PS5およびXboxシリーズX SSDはゲームの進歩ですか？

これまで、PCゲームではSSDを使用してストレージ速度を上げると、 影響はほとんどないか、まったくない 賭博 パフォーマンス ロード時間を無視した場合。 NVMe SSD 紙のSATA SSDより数倍高速ですが、最も要求の厳しいPCゲームでも、どちらを使用しても目立った違いはありません。 一部には、これは ボトルネック システムの他の部分では、ストレージがどこでもクラッシュしないほど高速であることがわかります。

今後のコンソールには、 ハードウェア機能 これにより、ゲームがストレージを以前よりもはるかに速く活用できるようになり、標準的なPCで問題になるボトルネックが緩和されます。 これは、コンソールのストレージ技術が非常に興味深いものになる場所です。 PS5またはXboxシリーズXのSSD それら自体は比較的目立たないです。

そこで、次に、SSDの側面と、開発者がこれらの利点を推定した場合にゲームの新時代の到来を告げる可能性のあるPS5およびXboxシリーズXの概要について説明します PCゲーム市場も .

PS5およびXboxシリーズXのSSDでの圧縮

ストレージハードウェアのパフォーマンスを補完するために新世代のコンソールに組み込まれる最も重要な専用ハードウェア機能は、専用のデータ解凍ハードウェアです。 保持するには、ゲームアセットを圧縮形式でディスクに保存する必要があります ストレージ要件 合理的なレベルで、これは明らかにパフォーマンスにいくらかの影響を与えます。

ゲームは、原則として、複数に基づいています 圧縮方法 ：特定のタイプのデータ（オーディオや静止画像など）に特化した損失のあるものと、損失のない汎用アルゴリズム。 魅力的でないのは、ほとんどすべてのデータが、計算の観点から見て非常に複雑な少なくともXNUMXつの圧縮方法を通過することです。

GPU アーキテクチャには、ビデオストリームのデコードを処理し、S3TCやその後継のような高速で単純な不可逆テクスチャ圧縮方法をサポートするハードウェアが長い間含まれてきましたが、これにより、 CPU 多くのデータを解凍する必要があります。 デスクトップCPUには、専用のエンジンや解凍命令はありませんが、さまざまなSIMD拡張命令の多くの命令は、これらのタイプのタスクを支援することを目的としています。 それでも、解凍すると マルチGB /秒のデータストリーム ささいなことではなく、 特定のハードウェア このタスクでは、CPU負荷を軽減しながら、はるかに効率的に実行できます。

今後のコンソールの解凍ダンプハードウェア メインSoCに実装されています SSDからPCIeリンクを通過した後にデータを解凍できるようにし、メインに常駐します RAM GPUとCPUコアによって共有されるプール。

このような解凍ダウンロードハードウェアはデスクトップPCにはありませんが、サーバー環境に存在するため、斬新なアイデアではありません。実際、前世代のコンソールには、専用の解凍ハードウェアも含まれています。とアップ PS5またはXboxシリーズXのNVMe SSD。

サーバー プラットフォームには、通常、暗号アクセラレータとペアになっている圧縮アクセラレータが含まれていることがよくあります。 インテル サーバーチップセット上に専用または外部周辺機器などのアクセラレーターを作成しました。IBMPOWER9以降のCPUは、同様のアクセラレーターユニットを備えています。 これらのサーバーアクセラレータは、毎秒数GBのスループットを実現するため、最新のコンソールに必要なものに匹敵します。

両方 Microsoft とSONYは、対応するSSDの期待されるパフォーマンスに一致するように減圧ユニットを最適化しました。 彼らはさまざまな独自の圧縮アルゴリズムを選択しました：RAD クラーケン SONYの場合、もともとは比較的CPUが弱いがパフォーマンス要件がはるかに低い今日のコンソール用に設計されていましたが、Microsoftはテクスチャ圧縮に特に焦点を当てており、テクスチャはゲーム内のデータの最大量を表すと考えています。 これを行うために、彼らはと呼ばれる新しい圧縮アルゴリズムを開発しました BCパック .

