PlayStation 5 e frequenze variabili, Mark Cerny spiega come funzionano

PlayStation 5 e frequenze variabili, Mark Cerny spiega come funzionano

Nelle scorse settimane Sony ha annunciato che la CPU e la GPU di PS5 funzionano in base a un sistema di frequenze variabili, una novità per l'ambito delle console. Ciò ha sollevato parecchi dubbi e polemiche: il lead system architect Mark Cerny ha spiegato più in profondità come funziona la tecnologia.

di pubblicata il , alle 08:21 nel canale Videogames
SonyPlaystation
 

Mark Cerny, lead system architect di PlayStation, è tornato a parlare della nuova PlayStation 5, sempre in esclusiva con Digital Foundry, elaborando un po' di più alcuni punti "controversi" emersi in seguito alla conferenza del 18 marzo. Come abbiamo visto nelle scorse settimane, uno degli aspetti più chiacchierati è senza dubbio il sistema di boost del system on chip (SoC) di PlayStation 5. È da lì che si sono (in parte) originate le polemiche sul valore dei teraflops comunicati da Sony (10,28 FLOPS) e sull'effettivo distacco dalla Xbox Series X di Microsoft (12 TFLOPS).

Durante la conferenza Cerny disse che le frequenze di clock di CPU e GPU cambiano in base a un budget di potenza legato ai limiti termici del sistema di raffreddamento. Il problema è che, a differenza di un PC, una PS5 non può (e non deve) funzionare più lentamente o velocemente di un'altra, è necessaria una "continuità prestazionale" per non complicare la vita agli sviluppatori e creare disparità tra gli utenti.

"Non abbiamo usato la reale temperatura del die", ha spiegato Cerny, "in quanto innescherebbe due tipi di variabili. Una legata alle differenze nella temperatura ambiente; la console potrebbe essere in una posizione più calda o fredda della stanza. L'altra è una variabile causata dal singolo chip custom nella console, alcuni chip scaldano di più, altri meno. Perciò anziché usare la temperatura del die, usiamo un algoritmo nel quale la frequenza dipende da un'informazione sull'attività di CPU e GPU. Ciò mantiene coerente il comportamento tra diverse PS5".

All'interno del SoC c'è infatti un'unità di gestione energetica che misura l'attività di CPU, GPU e interfaccia di memoria e capisce la natura delle operazioni che stanno svolgendo. Questa unità non valuta il consumo energetico sulla base dell'effettiva natura del SoC contenuto nella console (a causa di variabilità produttive, un chip è sempre leggermente diverso dall'altro), bensì adotta quello che Cerny definisce "modello generale". Praticamente, il tutto si basa su quella che può essere definita una simulazione standard di come il processore deve comportarsi, e la stessa simulazione è al centro di ogni PS5, in modo da assicurare un funzionamento uguale tra tutti i modelli.

"Se giocate lo stesso gioco e andate nello stesso punto del gioco, non importa quale chip custom avete e come sono i suoi transistor. Non importa se la inserite nel frigorifero o in una cassettiera, la vostra PS5 avrà le stesse frequenze di CPU e GPU di ogni altra PS5".

Un altro elemento di dibattito di queste settimane riguarda le frequenze di picco comunicate e per quanto tempo possono essere sostenute prima che si verifichi il cosiddetto "throttling", ovvero un calo delle stesse a causa di consumo e/o temperature elevate.

"La costante tempo, cioè la quantità di tempo che CPU e GPU impiegano per raggiungere una frequenza che rispecchi la loro attività, è importante per gli sviluppatori", ha spiegato Cerny. "È piuttosto breve, se il gioco sta facendo qualcosa di intensivo per alcuni frame, allora la frequenza viene ridotta. Non c'è del lag tra il momento in cui sono disponibili prestazioni extra per alcuni secondi o diversi minuti e quando il sistema riduce le frequenze; non è il mondo in cui gli sviluppatori vogliono vivere – ci siamo assicurati che PS5 sia molto reattiva alla potenza assorbita. Inoltre, gli sviluppatori hanno riscontri su quanta potenza viene usata esattamente da CPU e GPU".

Nella testa di Cerny c'è un momento cui gli sviluppatori inizieranno a ottimizzare i motori di gioco in modo differente - per raggiungere la prestazione ottimale per un determinata potenza. "La potenza gioca un ruolo quando si ottimizza. Se ottimizzate e mantenete la stessa potenza osserverete tutto il beneficio dell'ottimizzazione. Se ottimizzate e aumentate la potenza allora state perdendo prestazioni. La cosa più interessante qui è l'ottimizzazione per il consumo di energia, se potete modificare il vostro codice in modo da ottenere le stesse prestazioni assolute ma ridurre il consumo allora è una vittoria".

