Le CPU di PS4, PS4 Pro, Xbox One e della futura Xbox Scorpio a confronto

I processori a bordo delle console messe sul mercato sia da Sony che da Microsoft sono molto simili, ma a che CPU per PC corrispondono?

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Daniele Vergara Daniele Vergara viene alla vita con un chip Intel 486 impiantato nel cervello, a mo' di coprocessore. E' più che entusiasta di tutto ciò che riguarda la tecnologia intera e i videogames, con un occhio di riguardo verso l'hardware PC e l'overclocking. D'inverno ama snowboardare, macinando km e km di piste. Lo trovate su Facebook, Twitter e Google+.

Mai come nell'ultima generazione di console, Microsoft e Sony hanno prodotto console così simili tra loro dal punto di vista hardware. Xbox One, PlayStation 4, Xbox One S e PlayStation 4 Pro condividono, di fatto, tantissime tecnologie sotto la scocca e, seppur esistano differenze sostanziali, l'architettura impiegata è molto simile.
A livello di system-on-a-chip, le due console si fregiano di una Accelerated Processing Unit (APU) progettata da AMD, derivata dai modelli in vendita in ambito PC. Per chi non ne fosse a conoscenza, una APU è essenzialmente un unico chip ospitante sia la sezione CPU che quella GPU, comprese dei controller di memoria e dei display engine. L'architettura utilizzata è nota come Jaguar e fa della scalabilità e della flessibilità il suo punto di forza, motivo per cui sia Sony che Microsoft hanno pensato di inserire dei modelli personalizzati all'interno delle loro macchine da gioco.

La CPU di PS4 e PS4 Pro

PlayStation 4 e PlayStation 4 Pro beneficiano di una variante semi-custom di una Accelerated Processing Unit di AMD, progettata in collaborazione con Sony. Il processo produttivo impiegato per la produzione dei wafer di silicio e dei transistor è fissato a 28 nm, che in ambito PC è stato di fatto già scavalcato dai 16/14 nm. La fonderia a cui Sony e AMD si sono rivolte per la sua realizzazione è la famosissima TSMC, che è partner di numerose aziende leader nel settore, come NVIDIA ed Apple.

Core & cache

Il totale delle unità di calcolo fisiche a disposizione della CPU di PS4 e PS4 Pro è pari ad otto. Ogni core ha una cache privata L1 da 32 kB, che funge sia da data cache che da instruction cache. Una cache di secondo livello viene invece condivisa dai quattro core di ogni modulo, con dimensioni fissate a 2 MB. Quest'ultimo livello di cache è a 16 vie, ed è protetta dagli errori con l'utilizzo della tecnica nota come error correcting code (ECC).

Oltre alla APU, PlayStation 4 e PlayStation 4 Pro possiedono anche un secondo processore a bassissime frequenze di clock e ad elevata efficienza energetica: esso è stato ideato per gestire le funzionalità software che non richiedono grossa potenza computazionale, come per esempio i processi relativi al download e all' upload dei file. La CPU in questione viene tra l'altro anche impiegata quando la console viene posta nella modalità sleep.
L' Accelerated Processing Unit occupa complessivamente un'area di 348 mm², di cui la sezione CPU - insieme alla sua cache - ne prende una percentuale pari circa a solo il 15%, a dimostrazione del fatto che le console di oggi sono sostanzialmente GPU centriche. La CPU integrata a bordo di entrambe le console Sony è costruita sulla base di due moduli separati, ognuno di essi comprendente quattro core.

Il processore di PlayStation 4 e di PlayStation 4 Pro non è solo praticamente lo stesso a livello architetturale, ma è identico anche sullo strato progettuale. Ciò sta a significare che, sostanzialmente, fra le due CPU ci sono differenze minime. A cambiare è la frequenza operativa massima delle unità di calcolo: per PlayStation 4 questa è di 1,6 GHz, mentre per la PlayStation 4 Pro il clock massimo è stato portato sino a 2,1 GHz. L'aumento delle frequenze è sufficiente a portare un innalzamento delle capacità di calcolo teoriche, che passa da 102,4 GFLOPS (PS4) a 134,4 GFLOPS (PS4 PRO).
La maggiore forza bruta della CPU di PS4 Pro, unita alla rinnovata GPU, permette alla nuova console Sony di migliorare i giochi PS4 in molti modi, tra cui una risoluzione maggiore e frame rate più stabili.

