译介丨DIGITALFOUNDRY：对PS5硬件技术的进一步阐述

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由于新冠疫情的发生，原定今年三月举行的GDC开发者大会被迫取消，索尼互动娱乐在3月18日把为GDC准备的讲座传到了网上。处于渴望天降甘霖状态的玩家们把这当成了PS5面向消费者的正式宣发，一堆堆术语令大家如坠五里雾中、莫衷一是。
DIGITAL FOUNDRY在讲座前两天跟马克塞尔尼深入地探讨了一下PS5的硬件技术，并且在第一天发表的文章中透露了一部分内容；但是，DIGITAL FOUNDRY把更多的猛料留在了四月二日发表的这篇文章当中，相信这些猛料或许可以解答大家对PS5硬件技术的种种疑惑，这篇文章分五点展开：
CPU、GPU的频率与发热控制
定制高速固态硬盘对游戏开发和游戏体验的意义
向下兼容的技术保障
暴风雨音效引擎有多么强大
暴风雨音效引擎能让什么样的玩家获益
CPU和GPU的频率与发热控制问题
PS5的频率控制系统是基于“SOC模型”，通过检测各个芯片的工作负载来灵活控制CPU和GPU的频率，使整个机器的发热量不超过固定的上限，其间不会考虑环境温度和芯片出场批次影响，而是哪边工作负载大就优先把哪边频率顶上去，同时把负载较轻的那一边的频率削下来。而且切频非常灵敏，几乎没有延迟，调上去的时候非常快速，当负载下降的时候频率也跟着火速减下来。——前几代的变频技术有很大延迟，当频率减下来的时候负载可能已经反弹。

塞尔尼陈述：常规的电脑系统中会出现一种在电子行业内被称为"竞相闲置（塞尔尼用的原词是race to idle，英文版维基百科称之为race to sleep）"现象，他举了一个游戏中在30fps运行的例子，一帧差不多在33ms，但顶在高频率状态的GPU在28ms左右就把这全部活计干完了，剩下5ms中，GPU处于“独自等待”垂直同步的状态，在这种状态下维持高频率没有意义。索尼官方所宣称的“CPU和GPU”都会在高频状态长时间运行，指的就是消除了这种“竞相闲置”现象下的结果。至于散热方案，塞尔尼决定把它留到拆机时透露。并且相信索尼工程团队的方案会让DF和大家满意。
DF跑去私下问了一些从事PS5游戏开发的开发人员：他们手上的开发工作让他们适当控制CPU负载，以保证GPU持续顶在2.23Ghz最高频率工作。DF意识到由于现行主流游戏引擎编写时都考虑到了PS4和XBOXONE那性能羸弱的”美洲虎“上网本CPU，即使游戏帧率从30fps翻到60fps也不会给CPU带来太大负载。
然而DF觉得这更像Nintendo Switch的做法：在开发机里提供性能配置文件，方便开发人员按照几种固定的性能配置进行优化。塞尔尼对此问题的回答是：在开发机通过性能配置文件给出几种频率方案，更便于开发人员进行优化。市售版PS5仍然是通过负载监测动态调节频率，以便榨取性能。
DF问了塞尔尼一个问题：“PS5是否有一个“最坏情况”下的频率，可供开发者绕开？”塞尔尼回答：“首先开发者即使不做针对性优化也不碍事，在必要情况下，频率会根据CPU和GPU的实际情况进行调整。而且其实你们是想问‘如果有人编写的代码把CPU和GPU的发热都顶爆了呢？’这种问题吧？首先这种代码在游戏开发领域就几乎不会出现，其次一旦遇到这种不现实的代码，老一代芯片会无法因功耗失控而难以应对，甚至会出现热关机，但PS5会通过更为优雅得体的方法加以处置。”
定制高速固态硬盘对游戏开发和游戏体验的意义
身为《漫威蜘蛛侠》的制作人，马克塞尔尼以该游戏的开发过程举例 ：在通过遥测检测数据规模的时候，INSOMNIAC发现光是垃圾箱的数据就占到了1GB，原因是为了保证高速调用数据，垃圾箱这玩意在整个街区地图里被重复存储了六百多次。最后INSOMNIAC为了控制数据包大小，采取了这样的策略：把调用次数超过四百次的资产驻在内存里，而内存显然是有限的，这样一来开发商就必须严格控制可多次调用的资产数量和种类。

