Xbox One potrà competere con PS4 nei titoli multipiattaforma? - articolo

Come abbiamo avuto modo di vedere nelle trascorse Digital Foundry, le differenze tra le potenzialità del chip grafico di Xbox One e PlayStation 4 sono abbastanza evidenti, a dir poco. Entrambi i sistemi utilizzano l'architettura del processore GCN ( Graphics Core Next ) di AMD ma la potenza di calcolo del core grafico di Sony dovrebbe attestarsi a circa un 50% in più della potenza di rendering del suo equivalente per Xbox One. La domanda che ci siamo posti è: quale potrebbe essere l'impatto sulle prestazioni dei giochi in termini di gameplay?

Dietro le quinte, gli sviluppatori hanno suggerito che non è il caso di saltare alle conclusioni circa la misura della superiorità della PlayStation 4: una maggiore potenza della GPU non corrisponderà a prestazioni equivalenti. Si tratta di un tema che abbiamo sollevato brevemente con il capo dello sviluppo di PS4 Mark Cerny quando ci siamo incontrati con lui un paio di settimane fa.

"La questione è che l'hardware non è sfruttabile al 100%," Cerny ha rivelato "in quanto contiene delle ALUin numero maggiore a quelle che servirebbero parlando esclusivamente di grafica. Il risultato è che l'utente ha l'opportunità, diciamo l'incentivo, di usarle ma per imparare a programmarle occorre tempo."

Un'interpretazione del commento di Cerny, che ci è stata mossa anche da alcuni insider di Microsoft, è basata sul fatto che questa tecnologia è già usata nei videogiochi già oggi. Abbiamo quindi deciso di provare ad effettuare una comparazione usando hardware PC basato su architettura AMD molto simile a quella che troveremo sulle prossime console. Da una parte ci sono delle difficoltà di valutazione oggettive: ogni console dovrebbe essere chiaramente più veloce di un PC tecnologicamente equivalente in quanto pensata per il gioco e dotata di API specifiche che possono introdurre un boost prestazionale notevole. Per contro, sappiamo già che i primi titoli di lancio della next-gen saranno inizialmente sviluppati su PC e poi portati sulle prossime console. Il nostro è quindi un esercizio teorico basato sulla comunanza delle API che abbiamo tradotto in un esperimento hardware

"La potenza di calcolo della GPU di PS4 dovrebbe attestarsi a circa un 50% in più"

C'è un altro motivo valido per eseguire un test di questo genere: quando si è trattato di progettare le console next-gen, la maggior parte dei dati di performance disponibili a Microsoft, Sony e AMD derivavano da come l'hardware GCN si comportava con motori di gioco di alto livello in esecuzione sui PC dell'epoca. È quindi plausibile che la formazione dell'architettura GCN sia stata altamente condizionata dalle prestazioni nei giochi che stiamo già giocando oggi. È anche piuttosto probabile che questi dati abbiano influenzato le decisioni in altre aree progettuali di entrambe le console, per esempio quella di Sony di spingere molto sulla potenza della GPU.

Per cominciare, diamo uno sguardo alle scelte che abbiamo operato per preparare delle piattaforme di coerenti con la natura dell'esperimento in questione specificando subito una cosa: il nostro obiettivo non era quello di creare repliche complete delle console usando dei PC perché semplicemente non sarebbe possibile. Il nostro obiettivo si è concentrato sul differenziale in termini di prestazioni grafiche tra le specifiche delle GPU montate da Sony e Microsoft su PS4 e Xbox One. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo voluto garantire (per quanto possibile) una resa priva di colli di bottiglia derivanti dalla CPU o dalla RAM concentrandoci solo sulla potenza della scheda video. Per questo abbiamo deciso di utilizzare il nostro PC di test preesistente, ovvero un Core i7 3770K overcloccato a 4.3GHz con 16GB di memoria DDR3 a 1600MHz.

Scegliere la giusta scheda video è stato decisamente più difficile: in questo senso avevamo però qualche riferimento: la GPU di Xbox One sembra avere più di un elemento in comune con il chip Bonaire di cui abbiamo parlato in occasione della recensione della RadeonHD 7790 mentre la scelta di Sony pare sia ricaduta su una base Pitcairn, ovvero l'equivalente di una Radeon HD 7870. Più precisamente, in termini di velocità di clock, si tratta della versione mobile montata sui laptop Alienware, nella fattispecie la Radeon HD 7970M.