La CPU di Xbox One e Xbox One S

La Accelerated Processing Unit a bordo sia di Xbox One che di Xbox One S è molto molto simile a quella adottata da Sony per le sue due console. Anche in questo caso troviamo una configurazione con due moduli separati contenenti ognuno quattro unità di calcolo fisiche con architettura Jaguar. Anche la strutturazione dei livelli di cache è la medesima vista nel box "core & cache" di questo articolo.
Xbox One S è solo un piccolo aggiornamento rispetto ad Xbox One, e in tal caso nemmeno le frequenze operative del processore cambiano: per entrambi i dispositivi abbiamo infatti dei core che possono arrivare massimo ad 1,75 GHz. L'aspetto tecnico che fa differire le due macchine da gioco, infatti, è relativo piuttosto alla scheda grafica, circa l'8% più potente per supportare la generazione di immagini in HDR10.

Il corrispettivo processore PC: esiste?

Avendo adesso ben salde le specifiche delle CPU analizzate, possiamo tentare di cercare un corrispettivo processore dedicato ai PC desktop. Effettuare tale ricerca è un compito davvero molto arduo, perché paragonare piattaforme differenti non porta quasi mai a una valutazione corretta.
Se volessimo identificare una CPU speculare a quella adottata da Microsoft e da Sony, e che sia stata messa sul mercato specificatamente per i desktop, il nostro occhio ricadrebbe assolutamente sull'AMD Athlon 5150; si tratta di un modello di quasi cinque anni fa, e che oramai è stato abbondantemente superato. Il 5150 ha esattamente le stesse specifiche tecniche dei processori all'interno di PS4 e di Xbox One, con quindi una frequenza di 1,6 GHz e una cache condivisa da 2 MB, nonché la stessa architettura. L'AMD Athlon 5150 è però una CPU da quattro core, e non da otto, ma ricordiamo che le sopracitate console possiedono due blocchi da quattro core ciascuno: basti pensare, quindi, a due Athlon 5150 accoppiate.

Provate però a piazzare quest'ultimo processore in un computer da gioco e vi renderete conto subito del risultato: non riuscirete a gestire gli stessi titoli che su console funzionano a dovere. Ovviamente, ciò accade grazie alla maggiore ottimizzazione del codice possibile su hardware chiusi, come sono appunto le console. Di conseguenza, se si vogliono ottenere all'incirca le stesse prestazioni di una console da gioco, si deve puntare su un modello più recente, senza però l'obbligo di spendere troppo: potrebbe per esempio fare al caso nostro un AMD Athlon X4-860K, una CPU nemmeno così nuova e che attualmente si trova sugli € 80. Attenzione al fatto però che in ambito PC è la scheda grafica a fare la differenza, e quindi tale modello andrebbe accoppiato ad una GPU di un buon livello, senza però esagerare, altrimenti si creerebbero dei colli di bottiglia proprio a causa della scarsa potenza del processore.

I limiti di Jaguar: Project Scorpio può abbatterli?

Microsoft ha in serbo per fine anno il lancio di una nuova console, nome in codice Xbox Scorpio (next generation, new generation, mid generation o beyond generation come preferite!) che andrà a concorrere con PlayStation 4 Pro, e che avrà una GPU sicuramente più potente. Essendo Jaguar, come abbiamo appreso, un'architettura piuttosto vetusta, basata sul processo produttivo a 28 nm e non sufficiente a gestire la risoluzione 4K e l'HDR, è improbabile che essa venga riutilizzata anche su Project Scorpio. Quando la console di Microsoft fu ufficialmente annunciata, sembrava che essa dovesse puntare ancora sul vecchio design; i rumor sono andati in tutte le direzioni, e sebbene non ci siano ancora certezze, sembra probabile un cambio di rotta. In una intervista rilasciata lo scorso ottobre, Phil Spencer ha dichiarato: "Circa due anni e mezzo fa abbiamo iniziato a pensare al rinnovo dell'hardware che avremmo voluto realizzare. Guardando alle specifiche della CPU e GPU presenti su PS4 PRO, posso dire che per Scorpio vogliamo fare qualcosa di diverso". Sebbene non sia un indicazione chiara della tecnologia alla base di Scorpio è pur sempre un indizio che sostiene la teoria che "non sarà Jaguar" a spingere il motore della prossima console Microsoft.

