原文：http://www.360doc.com/content/09/1110/00/172013_8706949.shtml

家用機的1080p謊言

1、微軟360的圖形核心
???設(shè)計制作?ati
???芯片代號?Xenos
???晶體管集成量?2.32億

????Xbox360的圖形核心由ati設(shè)計制造，內(nèi)部包括兩個芯片共集成3.37億個晶體管，但真正由ati負(fù)責(zé)設(shè)計制造的只是其中的主芯片-擁有2.32億個晶體管的Xenos，規(guī)模相當(dāng)于?X800，那么另外一個芯片是怎么回事呢？

????還得繼續(xù)回顧歷史，當(dāng)初ati在設(shè)計Xenos芯片時迫于微軟的壓力采用了尚未成熟的“同意渲染構(gòu)架”，雖然提高了執(zhí)行效率，卻無法滿足，ALPHA混合，Z軸緩沖等反鋸齒技術(shù)的需要，雙方不得不需求其他解決方案。最終選擇了NEC提供的EDRAM（內(nèi)嵌式動態(tài)隨機存取存儲芯片，容量僅10mb），并將兩個芯片統(tǒng)稱為-C1圖形處理器。EDRAM芯片由于容量太小，僅能存儲AA采樣數(shù)據(jù)，對圖形子系統(tǒng)的性能毫無幫助。這個解決方案的副產(chǎn)品就是著名的“3紅”，問題-為了控制成本，微軟將這兩枚芯片焊接在一塊4層pcb上，受XENOS的影響會在高溫下變形，導(dǎo)致脫焊。

????與pc中的顯示核心相比，XENOS實在太小了，2.32億個晶體管里只能塞下48個統(tǒng)一著色單元（usu）和16個紋理單元（tmu），許多消費者以為XENOS是基于當(dāng)時新一代的R500（X1900XT）核心設(shè)計，但實際上它只相當(dāng)于R420核心的24管線改版，受散熱系統(tǒng)限制，只能以500mhz工作，效率很低。按照微軟官方公布的資料，C1圖形處理器的理論運算能力為每秒480億次像素著色，而目前主流9800gtx+級別顯卡為每秒2365億次，5倍左右的性能差距嚴(yán)重限制了全平臺游戲的畫面表現(xiàn)。
????

????至于現(xiàn)存帶寬則差距更大，微軟宣稱的256GB/S只是edram芯片內(nèi)邏輯電路到暫存電路的帶寬，而edram到XENOS的數(shù)據(jù)帶寬只有32gb/s。由于XENOS得數(shù)據(jù)總線只有128bit，雖然采用了頻率為1400mhz的ddr3顯存，但實際帶寬只有22.4gb/s，這才是XBOX360最大的理論顯存帶寬。而在實際應(yīng)用中，這22.4gb/s的帶寬還要與處理器共享，顯存也是與主內(nèi)存共享，導(dǎo)致性能嚴(yán)重受限。

????Xbox360沒有g(shù)pu獨立顯存，只能與處理器一起搶512mb的內(nèi)存容量，所以處理器也必然占據(jù)每秒22.4gb里的一半，如此低的gpu至顯存帶寬會極大限制游戲分辨率和特效渲染精度，所以360無法實現(xiàn)真1080p。

???2、sony?ps3
???設(shè)計制作?nv
???芯片代號?rsx
???晶體管集成量?3.02億

????Sce將ps3的gpu命名為rsx（真實合成處理器），由nv設(shè)計，索尼制造。這款基于G70核心的GPU內(nèi)部集成了3.02億個晶體管，索尼官方公布的資料表示其運行頻率為550mhz，然后正式銷售的ps3中卻悄然將為500nhz，擁有24條像素著色管線，8條頂點主色管線和24個紋理單元。從規(guī)格上看要高于Xenos，這也是sce職責(zé)游戲開發(fā)商沒有發(fā)揮ps3性能的理由之一。

????但事實卻非如此，盡管RSX的核心渲染能力尚可，但“配套設(shè)施”很差，不僅總線位寬被砍到128bit，顯存也是頻率為1400mhz的ddr3，因此其帶寬與Xenos相同，也為22.4gb/s。雖然有256m獨立顯存，也不比Xenos強到哪去。再來看看sce宣傳的浮點運算能力，rsx號稱有1800gflops的浮點預(yù)算能力，但和9800gtx+的7096g相去甚遠(yuǎn)，ps3在性能上比肩主流pc純屬癡人說夢。

家用游戲機的偽1080p畫面
????
????1、ps3的插值計算的1080p

????Ps3的1080p游戲畫面其實是通過像素插值計算放大后的1280*720圖像，在這個簡單的“拉伸”過程中，rsx只要填充所采樣像素的色彩均值子像素就行了，完全不需進(jìn)行像素著色運算，這樣的1080p即便古老的nv40芯片都能實現(xiàn)。

