś, jest to jedynie eksperyment.
„Konsola Sony dysponuje teoretycznie większą o 50% mocą obliczeniową układu graficznego. Jak ta przewaga wpłynie na jakość rozgrywki?”
Do testów skłonił nas jeszcze jeden ciekawy fakt. W chwili projektowania nadchodzących konsol, większość informacji dostępnych Microsoftowi, Sony i AMD płynęła z pecetów, na których architektura GCN była wykorzystywana w grach wideo. Doskonale znana jest wydajność technologii GCN i jej poprzedników w grach. Prawdopodobnie uzyskane wyniki wpłynęły na obecny wygląd konsolowej architektury. Być może dlatego Sony zdecydowało się postawić na moc obliczeniową układu graficznego.
Na początek zajmijmy się konfiguracją sprzętową naszej platformy. W żadnym wypadku nie zamierzamy tworzyć pecetowej repliki konsoli. Nie jest to nawet możliwe. Naszym celem jest odzwierciedlić różnice w wydajności układu graficznego, jaka widnieje w specyfikacji sprzętowej obu konsol. Zadbaliśmy, by karta graficzna nie została ograniczona przez procesor i pamięć. Wykorzystaliśmy więc nasz najlepszy sprzęt testowy. Za podstawę posłużył Core i7 3770K podkręcony do 4,3GHz i 16GB pamięci DDR3 działające z prędkością 1600MHz.
Największym wyzwaniem był dobór odpowiedniej karty graficznej. Na pierwszy rzut oka, układ zamontowany w konsoli Microsoftu do złudzenia przypomina chip AMD Bonaire, znany z Radeona HD 7790. Sony wybrało zaś rdzeń do złudzenia przypominający układ Pictairn, czyli desktopowego Radeona HD 7870, lub zbliżonego pod względem prędkości zegarów, laptopowego Radeona HD 7970M. W każdym razie, układy konsolowe są wolniej taktowane i mają o dwie jednostki obliczeniowe mniej.
Podejrzewamy, że są one nadal fizycznie obecne w układzie, lecz je zablokowano. Dzięki temu producent może uzyskać z linii produkcyjnej więcej sprawnych układów. W razie defektów blokuje się niesprawne jednostki obliczeniowe. Układ nadal działa wówczas bez problemów. Niemniej, bez względu na to, czy układ jest sprawny, czy też nie - dwie jednostki obliczeniowe zablokowano we wszystkich chipach. Podobnie postępowano z procesorami Cell znanymi z PlayStation 3, gdzie wyłączono jedną jednostkę SPU.
„Układy graficzne wbudowane w Xbox One i PS4 mają wiele wspólnego z kartami graficznymi znanymi z PC - Bonaire i Pictairn.”
Z pewnością linie produkcyjne Microsoftu i Sony dostarczają więcej układów, dzięki wyłączaniu niesprawnych jednostek obliczeniowych. Jednak z tego powodu te układy graficzne nie mają żadnego bezpośredniego odpowiednika na PC, co utrudnia nam zadanie. Dlatego też w zestawie odpowiadającym konsoli Xbox One umieściliśmy Radeona HD 7850. Ma on 16, a nie 12 jednostek obliczeniowych.
Tymczasem do zestawu, będącego „symulacją” PS4, dołączyła karta Radeon HD 7870 XT. Wyposażono ją w aż 24, a nie 18 jednostek GCN. W ten sposób udało nam się jednak utrzymać założoną w eksperymencie różnicę w wydajności zestawów. Podobnie jak w przypadku PS4 i Xbox One, tak i tu różnica wynosi aż 50 procent. Oczywiście, nasze zestawy mają więcej mocy niż konsole. Dlatego też zmniejszyliśmy taktowanie rdzenia do 600MHz. W niektórych grach ważne jest taktowanie, w innych - liczba rdzeni.
Trudnym wyborem była także pamięć. W obu naszych platformach testowych prędkość pamięci RAM ustawiliśmy na 1375MHz, by odwzorować taktowanie PlayStation 4. Dodatkowo, zmniejszyliśmy taktowanie karty HD 7870 XT, jednocześnie podkręcając HD 7850. Dzięki temu nasz zestaw oparty o specyfikację Xbox One jest teoretycznie szybszy, gdyż nie musi korzystać z pamięci DDR3 i ESRAM. To także doskonała szansa na porównanie samych układów niezależnie od przepustowości, którą zajmiemy się później.
Testy sprzętu
Ciekawi nas, jak AMD dostosowuje specyfikację swojego sprzętu. Na pewno częściowo wykorzystuje obecne na rynku silniki gier. Tak też zrobiliśmy i my. Oba zestawy przepuściliśmy przez standardowe benchmarki. Dostosowaliśmy odpowiednio ustawienia gier, by możliwie najwierniej odwzorować obciążenie konsol przyszłej generacji.