L'ipotesi più intrigante sarebbe l'accoppiata CPU Ryzen più GPU Vega, che sono le architetture più recenti dell'azienda di Sunnyvale e che sicuramente verrebbero incontro ai (grandi) requisiti per gestire l'Ultra HD. Il processore a bordo della prossima Xbox avrà sempre otto core e, considerando che le CPU Ryzen ad otto unità di calcolo sono state confermate, il collegamento viene naturale. Il nome di Scorpio è stato poi anche fatto all'evento New Horizon, durante il quale ricordiamo che AMD annunciò proprio le CPU Ryzen.

Puma o non Puma


Ma le speculazioni riguardanti l'architettura impiegata dalla CPU a bordo di Project Scorpio sono davvero tantissime. Oltre a Ryzen è spuntato fuori anche il nome di Puma, una microarchitettura a basso consumo energetico progettata da AMD per le proprie APU. Puma in effetti sarebbe il naturale successore di Jaguar e può essere vista come una specie di Jaguar 2.0, che si concentra sullo stesso settore di mercato: l'architettura dovrebbe essere utilizzata a bordo dei notebook a basso costo e nel settore dei tablet. I core Puma utilizzano anche la stessa struttura di Jaguar, e i cambiamenti non sono poi molti. Per tali aspetti è quindi, nostro avviso, improbabile l'impiego di un'APU Puma per Xbox Scorpio, anche perché i modelli noti attualmente non hanno una potenza sufficiente per gestire - con un livello di prestazioni adeguato - i giochi pensati per una console come Scorpio. Basti pensare che l'APU Puma più veloce, l'A8 6410, utilizza una sezione grafica Radeon R5, una GPU adatta a dei notebook di fascia bassa, magari con pannello a risoluzione 1366 x 768. A meno che Microsoft e AMD non stiano progettando un nuovo esemplare di tale famiglia, l'accoppiata Puma-Scorpio appare ai nostri occhi davvero complicata.

Per questi ed altri motivi sarebbe un controsenso per Microsoft rifarsi ad un'architettura molto simile a quella impiegata per Xbox One, ed è più facile (e conveniente) rivolgersi invece a Ryzen. Non tutti sanno che Ryzen è un'architettura molto scalabile, e può essere affinata per adattarsi sia a CPU ad elevata potenza che a processori a basso dispendio energetico. Per adesso, AMD ha solo parlato dei modelli appartenenti alla fascia alta poiché la sua strategia di mercato è indirizzata prima di tutto a colmare il gap in un settore in cui è assente da oramai cinque anni. Verso la metà dell'anno corrente dovrebbe però rivelare e dire di più sui modelli meno ambiziosi, e magari uno di quelli potrebbe essere semi-personalizzato e piazzato proprio all'interno della scocca di Project Scorpio.

Scheda Tecnologia Come abbiamo potuto accertare, i processori di PlayStation 4 e Xbox One sono abbondantemente al di sotto di una CPU progettata per computer desktop, almeno a livello di specifiche e di potenza computazionale pura. Questo vale anche per una console come PS4 Pro, che è in grado di far girare determinati giochi alla risoluzione 4K. Per poter fruire della mole di pixel dell’Ultra HD in campo PC, un AMD Athlon X4-860K non è per niente sufficiente, in quanto limiterebbe fortemente la GPU di fascia alta richiesta. Che l’architettura Jaguar sia però da svecchiare è una questione oggettiva, e le nostre speranze si rivolgono a Microsoft e alla sua Project Scorpio, che potrebbe (finalmente) portare in ambito console più potenza nuda e cruda. Insomma, appare chiaro che paragonare una CPU console a una PC ha davvero poco senso, poiché le variabili in gioco sono troppe. Console e computer da gioco sono due mondi che approcciano differentemente per il raggiungimento dello stesso scopo, che rimane sempre il divertimento e l’intrattenimento.