Una de las cosas que más se han repetido en los últimos días por parte de influencers y en medios especializados en videojuegos es afirmar que hay una GPU con arquitectura RDNA 3 en PS5 Pro. No obstante, dicha afirmación es una falsedad producto de la desinformación y en este artículo lo vamos a demostrar. ¿Cuál es la verdad de la GPU de PS5 Pro?
Arquitectura versus ISA
Una de las cosas más confusas a la hora de hablar de una GPU es la confusión entre ISA y arquitectura. Lo primero indica las instrucciones que entiende y puede ejecutar la GPU, lo segundo es la organización de los diferentes bloques de hardware. En las CPU, dicha diferencia es más fácil de entender. Por ejemplo, un Cortex A78 hace referencia a una arquitectura de CPU, pero la ISA es ARM. En cambio, en las GPU la ISA y la arquitectura son lo mismo.
Esto se hace por el hecho de que en PC los shaders se entregan en los juegos sin compilar. Esto les permite a los fabricantes añadir y quitar instrucciones para optimizar el rendimiento. Sin embargo, y como veremos más adelante, esto no es así en el caso de las consolas, sobre todo de cara a la compatibilidad hacia atrás. Ahora bien, la pregunta clave es: ¿Qué arquitectura e ISA es la GPU de PS5 Pro? Por un lado, tenemos que el vídeo de Mark Cerny se habla de que PS5 tiene arquitectura RDNA 2 en su GPU; sin embargo, la organización de la de PS5 Pro es distinta y tiene ciertos cambios profundos en ciertas partes de la arquitectura mientras mantiene la compatibilidad hacia atrás.
Todo ello se traduce en que PS5 Pro tiene su propia arquitectura de GPU, la cual podríamos llamarla RDNA 2++ y se trata de una iteración propia. Sin embargo, por las redes hemos podido leer varios medios e influencers hablar de que existe una GPU RDNA 3 en PS5 Pro. Es por ello que en este artículo argumentaremos en contra de ello, no con el afán de tener la razón, sino como un ejercicio para descubrir las entrañas de la nueva consola de Sony.
33 versus 16 TFLOPS en RDNA 3 ¿y PS5 Pro?
Por lo que, todo el argumento y polémica acerca de la arquitectura la nueva consola no se refiere a que tengamos una GPU RDNA 3 en PS5 Pro o no, sino más bien para hablar si esta alcanza los 16 o 33 TFLOPS. Dado que se cree que, por ser RDNA 3, la nueva consola de Sony alcanzará una cifra más alta. No obstante, esta capacidad de poder duplicar la cantidad de operaciones por ciclo solamente se da en las instrucciones VOPD, las cuales se encuentran documentadas en la página 360 de la documentación de la ISA de RDNA 3, por lo que no todas las instrucciones funcionan el doble de rápidas.
Hay que recordar que los TFLOPS son una tasa de velocidad, al igual que ocurre con un coche. Por mucho que el vehículo alcance los 400 km por hora, no irá todo el rato a dicha velocidad. Con los microprocesadores ocurre lo mismo, la tasa de operaciones depende de cada instrucción. Dicho de otra forma, pensar que se alcanzará siempre la potencia de 33 TFLOPS en PS5 Pro es ser bastante ingenuo, es más, hay una serie de motivos que hacen que este hecho no ocurra casi nunca.
Limitaciones en el VOPD
Las instrucciones VOPD en RDNA 3 no están limitadas a ciertas instrucciones, sino a que se cumplan ciertas condiciones especiales. Hemos de partir del hecho que cada Compute Unit puede operar de dos formas distintas
- En el modo WAVE32, que es el propio de las arquitecturas RDNA las instrucciones se agrupan en bloques de 32 operandos, lo que permite solucionar una ola en un ciclo bajo las instrucciones más rápidas, ya que se procesan en unidades SIMD32.
- El otro modo es el llamado WAVE64, donde las olas son de 64 operandos, pero las unidades SIMD se subdividen en unidades SIMD16, provocando que la instrucción más rápida tarde 4 ciclos en solventarse. Este último es el modo que usan los juegos de PS4 y PS4 Pro.
