Stolní herní konzole 7. generace z HW pohledu

Již řadu let se nejen na Internetu vedou dalekosáhlé debaty zaměřené na různá srovnání, úvahy a recenze ohledně počítačů a stolních herních konzolí. Diskutuje se o podílu obou rozdílných platforem v herním průmyslu, o počtu jejich recenzí v tištěných nebo internetových médiích, zastánci jedné strany kritizují druhou a naopak, zdůrazňuje se, co umějí a neumějí atd. Když bychom se omezili na poslední sedmou generaci uvažovaných zařízení, setkáte se nejčastěji se starším modelem Xbox 360 od Microsoftu a novějším PlayStation 3 (dále PS3) od Sony. Třetí s výkonem nesrovnatelně menším je Wii od společnosti Nintendo.
Zarytí zastánci herních konzolí bývají ve svých názorech neústupní a jediné na čem se shodnou je to, že zastávají negativní postoj vůči klasickým (herním) počítačům. A platí to samozřejmě i naopak. Například při pohledu na výsledky nedávné ankety "Jak pořizujete software pro osobní potřebu?" na Světu hardware, má softwarové pirátství na oblíbenosti PC nepochybně velký význam. Ovšem něco podobného funguje i v případě konzolí. Stačí si u svého Xboxu 360 respektive DVD-ROM mechaniky přehrát upravený FW a můžete začít vesele porušovat zákony. V řadě případů jste také mohli narazit na nesmyslné, lživé a zavádějící informace, protože těch skutečných a pravdivých (technických) bylo v minulosti dost málo. Herní průmysl neustále roste a produkuje astronomicky vysoké zisky. Mezi nejvýznamnějšími výrobci panuje obrovská rivalita a počítá se doslova každý prodaný kus (herní titul či hardware). Dnes je v tomto ohledu situace trochu lepší, ale stále je možné se setkat s tím, že se srovnává nesrovnatelné.

Ač jsou všechny tři konzole postaveny na odlišné architektuře, stále je někdo nesmyslně srovnává a závěrem bývají doporučení, že je lepší Xbox 360 nebo PlayStation 3. Třešničkou na dortu jsou mnohdy "zajímavé" hodnoty o operacích v plovoucí řádové čárce, propustnosti pamětí a systémové sběrnice atp., jež samy o sobě nemají přílišnou vypovídací hodnotu. Takto to brát nelze a jak jsme zmiňovali v úvodním článku k tématu "Kdo si hraje, nezlobí", nejvíce záleží na chuti každého uživatele. V tomto článku vám proto nabídneme detailnější technický rozbor týkající se hardwarového vybavení vybraných stolních herních konzolí (pozn.: Wii se dočká stručnějšího přehledu ke konci článku). Důraz je kladen na procesorové a grafické řešení a také paměťový subsystém. Která konzole nakonec získá vaše sympatie, je už na vás samotných.