????2、XBOX360的假1080p

????工程師們發(fā)現(xiàn)C1里的那個簡陋的edram芯片在分辨率高于1280*720時形同虛設(shè)，只要每幀畫面高于100萬像素就用不了反鋸齒，干脆用它來進(jìn)行像素插值，放大720p畫面。雖然這樣會在模型邊緣形成明顯的鋸齒，但卻能獲得比ps3更好的幀數(shù)的“1080p”，于是360就這樣具有了1080p的渲染能力。但是其畫面還不如720P的畫面！

任天堂北美前總裁雷吉曾表示，如果wii采用插值模擬，同樣也可以到達(dá)1080p的分辨率，甚至都不需要cpu暴力提頻。

????全平臺開發(fā)者的苦難

????在2005~2006年，游戲開發(fā)者們還是在用pentium4?3.6和g?7900或x1900xtx當(dāng)開發(fā)機或高強度負(fù)載debug機，然后大幅縮減圖形規(guī)模在x360，ps3的debug機上測試會不會跑半截掛掉。開發(fā)者們眼中的這兩臺游戲機實際性能現(xiàn)在看來已是老爺車的pc都有很遠(yuǎn)的距離，其中反映尤其強烈就是對兩臺游戲機的處理器極其不滿，gpu的問題倒好解決，縮減游戲機畫面分辨率和特效精度就行了，基本上三流pc玩家也能勝任這個工作。但是處理器計算能力出問題就嚴(yán)重了，引擎底層代碼都得重建，令大量debug程序員怨聲載道。

????事實上在xbox360游戲里能保證720p就已經(jīng)是謝天謝地了，根據(jù)epic調(diào)查很多別的制作者為了達(dá)到不至令人嘔吐的幀率，連700p都保證不了。當(dāng)然到最后epic也晚節(jié)不保，xbox360版gow最終渲染規(guī)模釘在了1244*700像素，就這樣才只能勉強維持27fps，不到他們在x2?6400+和g?8800gtx的pc上渲染速度的1/4。

????GTA4的兩個游戲機版本每幀畫面只有1138*640，gpu像素填充優(yōu)化的場景描繪距離僅為20%，并且兩臺游戲機只有24~26fps。在pc版出場后，大量游戲機的“菜鳥粉絲”紛紛致電rockstar開發(fā)組，幸災(zāi)樂禍的指著gtx280+e8200渲染的1920*1200像素量、全特效、場景描繪距離拉至100%的gta4大叫：“才29fps??！最頂級的顯卡也比不上游戲機?！?/p>

????而rockstar的一線卡發(fā)著在接受采訪時的回應(yīng)也非常簡單“那就降低可視距離嘍，要不就降低分辨率，而且pc版的紋理效果也全面提升，其實關(guān)鍵就是分辨率，實際上開到1680*1050的pc版數(shù)據(jù)量就已經(jīng)是游戲機版gta4的很多倍了，具體多少忘了”顯然這位開發(fā)者礙于游戲機制造商的臉皮沒說的太詳細(xì)。

????后面更激情，太多了不寫，，最后總結(jié)是xbox360只有初代2倍的性能，最理想狀態(tài)下Xenos的浮點預(yù)算只有pentium4?1/3，ps3比ps2提高6倍，只是應(yīng)為ps2實在太差了。

????世界上亙古不變的唯一真理就是一分錢一分貨，象cell?Xenos這么小的核心，性能最理想也就是athion?64?pentium4相近。徹底分析了這代游戲機相比前任平均4倍的性能提升幅度后，蒂姆?斯維尼、約翰?卡馬克這些頂級游戲程序?qū)＜遥⒉徽J(rèn)為依舊在低制造成本限制下的所謂ps4?x720能和現(xiàn)在core?i7與gforcegtx的電腦性能相提并論。

