PlayStation 5: ecco come funziona l'SSD

Mark Cerny ha riservato la parte iniziale della sua presentazione delle specifiche tecniche di PS5 proprio all'SSD. Segno di quanto sia importante questa componente nell'economia di funzionamento della nuova console, al punto da richiedere una ridefinizione della logica di funzionamento di altre componenti. Adesso a Digital Foundry il lead system architect di PlayStation, ha chiarito ulteriormente come funziona l'SSD di PS5 all'interno di un discorso più ampio in cui ha parlato anche delle frequenze variabili alle quali lavoreranno CPU e GPU di PS5.

Con una larghezza di banda di 5,5 GB/s insieme ad alcuni specifici accorgimenti e a una decodifica con accelerazione hardware che aumenta la larghezza di banda effettiva a circa 8-9 GB/s, l'SSD di PlayStation 5 è chiaramente un motivo di orgoglio per Mark Cerny e il suo team. Il quale ha preparato una nuova API di I/O che permetterà agli sviluppatori di stabilire le modalità di accesso al disco.

Al posto della logica di funzionamento basata su nomi dei file e percorsi è stato adottato un metodo basato su ID che indica al sistema esattamente dove trovare i dati di cui ha bisogno nel modo più rapido possibile. Gli sviluppatori devono semplicemente specificare l'ID, la posizione iniziale e finale e, pochi millesimi di secondo dopo, i dati vengono consegnati. Due elenchi di comandi vengono inviati all'hardware, uno con gli ID, e l'altro incentrato sull'allocazione e la deallocazione della memoria, il quale serve ad assicurarsi che la memoria venga liberata per tempo per lasciar posto ai nuovi dati.

Data la bassissima latenza del disco, i dati possono essere richiesti e consegnati entro il tempo di elaborazione di un singolo fotogramma, o nel peggiore dei casi per il fotogramma successivo. Per il disco rigido meccanico della precedente console, invece, lo stesso processo può richiedere fino a 250 ms. Questo consentirà agli sviluppatori di cambiare le logiche con cui creano i propri videogiochi, evitando di inserire tempi morti al fine di dare modo al sistema di "riprendere fiato" e di caricare i contenuti per la successiva area di gioco ad alto impatto prestazionale. Cerny ha ben spiegato questo punto nella precedente presentazione.

"Sto ancora lavorando ai giochi. Sono stato dagli sviluppatori di Spider-Man, Death Stranding e The Last Guardian", ha detto Mark Cerny a Digital Foundry. "Ho lavorato con loro su una serie di problemi creativi e tecnici, quindi ho acquisito molte informazioni su come funzionano i sistemi nella pratica".

"Supponiamo che un nemico urli qualcosa nel momento in cui sta per morire. Questa può essere gestita come una richiesta urgente prendendo priorità rispetto a tutte le altre richieste di accesso al disco, ma è ancora molto probabile che ci vogliano 250 millesimi di secondo per recuperare i dati a causa di tutte le altre richieste di gioco e operative in corso", spiega Cerny. "Quei 250 millesimi di secondo sono un problema perché se il nemico urla qualcosa mentre muore, deve accadere praticamente all'istante; questo tipo di problema forza gli sviluppatori a caricare molti dati sulla RAM di PlayStation 4".

L'SSD di PS5 si basa su un'interfaccia a 12 canali e quattro linee PCIe 4.0 che lo collegano al SoC centrale tramite un custom flash controller. In breve, nella precedente generazione per ottenere l'accesso immediato ai dati urgenti, è necessario archiviarne quanto più possibile in RAM, il che compromette l'efficienza di tutto il sistema. Con un SSD così tanto performante, invece, quest'ultimo potrà essere inteso quasi alla stregua della RAM in termini di latenze d'accesso e bandwidth.

L'SSD alleggerisce molto il carico di lavoro semplicemente perché i dati possono essere richiesti quando necessari invece di memorizzarli in cache per quando la console ne avrà bisogno. Tenendo peraltro in considerazione che potrebbe poi non usarli effettivamente. Gran parte della latenza di un disco rigido è data dal fatto che impiega una testa meccanica che si muove sulla superficie del disco alla ricerca dei dati che servono: un meccanismo che richiede più tempo per la ricerca che per l'effettiva lettura. Pertanto, gli stessi dati vengono spesso duplicati centinaia di volte semplicemente per facilitarne la ricerca.

Quando Cerny parla di accorgimenti al fine di incrementare ulteriormente la bandwidth dell'SSD si riferisce proprio a questo. "Marvel's Spider-Man è un buon esempio su questo aspetto. Ci sono contenuti a livello di dettaglio alto e rappresentazioni di contenuti a livello di dettaglio basso. Questi contenuti sono fondamentali per riprodurre la città e quelli che sono usati più frequentemente vengono depositati sulla RAM in entrambe le versioni" dice Cerny. Senza duplicazioni, le prestazioni del drive calano a picco: se normalmente dovrebbe garantire un throughput di dati da 50 MB/s a 100 MB/s, è crollato a soli 8 MB/s, secondo le prove di Cerny.

La duplicazione dei dati aumenta enormemente il throughput, ma ovviamente si traduce anche in molto spazio sprecato sull'unità. Per Marvel's Spider-Man, Insomniac ha trovato una soluzione elegante, ma ancora una volta si è appoggiata pesantemente sulla RAM. Insomniac si è resa conto che un contenuto relativamente poco esigente in termini di dimensioni, come i sacchetti della spazzatura, andava a impattare in maniera consistente sulle prestazioni del disco. Ciascuno dei sacchetti della spazzatura aveva una dimensione di soli 1,6 MB, ma questi erano presenti in oltre 600 blocchi della città. "La regola di Insomniac è che qualsiasi risorsa utilizzata più di quattrocento volte risieda nella RAM, quindi i sacchetti della spazzatura sono stati spostati lì, anche se chiaramente c'è un limite a quante risorse possono risiedere nella RAM".

Cerny porta questo esempio per far capire come cambieranno le cose con l'SSD. La dimensione di installazione dei giochi sarà minore perché non servirà la duplicazione. Nel caso dei sacchetti di spazzatura, questi dovranno esistere solo una volta sull'SSD, non centinaia o migliaia di volte, e non dovrebbero mai occupare spazio sulla RAM. I contenuti saranno caricati a latenze inferiori e velocità di trasferimento superiori, il che significa che i contenuti verranno ricercati solo quando effettivamente serviranno e con meno lavoro di cache.

Come abbiamo visto nel contenuto precedente, il nuovo sistema si baserà su accortezze hardware specifiche come il sistema di compressione Kraken dedicato dell'SSD, il controller DMA, i motori di coerenza e i co-processori I/O. Un investimento in termini di silicio notevole, ma necessario per semplificare il lavoro degli sviluppatori e permettere loro di gestire tutto tramite la nuova API dedicata.