Así es PlayStation 5: las especificaciones y tecnologías de la nueva generación de Sony

Sony ha roto finalmente su silencio. Las especificaciones técnicas de PlayStation 5 ya son públicas, tras la publicación de un vídeo en el que el arquitecto de sistema Mark Cerny ha explicado la naturaleza del nuevo hardware y cómo podemos esperar que sea un auténtico salto generacional respecto a PlayStation 4. En Digital Foundry pudimos ver esta presentación con un par de días de antelación y hablar posteriormente con Cerny sobre el nuevo hardware de Sony y la filosofía que se ha seguido en su diseño.

Como verás en el vídeo publicado hoy, hay mucha nueva información sobre los planes de Sony para su consola de nueva generación, y eso sin contar todo lo que Mark Cerny nos ha explicado después. Es por ello que vamos a publicar el contenido en dos partes. Hoy empezaremos con la información que se ha publicado en el vídeo de Sony, y más adelante profundizaremos y daremos más detalles sobre algunos de los pilares en los que se basa la nueva consola. Resumiendo, esto es lo que podréis leer en este artículo:

• Las especificaciones técnicas de PlayStation 5 y su uso de velocidades boost
• Las características de la GPU de PlayStation 5
• Cómo el SSD permitirá cumplir con el sueño de la nueva generación
• Cuál es el plan de Sony para las ampliaciones de almacenamiento en la nueva consola
• Qué permite el nuevo sistema de sonido 3D y el motor de audio Tempest

Lo interesante de esta presentación es que en ella vemos una visión por parte de Sony que recupera parte de aquel espíritu pionero de sus primeras consolas, ofreciendo una tecnología puntera a medida enfocada en llevar la experiencia jugable a un nuevo nivel, pero al mismo tiempo también un diseño que abraza esa filosofía de ser amigable con los desarrolladores que tan buenos resultados ha dado con PlayStation 4. La idea es que los desarrolladores que se sienten cómodos con el hardware de la actual generación puedan dar el salto fácilmente a PlayStation 5 y acceder a las nuevas características y mejoras de la CPU, la GPU y el almacenamiento antes de seguir explorando más funciones a su propio ritmo.

The Road to PS5

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Las especificaciones

Sabemos que buena parte de nuestro público está ansioso por conocer las especificaciones técnicas y las cifras del procesador de PlayStation 5, y gracias a esta presentación ya sabemos mucho más acerca del procesador AMD a medida que llevará PlayStation 5 en su interior. Lo cierto es que Mark Cerny se ha centrado más en explicar la experiencia que ofrecen características como el almacenamiento SSD o el nuevo motor de audio Tempest, las cuales son realmente emocionantes, pero debido al nivel de anticipación que hay por las especificaciones empezaremos este artículo con ellas.

En términos básicos sabemos que PlayStation 5 utiliza la excelente arquitectura de CPUs Zen 2 de AMD y también que tendrá ocho núcleos físicos con dieciséis hilos, pero tras la presentación sabemos también que PlayStation 5 utilizará frecuencias de hasta 3.5GHz. Hablar de la naturaleza de las velocidades de reloj de la CPU y la GPU requerirá una explicación adicional, porque Cerny ha matizado que las frecuencias están "limitadas". En el caso de la CPU esto implica que 3.5GHz es el máximo - y aparentemente la velocidad habitual - pero en determinadas circunstancias también puede funcionar con una frecuencia más lenta.

La versión a medida de Sony de la GPU AMD RDNA2 incluye 36 unidades de computación funcionando a frecuencias limitadas hasta 2.23GHz, ofreciendo un rendimiento máximo de 10.28 teraflops. Sin embargo, una vez más conviene aclarar que, aunque 2.23GHz es el límite y también la velocidad típica, según la carga del sistema puede caer por debajo de esta cifra. PlayStation 5 utiliza lo que se conoce como velocidades boost - algo que explicaremos en un momento - pero también es importante resaltar que el rendimiento de una unidad de computación RDNA 2 de PS5 es muy superior a la del equivalente de PS4 o PS4 Pro, las cuales se basan en una arquitectura más antigua.