En cuanto al soporte de instrucciones VOPD, este solo se da en el modo WAVE32, ya que el modo WAVE64 no soporta dichas instrucciones. Por lo que dependiendo del modo usado en un juego, este puede acceder al doble de potencia en ciertas instrucciones o no. Todo ello nos lleva el problema de la compatibilidad, en todo caso no es nada que no se pueda solucionar con el correspondiente parche, pero al mismo tiempo esto invalida todas las pruebas de rendimiento realizadas con juegos de PS5 en su versión mejorada en el caso de que haya una GPU con arquitectura RDNA 3 en PS5 Pro, ya que no pueden usar la potencia extra al no haber sido actualizados.
Alta dependencia del compilador
El otro problema es que la generación de instrucciones VOPD es que depende de si el compilador es capaz de detectarlas en el código y si se dan la circunstancias adecuadas para ello, es decir, si hay operandos libres en las ALU y los registros se encuentran disponibles. Vamos, que conseguir el ratio del doble de TFLOPS es casi una lotería, de ahí a que en la mayoría de pruebas de rendimiento comparativo entre RDNA de segunda y tercera generación apenas hay diferencias. Por lo que incluso si tuviésemos una GPU RDNA 3 en PS5 Pro, es muy difícil obtener ese ratio.
| Ventaja de RDNA 3 sobre RDNA 2 | Sin RT | Ray Tracing con bajo nivel de detalle | Ray Tracing al máximo | |
|---|---|---|---|---|
| Cyberpunk 2077 | +10 % | +16 % | + 23 % | |
| Dying Light | 0 % | +9 % | + 8 % | |
| F1 22 | + 1 % | +3 % | + 13 % | |
| Hogwarts Legacy | + 1 % | +1 % | + 7 % | |
| Metro Exodus | – | +2 % | + 14 % | |
| Returnal | + 9 % | + 20 % | + 22 % | |
| Spider-Man: Miles Morales | + 12 % | + 11 % | + 12 % | |
| The Callisto Protocol | + 7 % | + 1 % | + 7 % | |
| The Witcher 3 | – 3 % | + 7 % | + 8 % |
Por lo que alcanzar los 33 TFLOPS es algo que ocurre muy poco y funciona tan bien como un reloj estropeado. Esto se puede ver en varias pruebas de rendimiento, donde la diferencia en lo que a rendimiento entre dos GPU con el mismo número de núcleos y velocidad de reloj, pero una siendo RDNA 2 y la otra RDNA 3 es mínima. Tal y como se puede observar, es con el uso de Ray Tracing que el rendimiento de RDNA 3 es superior al de RDNA 2, sin embargo, esto no tiene nada que ver con el VOPD, sino con la implementación de una unidad de Ray Tracing mejorada en dicha arquitectura.
Compatibilidad hacia atrás en PS5 Pro
No todo el mundo tiene el mismo ordenador, mientras que todo el mundo tiene la misma consola si hablamos en términos de hardware. Debido a que los programadores en PC no saben qué hardware tendrá el usuario, pues lanzan los programas que ha de ejecutar la GPU, los llamados shaders, en lenguaje de alto nivel, sin compilar.
En consolas este proceso no tiene sentido, ya que el hardware, al ser el mismo, no es necesario realizar la compilación, ya que sería una pérdida de tiempo hacerlo, además, se ha convertido en uno de los problemas del PC, provocando problemas de rendimiento en los juegos mientras se realiza la compilación de shaders en los videojuegos. Por supuesto, y como habréis concluido, hacer esto en una consola de videojuegos donde todo el mundo usa el mismo hardware es una estupidez.
Pero, ¿qué ocurre cuando hablamos de una versión potenciada de una consola ya existente que ha de reproducir los juegos sin problemas? Pues que, al no haber compilación de shaders, se ha de mantener el set de instrucciones original, el cual, en el caso de PS5 Pro para mantener la compatibilidad con PS5, este ha de mantener el set de instrucciones RDNA 2 como base, y expandirlo con tal de añadir las nuevas funcionalidades sin tener problemas a la hora de ejecutar los títulos ya existentes.
Las unidades de Ray Tracing en RDNA 3 y PS5 Pro
Una de las partes que ha recibido una mejora impresionante en la nueva consola son las Ray Accelerator Units, las cuales fueron novedad en RDNA 2, pero con un rendimiento mucho más bajo que los RT Cores de NVIDIA, lo que ha afectado de paso el rendimiento del trazado de rayos en consolas de forma negativa. El principal motivo es el hecho de que el recorrido del árbol BVH se ha de hacer con un programa shader.