In entrambi i casi, le versioni console girano a velocità inferiori rispetto alle schede video e hanno due unità di calcolo in meno: in realtà sospettiamo che questi due chip siano presenti anche sui core montati sulle console, ma siano tenuti disattivati nel caso uno di quelli deputati al normale funzionamento sia guasto. In questo modo si evita di gettare alle ortiche un chip funzionante isolando l'unità guasta ed attivando in fase di controllo di qualità una delle due di riserva: più o meno lo stesso concetto dietro alla disattivazione di una delle otto SPU del Cell montato sulla PS3.

"La GPU di Xbox One sembra avere qualche elemento design Bonaire, mentre PS4 di Pitcairn"

La scelta di disabilitare le unità di calcolo delle GPU è funzionale al procedimento costruttivo di Sony e Microsoft, ma non per il nostro target hardware che non ha dirette equivalenze nel contesto PC. Quindi ci siamo adattati e abbiamo scelto la Radeon HD 7850 come riferimento per l'Xbox One (16 unità di calcolo contro le dodici della GPU montata sull'Xbox One) e la Radeon HD 7870 XT come surrogato per la PS4 (24 unità di calcolo contro le 18 della console Sony). In questo modo siamo riusciti a mantenere il differenziale di performance relativo tra le due console visto che, come nella realtà delle due GPU console, la 7870 XT è dotata di un buon 50% di potenza di calcolo in più rispetto al suo concorrente.

Lo step successivo ha riguardato l'allineamento di altri parametri: le schede video in questione sono infatti molto più potenti delle GPU montate sulle console per una questione di frequenza di clock. In questo caso siamo intervenuti direttamente riducendo la velocità di clock per entrambe le schede video a 600 MHz. Questo valore potrebbe essere fuorviante visto che alcuni giochi fanno un uso più intenso di un maggior numero di core mentre altri beneficiano di frequenze di funzionamento più elevate. In ogni caso crediamo sotto questo aspetto di essere riusciti a trovare un buon compromesso nell'avvicinarci alla potenza di calcolo delle GPU console, per non parlare del corretto rapporto di banda per ogni FLOP che ci dovrebbe fornire la reale parità di prestazioni con la PS4.

Anche la velocità della memoria ha giocato un ruolo importante nei nostri test e in questo caso abbiamo deciso di equalizzare la velocità della RAM a 1375MHz per arrivare agli stessi valori di quella installata su PlayStation 4. Questo ci ha obbligato a overcloccare la 7850 e downcloccare la 7870: in questo modo abbiamo dovuto scendere ad un compromesso visto che abbiamo concesso al nostro hardware “surrogato” un vantaggio in termini di velocità di clock che la console potrebbe non avere in virtù della RAM di sistema DDR3 e della particolare architettura dovuta all'uso di veloce ESRAM su Xbox One. Il rovescio della medaglia è che possiamo confrontare la potenza dell'hardware grafico su un territorio comune, lasciando le considerazioni sulla banda alla parte finale dell'articolo.

Benchmark hardware

Una volta chiarito l'ordine di grandezza in ci stiamo muovendo per quanto riguarda la potenza grafica, la domanda che ci siamo posti è stata: come ha progettato AMD le due GPU in relazione al software che dovevano far girare? Per capirlo abbiamo messo alla prova i nostri simulacri di console con una selezione di motori grafici che normalmente usiamo per i nostri consueti benchmark. Per essere il più selettivi possibile nell'avvicinarci ai possibili carichi di lavoro della prossima generazione di console, non abbiamo ecceduto oltre i 1080p che si propone come la risoluzione di riferimento. Anche il multi-sampling anti-aliasing (MSAA) è fuori dai giochi, un elemento confermato dalla sua assenza nella totalità delle demo dei titoli next-gen cui abbiamo assistito finora.