De hecho, la densidad en transistores de una unidad de computación RDNA 2 es un 62% superior a la de una unidad de computación de PS4, con lo cual en lo que respecta a la cantidad de transistores las 36 CUs de PlayStation 5 equivalen a 58 CUs de PlayStation 4. Y, además, estas nuevas CUs funcionan a más del doble de velocidad.

La velocidad boost de PlayStation 5

Es realmente importante clarificar el uso de frecuencias variables en PlayStation 5. Aunque se llama "boost" no debería compararse con la tecnología del mismo nombre que podemos encontrar en smartphones o componentes de PC como CPUs o GPUs. En ese caso el rendimiento máximo está ligado directamente a la temperatura, con lo cual los frame-rates de un videojuego, por ejemplo, pueden ser más bajos - o mucho más bajos - si la ventilación no es capaz de mantener la temperatura del sistema en un rango aceptable. Esto, claro, es totalmente incompatible con una consola, donde se espera que todas las unidades rindan siempre de la misma manera. Para dejarlo claro desde el principio, PlayStation 5 no aplica el boost de esta manera. Según Sony, todas las consolas PlayStation 5 procesan las mismas cargas con el mismo nivel de rendimiento en cualquier entorno, sin importar la temperatura ambiente.

¿Cómo funciona el boost, entonces? Resumiendo, PlayStation 5 tiene un rendimiento fijo que está ligado a los límites términos del sistema de refrigeración. "Es un paradigma completamente distinto", explica Cerny. "En vez de funcionar a una frecuencia constante para dejar que la alimentación varíe en función de la carga, lo que hacemos es básicamente tener una alimentación constante y dejar que la frecuencia varíe en función de la carga."

Un monitor interno analiza la carga tanto en la CPU como en la GPU y ajusta la frecuencia en consecuencia. Aunque es cierto que cada chip fabricado tiene unas características de alimentación y temperatura ligeramente distintas, el monitor basa sus cálculos en el comportamiento de lo que Cerny denomina un 'SoC modelo' (system on chip), un punto de referencia estándar para todas las PlayStation 5 que se fabricarán.

"En vez de mirar la temperatura real en el chip de silicio, lo que hacemos es mirar las actividades que están realizando la CPU y la GPU para ajustar las frecuencias según eso, lo cual hace que todo sea determinista y repetible", explicaba Cerny durante la presentación. "Mientras lo hacemos también utilizamos la tecnología SmartShift de AMD y mandamos la energía que no esté usando la CPU a la GPU para extraer unos cuantos pixeles más."

Es una idea fascinante - y, curiosamente, totalmente inversa al diseño de Microsoft para Xbox Series X - que probablemente implicará que los desarrolladores deban tener en cuenta los potenciales picos de consumo energético que puedan afectar a las frecuencias y reducir el rendimiento. Sin embargo, para Sony esto permite que la GPU de PlayStation 5 pueda alcanzar velocidades muy superiores a lo esperado. Estas velocidades, además, son significativamente superiores a cualquiera que hayamos visto en un componente actual de AMD para PC. Y significa, también, que se podrá extraer más rendimiento de las treinta y seis unidades de computación RDNA 2 disponibles.

Al no realizar comparaciones con ningún hardware pasado, presente o futuro, Cerny presenta un escenario hipotético bastante intrigante: un núcleo gráfico con 36 CUs a 1GHz frente a un núcleo gráfico con 48 CUs funcionando a 750MHz. Ambos ofrecerían 4.6TF de potencia de computación, pero Cerny afirma que la experiencia al jugar no sería la misma.

"El rendimiento es notablemente distinto, porque los 'teraflops' se definen como la capacidad computacionales de la ALU vectorial. Esa es solo una parte de la GPU, hay muchas otras unidades y todas esas unidades funcionarían más rápido cuando la frecuencia de la GPU es más alta. Con una frecuencia un 33% más alta, la rasterización es un 33% más rápida, el procesado del buffer de comandos es mucho más rápido, las caches L1 y L2 tienen un ancho de banda mucho mayor, etcétera", explicaba Cerny en la presentación.