Sembra quindi che gli sviluppatori dovranno imparare a ottimizzare in un modo diverso, ottenendo dalla GPU risultati identici più rapidamente grazie a un clock più elevato garantito da un'ottimizzazione dei consumi. "La GPU e CPU hanno un budget di potenza, e certamente quello della GPU è il più grande dei due. Se la CPU non usa il budget a sua disposizione – per esempio se è bloccata a 3,5 GHz - allora la parte non usata del budget va alla GPU. Questo è ciò che AMD chiama SmartShift. C'è sufficiente potenza che CPU e GPU possono lavorare potenzialmente ai loro limiti di 3,5 GHz e 2,23 GHz, lo sviluppatore non è costretto a scegliere di far funzionare un'unità più lentamente".

Leggi anche: PlayStation 5 vs Xbox Series X, caratteristiche tecniche a confronto

Il lead system architect ha poi illustrato a Digital Foundry il concetto di "race to idle", cioè corsa allo stato idle, ovvero quel livello in cui le unità hanno terminato il loro compito e cercano, il più rapidamente possibile, di entrare in stato di bassissimo consumo energetico, come se andassero in una sorta di letargo. All'interno di un meccanismo di frequenze variabili, gestire questo comportamento è fondamentale per assicurare che la console renda disponibili le massime prestazioni quando servono, senza inutili cali o picchi improvvisi.

"Immaginate di operare a 30 Hz e di usare 28 millisecondi del budget di 33 millisecondi, con la GPU che va in idle per 5 millisecondi. La logica di controllo rileverà un basso consumo e stabilirà che la frequenza debba essere aumentata. Si tratta però di aumento di frequenza inutile", ha affermato Mark Cerny. Incrementare il clock in assenza di carico di lavoro è un comportamento controproducente, definito per l'appunto "race to idle", e Sony ha lavorato per gestirlo in modo ottimale.

"Se realizzate un sistema con frequenza variabile, quello che vedrete in base a questo fenomeno - c'è un equivalente lato CPU - è che le frequenze sono solitamente ancorate al massimo! Non è però significativo; a fine di dire qualcosa di rilevante sulla frequenza della GPU, dobbiamo trovare una posizione nel gioco in cui il core grafico è completamente usato per tutti i 33,3 millisecondi di un'immagine".

"Perciò quando ho dichiarato che la GPU passerà gran parte del suo tempo vicino o alla frequenza massima, è un dato che elimina dall'equazione la corsa all'idle, con i giochi PS5 in situazioni in cui l'intero il frame è usato in modo produttivo. Lo stesso vale per la CPU, in base all'esame delle situazioni in cui è usata in modo elevato per tutto il frame, abbiamo concluso che la CPU passerà la maggior parte del suo tempo alla sua frequenza di picco".

Insomma, togliendo dall'equazione la corsa all'idle e con CPU e GPU completamente usate, le frequenze di boost di entrambe le unità dovrebbero mantenersi vicino al picco di frequenza per la maggior parte del tempo. Cerny ha aggiunto che consumo e frequenze non hanno una relazione lineare e che una riduzione delle frequenze del 10% abbassa il consumo del 27%. "In generale una riduzione del consumo del 10% riduce di pochi punti percentuali la frequenza".

"Una delle nostre scoperte è stata quella di trovare una serie di frequenze in cui l'hotspot - ovvero la densità termica della CPU e della GPU - è lo stesso. Ed è quello che abbiamo fatto. Sono ugualmente facili o difficili da raffreddare - o qualunque modo in cui tu voglia dirlo". Cerny ha infine precisato che in assenza di ottimizzazioni adeguate a sfruttare il sistema di boost, la frequenza si adatterà autonomamente alle azioni che la CPU e la GPU stanno eseguendo.

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74 Commenti
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mally03 Aprile 2020, 08:43 #1
tutto questo perchè non sono riusciti ad ottenere un sistema di dissipazione valido. Una console dovrebbe avere frequenze massime già decise e utilizzabili per tempo indeterminato indipendentemente dal carico o dalla situazione. Questo palleggio di frequenze tra cpu e gpu evidenzia solo di come il sistema stia viaggiando al limite del consentito e cio' non puo' che minare la longevità e l'affidabilità del sistema stesso. Esiste un tdp, lo si rispetta e si dimensiona il tutto di conseguenza...
emiliano8403 Aprile 2020, 08:45 #2
Originariamente inviato da: mally
tutto questo perchè non sono riusciti ad ottenere un sistema di dissipazione valido. Una console dovrebbe avere frequenze massime già decise e utilizzabili per tempo indeterminato indipendentemente dal carico o dalla situazione. Questo palleggio di frequenze tra cpu e gpu evidenzia solo di come il sistema stia viaggiando al limite del consentito e cio' non puo' che minare la longevità e l'affidabilità del sistema stesso. Esiste un tdp, lo si rispetta e si dimensiona il tutto di conseguenza...