"Non siamo andati oltre i 1080p, che si propongono come la risoluzione di riferimento"

Xbox One/PS4 "Target Spec" PC Benchmarks

I risultati confermano la teoria che un maggior numero di core all'interno dell'architettura GCN non corrisponderebbero a un aumento lineare della performance. Ecco perché AMD da sempre tende ad aumentare il core clock e la velocità della memoria sulle sue schede video di fascia alta: perchè l'aumento del numero di core da solo non basterebbe a renderle competitive nei confronti della concorrenza. Guardando ai risultati di Metro: Last Light si nota la differenza meno importante ovvero solo un misero 17.6%. Non è sempre così in realtà visto che Tomb Raider ci consegna il vantaggio più consistente nell'ordine di un 33% anche con l'effetto TressFX attivo.

In dettaglio: Crysis 3

Se le differenze nella potenza di calcolo sono quindi a favore di PS4 quando si tratta di rendering puro, la domanda successiva che ci siamo posti è fino a che punto gli sviluppatori multipiattaforma dovranno compromettere le versioni Xbox One dei loro titoli per PlayStation 4. In questo campo ci sono numerose strade aperte: in teoria tutti i titoli next-gen multi-piattaforma deriveranno da una versione PC e quindi si baseranno su motori grafici costruiti con l'obiettivo della scalabilità al punto che la versione base, il minimo comune denominatore diciamo, sarà lontano anni luce dalle potenzialità della versione Xbox One, per non parlare di quella PS4. Sulla base di questo assunto, gli sviluppatori potranno facilmente ridurre le impostazioni di qualità a seconda della piattaforma per ridurre l'impatto visivo a favore della performance, che sia per l'Xbox One o un PC datato.

Una strada ancora più semplice potrebbe essere quella di mantenere lo stesso livello qualitativo e giocare con le risoluzioni dove necessario. Abbiamo quindi deciso di effettuare alcuni esperimenti usando il titolo che più si avvicina al concetto di gioco next-gen: il visionario e stupendamente caratterizzato dal punto di vista tecnico Crysis 3. La maggior parte dei benchmark che vedete sopra, ad eccezione di Metro: Last Light, si basano su giochi pensati con in mente le console attuali e le loro limitazioni. Quello che rende Crysis 3 diverso è che è stato realizzato con un occhio al futuro su home computer e poi adattato per girare sulle console della generazione attuale.

In questo video abbiamo comparato i nostri due hardware di riferimento alla risoluzione di 1080p poi abbiamo scalato quello dell'Xbox One prima a 1776x1000 (una diminuzione del 17.2%) per poi arrivare a 1600x900 (33.3%): in quest'ultimo caso un downscale lineare in linea con il presunto deficit prestazionale della GPU di Xbox rispetto al quella presente sulla PlayStation 4. Quindi, in teoria, dovremmo vedere i frame rate della prima attestarsi a metà tra il valore nominale di Xbox One e PS4, mentre la seconda dovrebbe allinearsi alle prestazioni del nostro surrogato PS4 a 1920X1080. Se si osserva il video, non è tuttavia questo quello che succede.

"Entrambe le piattaforme sono state in grado di far girare Crysis 3 a 1080p con dettagli alti e texture di qualità molto elevata"

Crysis 3: Xbox One/PS4 "Target Spec" PC Frame-Rate Tests

Scendendo a 1600x900 il prototipo Xbox One si colloca davanti all'hardware PS4 in modo significativo, mentre a 1776x1000 è attardato, ma di poco. Quindi, sembrerebbe che nonostante il 50% di maggiore potenza di calcolo disponibile, i frame rate medi sul nostro sistema di riferimento PS4 siano solo di un 19.3% superiori rispetto a quelli del prototipo Xbox One. (42.6fps contro 35.7fps). La spiegazione non è semplice: potrebbe trattarsi di risorse di sistema consumate dagli shader avanzati che non riescono a scalare linearmente rispetto alla risoluzione: una conferma che la necessità di gestire anche solo pochi pixel in meno liberi molte più risorse di sistema di quanto non si pensi. Un altro fattore di cui si dovrà tenere in considerazione al momento delle prove comparative reali sarà il limite di 30fps sulla maggior parte dei titoli multipiattaforma. Si tratta di un livellatore di prestazioni che tende a favorire il sistema meno spinto e che mostra i suoi limiti solo nelle scene più esigenti.