Procesorová řešení u PS3 a Xbox 360

PS3 je tvořen procesorem Cell Broadband Engine, za nímž stojí společnosti IBM, Toshiba a Sony. Pracuje na frekvenci 3,2 GHz a tvoří ho jedno 64bitové jádro PPE (Power Processor Element), jež disponuje pamětí 64 kB L1 a 512 kB L2 cache. Dále je to typicky osm SPE (Synergistic Processor Element) jednotek, přičemž aktivních je pouze sedm. Jedná se o tzv. APU (Attached Processor Units). Ty jsou typu RISC s vlastní instrukční sadou a lokální pamětí o velikosti 256 kB (7x 256 kB). Cell BE dokáže pracovat i při vyšší teplotě jádra (< 85 °C), má 234 milionů tranzistorů a je vyráběn 90nm SOI (Silicon on Insulator) výrobním procesem.
První šestice SPE je přiřazena náročnějším výpočetním úlohám, sedmá SPE má na starosti bezpečnost běžícího operačního systému. Sony dále uvádí, že osmý neaktivní Synergistic Processor Element tvoří funkci zálohy a je rezervován pro případ nefunkčnosti jiného (je redundantní). PS3 s procesorem Cell Broadband Engine dosahuje 204 GFLOPS při jednoduché přesnosti výpočtu s plovoucí desetinnou čárkou a 15 GFLOPS při dvojité přesnosti. Celkový počet operací v plovoucí řádové čárce za sekundu je tedy 219 GFLOPS (lze se setkat i s hodnotou 218 GFLOPS). Jednotlivé vektorové procesory mohou pracovat nezávisle, ale také společně a data lze mezi ně libovolně distribuovat. S jádrem jsou spojeny rychlou vnitřní sběrnicí EIB (Element Interconnect Bus). Celou situaci dokumentuje přiložený obrázek pod textem (pozn.: prototyp Cellu má architekturu 8/1/1/1 -> SPE/PPE/L2/FlexIO).
Ještě bychom se krátce pozastavili u výrobního procesu Cellu a s tím související relativní spotřeby. Na japonském webu watch.impress.co.jp se objevily informace, že by nový PlayStation 4 měl být postaven opět na čipu Cell, avšak notně vylepšeném. Je s tím spojen 45nm výrobní proces. Jistě si každý z vás vzpomíná na dlouhé vlasy paní správcové, historky hlučného Pepina a další nezapomenutelné drobnosti v nestárnoucí české lyrické komedii Postřižiny v režii Jiřího Menzela. Stejně jako byla Maryša posedlá módou zkracování, tak i výrobci hardwaru touží v našem případě po jeho zmenšování, což stojí nemalé finanční prostředky. Vše dokumentuje přiložený screen, jenž znázorňuje výrobní procesy čipu Emotion Engine z PS2 s Cell Broadband Engine v PS3.
Jak jsme vás informovali v naší zprávě, společnosti IBM, Sony a Toshiba se v dubnu letošního roku vyjádřili, že procesory IBM Cell budou již brzy vyráběny 45nm SOI procesem. Výsledkem by měla být nižší spotřeba, zmenšení plochy jádra, dosažení vyšších taktů při menším napájecím napětí. Pro srovnání uvádíme obrázek, kde jsou pro každou SOI technologii Cellu BE všechny důležité rozměry přehledně vyobrazeny.
Jak víme z úvodního článku nebo z přehledu aktuální nabídky stolních herních konzolí, PS3 bylo vyrobeno v rozdílných konfiguracích. Navíc je vše rozděleno na regiony. Verze s HDD 60 GB (CECHCxx) disponovala Celly s 90nm výrobním procesem a spotřebou při maximálním vytížení až 180 Wattů. 40GB varianta s modelovým značením CECHGxx, CECHHxx obsahovala "65nm Celly". Při maximálním vytížení se udává spotřeba až 135 Wattů. Stejně tak CPU v zařízeních s 80GB (CECHKxx, CECHMxx) a 160GB (CECHPxx) pevným diskem byly vyrobeny 65nm výrobním procesem, ovšem spotřeba nepřesahovala hodnotu 110 Wattů.
Nyní se podíváme na CPU (XCPU) v Xbox 360. Jeho srdcem je procesor IBM Power, jehož architektura je tvořena třemi samostatnými jádry Power4. Frekvence každého z nich je 3,2 GHz. Vychází ze struktury PowerPC, kde se každé jádro umí chovat jako dual-core. V konečném účtování dokáže zpracovat 6 samostatných vláken programu najednou (obsahuje 2 thready nebo-li 2 vlákna programu na jádro). Jednoduše řečeno se jedná o trojici symetrických dvoujádrových procesorů na bázi IBM PowerPC. XCPU obsahuje 165 milionů tranzistorů, z čehož vyrovnávací paměť L2 cache zabírá 48 milionů. Ta je sdílena všemi jádry, která obsahují vždy po jedné VMX-128 vektorové jednotce. Pro výrobní proces centrální procesorové jednotky je rozhodující kódové označení základní desky uvažované konzole. 90nm SOI technologii disponují revize Xenon a Zephyr. Falcon, Opus, Jasper a pravděpodobně i Valhalla zahrnují 65nm SOI proces.
XCPU klade důraz na výkon při operacích s plovoucí desetinou čárkou za pomoci několika FPU (Floating Point Unit) a SIMD (Single Instruction Multiple Data) vektorových jednotek v každém jádře podporující SMT (Simultaneous multithreading) pro zvýšení paralelního výkonu. Mimo jiné ho tvoří primární části Integer Unit, Load/Store Unit, Branch Unit, VMX Floating Point Unit, VMX Permute Unit, VMX Simple Unit a Scalar Floating Point Unit. Komunikace s grafickým jádrem je zabezpečena pomocí hlavní FSB sběrnice rychlostí 10,8 GB/s pro každý směr. Výše popsané teoretické záležitosti jsou dobře viditelné na blokovém schématu níže. Výrobce uvádí výkon 115 GFLOPS (počet operací v plovoucí řádové čárce za sekundu).