PS5 Pro: más potencia de cálculo y mejor Ray Tracing

Se dice y se comenta que Sony podría lanzar su futura PS5 Pro en 2024, la cual sería una iteración mejorada de la actual consola y pensada para ejecutar los juegos con un aumento de rendimiento y/o calidad gráfica, pero sin llegar a ser un cambio generacional completo. Es por ello que he decidido tomar lo poco que se sabe de la consola y ordenarlo, dejando de lado lo menos probable y más fantasioso.

La filosofía detrás de la consola

PS5 Pro no está diseñada para ser una consola de próxima generación, sino más bien para poder ejecutar los juegos de PS5 en modo calidad con la velocidad del modo rendimiento y permitir modos gráficos nuevos del que se beneficien los juegos para mostrar una mayor calidad visual, en especial mejoras de cara al Ray Tracing.

Si bien varias fuentes han hablado sobre diferentes posibilidades, y puede que la información esté incorrecta en algunos puntos, hay elementos que se mantendrán igual que en PS5:

• La cantidad de RAM para el sistema continúa siendo de 16 GB, nada de cosas como 4 GB para el sistema operativo usando memoria DDR5 y cosas así. La configuración es de 256 bits, pero con la diferencia que el ancho de banda ha aumentado a 18 Gbps.
• El chip Southbridge + Controlador SSD es el mismo que el de la PS5 Slim, así que no os esperéis una unidad distinta, ni mejoras en dicho aspecto.

En cuanto a la cantidad de modelos disponibles, por lo visto tendremos un único modelo, el cual vendrá con unidad de discos integrada. Por lo que de PS5 Pro no veremos una Digital Edition en el mercado, pero sí que se puede decir que la consola no será precisamente barata. Y es que lo más probable es que el precio de PS5 Slim baje a los 499 € para darle espacio al nuevo modelo que costará 599 €.

¿Cuál es la configuración de PS5 Pro?

Hemos de partir del hecho que la nueva consola es un sistema pensado para venderse a un coste relativamente accesible, y no mucho más alto que el modelo renovado de la consola a nivel estético. Es más, comparte estética con este, pero con el tamaño del modelo original y recuperando algunos elementos, por lo que de cara al rendimiento no os extrañe ver en PS5 Pro el uso de pasta térmica basada en galio y un disipador de gran tamaño.

Por el momento, la única información que tenemos es la siguiente:

• 30 WGP, lo cual son 60 Compute Unit como nueva configuración para la GPU.
• Memoria GDDR6 con una velocidad por pin de datos de 18 Gbps.
• Ray Tracing mejorado.

Fuera de esto, sabemos muy poco, o más bien no sabemos nada de la versión mejorada de PS5. Sin embargo, dudo mucho que Sony se meta en estructuras complejas como es el uso de un procesador disgregado basado en chiplets, pero se trata de algo que personalmente yo no descartaría del todo. No obstante, digamos que la cosa se encuentra por el momento en un 80%-20%.

Cambios en la CPU

El procesador central continuará siendo de 8 núcleos y 16 hilos de ejecución, pero con ciertos cambios respecto al modelo actual que basa en Zen 2. Para la creación del SoC de PS5 Pro, Sony le ha pedido una versión totalmente a medida y, por tanto, pese a derivar de una CPU para PC, en el caso que nos ocupa, esta ha sido creada a medida para Sony:

• Basada en Zen 4, por lo que tiene el mismo IPC que esta y una configuración de 8 núcleos compartiendo caché L3, en vez de tener una de 4+4.
  • En realidad, son Zen 4c.
  • 16 MB de Caché L3.
• Sin embargo, no dispone de soporte para AVX-512, por lo que dichas unidades se encuentran ausentes en el SoC de PS5 Pro.

Es decir, AMD ha creado un núcleo de CPU mucho más compacto que el Zen 4c de cara a PS5 Pro. Por lo demás y de cara al rendimiento de los juegos esto no debería afectar negativamente o suponer un cuello de botella.

La configuración de la GPU

La PS5 actual utiliza una arquitectura RDNA 2 con 4 Shader Engine, que contienen:

• 40 Compute Unit con una inactiva por Shader Engine, por lo tiene 36 en total.
• 4 Render Backend.
• 2 particiones de caché L1 de solo lectura.
• Una unidad de rasterizado.

Pues bien, la mejora en PS5 Pro sería en principio dejarlo todo igual, pero aumentando la cantidad de Compute Unit a 16, pero dejando una fuera por redundancia. El resto de elementos quedaría igual. Por lo que los juegos de PS5 no optimizados buscarían el uso de las unidades adicionales para cuando la carga de trabajo aumentará. Es decir, los desarrolladores podrían activar un modo calidad en los juegos que les permitiría alcanzar una tasa de frames mayor, aunque de cara a utilizar de forma más eficiente los recursos, será necesario realizar optimizaciones en el código.

Ahora bien, este cambio no aumenta la cantidad máxima en la tasa de relleno, ya que el objetivo es permitir ejecutar los juegos que en la actual PS5 funcionan a modo calidad a la velocidad del modo rendimiento y crear un nuevo modo visual adicional que lleve el nivel visual más allá y sea exclusivo de esta iteración de la consola.

¿Qué sabor de RDNA utiliza PS5 Pro?