Ovviamente, il potenziale di PlayStation 4 non è limitato solo alla pura e semplice potenza di calcolo visto che sicuramente c'è anche un vantaggio in termini di banda passante. Il bus da 256-bit permette un picco di trasporto dati di 176GB/s grazie agli 8GB di GDDR5 installati. Dall'altra parte si trova la memoria DDR3 di Xbox One limitata a 68GB/s ma grazie ai 32MB di ESRAM integrati nel processore il picco teorico dovrebbe essere di 192GB/s.

Questione di banda

Anche se la potenza di calcolo addizionale dell chip grafico di PS4 non dovesse tradursi in una differenza prestazionale derivante dal maggior numero di core grafici, la mancanza di banda potrebbe confermarsi un indiscusso killer delle prestazioni della console Microsoft. Fate attenzione nel video seguente dove le due schede video di riferimento sono messe a confronto: mentre l'HD 7790 ha poche unità di calcolo in meno rispetto alla HD 7850 (14 contro 16), è cloccata più in alto, al punto che la pura potenza di entrambe si attesta sugli 1.8 teraflop, ovvero l'ammontare di PS4. Le differenze sono nella banda passante: il bus da 256-bit della HD 7850 offre un vantaggio del 60% rispetto all'interfaccia a 128-bit della HD 7790.

Parlando di banda, abbiamo preso in considerazione tre giochi: Crysis 3, Skyrim e Battlefield 3: i primi due confermano la disparità di prestazioni vista nei precedenti test attestandosi però fino al 20% di prestazioni in più. Il titolo dei DICE invece non mostra significative differenze confermando il fatto che il motore grafico non richiede molta banda se la correzione antialias MSAA è disattivata. Riportando queste misurazioni alle console della prossima generazione ci si accorge della portata della sfida tecnica che hanno dovuto affrontare i progettisti dell'Xbox One nel fare in modo che il cuscinetto di ESRAM riuscisse a contrastare la brutale potenza del memory bus di PS4. Una buona performance della ESRAM sarà quindi cruciale nel rendere l'Xbox One competitiva nei confronti della PS4.

"La comparazione diretta tra la Radeon HD 7790 e la HD 7850 è affascinante ed evidenzia l'importanza dei diversi livelli di banda"

Radeon HD 7790 1GB vs. HD 7850 1GB Frame-Rate Tests

Conclusioni: il vantaggio di PS4 e la sfida di Xbox One

In definitiva, è chiaro come la PS4 goda di due vantaggi consistenti rispetto all'Xbox One: pura potenza di elaborazione e ampiezza di banda. È anche altrettanto vero che il 50% di maggiore capacità computazionale non si traduca nello stratosferico vantaggio di performance che un'utente medio potrebbe immaginare: chiaramente la PS4 una console più veloce, ma i nostri test suggeriscono che piccole modifiche alla qualità dell'immagine e/o cambi di risoluzione potrebbero aiutare l'Xbox One a raggiungere frame rate praticamente identici negli stessi giochi. L'ampiezza di banda è il vero problema: il bus a 256-bit della PS4 è una tecnologia affermata mentre l'architettura basata sui 32MB di ESRAM dell'Xbox One ancora un grosso punto di domanda. Nei nostri test abbiamo per forza dovuto dare al nostro surrogato dell'Xbox One il beneficio del dubbio parificando i livelli di banda, ma è chiaro che alla prova dei fatti potremmo essere smentiti dall'inefficienza (o efficienza) della ESRAM installata.

Chiaramente, la battaglia della next-gen sta prendendo le sembianze di uno scontro affascinante dal punto di vista tecnico: due console disegnate partendo dalle stesse fondamenta ma caratterizzate da due approcci completamente diversi. Secondo fonti interne di Microsoft, l'obiettivo durante la progettazione dell'Xbox One era di spremere quanta più potenza possibile dalle 12 ALU: questo numero potrebbe essere stato scelto in quanto meglio bilanciato nei confronti del'architettura Jaguar che caratterizza la CPU. Le stesse fonti dicono che la concezione dei presunti audio e "data move engine" deriva dallo studio dei più avanzati titoli realizzati per Xbox 360 e il loro design implementato per risolvere i più comuni colli di bottiglia.

