Techtalk 4 Noobs – Was zum Geier heisst das Techblabla?

[captain carot]

Die haben auf der PK bezüglich Technik eigentlich nix gesagt, was nicht eh schon zu erwarten war.Interessant war da eher, wie eng Gerüchte und Fakten beieinander liegen.

[captain carot]

So, nach einer kleinen Ruhephase wird es mal wieder Zeit, gleich mehrere Dinge zu beleuchten. Klar, PS4 und Xbox One, beide Kisten sind ein ganz heißes Thema für viele Spieler, gleichzeitig üben sich beide Hersteller mit definitiven Aussagen in Zurückhaltung, insbesondere Microsoft.

Den Anfang allerdings macht weder die Playstation 4 noch die Xbox One, sondern die Betrachtung einiger Wii U Titel. Kann die Kiste nun was, was PS360 nicht können oder doch nur eine lahme Ente? Schauen wir mal.

Stellvertretend für die erste Welle neuer Nintendoeigener Titel Mario Kart 8:
Machen wir es kurz, das neueste Mario Kart bietet saubere 60FPS in 720p, massig Effekte wie High Dynamic Range und einige Partikeleffekte, haut vom reinen Detailgrad aber nicht um. Geht man nach aktuellen Screenshots (youtubevideos bieten m.M. nicht ausreichend Qualität) gibt es weder hochwertiges Anti Aliasing noch scheint es einen anisotropen Texturfilter zu geben, zumindest bisher. Die Optik von Mario Kart 8 dürfte weitgehend ohne Abstriche auch auf PS360 möglich sein. Ein paar Kleinigkeiten bereiten den beiden noch aktuellen Konsolen aber gewaltige Probleme. So sind Pixelshaderschatten weder auf der PS3 noch auf der 360 besonders ansehnlich, dank mehr RAM (und höherer Shaderleistung) sind die Schatten bei MK8 allerdings sehr sauber. Überhaupt, Comicgrafik hin oder her, Matschtexturen sind nicht zu sehen, teilweise scheinen Texturen auch weit mehr Shadereffekte zu nutzen, als bei PS360 üblich ist, hier würde ich aber gerne höherwertiges Videomaterial sehen, als derzeit verfügbar.
Klar, MK8 hat noch etwas Zeit bis zur Fertigstellung, insbesondere bei Anti Aliasing und anisotropem Filter ist also noch Optimierungsspielraum. Mit dezenten Abstrichen wäre die gleiche Grafik aber auch auf den beiden alten HD-Konsolen machbar, der reine Detailgrad ist ohnehin kein Problem.

Bayonetta 2: Aus technischer Sicht schon interessanter. Ebenfalls 60FPS und 720p, reichlich Partikel- und Shadereffekte, teilweise enorm hohe Hintergrunddetails. sauberes Anti Aliasing, in Kombination zeigt das so kein vergleichbarer Titel für PS360. Man kann davon ausgehen, das auf beiden Konsolen entweder der Detailgrad oder die Framerate deutlich reduziert werden müsste. Generell machbar ist Bayonetta 2 sicher auch auf den alten Konsolen. Manches Hintergrunddetail wie weit entfernte Bäume ist sehr simpel gehalten, Gegener, die in Massen auftreten haben die ein oder andere Polygonkante, das gilt aber auch für vergleichbare Current Gen Titel wie das letzte DmC oder God of War. Und die laufen bei nicht ganz so sauberer Optik nur mit 30FPS.
Der Vorgänger wiederrum, immerhin ebenfalls mit 60FPS laufend, muss im Vergleich zum Sequel auf viele Shadereffekte und Details verzichten.

Man kann also sicher davon ausgehen, dass Bayonetta 2 zwar auch auf PS360 lauffähig wäre, aber nur mit gewissen Abstrichen.