Básicamente, el set de instrucciones sigue siendo RDNA 2, pero con el procesador de comandos de RDNA y GCN por compatibilidad hacia atrás. Si bien, me podría equivocar, no creo que Sony esté muy interesada en integrar instrucciones WMMA para el cálculo de matrices, más bien dejará las cosas con lo suficiente para ejecutar los juegos actuales en PS5 Pro sin problemas.

Lo que sí que veremos será el Dual Issue o VLIW2 de RDNA 3, que consiste en que ciertas instrucciones se ejecutan al doble de velocidad. Lo que en ciertos casos le permite duplicar la tasa de TFLOPS, pero no todas las instrucciones se ven beneficiadas por ello. Por lo demás, se trata de una combinación de diferentes tecnologías de AMD que corresponden a distintas generaciones de la marca donde Sony ha escogido las que son más adecuadas para el diseño de PS5 Pro.

En realidad, se podría considerar una RDNA 3 Lite, ya que muchas de las instrucciones de las RX 7000 no se encuentran en la GPU de la iteración mejorada de PS5. Es más, no soporta ciertos formatos como FP8, Int8 o BF16, los cuales están relacionados con el mundo del Machine Learning.

Ray Tracing mejorado en PS5 Pro

Una de las mejoras que AMD hizo a RDNA 3 es una nueva unidad para acelerar el Ray Tracing que solventa una limitación importante existente en las consolas actuales. Os recomiendo leer mi artículo sobre el downgrade de Forza MotorSport, donde si bien es un juego exclusivo de Xbox, este se ve afectado por las mismas limitaciones que los juegos de PS5 al basarse en la misma arquitectura, RDNA 2, ya que os ayudará a entender el problema.

El mejor punto de las Ray Acceleration Units es que AMD y Sony las pueden reemplazar por otras unidades equivalentes, pero con mayor capacidad e incluso con funcionalidades nuevas. Esto no rompería la compatibilidad con los juegos de PS5 que tengan implementado trazado de rayos, pero haría falta una reprogramación de la implementación del Ray Tracing en los mismos para poder sacar provecho de las nuevas ventajas.

No obstante, si nos atenemos a cierta información, de cara a PS5 Pro, Sony no se conformaría con colocarle al nuevo modelo la unidad integrada en RDNA 3 o posteriores, sino que la colaboración estrecha entre ambas marcas incluiría el añadido de una unidad mucho mejor.

La patente de Mark Cerny sobre el Ray Tracing

El resumen de la misma dice así:

• Una unidad de procesamiento gráfico (GPU) incluye:
  • Uno o más núcleos de procesador adaptados para ejecutar un programa de shader implementado por software
  • Una o más unidades de trazado de rayos implementadas por hardware (RTU) adaptadas para recorrer una estructura de aceleración para calcular intersecciones de rayos con volúmenes delimitadores y primitivas gráficas.
    • La RTU implementa la lógica de recorrido para atravesar la estructura de aceleración, la gestión de la pila y otras tareas para aliviar la carga en el sombreador, comunicando las intersecciones al sombreador que luego calcula si la intersección alcanzó una porción transparente u opaca del objeto intersecado.
    • Así, uno o más núcleos de procesamiento dentro de la GPU realizan el trazado de rayos acelerado descargando aspectos del procesamiento en la RTU, que recorre la estructura de aceleración en la que se representa el entorno 3D.

He decidido desglosarlo en puntos para que sea más leíble, en principio nos encontramos con que uno de los elementos ausentes en RDNA 2, el recorrido de la estructura de aceleración (BVH) se ha implementado esta vez por hardware a través de una unidad llamada RTU, la cual no es otra cosa que una Ray Acceleration Unit y por su descripción contiene las mismas capacidades que la de RDNA 3.

Sin embargo, la patente de Mark Cerny contiene mención a un elemento adicional inédito en RDNA 3, el cual no sabemos si lo veremos en PC para RDNA 4 como parte de la cláusula de acuerdo o en su defecto será exclusivo de la nueva consola. Esto lo podemos ver en el diagrama principal de la patente, donde se puede ver que se ha añadido un elemento nuevo: una unidad de gestión de pila.

Recorrido BVH usando una pila

Una pila es una estructura de datos sencilla, donde solo tenemos dos instrucciones: una para colocar un elemento arriba en la pila y otro para sacarlo. Se le llama así por el hecho que recuerda a una pila de platos, pero en el caso que nos ocupa lo que se hace es que cuando se recorre un árbol BVH para realizar trazado de rayos, se emplea una estructura de datos de pila para seguir la jerarquía del árbol.

Así pues, cada vez que se recorre un camino en concreto en el árbol BVH por cada nodo adicional se añade un nivel a la pila, esto hasta llegar al final de ese camino, es decir, lo que llamamos la hoja. La diferencia es que en vez de implementar un complejo mecanismo de back tracking para volver al nodo inicial y tomar otro camino, lo cual supone una implementación por hardware más costosa, aquí solo tienen que deshacer la pila para volver a un nodo anterior.

Por lo que de ello podemos deducir que la implementación para el recorrido del árbol BVH, para acelerar el Ray Tracing en PS5 Pro, es diferente a la de RDNA 3 y se trata de una unidad que, si bien tiene la misma funcionalidad, toma un camino totalmente distinto. Curiosamente .es el mismo método que utiliza Intel para acelerar el trazado de rayos en sus GPU ARC.