Dalla parte opposta si trova la PS4, che nonostante gli indubbi vantaggi in termini di specifiche tecniche, sembra essere quasi sbilanciata da tanta è la potenza che mette in campo: forse questo è il motivo per cui Mark Cerny ha deciso di ridisegnare e potenziare tutta la pipeline del processore grafico. Era chiara la presenza di ALU non utilizzate e la necessità di rendere queste risorse sfruttabili da parte degli sviluppatori per arrivare anche ad impiegare quell'hardware extra per scopi diversi dalla rappresentazione di una scena tridimensionale.

Cerny stesso ha ammesso che l'uso del calcolo da GPU non verrà sfruttato a fondo fino al terzo o quarto anno del ciclo di vita della PS4 e infatti una fonte di sviluppo che già sta lavorando sull'hardware PS4 ci ha confermato che le GPU programmabili sono le nuove SPU"; un chiaro riferimento alle difficoltà che i programmatori avevano nello sfruttare le potenzialità del Cell di PS3. Stavolta le difficoltà sono simili, ma in termini di reale comprensione delle capacità dell'hardware, non di facilità di scrittura del software. Come per la ESRAM di Microsoft, c'è la sensazione che i programmatori si trovino in un territorio in larga parte inesplorato che risulterà in un periodo di apprendistato prima di spremere al massimo le capacità di PS4.

Tutto questo non accadrà in tempi rapidi e, quasi sicuramente non nel periodo di lancio iniziale: per quanto possa sembrare improbabile, visto il deficit conclamato nella potenza dell'hardware grafico, è possible che i titoli multipiattaforma sviluppati per Xbox One avranno vita facile nell'avvicinarsi al livello qualitativo delle loro controparti PS4, scendendo solo a pochi compromessi. In seguito, diventerà fondamentale capire quanto la potenza di calcolo supplementare di PS4 sarà un fattore decisivo nell'ottenere sensibili miglioramenti rispetto alle versioni Xbox One dello stesso gioco.

Lancia lo strumento di comparazione

Per concludere, in termini di prestazioni grafiche almeno, sussistono pochi dubbi sul fatto che PlayStation 4 sarà la più performante della prossima generazione di console: tuttavia, nel breve periodo, dando per certo il raggiungimento dei miglioramenti nell'utilizzo della memoria di Xbox One anche attraverso l'evoluzione delle librerie software (e che la ESRAM si riveli facile da utilizzare) ci sono buoni motivi per credere che la disparità tecnica tra le due console non si tradurrà in un'equivalente divario prestazione nel gameplay reale. La prossima Gamescom dovrebbe essere un'esperienza affascinante sotto questo punto di vista, e una buona occasione per giudicare i progressi di giochi in cantiere dopo un E3 trascorso all'insegna della scarsa ottimizzazione su entrambe le piattaforme.

Comparazioni dirette a parte, quello che abbiamo trovato confortante da questa serie di test è che i prototipi da noi messi alla prova si sono dimostrati ragionevolmente in grado di gestire alcuni dei più impegnativi giochi per PC attualmente disponibili, per non parlare di un Crysis 3 perfettamente giocabile a impostazioni elevate e con le migliori texture possibili. Tenendo in considerazione che risultati simili sono stati usati come riferimento per testare hardware nettamente più potenti comela GTX Titan, la perdita di una frazione di qualità video in concomitanza con frame-rate più che discreti a risoluzioni da 1080 è un risultato di tutto rispetto che fa ben sperare per le potenzialità tecniche della next-gen.

Il capolavoro tecnologico di Crytek si presta perfettamente ad essere visualizzato alle risoluzioni più elevate grazie al lavoro svolto su effetti e texture di altissimo livello: a 1080p, lo standard delle console next-gen, il livello qualitativo è semplicemente fenomenale e l'esperienza di gioco complessiva ne risulta completamente trasformata rispetto ai compromessi cui Crytek è dovuta scendere con le console attuali. Sperando che la potenza del processore centrale sia sufficiente, l'hardware grafico di entrambe le console dovrebbe essere in grado di garantire una performance stabile a 1080p30 su un gioco estremamente esigente e con fluttuazioni di prestazioni decisamente contenute. E tutto questo senza tenere in considerazione i benefici di una piattaforma chiusa in termini di API di sviluppo e relative ottimizzazioni. Come performance di riferimento per dare il via alla next-gen, le premesse non sono affatto male.