X: Nun, X macht es mir recht einfach. Die Kombination aus Draw Distance, Detailgrad, Effekten und sauberer Optik bietet kein PS360 Spiel.
Gut, bereits der Vorgänger sah toll aus, brachte die Wii aber gleichzeitig an ihre Grenzen. X allerdings setzt im Vergleich zu echten Open World Titeln auf den Current gen Konsolen in jeder Beziehung was drauf, läuft dabei anscheinend mit stabilen 30FPS und erstaunlich sauber. Als Vergleich bieten sich noch am Ehesten Far Cry 3 sowie Skyrim an. Beide Spiele müssen aber unter anderem mit weniger Shadereffekten auskommen, zeichnen weniger Bodenvegetation und eben diese teils deutlich später und verwenden auch für weiter entferte Objekte ein wesentlich detailärmeres LoD System.

Insgesamt ist X, vor allem mit Blick auf die nicht wirklich schnelle Hardware, ein sehr beeindruckendes Spiel. Technisch wäre es wohl nur mit drastischen Einschränkungen auf die alten HD-Kisten umsetzbar.

Sicher, mit Xbox One und Playstation 4 kann es die Wii U nicht aufnehmen. Gerade X zeigt allerdings, dass sich Nintendos kleine Kiste dennoch von beiden noch aktuellen HD-Konsolen absetzen kann. Es dürfte also wirklich interessant sein, zu sehen, was andere Teams zukünftig aus der Wii U herausholen.

[littletiger]

Bin hier gerade drüber gestolpert. Sehr gut geschrieben, dass es auch ein kleiner Tiger versteht. Also scheint die U doch nen kleiner Potenzprotz zu sein. Gibts eigentlich neue Info bezüglich der Hardware?

[captain carot]

Nein, Nintendo hält da den Daumen drauf. Es gibt also keine Erkenntnisse, die man als 100% gesichert andehen kann. Ist übrigens beim 3DS das gleiche, da kann man bis heute nicht sicher sagen, welche Taktrate der überhaupt hat, nur die GPU ist in dem Fall einigermaßen bekannt. Deren Leistung ist aber linear von der Taktrate abhängig.

[littletiger]

Ok. Bin echt mal gespannt, was die Leute noch aus dem kleinen Zwerg rausholen. Potential scheint ja genug gegeben zu sein.

[captain carot]

Potenzial hat die Kleine sicher. Da muss man sich ja nur mal X oder Bayonetta 2 angucken.

Ich bin da u.a. auf´s nächste Metroid gespannt, das wohl wieder von Retro kommen wird.

[captain carot]

So, kramen wir den Thread noch mal raus. Und ja, es geht nochmal um die Wii U. Allerdings gilt vieles davon auch für die Jaguar-Kerne in PS4One.

Folge 93 von wie schnell ist ein Prozessor:
1,24GHz sind lahm und der erweiterte PowerPC Uralt-Technik. Oder?

Quote:

I believe if you program only against one main CPU (like we do for pretty much most emus), you would find that the PS3/Xenon CPUs in practice are only about 20% faster than the Wii CPU.

I’ve ported the same code over to enough platforms by now to state this with confidence – the PS3 and 360 at 3.2GHz are only (at best – I would stress) 20% faster than the 729Mhz out-of-order Wii CPU without multithreading (and multithreading isn’t a be-all end-all solution and isn’t a ‘one size fits all’ magic wand either). That’s pretty pathetic considering the vast differences in clock speed, the increase in L2/L1 cache and other things considered – even for in-order CPUs, they shouldn’t be this abysmally slow and should be totally leaving the Wii in the dust by at least 50/70% difference – but they don’t.

BTW – if you search around on some of the game development forums you can hear game developers talking amongst themselves about how crap the 360/PS3 CPUs were to begin with. They were crap from the very first minute the systems were launched – with MS hardware executives (according to some 360 ‘making of’ book) allegedly freaking out when IBM told them they would be getting in-order CPUs for their new console – which caused them to place an order to have three ‘cores’ instead of one because one core would be totally pathetic (pretty much like the PS3 then where you only have one main processor and 6/7 highly specialized ‘vector’ SIMD CPUs that are very fast but also very low on individual RAM and essentially have to be able to do some heavy code weightlighting for you to gain anything). Without utilizing multithreading, you’re essentially looking at the equivalent of Pentium 4-spec consoles that have to be helped along by lots of vector CPUs (SPUs) and/or reasonably mid-specced, highly programmable GPUs (which the Wii admittedly lacks).