We wszystkich tytułach wybraliśmy rozdzielczość 1080p, która ma być standardem dla przyszłych gier. Nie wykorzystaliśmy za to MSAA (Multisample anti-aliasing), gdyż w pokazanych do tej pory tytułach konsolowych ta metoda wygładzania krawędzi była praktycznie nieobecna.
„Rezultaty potwierdzają nasze przypuszczenia. Wydajność nie wzrasta równomiernie do liczby jednostek GCN. Sprzęt oparty o specyfikację PS4 jest oczywiście mocniejszy, jednak przewaga wynosi średnio 24%.”
| HD 7850 (600MHz), Teoretyczne „Xbox One” | HD 7870 XT (600MHz), Teoretyczne „PS4” | Różnica w wydajności | |
|---|---|---|---|
| BioShock Infinite, DX11 Ultra DDOF | 31.8fps | 38.2fps | 20.4% |
| BioShock Infinite, DX11 | 40.5fps | 49.5fps | 22.7% |
| Tomb Raider, Ultimate (TressFX) | 22.4fps | 29.8fps | 33% |
| Tomb Raider, Ultra | 39.5fps | 50.3fps | 27.3% |
| Tomb Raider, High | 56.8fps | 69.6fps | 22.5% |
| Hitman Absolution, Ultra | 37.2fps | 45.2fps | 21.7% |
| Hitman Absolution, High | 44.1fps | 52.6fps | 19.3% |
| Sleeping Dogs, Extreme | 20.3fps | 26.2fps | 29% |
| Sleeping Dogs, High | 40.2fps | 50.9fps | 26.6% |
| Metro: Last Light, High | 25.5fps | 30.0fps | 17.6% |
Rezultaty potwierdzają nasze przypuszczenia. Wydajność nie wzrasta równomiernie do liczby jednostek GCN. Z tego powodu AMD często zwiększa taktowanie zegara i pamięci w droższych kartach, gdyż samo zwiększenie liczby jednostek obliczeniowych nie przynosi spodziewanych efektów.
W naszym teście najmniejsza różnica pomiędzy zestawami wystąpiła w Metro: Last Light. Choć jednostek jest o 50% więcej, to wynik jest wyższy o zaledwie 17,6%. Z drugiej strony, w Tomb Raider, po włączeniu symulacji fryzury TressFX, różnica wynosi aż 33%. Jednak nawet bez tej technologii jest ona spora.
Troszkę więcej o Crysis 3
Zastanawia nas także, w jaki sposób twórcy dostosowują gry do konsoli Xbox One, by dorównywały jakością ich odpowiednikom na PlayStation 4. Jest na to kilka sposobów. W teorii, wszystkie wieloplatformowe tytuły mają swoje pecetowe wersje. Twórcy starają się też tworzyć silniki działające na sprzęcie o różnych możliwościach. W tym i na znacznie mniejszych, niż to, co oferuje Xbox One oraz PS4.
Programiści mogą z łatwością zmniejszyć jakość grafiki w razie problemów z wydajnością. Zdecydowaliśmy, że przetestujemy tę możliwość w grze godnej następnej generacji, jaką jest Crysis 3. Większość tytułów z naszego zestawienia to przecież w edycji pecetowej tak naprawdę podrasowana, konsolowa konwersja. Wystarczy spojrzeć na Metro: Last Light.
Crysis 3 wyróżnia się na tym tle. Tytuł był od początku tworzony z myślą o komputerach. Dopiero później skonwertowano go na konsole obecnej generacji. Dokładnie taką drogę przechodzą obecnie gry, w które zagramy pod koniec roku na nowych maszynach.
W poniższym filmie porównaliśmy wydajność naszych platform testowych w rozdzielczości 1080p. Następnie zmniejszyliśmy rozdzielczość na komputerze opartym o specyfikację Xbox One do 1776x1000. Rozdzielczość zmniejszyła się o około 17,2 procenta. Następnie ograniczyliśmy ją do 1600x900, a więc o 33,3%.
Rozdzielczość spada więc wprost proporcjonalnie do braków w mocy układu graficznego konsoli Microsoftu. Teoretycznie, w rozdzielczości 1776x1000 wyniki powinny uplasować się gdzieś pomiędzy naszymi platformami testowymi w rozdzielczości 1080p, natomiast w 1600x900 - zrównać z odpowiednikiem PS4. O dziwo, na filmie widzimy coś zupełnie innego.