ソニーは、Krakenベースの解凍ハードウェアが最大5.5 GB /秒のデータ（8-9 GB /秒の非圧縮データ）のストリームを解凍できると主張していますが、データが十分に冗長な場合、理論的には22 GB /秒に達する可能性があります。 Microsoftは、BCPack圧縮解除プログラムは通常4.8 GB /秒の入力を生成できますが、6 GB /秒に達する可能性があると述べています。 したがって、Microsoftは標準的な圧縮率がわずかに高いと主張していますが、XboxシリーズXのSSDはPS5のSSDよりも著しく遅いため、データスループットは依然として低くなっています。 Microsoftは圧縮と解凍のみを行うことに注意してください テクスチャーデータ 、SONYはすべてのデータを処理します。

これらの専用の解凍ユニットからシステムによって節約されたCPU時間は信じられないほどです–それは約と同等です PS9用の2つのZen 5 CPUコア 約 Xboxの5コア シリーズX SSDの帯域幅が完全に利用されていると想定した場合の最大数ですが、実際にはゲームでSSDが100％常にロードされることはほとんどないため、CPUの使用が必要になることはありません。

コンソールSoCのストレージアクセラレーション機能は圧縮ダンピングだけに限定されていません。特に、SONYは非常にあいまいな方法でいくつかの機能の概要を説明していますが、解釈がオープンすぎるため、それについて主張しません。 この専用の解凍ハードウェアは理論的には他のタスクのパフォーマンスも向上させるように機能するという概念に固執します。

DMAモーター

ダイレクトメモリアクセス（DMAはダイレクトメモリアクセスの略）とは、周辺機器が なしでRAMに読み書きします 　 CPU 関与する必要があります。 最近のすべての高速周辺機器は、CPUとの通信のほとんどにDMAを使用しますが、DMAエンジンはデータを移動するためだけに存在する周辺機器であるため、DMAを使用するだけではありません。 それは高速道路のようなものです。

CPUは、RAMのある領域を別の領域にコピーするようにDMAエンジンに命令でき、CPUがmov命令（またはその命令）を実行しなくても、ギガバイトのデータを潜在的にコピーするメモリジョブを実行します。 SIMD 同等）。 各部分について、またCPUキャッシュを汚染することなく。 DMAエンジンは、単純なコピー操作を単純にオフロードするだけでなく、データを移動する過程で何らかの方法でデータを再配置する分散/収集操作をサポートすることもよくあります。 NVMeには、スキャッター/リストの収集などの機能がすでにあり、別のDMAエンジンがその機能を提供する必要をなくすことができますが、 NVMeコマンド XboxとPS5では、SSDは主に圧縮データのみで動作します。

DMAエンジンは周辺機器ですが、たとえば、PCIe拡張カードとしては一般的に見つかりません。 レイテンシの低いアクセスのために、それらをメモリコントローラーにできるだけ近づけることはより理にかなっています。つまり、チップセットまたはCPU自体にそれらを見つけることができます。

PS5 SoCには、圧縮ユニットから出力されるデータのコピーを処理するDMAエンジンが含まれています。これは、解凍エンジンと同様に、新しい発明ではなく、標準のデスクトップPCにはない機能ですが、サーバーにはすでに存在します。 SONYが行ったことは、この機能をコンソールに組み込んでパフォーマンスをさらに「微調整」し、CPUの負荷を軽減することです。

IOコプロセッサー

PS5 SoCの複雑なIO（I / O、入力と出力）には、 デュアルコアプロセッサ 独自のセット SRAM 。 SONYはこの内部については何も言っていませんが、ゲームを「従来のI / Oプロセスをバイパスする」ことができる専用のコンソールSSDカーネルとして説明していますが、他のカーネルは単にメモリマッピングの補助として説明されています。 この詳細については、SONYが何年も前に提出した特許を使用する必要があり、PS5で実際に見つかるものを反映することを期待しています。