"La única pega es que la memoria del sistema está alejada un 33% en términos de ciclos, pero la gran cantidad de beneficios compensa eso con creces. Como dice un amigo mío, una subida de marea alza a todos los barcos", explicaba Cerny. "Además, es más fácil utilizar al completo 36 CUs en paralelo que usar al completo 48 CUs, porque cuando los triángulos son pequeños es mucho más complicado rellenar todas esas CUs con trabajo útil."

La idea de Sony es básicamente esta: una GPU más pequeña puede ser una GPU más ágil y el núcleo gráfico de PlayStation 5 debería ofrecer un rendimiento más alto del que cabría esperar por una cifra de TFLOPs que no representa de forma precisa todas las posibilidades de todos los componentes de la GPU. Los desarrolladores trabajarán dentro de las limitaciones térmicas del SoC y sus flujos de trabajo se verán afectados por los cambios al vuelo de la frecuencia, pero son estos factores los que afectarán la velocidad de reloj, no la temperatura ambiente.

Cerny reconoce que las soluciones de refrigeración de la anterior generación de hardware podían no ser óptimas, pero el concepto de trabajar con un rendimiento fijo hace que la disipación del calor sea más sencilla de manejar, pese a las impresionantes velocidades de reloj que tienen tanto la CPU como la GPU.

"En algunos aspectos se convierte en un problema más simple porque hay menos factores desconocidos", explicaba Cerny en la presentación. "No hay necesidad de tratar de adivinar cuál es el peor consumo energético posible. Sobre los detalles de la solución de refrigeración, nos los estamos reservando para otra explicación, pero creo que estaréis bastante contentos con lo que ha ideado el equipo de ingenieros."

El núcleo gráfico de PlayStation 5

Parece que PlayStation ofrecerá un montón de potencia, pero también da la sensación de que los desarrolladores tendrán una tarea extra para optimizar sus juegos con estas nuevas características. La pregunta es, ¿qué ocurre cuando el procesador alcanza su límite energético y los componentes reducen su velocidad? Mark Cerny ha admitido en su presentación que la CPU y la GPU no funcionarán siempre a 3.5GHz y 2.23GHz, respectivamente.

"Cuando ocurra el peor caso posible, funcionará a una velocidad de reloj más baja. Pero no mucho más baja, para reducir el consumo un 10% solo necesitas una reducción de alrededor del 2% en la frecuencia, así que calculo que la reducción será bastante baja", añadía. "Considerando todo esto, el cambio a un enfoque de frecuencia variable implicará ventajas significativas para los jugadores de PlayStation."

A nivel de características, Cerny desvela datos que sugieren paridad con otros productos de AMD basados en la tecnología RDNA 2. Un nuevo bloque llamado Geometry Engine ofrece a los desarrolladores un control sin precedentes en los triángulos y otras primitivas, así como una optimización sencilla para el culling de geoemtría. La funcionalidad se extiende a la creación de "shaders primitivos", algo que suena muy parecido a los mesh shaders que podemos encontrar en las GPUs Turing de Nvidia y en las futuras GPUs RDNA 2 de AMD.

Aunque Cerny no ha mencionado tecnologías como machine learning o variable rate shading, PlayStation 5 sí ofrecerá trazado de rayos acelerado por hardware gracias al Intersection Engine, el cual según Cerny "se basa en la misma estrategia de AMD para sus futuras GPUs de PC". Se ha especulado con la posibilidad de un bloque externo, pero no es el caso; al igual que en Navi y Xbox Series X, el hardware RT está incluido e integrado en los shaders. De forma similar a la implementación en RDNA, PlayStation 5 podrá acceder a la misma implementación que hemos visto en PC, con reflejos, oclusión ambiental, sombras e iluminación global.

"¿Hasta dónde podemos llegar?", se pregunta Cerny. "Ya he visto un juego de PlayStation 5 que utiliza con éxito reflejos basados en trazado de rayos en complejas escenas animadas, con un coste modesto."

