Road to PS5: Die Hardware-Details zu Sonys Playstation 5

Nachdem Microsoft in Sachen Next-Gen-Hardware vorlegte, zog Sony nun wenig später nach. Mittlerweile liegen die Karten offen auf dem Tisch. Playstation-Chefarchitekt Mark Cerny ging im Zuge eines "Deep Dive" zur Technik in vielerlei Hinsicht ins Detail.

Zumindest auf dem Papier fällt die Playstation 5, abgesehen von der SSD, um einiges schwächer aus als die Next-Gen-Konsole der Konkurrenz. Die genauen PS5-Spezifikationen inklusive eines Vergleiches mit der Xbox Series X können Sie übrigens hier nachlesen. Fraglich wird sein, ob Sonys Nachteil bei den nackten Zahlen in der Praxis zumindest kompensiert werden kann. Noch wurde die PS5-Hardware noch nicht in Aktion gezeigt und so muss erst einmal abgewartet werden.

Bei Eurogamers Digital Foundry ging es kurz darauf in die Nachbesprechung. Da Sony im Gegensatz zu Microsoft jedoch nicht zur Zerlegung der eigenen Next-Gen-Konsole lud, gibt es kaum Zusatzdetails abseits der Erörterungen von Mark Cerny. Stattdessen geht es nochmal etwas verständlicher um die Ausführungen des Chefarchitekten der Playstation 5. Und so verwundert es auch wenig, dass die Erzählweise des Digital Foundry-Artikel zur PS5 auch eine andere ist.

Beispielsweise zählt der genutzte Fertigungsprozess nicht zu den harten Fakten. Allerdings dürfte sich hier an der 7nm-Integrationsdichte wohl wenig ändern, doch ob nun ebenso wie bei Microsoft zur betitelten "7nm Enhanced"-Fertigung ohne EUV oder doch lieber zu TSMCs 7nm+ mit EUV gegriffen wird, wissen offenbar erst einmal nur Sony und AMD.

Sony setzt auf "Boost" der etwas anderen Art

Handfester wird es da schon bei der Custom-Zen-2-CPU, die Sony im SoC der Playstation 5 unterbringt. 8 Kerne verkündete man bereits zuvor und ebenso wird Simultaneous Multi-Threading (SMT) am Start sein, wodurch Entwicklern letztlich 16 Threads zur Verfügung stehen. Aktives SMT beeinflusst den Spitzentakt der Playstation 5-CPU nicht, was auch daran liegen dürfte, dass Sony diesen mit 3,5 GHz grundsätzlich niedriger ansetzt als Microsoft bei der Xbox Series X.

Allerdings ist die Angabe nur die halbe Geschichte. Mark Cerny sprach im Zuge der Präsentation von "variablen Frequenzen" und einer Deckelung auf 3,5 GHz. Im Klartext bedeutet das, wie im Digital Foundry-Artikel ausgeführt wird, dass die PS5-CPU in gewissen Szenarien langsamer arbeitet.

Grund ist Sonys Boost-Technologie. Die darf allerdings nicht in geläufiger Definition verstanden werden. Stattdessen geht es darum, dass Stromverbrauch und die Möglichkeiten der verbauten Kühllösung miteinander verzahnt sind. Cerny beschreibt es als "Paradigmenwechsel". "Anstatt mit einer konstanten Frequenz zu arbeiten und den Strom abhängig vom Workload zu machen, arbeiten wir im Grunde mit konstantem Strom und lassen die Frequenz anhand des Workloads variieren."

Ein interner Monitor über die Koordinationsarbeit passt CPU- sowie GPU-Frequenzen entsprechend an. Da bekanntlich jeder Chip hinsichtlich Strombedarf und Temperatur stets seine Eigenheiten hat, setzt Sony auf einen Referenzpunkt in Form eines "model SoC". "Anstatt auf die tatsächliche Temperatur des Die zu blicken, beobachten wir, was CPU und GPU machen und legen auf dieser Basis die Frequenzen fest - das macht alles steuer- und wiederholbar." Sony setzt im Zuge dessen auch auf AMD-Technologie in Form von SmartShift. Dadurch kann die CPU der GPU etwas unter die Arme greifen. Sind Rechenkapazitäten vorhanden, können damit noch einige Pixel herausgeholt werden.

Quelle: Sony Playstation 5 - SoC
Für Entwickler bedeutet Sonys spezielles Boost-Feature allerdings Mehrarbeit. Ein sprunghaft steigender Strombedarf kann die Spielperformance negativ beeinflussen. Mehr Aufmerksamkeit ist also bei der Entwicklung gefordert, doch im Gegenzug ermögliche dieser Ansatz überhaupt erst die hohen GPU-Frequenzen von bis zu 2,23 GHz.