Häh? PS360 sind 20% schneller als eine Wii ohne U hinten dran? Wie kann das sein?
Nun, erstmal ist hier von nicht Multithreaded die Rede, also alle Aufgaben werden in einem Paket abgearbeitet. Zweitens haben die GFLOP/s Monster der beiden Konsolen wirklich reihenweise Mängel. Beide sind, wie schon mal oben geschrieben, in Order CPU´s. Das heißt, viele Aufgaben müssen auf ein Ergebnis einer anderen Aufgabe warten. Wii und Wii U sind Out of Order. Das heisst, sie können Zwischenergebnisse vorziehen oder “schätzen”. Das beschleinigt sehr viele Berechnungen gewaltig.

Und noch ein Problem, Pipelinestufen. Eigentlich ist eine Pipeline eine feine Sache. Ohne Pipeline muss der Prozessor A,B,C,D dann wieder A,B,C,D usw abarbeiten. Mit Pipeline kann z.B. A, AB, ABC, ABCD, BCD, CD, D abarbeiten.
Wird die Pipeline zu lang gibt es aber immer mehr Probleme. Der bekannteste Fall ist hier wohl Intels Netburst Architektur. Die enorm lange Pipeline ermöglichte zwar hohe Taktraten, sorgte letzten Endes aber für viele Wartezeiten, Pipelinestalls und andere Probleme. Es kann z.B. sein, dass alle Befehle in der Pipeline wegen eines falschen Datenprefetch oder aus anderen Gründen gelöscht und die Pipeline neu gefüllt werden muss.
Wii U hat 4 Pipelinestufen, AMD´s Jaguar hat 16 Pipelinestufen und Xenon bzw. Cell 32 bis 40. Das hat bei letzteren beiden zur Folge, dass u.U. eine ganze Reihe Befehle wieder vorworfen werden müssen.

Nun, PS360 sind mehr oder weniger stark parallelisiert und Multithreadingfähig. AMD´s Jaguar ist pro Kern nur eingeschränkt Multithreadingfähig, allerdings ein Achtkerner. Wii U hat drei Kerne, kann dank superskalarer Architektur aber auch parallel arbeiten, immerhin drei Threads pro Kern.
Außerdem haben PS360 sehr leistungsfähige Vektoreinheiten, VMX bei Xenos, die SPE´s bei Cell. Beide haben eine gewisse Verwandschaft, die auch die Rekord-GFLOP-Werte beider Konsolen erklären und warum Xenos mit drei VMX “halb so schnell” ist wie Cell mit sechs freien SPE´s.
Noch was: Cache. Das ist ein relativ schneller Speicher auf der CPU, in dem sie wichtige Befehle “zwischenlagern” kann. In ein großes Lager passen mehr Befehle und ein schnelleres Lager sorgt dafür, dass Daten schneller rein und raus gehen. Wie viel L1 Cache die Wii U CPU hat ist nicht genau bekannt. Allerdings hat Espresso weit mehr Cache als Xenon, während sich die 2,5MB aufgeteilter L2 Cache (eigentlich 2MB nutzbar) von Cell nicht direkt vergleichen lassen. Davon ab ist der Cache der Wii U schlicht und ergreifend schneller.

Das bringt uns zum nächsten Punkt, measuring SPEED:
Prozessorgeschwindigkeiten lassen sich auf verschiedene Arten messen. Ein Punkt ist dabei wirklich völlig und komplett uninteressant, die Taktrate. Die hat eigentlich nur dann Relevanz, wenn man zwei ansonsten identische Prozessoren vergleicht, ansonsten ist die völlig nebensächlich. Einfaches Beispiel ist Pentium 4 vs. Core 2. Beides von Intel (und der Core 2 ist ein erweiterter Pentium 3, so viel zu veralteter Architektur), ein 3,6GHz Pentium 4 Dual Core ist aber in so ziemlich allen Belangen langsamer als ein 2GHz Core 2 Duo.