Cómo el SSD permite el sueño de la nueva generación

El SoC y sus características son importantes, y buena parte de esto es información nueva que muchos de nuestros lectores consideran crucial. Sin embargo, lo que queda claro por la presentación es que las prioridades para Mark Cerny son muy distintas, y también hay que considerar el sueño que promete la nueva generación. Aquí entran en juego dos componentes muy concretos: el SSD y un hardware de audio 3D muy interesante, denominado Tempest.

Sony ha apostado por el almacenamiento de estado sólido para proporcionar una experiencia de nueva generación realmente transformadora. Cada dos años Mark Cerny viaja por todo el mundo reuniéndose con docenas de desarrolladores y editores, y la integración de un SSD era su petición número uno. La implementación de Sony es espectacular, con un rendimiento dos órdenes de magnitud más rápido que el de PlayStation 4. 2GB de datos se pueden cargar en la cuarta parte de un segundo, lo cual implica que, en teoría, los 16GB de memoria de PlayStation 5 se pueden rellenar totalmente en tan solo dos segundos. "Como creadores de videojuegos pasamos de tener que distraer al jugador durante el trayecto - como los viajes en metro de Spider-man - a que sea tan rápido que quizás tengamos que ralentizar un poco la transición", explica.

Ofrecer una mejora de rendimiento de dos órdenes de magnitud requiere un montón de hardware a medida para enlazar sin problemas el SSD y el procesador principal. Una unidad flash a medida une los módulos SSD mediante una interfaz de doce canales, ofreciendo un rendimiento de 5.5GB/s con un total de 825GB de espacio. Este número puede parecer extraño al considerar que los SSDs habitualmente tienen una capacidad de 512GB, 1TB o más, pero la solución de Sony es propietaria y 825GB no solo es la cifra óptima para la interfaz de doce canales, sino que ofrece otras ventajas. Sony, resumiendo, ha tenido más libertad para adaptar su diseño: "podemos buscar entre los componentes NAND flash disponibles en el mercado y construir algo con una relación rendimiento/precio óptima. Alguien que fabrique una unidad M.2 no tiene tanta libertad, y sería difícil venderla si no tuviese esos tamaños estándar", según Cerny.

El controlador se conecta a su vez al procesador principal a través de una conexión PCI Express 4.0 de cuatro canales, y en ella se incluyen unos bloques de hardware diseñados para eliminar los cuellos de botella en el SSD. El sistema tiene seis niveles de prioridad, con lo cual los desarrolladores pueden literalmente priorizar los datos según las necesidades de su juego.

El controlador es compatible con descompresión por hardware con el estándar ZLIB, pero también con el nuevo formato Kraken de las RAD Game Tools, el cual ofrece un diez por ciento adicional de eficiencia en la compresión. ¿El resumen de todo esto? Un ancho de banda de 5.5GB se traduce en una transmisión efectiva de ocho o nueve gigabytes por segundo al sistema. "Por cierto, en términos de rendimiento ese descompresor a medida equivale a nueve de nuestros núcleos Zen 2; eso es lo que se necesitaría para descomprimir el stream Kraken con una CPU convencional", asegura Cerny.

Un controlado DMA dedicado (equivalente a uno o dos núcleos Zen 2, en términos de rendimiento) dirige los datos hacia donde sea necesario, mientras que dos procesadores dedicados a medida manejan el mapeado de memoria e I/O. Por encima de todo esto unos motores de coherencia operan como controladores del proceso completo.

Todo esto está a disposición de los desarrolladores sin que estos tengan que hacer nada. Incluso la descompresión es realizada por el procesador a medida. "Solo tienes que indicar qué datos quieres leer del archivo original sin comprimir y dónde colocarlos, y todo el proceso de carga se hace de forma invisible a gran velocidad", según Cerny.

La ampliación de almacenamiento de Sony

Desde que Mark Cerny anunció por primera vez la tecnología propietaria del SSD la pregunta de muchos usuarios ha sido qué ocurre con las ampliaciones de almacenamiento. ¿Qué ocurre cuando llenas los 825GB de almacenamiento disponibles? PlayStation 5 es retrocompatible, con lo cual puedes instalar los juegos antiguos en un disco duro externo; no será tan rápido como el SSD interno, pero liberará espacio para los juegos de nueva generación que sí lo necesitarán. Cuando se alcance el límite sospechamos que los juegos se podrán copiar a discos duros externos, pero existirá la opción de ampliar el almacenamiento SSD.