interessante che di xbox fino ad ora s'e' visto praticamente tutto tranne il prezzo, invece di ps solo qualche slide, niente desgin e nemmeno i giochi... un po' fa' riflettere sui dubbi sollevati da qualcuno relativi ai problemi di raffreddamento
FirePrince03 Aprile 2020, 09:05 #3
È chiaro che la SONY abbia seri problemi e probabilmente stia cercando di riprogettare il tutto per essere poi competitiva con la Microsoft, che è attualmente in grande vantaggio.
Cfranco03 Aprile 2020, 09:22 #4
Originariamente inviato da: mally
Una console dovrebbe avere frequenze massime già decise e utilizzabili per tempo indeterminato indipendentemente dal carico o dalla situazione. Questo palleggio di frequenze tra cpu e gpu evidenzia solo di come il sistema stia viaggiando al limite del consentito e cio' non puo' che minare la longevità e l'affidabilità del sistema stesso. Esiste un tdp, lo si rispetta e si dimensiona il tutto di conseguenza...

Diversi giochi potrebbero avere carichi diversi per GPU e CPU e magari variare a seconda del momento quindi la variazione della distribuzione della potenza assorbita potrebbe effettivamente essere utile.
Ma d' altra parte qua sembra solo una supercazzola per poter dire "abbiamo fino a 10,28 Tflops" senza specificare le condizioni che permettono di arrivare a tale capacità di elaborazione.

Originariamente inviato da: FirePrince
È chiaro che la SONY abbia seri problemi e probabilmente stia cercando di riprogettare il tutto per essere poi competitiva con la Microsoft, che è attualmente in grande vantaggio.

È abbastanza evidente l' affanno con cui stanno cercando di spremere fino all' ultimo ciclo di clock.
Design del chip e silicio sono ormai fissati, l'unica adesso è tirare su clock e tensione, non mi sorprenderebbe che la PS5 arrivasse con un sistema di raffreddamento ingombrante e rumoroso e/o fosse un forno.
Luke197303 Aprile 2020, 09:44 #5
Riassumendo: blindo alla supercazzola del budget di frequenze, come se fosse antani per la GPU, con frequenza discendente ed ascendente, ma sempre nel limite del tarapia tapioca. Il tutto, ovviamente, in senso anafestico.


Da possessore di PS4, e da sicuro acquirente di PS5, sono moderatamente preoccupato :-/


aqua8403 Aprile 2020, 09:44 #6
sempre i soliti discorsi da espertoni e "gente che ne sa" sempre più degli ingegneri che lavorano alla Sony (o a qualunque altra azienda nel mondo)
e poi come AL SOLITO la PlayStation spacca il C U L O a tutte le altre!

ma va bene così!
Jones D. Daemon03 Aprile 2020, 09:47 #7
Originariamente inviato da: Cfranco
È abbastanza evidente l' affanno con cui stanno cercando di spremere fino all' ultimo ciclo di clock.
Design del chip e silicio sono ormai fissati, l'unica adesso è tirare su clock e tensione, non mi sorprenderebbe che la PS5 arrivasse con un sistema di raffreddamento ingombrante e rumoroso e/o fosse un forno.


A me non stupirebbe se PS5 uscisse con un raffreddamento a liquido AIO in stile Crosair ONE. Certo ci sarebbe da tenere in contro l'affidabilità della pompa nel tempo, ma sarebbe un ottimo compromesso tra prestazioni di raffreddamento e rumorosità.
RaZoR9303 Aprile 2020, 09:53 #8
Originariamente inviato da: aqua84
sempre i soliti discorsi da espertoni e "gente che ne sa" sempre più degli ingegneri che lavorano alla Sony (o a qualunque altra azienda nel mondo)
e poi come AL SOLITO la PlayStation spacca il C U L O a tutte le altre!

ma va bene così!
La playstation 3 l'unica cosa che ha spaccato sono stati i conti finanziari di Sony. PS4 è un successo, così come lo è stata PS2, ma il successo non è assicurato al cambio di generazione.
amd-novello03 Aprile 2020, 10:10 #9
Originariamente inviato da: aqua84
sempre i soliti discorsi da espertoni e "gente che ne sa" sempre più degli ingegneri che lavorano alla Sony (o a qualunque altra azienda nel mondo)
e poi come AL SOLITO la PlayStation spacca il C U L O a tutte le altre!

ma va bene così!


lol la penso uguale

c'è una voglia di fallimento nell'aria
DjLode03 Aprile 2020, 10:15 #10
Originariamente inviato da: amd-novello
lol la penso uguale

c'è una voglia di fallimento nell'aria


In verità se ci si ferma a commentare la parte tecnica e tecnologica delle due console, per ora il modo di fornire informazioni e di descriverle, è molto differente. La conferenza di Cerny penso l'abbiamo vista tutti... è stata imbarazzante per il ritmo e i modi. Poteva essere riassunta in 5 secondi: "SSD".
Poi che la Playstation venderà come il pane, nessuno lo mette in dubbio. A livello di prestazioni nude e crude si sono trovati spiazzati con la X e, pare, anche con questa. Ripeto che parlo solo di caratteristiche nude e crude, non di vendite, argomento di cui non si parla in questi articoli.

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