1.PS3上的假“9核心”Cell處理器
????????與IBM應(yīng)用于服務(wù)器的Cell處理器不同，PS3上的Cell只有2億3千萬晶體管、主頻為3.2GHz。和IBM最少2.5億晶體管、主頻高達(dá)4.6GHz的芯片品質(zhì)沒法相比。而在大型服務(wù)器上Power?PC架構(gòu)的Cell處理器使用率非常低，賣不出去沒別的原因——Cell處理器的實際復(fù)雜運算能力太低。
????????PS3版本的Cell處理器邏輯電路由一個小型Power?PC架構(gòu)通用運算核心（PPE）、八個微型單精度運算核心（SPE）組成，其中一個SPE在實際產(chǎn)品中被屏蔽掉，所以確切說PS3的處理器應(yīng)該是“偽9核心”。此外由于為了省錢，系統(tǒng)沒有一顆硬件音效芯片，因此還要占據(jù)一個SPE專門處理音效。
????????由于全能型通用運算核心（PPE）太小，即使對應(yīng)了兩個工作線程最大限度發(fā)揮邏輯電路效率，其計算能力也非常有限，由于只配有0.5MB高速2級緩存。另外7個協(xié)處理器（SPE）運算指令范圍非常窄，連NVIDIA的GPU上的流處理單元（SPU）的指令范圍都不如，這就是PS3所謂的有“次世代”游戲物理效果和PC上配備GeForceGTX顯卡的硬件PhysX物理夏鷗個哦根本沒法相提并論的根源。確實是夠“次”的，否則《鏡之邊緣》PC版里超復(fù)雜的逼真物體破碎、撕裂、碰撞效果，PS3版怎么不用Cell處理器的雞助SPE去運算……這些基本上只能勝任視頻文件解碼的SPE分別帶有0.25MB低速緩存，所以對處理器架構(gòu)設(shè)計有了解的人現(xiàn)在就會看出Cell處理器在晶體管規(guī)劃上的嚴(yán)重問題了——它不是一顆適合游戲處理器通用型程序運算的芯片！
????????Cell處理器將70%以上的晶體管都劃分給了SPE及其低速緩存，這么一大堆SPE都不具備獨立的程序運算能力，只能輔助RSX進(jìn)行浮點運算，確切地說是浮點著色運算——全是些簡單的非超長程序著色指令級像素填充而已。這在實際游戲中對復(fù)雜著色特效幫助能力非?？蓱z，要不然PS3版的GTA4也不會僅能在1138x640分辨率下勉強達(dá)到24fps。反觀真正意義上可以稱為處理器的，具有程序全能性計算能力的PPE核心晶體管太少了，而且使用的是還是效率低下的順序指令執(zhí)行架構(gòu)。而一但那6個（屏蔽一個，音效處理占一個）SPE全速幫RSX填充像素，PS3僅256MB容量XDR內(nèi)存的25.6GB/s帶將被斬掉18GB/s以上，真正的PPE邏輯運算可用數(shù)據(jù)帶寬連7GB都不到，加上教條的指令順序執(zhí)行效率，內(nèi)存數(shù)據(jù)交通隨時有可能癱瘓。

2.Xbox360上的3核心Xenon處理器
????????IBM為微軟下屬獨立部門Mountain?View開發(fā)團(tuán)隊（即Xbox?360開發(fā)團(tuán)隊）設(shè)計的Xenon處理器（和ATI設(shè)計的Xenons顯示核心是兩碼事）晶體管規(guī)模1億6500萬、運算頻率3.2GHz。65nm工藝制造，看起來比PS3的處理器規(guī)模小很多，但實際上Xenon沒有Cell那些形同虛設(shè)的簡單像素運算用SPE，而PPE邏輯運算電路規(guī)模更大。Xenon和Cell一樣，都使用Power?PC架構(gòu)的處理器，與PC上的Core2或Athlon、Phonem相比效率差得太遠(yuǎn)。
????????Xenon的邏輯電路由3個小型通用運算核心（PPE）組成，每個核心有兩個工作線程，總共6線程。和Cell上那個PPE相比，Xenon的3個PPE平均下來規(guī)模更小。在實際游戲中一般只應(yīng)用單線程至3線程，也是由于和PS3一樣沒有硬件音效處理芯片，Xenon必須還要占據(jù)一個線程對5.1聲道進(jìn)行軟處理。游戲編程人員無視6線程最重要的原因，就是由于Xbox360為了省錢使用的統(tǒng)一內(nèi)存顯存體系。
????????因為一旦處理器的6個工作線程全部開啟，能夠真正有多少游戲有效計算性能暫且不論，光從內(nèi)存里讀取和輸送數(shù)據(jù)就要占用每秒20GB的帶寬。而Xbox?360僅有1400MHz運作頻率的DDR3速度可以提供的最大帶寬只有每秒22.4GB，所以開啟處理器6線程的同時就可以直接把正在運算長著色指令的Xenos關(guān)掉了，反正GPU的畫面特效運算完只剩每秒2GB多點的顯存帶寬也傳不到那512MB內(nèi)存/顯存里輸送到屏幕上，直接關(guān)了還可以省點電。
????????此外Xbox?360數(shù)據(jù)交通無比擁擠的統(tǒng)一內(nèi)存上，任何一條Xenon的順序指令架構(gòu)執(zhí)行工作線程都有可能讓數(shù)據(jù)流動停止，如此嚴(yán)重的數(shù)據(jù)延遲，會使Xbox?360的游戲AI直接倒退到DX7時代，所以使用兩條或三條工作線程是最明智的做法。與Cell同理由于PPE運算能力很低、指令執(zhí)行方式很教條，Xenon總共只有1MB高速二級緩存，與Cell的PPE保持著相近的邏輯電路/緩存比。