„Grze Crysis 3 najbliżej do tytułów nadchodzącej generacji. Obie nasze platformy testowe są w stanie uruchomić go w rozdzielczości 1080p na wysokich detalach, z teksturami w najwyższej rozdzielczości.”
Po zmniejszeniu rozdzielczości do 1600x900 nasza konfiguracja odzwierciedlająca Xbox One wyprzedza swój odpowiednik oparty o specyfikację PS4 w rozdzielczości 1080p. W 1776x1000 zestaw okazuje się niewiele gorszy. Na końcu tekstu można porównać, jak zmiana rozdzielczości wpłynęła na jakość obrazu.
Pomimo różnicy w mocy obliczeniowej, która wynosi w teorii aż 50%, nasz odpowiednik PlayStation 4 jest szybszy o zaledwie 19,3%. Osiągnął on 42,6FPS, podczas gdy zestaw oparty o specyfikację Xbox One wyświetlał obraz ze średnią prędkością 35,7FPS. Niewykluczone, że zasoby zajmowane przez operacje na shaderach nie zmniejszają się proporcjonalnie do rozdzielczości. Nie wiemy tego na pewno, poza tym to tylko jedna gra. Wcześniejsze testy pokazały już, że rezultaty zależą od konkretnego tytułu.
Oczywiście, siła PS4 nie tkwi jedynie w większej mocy układu graficznego. Ważna jest także większa przepustowość pamięci. Konsola będzie wyposażona w szynę danych o szerokości 256-bit. Dzięki niej pamięć DDR5 osiąga przepustowość rzędu 176GB/s. Dla porównania, pamięć DDR3, z której korzystać będzie Xbox One, osiąga zaledwie 68GB/s przepustowości. Braki nadrabia 32MB superszybkiej, wbudowanej w procesor pamięci ESRAM. Dzięki temu, transmisja danych może w teorii wynosić maksymalnie 192GB/s.
A co z przepustowością pamięci?
Choć na papierze układ graficzny PS4 jest potężniejszy, to w praktyce różnica nie jest specjalnie widoczna. Bardziej martwi niższa przepustowość pamięci Xbox One. Braki na tym polu mogą bardzo negatywnie wpłynąć na wydajność układu. Widać to na naszym następnym filmie, gdzie porównujemy Radeona HD 7790 i 7850. Ciekawostką w tym materiale jest to, że HD 7790 ma 14 jednostek obliczeniowych, a więc o dwie mniej od HD 7850.
Jest jednak wyżej taktowany, przez co jego moc na papierze wzrosła do mniej więcej 1,8 teraflopa. Tyle właśnie ma oferować układ wbudowany w PlayStation 4. Różnica leży właśnie w przepustowości. Szyna danych Radeona HD 7850 jest dwukrotnie szersza od tej znanej z modelu 7790. Daje to aż 60% przewagi pod względem prędkości przesyłu danych.
W tej sekcji przetestowaliśmy trzy gry: Crysisa 3, Skyrima i Battlefielda 3. W dwóch pierwszych tytułach, dzięki swej przepustowości HD 7850 jest do 20% szybszy. Natomiast w BF3 wyniki są niemal identyczne. Wniosek jest taki, że silnik nie polega zbytnio na prędkości transmisji danych, jeśli nie używamy wygładzania krawędzi MSAA.
Jeśli właściwości silnika zostaną przeniesione na konsole nowej generacji, twórcy nie będą mieli problemów z efektywnym wykorzystaniem pamięci DDR3 i ESRAM. Nowy Xbox powinien więc bez problemu dorównać na tym polu PlayStation 4. W każdym razie, najważniejsze jest jak najlepsze wykorzystanie pamięci ESRAM. Wówczas Xbox One może mieć z PS4 równe szanse.
"A comparison of the Radeon HD 7790 with the HD 7850 is fascinating. Here we have two cards with the same compute power, but very different levels of bandwidth available - with profound results on frame-rates."
Podsumowanie: Przewaga PS4 i wyzwanie dla Xbox One
PS4 ma przewagę nad Xbox One pod względem czystej mocy obliczeniowej układu graficznego i przepustowości pamięci. Na pierwszy rzut oka jest to rewelacyjna specyfikacja. Wygląda jednak na to, że 50-procentowy przyrost mocy obliczeniowej nie daje przewagi konsoli Sony - a przynajmniej nie takiej, jak można by się spodziewać.
Na pewno PS4 jest potężniejszy, ale dzięki sztuczkom z jakością obrazu i zmianom rozdzielczości Xbox One zapewni bardzo podobne rezultaty. Największym problemem pozostaje przepustowość. 256-bitowa szyna danych wbudowana w PS4 to sprawdzona i pewna technologia. Pamięć ESRAM wbudowana w Xbox One pozostaje wielką niewiadomą. Nie wiemy, jaka będzie jej rzeczywista szybkość, a także ile „wycisną” z niej twórcy.