Hemos visto que Microsoft ha optado por disco propietarios, pero Sony mantendrá su estrategia de permitir que los usuarios compren componentes estándar para instalarlos dentro de la consola, con lo cual sí: las unidades NVMe de PC funcionarán en PlayStation 5. El único problema es que la tecnología de PC está muy por detrás de la de PS5. Pasará un tiempo hasta que los nuevos discos basados en PCIe 4.0 con el ancho de banda necesario para igualar las especificaciones de Sony lleguen al mercado.

Y cuando esto ocurra Sony tendrá que validarlos para garantizar que funcionan correctamente. PlayStation 5 tendrá un slot NVMe, pero la compatibilidad de las unidades puede ser compleja. Y no es solo un problema de ancho de banda, pese a que eso es claramente un factor a tener en cuenta; la especificación de PlayStation 5 ofrece seis niveles de prioridad a los desarrolladores, mientras que la especificación actual NVMe solo ofrece dos.

"Podemos conectar un disco con tan solo dos niveles de prioridad, desde luego, pero nuestra unidad I/O a medida tendrá que arbitrar las prioridades extra, en vez del controlador flash de la unidad M.2, con lo cual la unidad M.2 necesita un extra de velocidad para compensar las situaciones que puedan surgir", explica Cerny. "Ese disco comercial también debe caber físicamente en la bahía que hemos creado para las unidades M.2 en PlayStation 5. A diferencia de los discos mecánicos, por desgracia no hay un estándar para la altura de las unidades M.2, y algunas tienen disipadores enormes o incluso ventiladores."

Resumiento, la ampliación del almacenamiento es posible y no necesitarás discos propietarios de Sony para conseguir espacio extra. Sin embargo, por lo menos a corto plazo, nuestro consejo es simple: no compres ninguna unidad NVMe sin la validación de Sony si pretendes usarla en PlayStation 5. Recuerda también que los discos NVMe PCIe 4.0 con gran ancho de banda serán seguramente muy caros, al menos a corto plazo. Hablamos de tecnología puntera, al fin y al cabo. La situación, de todas formas, mejorará significativamente a medida que progrese la nueva generación, y con el paso del tiempo los precios se reducirán también.

Una fidelidad de sonido 3D sin precedentes gracias al Tempest Engine

De verdad, esto es hardcore. Al hablar con Mark Cerny, este lamentaba que durante sus visitas a los desarrolladores solo pudo hablar con unos pocos ingenieros de sonido, con lo cual para ofrecer una experiencia sonora de nueva generación Sony tuvo que tomar la delantera. El sonido se ha tenido muy poco en cuenta en la actual generación, normalmente usando apenas una fracción de un núcleo Jaguar para ofrecer surround 7.1 - mucho menos de lo que había en la época de PS3, donde las SPUs resultaron ser ideales para las tareas relacionadas con sonido. Cerny, de hecho, apunta a que PSVR es un ejemplo estándar de sonido surround actual, con una unidad de audio capaz de soportar "cincuenta fuentes de sonido bastante decentes". El nuevo Tempest Engine de PlayStation 5, en cambio, soporta cientos, y con una calidad mucho mayor.

Todo se basa en los conceptos clave de presencia y localidad. Cerny describe vivamente la presencia. En los juegos actuales la lluvia es un sonido único y simple. Con el Tempest Engine, PlayStation 5 pretende ofrecer la sensación de estar realmente en el centro de la precipitación, al simular el sonido de cada gota de lluvia que impacta en el suelo que tienes alrededor. ¿Localidad? Esto es más bien la posibilidad de ubicar de forma precisa dónde se encuentran los objetos, y la ciencia para conseguir esto es alucinante, teniendo en cuenta la forma de tus orejas en incluso el tamaño y forma de tu cabeza.