Also brauchen wir andere Werte. Hier bieten sich unter anderem Fließkommaleistung, also (G)FLOP/s wie bei PS360 oder Instruktionen pro Sekunde, meist in Millionen angegeben, an.
MIPS oder auch Dhrystone MIPS: Sind nur eine Seite. Hier schafft Xenos ca. 5640 DMIPS, Espresso allerdings 8630 DMIPS. Hilfreich ist hier unter anderem, dass Espresso weit mehr Instruktionen pro Takt abarbeiten kann.
Geht man danach wäre Espresso deutlich schneller als Xenon und auch schneller als Cell. Und ja, Jaguar liegt noch eine ganze Ecke darüber.

Auf der anderen Seite steh die Fließkommaleistung. Nun, die ist bei Espresso wohl eher bescheiden. Allerdings sieht auf den ersten Blick auch Jaguar nicht nach einem Überflieger aus, besonders im Vergleich zu Cell. Hier wird von 14,88 GLOPS bei Espresso, 108 GFLOPS bei Jaguar (und 1,6GHz Taktrate beim Achtkerner) und bis zu 204 GLOPS (theoretisch) bei Cell geredet. In der Praxis und im günstigsten Fall liefert Cell aber deutlich weniger Messperformance. Bei doppelter Genauigkeit bricht Cell auf Wii U Niveau ein, im allergünstigsten Fall und mit einfacher Genauigkeit liefert Cell 156GFLOPS. Weniger stark schwankend ist Xenon mit maximal ca. 77GFLOPS.

Der Knackpunkt ist, das beides mehr oder weniger theoretische Werte sind, die nicht immer und erst recht nicht in jedem Fall gleich stark praxisrelevant sind. Davon abgesehen hängt es stark davon ab, wie welche Werte ermittelt werden.

Auffällig ist, dass es sehr wohl Gemeinsamkeiten zwischen Jaguar und Espresso gibt, wenn man sie mit Xenon und Cell vergleicht. Espresso ist nicht unbedingt schneller, aber auch nicht zwingend langsamer als die alten CPU´s. Allerdings hat Espresso sehr wohl auch einige Vorteile.

Jaguar wiederrum ist in der Praxis schlicht und ergreifend way faster. Vorausgesetzt, dass Multithreading auch entsprechend genutzt wird.

Gut, die Taktrate sagt rein gar nichts über den Prozessorspeed aus. Instruktionen pro Sekunde und Fließkommaleistung pro Sekunde sind schon weit interessanter, für sich alleine aber auch nur höchstens die halbe Wahrheit.

[captain carot]

So, auch wenn ich nicht weiß, ob jemand mitliest:

RAM Märchenstunde

Wenn es um RAM geht ist immer von derBandbreite zu lesen und das mehr Bandbreite auf jeden Fall besser sei. Theoretisch stimmt das auch erstmal.

Die Speicherbandbreite setzt sich theoretisch aus zwei Punkten zusammen, der Busbreite (in Byte) mal (effektiver) Taktrate. Haben wir einen 128Bit breiten Datenbus, dann sind das 16 Byte pro Takt. Sagen wir mal dass wir eine Taktrate von effektiven 1,4GHz haben ergeben sich daraus 22,4GByte/s Datendurchsatz.
Wenn wir nun die Busbreite verdoppeln sind es schon 44,8GB/s und wenn wir dann noch die Taktrate verdoppeln bereits 89,6GB/s.

So weit, so einfach. Dummerweise kann das in der Realität ganz anders aussehen. Aus verschiedenen Gründen wie z.B. Organisation zwischen CPU und GPU kann die Datenrate in der Praxis ganz gewaltig einbrechen. Ebenso kann es Unterschiede machen, welche Art von Daten gerade geschrieben wird.
Während es bei dem Thema zu Xbox One und Playstation 4 noch keine brauchbaren Infos gibt soll bspw. die Xbox 360 bei Schreibzugriffen durch die GPU nur um 10GB/s schaffen, während ebenfalls laut verschiedener Entwickler die Wii U nahezu die volle, theoretische Geschwindigkeit erreicht.
Man kann davon ausgehen, dass auch Xbox One und Playstation 4 näher am theoretischen Maximum liegen, das ist also keineswegs ein Nintendoexklusiver Vorteil. Abgesehen davon überflügeln beide großen Konsolen Wii U beim Datendurchsatz deutlich.

Nur auf einen einzelnen, theoretischen Wert zu schielen ist beim Arbeitsspeicher aber die falsche Herangehensweise.