Laut Cerny solle nicht nur auf Teraflops geachtet werden

Wie auch Microsoft setzt Sony bei der eigenen Next-Gen-Konsole auf AMDs RDNA2-Architektur, das war schon vorher bekannt. Allerdings fällt die Grafikeinheit der Playstation 5 deutlich kleiner aus, zieht man jene der Xbox Series X zum Vergleich heran. 36 Compute Units und damit 2.304 Shader stehen 52 CUs und 3.328 Shadern gegenüber. Die theoretische Rechenleistung beläuft sich bei angegebenem Maximal-Takt auf 10,28 TFLOPS. Rund 15 Prozent weniger als bei der Konsole aus Redmond, was durchaus kritische Stimmen hervorruft.

Laut Mark Cerny sei das Gerede um Teraflops jedoch etwas deplatziert. Das erklärte der Playstation-Chefarchitekt bereits im Rahmen der Präsentation. "Die Performance ist erkennbar unterschiedlich, da 'Teraflops' als Rechenleistung der Vector-ALU definiert ist. Das ist nur ein Teil der GPU und es gibt viele andere Einheiten - und diese anderen Einheiten laufen alle schneller bei höherer GPU-Frequenz."

Wie es Digital Foundry beschreibt, verfolge Sony einen anderen Ansatz mit der kleineren GPU. Anstatt groß und starr solle es lieber klein und agil sein, sodass am Ende mehr geliefert werden könne, als man es von der bloßen TFLOPs-Zahl erwarte. Mark Cerny bezog sich in diesem Kontext auf der Bühne aber auch darauf, dass RDNA2-TFLOPS nicht mit den TFLOPS vorangegangener GPUs vergleichbar seien. Mit Blick auf die derzeit noch aktuelle Konsolengeneration beschwichtigt das, im Angesicht der Microsoft-Konkurrenz dürfte dieses Argument jedoch verpuffen, schließlich greifen die Redmonder auf die gleiche AMD-Architektur zurück.

Somit könnte es auch die von Cerny besprochenen Komponenten wie die Geometry Engine und Intersection Engine in die GPU der Xbox Series X geschafft haben, denn die, wie erklärt wurde, seien auch in anderen RDNA 2-basierten Produkten von AMD vorzufinden. Die Geometry Engine ähneln in ihrer Definition Nvidias Mesh-Shadern und von Mesh Shadern sprach auch Microsoft im Zusammenhang mit Xbox Series X. Die Intersection Engine bewerkstelligt hingegen das Raytracing in Form dedizierter Schaltkreise und basiere auf "der gleichen Strategie wie AMDs kommende PC-GPUs", sodass sie kein Alleinstellungsmerkmal der Playstation 5 ist.

Quelle: Sony Road to PS5 - Tech-Deep-Dive (2)

Proprietäre Lösung für die SSD

Anders sieht es da schon bei der SSD aus, die Sony auftischt. Hierbei handelt es sich um ein tatsächliches Alleinstellungsmerkmal. Kein Griff zu verfügbaren Lösungen, sondern ein proprietärer Ansatz. So erklärt sich auch die merkwürdig anmutende Kapazität von 825 Gigabyte.

Über ein PCI-Express-4.0-Interconnect mit vier Lanes sind Custom-Komponenten verbunden, die die üblichen Flaschenhälse von SSDs ausknipsen sollen. Daran schließen sich wiederum die SSD-Module an, die über ein 12-Kanal-Interface angebunden sind, für das 825 GByte die Optimal-Bestückung darstellt.

Quelle: Sony Playstation 5 - SSD Aufgrund der proprietären Lösung kann Sony das einstige Versprechen halten, über eine schnellere Lösung zu verfügen, als es sie aktuell auf dem freien Markt gibt. Das unterstrich auch noch mal Mark Cerny auf der Bühne. Aktuell gängige PCI-Express-4.0-SSDs kommen auf 4 bis 5 GB/s, die interne Speicherlösung der Playstation 5 landet hingegen bei 5,5 GB/s (Raw), mit Datenkompression sind 8 bis 9 GB/s die typische Übertragungsrate.

Für die Dekompression mittels dedizierter Hardware-Blöcke im I/O-Komplex des SoC stehen unterschiedliche Möglichkeiten zur Auswahl. Neben dem Industriestandard ZLIB kann auch zum Kraken-Format von RAD Game Tools gegriffen werden. Die eigentlich für das I/O- und Speicher-Mapping benötigten CPU-Ressourcen lagert Sony auf Co-Prozessoren aus. Zudem übernimmt ein DMA-Controller die Koordination von Datenströmen.

Im Zusammenhang mit der SSD wirbt Sony vor allem mit dem Schlagwort der Kohärenz. Für Mark Cerny ein nicht zu verkennender Punkt, weshalb man eine Art "Hauswart", wie es Digital Foundry als Analogie ausdrückt, für den Speicher in Form der Coherency Engines implementiert hat. "Kohärenz kommt an vielen Stellen vor, das womöglich größte Kohärenz-Problem sind veraltete Daten in den GPU-Caches. Ein Flush aller GPU-Caches, sobald die SSD gelesen wird, ist eine wenig ansprechende Option - es kann der GPU-Performance wirklich schaden - also haben wir eine angenehmere Art, dies zu tun, implementiert", so Cerny.