Dicho problema se solucionó en PC gracias al Ray Accelerator Unit de segunda generación para RDNA 3 en PC. La cantidad de intersecciones rayo-objeto se mantiene en 4, pero es capaz de solventar un 50% más en la misma cantidad de tiempo, en especial gracias a mover el recorrido del árbol BVH a esta unidad, lo que libera a las unidades SIMD para otras tareas, y al añadido de nuevas funciones de reordenamiento.
No obstante, no veremos la unidad de Ray Tracing de RDNA 3 en PS5 Pro, sino una más avanzada, la cual se verá también en PC en las RX 8000 basadas en RDNA 4. Esto en la nueva consola de Sony supone una expansión de la ISA para poder invocar las nuevas funciones de la Ray Accelerator Unit.
Entre lo que más destaca es la doble unidad de intersección, lo cual se traduce en x 3 en la capacidad de intersecciones por ciclo de reloj y núcleo que puede calcular. Ahora sumadle el salto de 36 a 60 núcleos en la GPU de PS5 Pro. ¿La única limitación? Es necesario realizar mejoras en el código del juego para sacar provecho a las nuevas características, lo que requiere el uso de un parche.
Unidades para la IA en RDNA 3
Una de las novedades más importantes, y para nosotros la más importante, es el PSSR o PlayStation Spectral Super Resolucion, el cual es análogo al DLSS de NVIDIA y mucho más avanzado que el AMD FSR , dado que hace uso de unidades de IA. Ahora bien, uno de los argumentos para defender que existe una GPU con arquitectura RDNA 3 en PS5 Pro y no una RDNA 2, es la existencia de este tipo de unidades.
Sin embargo, la estrategia para el aprendizaje automático y el Deep Learning en PS5 Pro es diferente que en las RDNA de tercera generación. En la consola tenemos una potencia en este aspecto que llega a los 300 TOPS, por lo que debemos mirar si esto se cumple. En el caso de que ocurra así, entonces podremos decir que, al menos, en este aspecto sí que habría algo de RDNA 3 en PS5 Pro. No obstante, lo primero que nos encontramos es que no existen tales unidades para la IA en RDNA 3, sino que más bien se han expandido las capacidades de las unidades SIMD para ejecutar instrucciones WMMA.
Cada una de las dos unidades SIMD puede hacer 64 operaciones DOT2 por ciclo, lo que equivale a 256 operaciones por ciclo de reloj.
60 núcleos de GPU * 2 unidades SIMD * 256 operaciones por ciclo de reloj * 2.35 GHz de velocidad de reloj = 72 TOPS
Por lo que estamos lejos de esos 300 TOPS de los que hablan las especificaciones de la consola, lo que nos confirma que no hay una GPU RDNA 3 en PS5 Pro.
¿Cómo se llega a los 300 TOPS en PS5 Pro?
La solución más obvia y adecuada es la implementación de unidades especializadas para el cálculo de matrices, análogas a los Tensor Cores de NVIDIA, las cuales no solo pueden realizar una mayor cantidad de operaciones por ciclo de reloj, sino que además pueden resolver dichos cálculos en muchos menos ciclos de reloj, acelerando el proceso. Pues bien, esto ya lo hizo AMD en su arquitectura para computación de alto rendimiento, CDNA, donde tenemos las Matrix Units para ello, inéditas en cualquier RDNA, al menos hasta el momento.
¿
S
¿Y cómo serán las Matrix Core Units en PS5 Pro? Para empezar, hemos de tener en cuenta que comparten acceso a los registros y la caché con las Compute Units. Curiosamente, una de las cosas que menos han cambiado de GCN a RDNA y que permite adaptar dichas unidades es la organización interna del planificador y los registros. No obstante, la diapositiva de arriba no corresponde a la GPU de PS5 Pro, pero nos puede ayudar a hacernos una idea.
- 2 Matrix Core Units personalizadas para PS5 Pro por Compute Unit o núcleo de GPU.
- 1024 operaciones (32 x 32) por Matrix Core Unit. 2048 en total por Compute Unit.
Haciendo un cálculo rápido, obtenemos lo siguiente:
60 Compute Units * 2 Matrix Core Units * 1048 operaciones * Matrix Core Unit * 2.35 GHz = 289 TOPS
Es decir, hemos llegado a los casi 300 TOPS, una potencia que no se podría alcanzar si hubiese una GPU con arquitectura RDNA 3 en PS5 Pro. Y con esto terminamos.