Nun ist die Bandbreite alleine auch wieder nicht alles. Ein anderer, wichtiger Aspekt sind die Latenzzeiten. Die sind deshalb wichtig, weil sie Wartezyklen zwischen Schreib- und Lesevorgängen erzeugen. Je höher die Latenz, desto mehr Wartezeit, was vermeintlich schnelles RAM in der Praxis ausbremsen kann. Leider legen die Konsolenhersteller solche “unwichtigen” Details nicht offen.
Was hohe Latenzen allgemein angeht schaden die nicht an jeder Stelle gleich viel. Die CPU kann davon stärker betroffen sein, auf die GPU haben höhere Latenzzeiten nicht übermäßig viel Einfluss.
Auf die aktuellen Konsolen bezogen und um es kurz zu machen, die One könnte hier einen leichten Vorteil haben, der aber, bei aktuell typischen Latenzzeiten für DDR3 und GDDR5 keinen nennenswerten Unterschied mehr machen sollte.
Anders sieht es bei der Wii U und im Vergleich mit Last Gen Konsolen aus. Die Latenzzeiten sind durch den Arbeitsspeicher bekannt und erheblich kürzer als bei PS3 oder 360. Der Unterschied ist groß genug, um ein echter Vorteil für Wii U zu sein, allerdings explizit verglichen mit den alten Konsolen.

Ein kleiner Boost, eDRAM und ESRAM: Beides sind Embedded Speicher, die i.d.R. sehr schnell angebunden sind. Embedded RAM ist meist aber auch sehr klein. Sowohl bei Wii U als auch bei Xbox One können CPU und GPU auf den Embedded RAM zugreifen, der kurze Latenzzeiten und eine relativ hohe Bandbreite hat. Der Knackpunkt ist hierbei, dass der ESRAM der One für FullHD sehr eng bemessen ist. Die Wii U ist eher auf 720p ausgelegt, hier bleibt mehr Speicher frei, um den ein oder anderen eiligen CPU Befehl oder Ergebnisse der GPU zwischenzulagern.
In Verbindung mit dem (praktisch nicht ganz so) langsamen RAM profitiert die Wii U also wohl noch mehr von ihrem Embedded Speicher.

Finally, wie schnell muss RAM eigentlich sein? Es mag doof klingen, aber RAM muss einfach ausreichend schnell sein. Slbst für die datendurchsatzhungrige GPU muss RAM nur “schnell genug” sein. Es kann also sein, dass die halbe Datenrate tödlich ist, die doppelte Datenrate aber rein gar nichts bringt.
Die GPU der Xbox One entspricht zum Beispiel AMD´s Bonaire (auf der Radeon HD 7790 zu finden) mit deaktivierten Shaderblöcken. Grafikkarten mit entsprechender GPU (und etwas mehr Leistung) profitieren allerdings kaum von höherer Taktrate. Zwar haben HD7790 Grafikkarten mehr Datendurchsatz als Xbox One, aber auch erheblich mehr Shaderleistung, dank mehr aktiven Shaderunits und höherer Taktrate.
Die GPU der Playstation 4 wiederrum AMD´s Pitcairn. Pitcairn ist etwas anders organisiert und hat einen etwas höheren Bedarf an Datendurchsatz. Allerdings zeigen ähnliche Übertaktungtests bei Pitcairn am PC, dass die PS4 wohl mehr Bandbreite bietet, als die GPU braucht.

Ergebnis: Wii U steht in der Praxis und mit den alten Konsolen verglichen besser da als auf dem Papier.
Xbox One und Playstation 4 bieten beide genug Bandbreite, die Xbox One würde ggf. noch von mehr ESRAM profitieren, größere Specherbandbreite für´s Haupt-RAM wäre allerdings nur sinnvoll, wenn Microsoft auch eine stärkere GPU verbaut hätte. Ein weiteres Problem: Idealerweise muss der Entwickler den ESRAM “manuell” nutzen, um das Optimum rauszuholen, wenn Speicherbandbreite eben doch mal knapp werden sollte oder um Latenzzeiten für eilige Daten zu reduzieren. Sony hat von vornherein einfach genug Bandbreite für alle Eventualitäten in die PS4 gepackt.