Quelle: Sony Playstation 5 - Custom I/O-Einheit

Nachrüsten möglich, aber nur mit passenden SSDs; geeinter Speicher-Pool

Der proprietäre Aufbau des internen PS5-Speichers hat seinen Preis. Nicht nur in Hinsicht auf die Kapazität, sondern auch in Bezug auf die Erweiterbarkeit. Zwar bietet die Next-Gen-Konsole eine Option zum Nachrüsten ohne eigenes Format, sodass der M.2-Slot mit frei verfügbaren SSDs unterschiedlicher Hersteller bestückt werden kann, dennoch ist der blinde Griff in den Produktkatalog nicht möglich.

Im Vorfeld muss Sony erst einmal prüfen, ob sich verfügbare Produkte überhaupt mit dem System vertragen. Erst nach Launch wolle man eine Liste mit passenden PCI-E-4.0-SSDs veröffentlichen, was auch damit zusammenhängt, dass auf schnellere Produkte gewartet wird. Direktes Nachrüsten nach Kauf der Konsole wird nicht unbeschränkt möglich sein.

Der verbaute Systemspeicher der Playstation 5 verkam etwas zur Randnotiz. Wie auch Microsoft setzt Sony auf 16 GiByte GDDR6 allerdings mit anderer Anbindung und ohne Aufteilung in unterschiedlich schnelle Speicher-Pools. Einheitlich beläuft sich die Bandbreite auf 448 GB/s bei einem 256-Bit-breitem Speicherinterface. Wie viel Speicher letztlich den Spielen vorbehalten bleibt, ließ Sony zunächst noch offen.

Die Tempest Engine für Next-Gen-Sound mit abgewandelter Compute Unit

Viel Wert wurde indessen auf die Vorstellung der Audio-Lösung gelegt. Mark Cerny sprach ausführlich darüber, wie man Spielern mittels der eigenen Tempest Engine ein immersiveres Spielerlebnis bieten wolle. Gegenüber der aktuellen Konsolengeneration solle der Anspruch wieder steigen und so gibt es wieder eigene Audio-Hardware, wie es beispielsweise auch bei der Playstation 3 der Fall war. Hunderte Sound-Quellen in deutlich hoher Qualität unterstütze die dedizierter Audio-Hardware. Präsenz und Verortung sind dabei Schlüsselbegriffe.

Cerny spricht zum Beispiel von Regen. Präsenz wird vermittelt, indem die Geräuschentwicklung des Aufpralls einzelner Tropfen simuliert wird, anstatt schlichtweg auf eine simple und einzelne Audio-Datei zurückzugreifen. Für Lokalität sorge hingegen die Möglichkeit der erheblich präziseren Verortung von Geräuschquellen. Dafür wolle Sony auf die sogenannte "Head-related Transfer Function" (HRTF) zurückgreifen, die die körperlichen Eigenheiten der Spieler berücksichtige und eine Tabelle mit entsprechenden Daten anlegt - zu den Faktoren zählen unter anderem die Form der Ohren sowie des Kopfes und auch dessen Größe.

Auf Basis der HRTF-Tabelle werde anschließend, zugeschnitten auf den Spieler, der Sound berechnet. Die nötigen Rechenoperationen übernimmt eine abgewandelte Compute Unit. Deren Cache-Speicher wurde gestrichen, sodass mit Direct Memory Access (DMA) gearbeitet wird. High-End-Audio-Lösungen sind nicht notwendig, um von der Tempest Engine zu profitieren. Auch mit normalen Kopfhörern gebe es den Next-Gen-Sound auf die Ohren.

Quelle: Sony Playstation 5 - Tempest Engine HRTF
Zum Launch wird das System noch nicht auf sämtliche körperliche Eigenheiten der Spieler eingehen. Sony startet mit fünf Presets, die aus den Daten von rund einhundert Personen hervorgegangen sind. Für die Zukunft gebe es laut Cerny jedoch möglicherweise noch Luft nach oben, um jeden ein individuell maßgeschneidertes Audio-Erlebnis bieten zu können.

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"Vielleicht sendet ihr und ein Foto von eurem Ohr und wir nutzen ein Neural Network, um das passendste HRTF aus unserer Datenbank herauszusuchen. Möglicherweise sendet ihr uns ein Video eurer Ohren und eures Kopfes und wir machen daraus ein 3D-Modell und synthetisieren das HRTF. Vielleicht spielt ihr aber auch ein Audio-Spiel, um euer HRTF anzupassen, mit subtilen Änderungen, während ihr spielt", so Cerny. "Es ist eine Reise, die wir in den nächsten Jahren gemeinsam antreten werden. Am Ende ist es uns wichtig, es jedem möglich zu machen, die nächste Stufe des Realismus zu erleben", heißt es von ihm abschließend.

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Road to PS5: Die Hardware-Details zu Sonys Playstation 5 Sony ist bei der PS5-Hardware nach langer Funkstille tiefer in die Materie gegangen. Spezifikationen, ein genauerer Blick auf den Aufbau der Hardware sowie Besonderheiten der Konsole waren Themen der kürzlichen Präsentation.

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