Чудо архитектура Xbox 360 и ужасы PS3...
Автор

Попробую начать серию статей, которые простым, человеческим языком будут описывать достоинства и недостатки двух конкурирующих консолей - XBox 360 и Play Station 3. Постараюсь быть кратким и доходчивым, если что не понятно - пишите.

Начну сравнение с самого главного и наглядного, Итак:

Общая архитектура консолей и пропускная способность

Для понимания архитектуры консоли самое простое, что можно сделать - это представить их внутреннюю конструкцию в виде блочной схемы. Крупные блоки - это основные узлы машины, более мелкие внутри крупных - составные части узлов. Стрелки между ними - разного рода шины данных, с помощью которых узлы системы взаимодействуют друг с другом, направления стрелочек - направления движение данных между узлами консоли, а цифры рядом с ними - максимальные скорости их взаимодействия. Обратите внимание на слово “максимальные” - зачастую проектная скорость может сильно отличаться от реальных в силу разных обстоятельств. Каких - я расскажу подробнее при рассмотрении каждого узла отдельно.

Ниже подробная схема архитектуры XBox360

Далее - архитектура не менее подробная схема строения PS3

Главное в правильной архитектуре любой вычислительной машины (а игровая консоль - это та же вычислительная машина) - это как далеко находится друг от друга каждый из ее компонентов. Расстояние на компьютерном языке - это совсем не метры, сантиметры или миллиметры, а скорости их взаимодействия.

CPU (центральный процессор) или GPU (графический процессор - запомните, что значат эти сокращения, я буду использовать их достаточно часто) может работать очень быстро и эффективно, но не имея связи с внешним миром его работа никому не нужна, для того, что бы показать себя во всей красе он должен принимать, обрабатывать и отсылать дальше сотни тысяч, миллионы и даже миллиарды байт в секунду. Поэтому скорость взаимодействия чрезвычайно важна для всех узлов - если один из них запаздывает - тормозит вся система.

Когда я говорю про скорость взаимодействия (или, по-другому, пропускной способности), я всегда вспоминаю сравнительную статью в IGN,которую они опубликовали вскоре после E3 2005:”E3 2005: Microsoft's Xbox 360 против. Sony's PlayStation 3.”

xbox360.ign.com/articles/617/617951p1.html

При анализе пропускной способности своей системы Microsoft пришла к заключению, что она превосходит Playstation 3 в 5 раз. При этом самый главный выдвигаемый аргумент - это скорость взаимодействия GPU Xbox360 (который называется Xenos) и маленького встроенного в него чипа памяти eDRAM. Про память eDRAM я расскажу в сравнении GPU консолей, а пока важно понимать, что что скорость взаимодействия между этими двумя компонентами графической подсистемы мало влияет на пропускную способность системы в целом. Помимо этого, Microsoft сложила скорости взаимодействия последовательных компонентов (т.е. использующих одинаковую шину), что не имеет логического смысла. Складывать пропускные способности можно только в том случае, когда они связывают узлы системы с помощью отдельных и параллельных соединений.

Одним из главных отличий XBox360 и PlayStation 3 является то, что у XBox360 все память - это 512GB унифицированной GDDR 3, а в PS3 - разделена на видеопамять - 256 GB абсолютно такой же GDDR 3, и 256GB очень быструю системную XDR. Ключевым словом для Microsoft является слово “унифицированная”, что значит, что эту память может использовать как CPU так и GPU XBox360. Microsoft всегда очень гордится таким “решением” в своей консоли, называя его прогрессивным и передовым. Но почему так получилось на самом деле вы скоро сами догадаетесь. Для игры к любой консоли должны присоединяются контролеры, рули, в консоль встроены порты USB, привод DVD, а также HDD. С помощью контролера мы вводим данные в консоль (управляем машиной или героем игры) с DVD читаются игровые данные, а консоль в свою очередь выводит для нас “информацию” - звук, вибрацию контролера. Поэтому все эти устройствами называются устройствами ввода/вывода и все эти устройства тоже должны общаться с системой, процессор должен их “видеть”, получать от них команды, обрабатывать их и в ответ посылать команды на эти устройства.

Первое что бросается в глаза любому, кто хотя бы немного знаком с архитектурами вычислительных машин - это расположение основной системной памяти (GDRR3) относительно CPU. Центральный процессор может получить доступ к этой памяти только через ... GPU и использует один и тот же 128-битный канал данных, что и графический процессор. Максимальная скорость общения между GPU и унифицированной памятью равна 22.4GB/s, но этот канал “общения” поделен между потребностями GPU и потребностями CPU. А это значит, что Xenon (центральный процессор XBox360) использует полные 21.6GB/s к памяти, а для GPU остается только 800MB/s. Если бы GPU использовала полную ширину полосы, то как по вашему должен общаться с памятью CPU?

Для общения с устройствами ввода/вывода специально создана микросхема, которая называется южный мост, который в XBox 360 также почему-то присоединен к GPU, и всем присоединенным к XBox 360 устройствам приходиться “прорываться” к CPU через графический процессор. Их влияние на скорость значительно меньше потому, что потребности устройств ввода/вывода не превышают несколько сотен мегабайт за средний сеанс игры, и они не присоединены к шине памяти. Но они все же используют ту же шину, по которой взаимосвязаны GPU и CPU, и которую CPU также использует для доступа к памяти,что делает скорость взаимодействия Xenon и памяти GDRR3 ниже, чем 21,6GB/s.

Из схемы архитектуры Playstation 3, видно, что RSX (графический процессор PS3) связан с собственной видеопамятью по выделенной шине 22.4 GB/s, а Cell (центральный процессор) - к основной памяти по выделенной шине 25.6GB/s.RSX может для своей работы использовать и основную память системы. Однако, если вы захотите определить скорость взаимосвязи RSX, если необходимо задействовать основную память консоли, то она будет осуществляться по 35GB/s шине между Cell и RSX, а потом через FlexIO контролер по EIB к контроллеру памяти Cell, который дает доступ к оперативной памяти. Самым медленным местом тут будет скорость XDR контролера, которая равна 25.6GB/s. Если RSX использует эту шину, то она делится между графическим чипом и Cell. В общем целом, основные компоненты Playstation 3 имеют собственные шины взаимодействия к собственной памяти, что обеспечивает максимальную скорость доступа кк обеим видам памяти каждого компонента.

Говоря о пиковой производительности, когда как GPU так CPU обеих консолей будут одновременно загружать соответствующие пулы, общая пропускная способность Xbox360 составит 22.4GB/s, а у Playstation 3 - 48GB/s. Принимая во внимания тот факт, что половина времени шину памяти занимает CPU, а другую половину GPU, Xbox360 может использовать только 22.4GB/s как для CPU, так и для GPU. В такой же ситуации Playstation 3 имеет 25.6GB/s для CPU, и 22.4GB/s при взаимодействии с GDDR3 + 25.6GB/s с XDR одновременно.

В результате суммарная пиковая пропускная способность XBox360 всего 22,4GB/s и в 2 с лишним раза большая у Play Station 3 (48GB/s)

Это конкретный пример подхода к делу Microsoft - совершенно нерациональное расположение компонентов системы, использования ресурсов и пропускной способности шин, организующие взаимосвязь между основными частями консоли. И как результат - что я писал выше - тормозит вся система в целом. Причем необоснованно, а в силу отсутствия какого-либо системного подхода при конструировании приставки в целом. Практический эффект - излишняя нагрузка и простои CPU и GPU при одновременных запросах к памяти консоли и как следствие - перегрев и высокий процент брака.

Статья написана уважаемым gunnar2906, за что ему огромное человеческое спасибо!