[Fuffelpups]

captain carot wrote:

So, auch wenn ich nicht weiß, ob jemand mitliest.

Lesen schon aber danach herrscht in meinem Kopf immer diese leere. xD

Band-, Band-, Bandbreite..? Ich ess nur Bandnudeln…

[captain carot]

Wenn du die noch kürzere Fassung haben willst:
Wii U RAM: Schneller als man denkt
XBox One RAM: Schnell genug
PS4 RAM: Schneller als es sein müsste.

So besser? ^^

[ChrisKong]

Die Kurzfassung ist mainstream

[genpei tomate]

Danke für die zusätzliche Mainstream Fassung, Captain Carotech, sehr Kompetent geschrieben ( die andere bestimmt auch…)!
Die vielen Begriffe haben stellenweise meine Synapsen Ram-poniert, meine Wissen Band-Breite ist nun mal sehr beschränkt!

[captain carot]

Naja, wenn ich nicht versuche, das zu erklären könnte ich mir das auch aus den Fingern saugen.
Ich find´s z.B. total schwachsinnig, wenn man einfach sagt, die Wii U CPU hat nur ein Drittel so viel Transistoren wie die 360 CPU und ist deswegen schlechter.
Das meiste an Transistoren auf modernen CPU´s ist Cache. Normaler SRAM Cache braucht 6 Transistoren pro Speicherzelle. Der Wii U Cache ist aber anders, im Prinzip DRAM, der braucht nur einen Transistor pro Speicherzelle.
Sttreicht man jetzt den ganzen Cachespeicher mal weg, der bei der Wii U viel weniger Platz braucht, dann hat man mehr Logikeinheiten bzw. Rechenwerke. Das lässt sehr viel Platz für Verbesserungen, von denen dank Stillschweigensabkommen etc. keiner was weiß.
Da alle “bekannten Hardwarefakten” zur Wii U jenseits von Cache, Taktrate und Kernzahl auf Annahmen basieren sollte man auch entsprechend vorsichtig sein, wenn man Kommentare zur HW abgibt. Alle Welt geht z.B. davon aus, dass die Vector Units (oder Floating Point Unit), die für einen Teil der Rechenleistung wichtig sind, infach aus dem klassischen PowerPC 750 Konzept übernommen wurden. Jeder, der was dazu sagen könnte hat ein NDA unterschrieben. Es ist aber durchaus möglich, dass die FPU auf weit neuerem Stand ist und viel mehr Leistung hat.

So wie einige Programmierteams rumdrucksen könnte die U also viel mehr Hidden Power haben, als die meisten denken. Zugegeben reine Spekulation, nur werden mittlerweile Dinge als Fakten dargestellt, die keiner zu 100% sicher weiß.

Ebenso lustig ist das bei der GPU. Höhere Shadermodelle sind effizienter und können gleichzeitig Dinge, die ältere Shadermodelle nicht können. Bei Wii U ist da meistens zu lesen, dass die GPU auf der Radeon 4670 basiere. Immerhin hat die auch 320 Shader. Das ist Shader Model 4.1 und “ganz schön alt”. Mehrere Entwickler und Programmierer, darunter Shin’en, Black Forest Games und Slightly Mad haben aber wiederholt von Shader Model 5 geredet. Damit wäre die Wii U GPU schon um einiges moderner und effizienter.

Lange Rede, kurzer Sinn: Keine Schönrederei, im Vergleich zu PS4One ist die Kiste tatsächlich lahm. Aber erheblich besser und moderner, als es teilweise behauptet wird.

[Ullus]

@ captain: Netter Tread deinerseits, jetzt können wir das fragen was wir schon immer wissen wollten !

Man versteht nun vieles besser.

[captain carot]

Das ist auch irgendwie die Intention. xD

Die Frage ist immer, wann ist das noch verständlich und wann zu viel. Unbegründet könnte ich aber so ziemlich alles behaupten. Speziell bei Nintendo gibt es allerdings auch wenig echte Fakten, also alles mit einer Prise Vorsicht zu genießen, was aber auch für Hardwareverrisse gilt.

[Autor]

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