W benchmarkach i testach gier daliśmy maszynie odzwierciedlającej nowego Xboksa fory przez zrównanie przepustowości komputerów. Niestety, nie ma gwarancji, że rzeczywisty transfer danych będzie utrzymywał się na podobnym poziomie.
Zbliżający się pojedynek konsol zapowiada się ekscytująco. Przyglądamy się bowiem platformom, które powstały w oparciu o te same podzespoły. Za to podejście twórców do architektury jest już zupełnie inne. Nasze źródła w Microsofcie twierdzą, że Xbox One stara się uzyskać maksimum wydajności z układów ALU chipu graficznego.
Możliwe, że 12 jednostek obliczeniowych uznano więc za jak najbardziej optymalną liczbę dla procesorów w architekturze Jaguar. Dowiedzieliśmy się także, że silniki audio i przenoszenia danych są efektem szlifowania najbardziej zaawansowanych gier na Xboksa 360. Powstały w celu uniknięcia efektów wąskiego gardła.
Mimo wielu zalet konstrukcji, w tym głównie wydajności, konsola PlayStation 4 wydaje się mieć pod tym kątem nieco mniej balansu. Prawdopodobnie dlatego ekipa Marka Cerny'ego mówiła o udoskonaleniu potoków renderujących. Zdali sobie sprawę, że niewykorzystane jednostki ALU dają dużo możliwości, także niezwiązanych bezpośrednio z grafiką.
Cerny uważa, że opanowanie mocy obliczeniowej GPU zajmie trzy lub cztery lata od wydania PS4. Od osób pracujących bezpośrednio ze sprzętem dowiedzieliśmy się, że układ GPU jest równie trudny do zaprogramowania, co jednostki SPU znane z PlayStation 3 i procesora Cell. Ma on jednak również duży potencjał. W świecie konsol ta technologia jest nieznana i sporo czasu zajmie osiągnięcie szczytu możliwości tego sprzętu.
Na pewno nie stanie się to natychmiast po premierze. Dlatego też, pomimo mniejszej mocy obliczeniowej, tytuły wydawane na Xbox One będą dorównywać jakością ich wersjom na PS4. Różnice w wyglądzie gry będą raczej niewielkie. Pytanie brzmi, czy w późniejszym okresie dodatkowa moc konsoli Sony będzie miała faktyczne znaczenie przy jednoczesnym projektowaniu gier na PS4 i Xbox One.
Kliknij w miniatury po lewej stronie, by przełączać poszczególne obrazki. Używaj wskaźnika myszki na obrazku po lewej, by powiększyć i porównać elementy graficzne:
Nie ma wątpliwości, że pod względem grafiki PlayStation 4 będzie potężniejszą platformą. Jeśli Microsoft usprawni swoje biblioteki graficzne i sprawi, że pamięć ESRAM będzie naprawdę prosta w użyciu, to prawdopodobnie różnica widoczna w specyfikacji sprzętowej na papierze, nie będzie tak odczuwalna w trakcie rozgrywki. Więcej na pewno zdradzą nam nadchodzące targi Gamescom. Będzie to także szansa na ocenienie postępów po E3, gdzie widzieliśmy jeszcze problemy z optymalizacją gier.
Pominąwszy porównania, cieszy fakt, że złożony przez nas zestaw doskonale radził sobie z najbardziej wymagającymi benchmarkami. Nawet Crysis 3 na wysokich ustawieniach, z najwyższą jakością tekstur, działał płynnie. Nie ma co narzekać na nieco niższe od maksymalnych ustawienia. Najwyższy poziom zarezerwowany jest bowiem dla ekskluzywnych kart, pokroju GeForce GTX Titan.
Arcydzieło Cryteka jest wręcz stworzone do działania w najwyższych rozdzielczościach za sprawą zaawansowanych efektów specjalnych i niezwykle szczegółowych tekstur. W standardowej dla przyszłej generacji rozdzielczości 1080p, tekstury wyglądają fenomenalnie. Jakość grafiki zostawia daleko w tyle standardy znane z dzisiejszych konsol.
Jeśli tylko procesor na to pozwoli, teoretycznie układ graficzny nowych konsol powinien bez problemu zapewnić w tej grze prędkość 30FPS w rozdzielczości Full HD, bez większych spadków płynności. Tymczasem, nie uwzględniliśmy jeszcze korzyści, jakie przyniesie zamknięte oprogramowanie konsol i optymalizacja. To świetny wynik, jak na początek nowej generacji.