PS5通过在SOC里搭载Kraken压缩模块、采纳全新的I/O API和定制I/O芯片、配备12通道定制PCIE4.0固态硬盘，大大提升了数据的调用速度。固态硬盘的主控芯片提供了六个优先级，远远超过一般固态硬盘主控芯片提供的两个优先级，使得游戏开发者能够更加有的放矢地调用数据。加上全新配备的I/OAPI使得PS5的固态硬盘得以运用基于ID检索文件的检索方式（取代了传统的文件名-路径模式），最终把调取数据的时间从机械硬盘时代的250ms缩到了一帧以内，从此在游戏运行过程中，游戏机再也不需要把下一刻不知道能不能用得到的数据一股脑地调入内存当中，只需要有的放矢地调取当下所需要的数据就好。
除了调取数据的时间，由于机械硬盘固有的工作方式——“机械磁头在盘面上移动”——造成的延迟，游戏开发商不得不把游戏中经常被频繁调用的数据资产（与玩家频繁互动的对象）在数据包中反复复制数百次，以保证读取速度，如果不去复制，读取性能就会直线下降（塞尔尼自己记忆尤新的一个例子是：如果不去复制，读取速度从100MB/s塌缩到8M/s不是梦）。塞尔尼自己作为《漫威蜘蛛侠》的制作人，举了该游戏的一个例子。垃圾袋作为频繁被调用的资产，曾经被复制了六百多次，结果占了1G硬盘空间，后来INSOMNIAC想出一个招术，让所有高频调用资产全部暂驻在内存中——但内存的数量也是有限的，这意味着开发者不能设计太多可以让玩家互动的对象。
译者注：由此可知，这整套定制化的SSD存储和读取机制对于游戏体验可带来三大潜在好处：
同等数据体积的游戏中，玩家可与之互动的物件和细节大幅增加；
同等内容细致程度下，游戏安装体积最小化；
减少内存占用，腾出更多内存空间给音效、光追、粒子效果。
向下兼容
理论上来讲，Zen 2 CPU可以运行所有JAGUAR CPU可以运行的游戏代码，但是时序就会有很大变动。好在索尼在向AMD下达定制芯片订单的时候，不仅要求AMD把PS4 GPU的逻辑植入到定制的RDNA 2 GPU当中，还要求AMD为Zen 2核心的定制CPU配备了更接近“美洲虎”CPU工作时序的工作模式，这一定制安排是PS5实现对PS4游戏向下兼容的后盾。
暴风雨音频引擎有多么强大
PS5的暴风雨音频引擎是一组重新改造过后的CU,以GPU的功率工作，峰值算力是100G，接近于一块PS4使用的八核“美洲虎”CPU。PS5在音频部分的带宽理论上可以超20Gb/s，在游戏机音频历史上可谓空前的高带宽。这是暴风雨引擎宣称可以同时处理数百个音源的底气所在——家用版杜比全景声只支持32个音源。但是塞尔尼提醒大家，运用音效带宽的时候还是得悠着点儿，不要飙得太Happy，免得影响其他项目。
基于音源的三维环绕音效技术，在PSVR上已经初露端倪，但当时的算法不够精确而且缺乏硬件支持，声场比较狭窄、定位精度也有待改进，有时甚至还有“伪影”现象，使得有时声音听起来像是围绕着VR头盔外壳在旋转。暴风雨引擎使环绕音效有了硬件支撑，而且算法也得到改进，使得PS5的虚拟环绕音效更加清晰逼真。暴风雨引擎还与在VR游戏业界受到广泛推崇的 Ambisonics环绕声兼容，开发者完全可以把游戏叙事或游戏场景所需要的重点音效交给暴风雨引擎，然后把其他音效交给Ambisonics环绕声技术。
暴风雨引擎能让什么样的玩家获益
暴风雨引擎的目标是让拥有普通双声道耳机、普通立体声音箱和普通立体声电视喇叭的玩家无需额外增购设备就能享受360度环绕音效。目前PS5团队已经完成了对普通立体声耳机的优化工作，仅仅拥有普通立体声耳机的朋友们将在PS5发售时立即品尝到暴风雨引擎带来的技术红利。
暴风雨引擎也已经初步完成了对普通电视机喇叭和普通两声道音箱的基本适配，目前正在进行进一步优化。如果玩家觉得自己电视机喇叭实在是太过差劲和单薄（译者注：比如一些售价在2000元左右的55寸平板电视，其喇叭真的就只是出个声儿而已），可以选择在系统里关闭环绕音效，这样就可以听到缩混而来的标准立体声。

塞尔尼的工作重点是把对双声道系统的支持尽量做得尽善尽美。而5.1声道音响和7.1声道音响的用户暂时还只能听到传统的5.1和7.1音效，他们需要耐心等待以后的系统升级。
结语
在文章的最后，Digital Foundry表示仍然有一些谜题待解，马克塞尔尼宣布未来索尼会安排官方或媒体拆机，而这将影响机器未来的造型和尺寸。PS5已宣布采用定制的RDNA 2 GPU，但是索尼还没有官宣PS5的GPU是否支持最新的一些图形技术。而且高速SSD也好、暴风雨音效引擎也好，这些东西听起来虽然美好，但是玩家是需要实际证据的。索尼现在需要在适当的时候拿出游戏实机演示，把PS5的这些优点都展示出来，就像索尼当年第一时间拿出《杀戮地带：暗影坠落》、《恶名昭彰：次子》一样。