Para simular de forma precisa el posicionamiento, Sony necesita generar una tabla llamada Head-related Transfer Function (HRTF), en condiciones ideales para cada usuario. Cómo percibes el sonido se puede simular procesando el campo sonoro a través de esa tabla, una tarea computacionalmente bastante exigente, como poco. El Tempest Engine es, realmente, una unidad de computación de GPU de AMD replanteada, a la cual se quitan las caches para basarse únicamente en transferencias DMA, como si fuese una SPU de PS3. A su vez, esto abre las puertas al uso completo de las unidades de vectorizado de la CU.

"Al final acabamos con una unidad que básicamente tiene la misma potencia SIMD y ancho de banda que los ochos núcleos Jaguar de PS4 combinados", afirma Cerny en su presentación. "Si usásemos los mismo algoritmos que con PSVR eso bastaría para alrededor de cinco mil fuentes de sonido, pero lógicamente queremos usar algoritmos más complejos y no necesitamos un número tan alto de sonidos."

En otras palabras, el Tempest Engine abre las puertas a una auténtica revolución en el sonido de los videojuegos, y aunque habrá retos para que el sistema alcance todo su potencial, de lo que no vas a tener que preocuparte es de comprar nuevo hardware de gama alta para disfrutar de la experiencia. A corto plazo la solución más simple será utilizar auriculares: dos orejas y dos altavoces es todo lo que necesitas y el Tempest Engine se encarga de todo lo demás. Más adelante Sony es optimista acerca de los resultados con surround virtual a través de los altavoces del televisor o de las barras de sonido, y también habrá compatibilidad con sistemas con varios altavoces.

Pero este sistema de sonido surround es tan ambicioso que quizás no veamos todo su potencial hasta dentro de bastante tiempo. Procesar el sonido a través del sistema HRTF presenta retos, porque la forma de la cabeza y de las orejas es distinta para cada usuario. Sony ha modelado HRTFs con cerca de cien personas para hacerse una idea de las variaciones y en el lanzamiento ofrecerá cinco preajustes. Una herramienta de configuración garantizará que escoges la mejor para ti. Sin embargo, obviamente tener tu propio HRTF ofrecerá la experiencia definitiva, y conseguir eso es algo que todavía están investigando.

"Quizás nos mandes una foto de tu oreja y usemos una red neural para escoger el HRTF más parecido en nuestra librería", sugiere Mark Cerny. "Quizás nos mandes un vídeo de tus orejas y tu cabeza, y con eso hagamos un modelo 3D para sintetizar el HRTF. Quizás se reproduzca un sonido para ajustar tu HRTF y lo vayamos ajustando mientras juegas. Es un viaje que haremos juntos durante los próximos años. Al final, nuestro compromiso es conseguir que todo el mundo experimente ese nuevo nivel de realismo."

Todo esto es lo que propone Sony y lo que sabemos de momento antes del lanzamiento de PlayStation 5, y es emocionante. Hay un deseo real de llevar los videojuegos en una nueva dirección, pero al mismo tiempo mantener esa facilidad para el desarrollo que ha beneficiado tanto a la actual generación. Y si la estrategia de la carga instantánea surte efecto, por fin recuperaremos la inmediatez y la filosofía plug and play que han ido perdiendo las consolas durante las dos últimas generaciones. Lo que hemos visto hoy son las bases de un diseño que, como dice Mark Cerny, abraza tanto la evolución como la revolución.

Pero todavía quedan muchas cosas por conocer. A diferencia de la presentación de Microsoft de principios de esta misma semana, Sony se está guardando muchos ases en la manga. El único ejemplo que hemos visto del SSD en acción es un vídeo de poca calidad de una demo con Marvel's Spider-man, y será imposible valorar las posibilidades del Tempest Engine si no es en primera persona. Y luego está el formato de la consola. La elección de Sony de un sistema de frecuencia variable sugiere que tendrá un diseño de consola más tradicional, en vez de la solución radicalmente distinta de la competencia. Pero ahora mismo todo eso es especulación. Ahora ya sabemos muchas más cosas sobre la nueva generación de Sony, pero todavía quedan muchas cosas para la presentación de verdad.