この コプロセッサー SONY特許に記載されているものは、通常オペレーティングシステムのストレージドライバーの一部をダウンロードします。 その最も重要なタスクのXNUMXつは、さまざまなアドレス空間間で変換することです。ゲームがファイルのXNUMXつから特定の範囲のバイトを要求すると、圧縮されていないデータを検索します。 IOコプロセッサーは、必要な圧縮データを判別し、NVMe読み取りコマンドをSSDに送信します。 データが返されると、IOコプロセッサーは、 減圧ユニット このデータと DMAエンジン CPUの介入なしに、ゲームによってメモリ内で要求された場所にそれを配信します。

これらの2つのコプロセッサーコアはSSoC Zen 2コアよりも強力ではないため、SSDとのすべてのやり取りを担当することはできません。 コプロセッサーはデータを読み取る最も一般的なケースを処理し、システムは残りの部分をZen XNUMXコアに切り替えます。 コプロセッサーSRAMは、IOコンプレックスを流れる大量のゲームデータの保護には使用されませんが、このメモリーには、コプロセッサーで使用されるさまざまなルックアップテーブル（インデックスとして）が含まれています。 この点で、マッピングテーブル用のRAMセットを備えたSSDコントローラーに似ていますが、IOコプロセッサーの動作はもちろんSSDコントローラーの動作とはまったく異なります。 ただし、コンソールが最終的にそれらをサポートする場合、サードパーティのSSDで非常に役立ちます。

キャッシュの整合性

ストレージに関連するコンソールの最後のハードウェア機能は、SONYが明らかにしたキャッシュ整合性エンジンのセットです。 コンソールSoCのCPUとGPUは、同じ16 GBのGDDR6 RAMを共有するため、SSDからアセットをロードして解凍した後、メインRAMからVRAMにアセットをコピーする手順が不要になります。

ただし、共有メモリプールを最大限に活用するには、ハードウェアは、複数のCPUコアだけでなく、さまざまなGPUキャッシュ全体で、キャッシュメモリの整合性をある程度確保する必要があります。 APUにとってそれは正常なことですが、PS5とXboxシリーズXの目新しさは、IOコンプレックスも参加することです。 新しいグラフィックアセットがシステムの複雑なIOを介してメモリに読み込まれ、最も古いアセットを上書きすると、無効化信号が同時にキャッシュに送信され、有効なデータではなく古いデータのみが破棄されます（毎回キャッシュを完全に空にするのではなく） ）。

PS5のSSDはXboxシリーズXのSSDと同じですか？

PS5カスタムストレージに関する情報はたくさんあります（この記事でお伝えしたように、まだ多くのギャップがあります）ので、XboxシリーズXを購入したユーザーが同じ「特典」を持つかどうかは当然のことです」または、解凍ハードウェアのみに限定されます。 マイクロソフトは、ストレージ関連のすべてのテクノロジを「Xbox Velocity Architecture」と呼んでいるものにバンドルしました。

Microsoftは、SSD自体、圧縮エンジン、ストレージにアクセスするための新しいソフトウェアAPI、およびサンプラーフィードバックストリーミングと呼ばれるハードウェア機能について、XNUMXつのコンポーネントがあると述べています。 後者はGPUの機能であり、シェーダープログラムがテクスチャの実際に使用されている部分を追跡できるようにすることで、部分的に常駐するテクスチャをより便利にするGPUの機能であるため、ストレージとはほとんど関係ありません。 この情報は、RAMから削除するデータと次にロードするデータを決定するために使用できます。たとえば、常に本当に見えるテクスチャ領域の高解像度バージョンなどです。

MicrosoftはPS5の他の複雑な機能のようなものについては何も触れていないため、XboxシリーズXにはそれらがなく、IOは主にCPUで管理されていると想定するのが妥当です。 ただし、これまでコンソールの以前のバージョンでこの機能を見てきましたので、コンソールに同等のDMAエンジンがあることを後で発見することは驚くに値しません。