Cookies op Tweakers

Tweakers is onderdeel van DPG Media en maakt gebruik van cookies, JavaScript en vergelijkbare technologie om je onder andere een optimale gebruikerservaring te bieden. Ook kan Tweakers hierdoor het gedrag van bezoekers vastleggen en analyseren. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Cookies accepteren' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt? Bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door Julian Huijbregts

Nieuwsredacteur

Xbox Series X en PlayStation 5

De techniek achter het nieuwe consoletijdperk

Zen 2-cpu en RDNA 2-gpu van AMD

Zoals gebruikelijk is bij consoles hebben de PlayStation 5 en Xbox Series X één chip, met daarop zowel de cpu- als de gpu-cores. Sony en Microsoft hebben ieder in samenwerking met AMD een chip ontwikkeld. Er zijn veel overeenkomsten, maar ook duidelijke verschillen. Het cpu-gedeelte is op een aantal details na gelijk, maar voor de gpu kiezen de consolebouwers ieder een andere aanpak. De chip van Microsoft heeft meer compute-units, maar bij Sony zijn de gpu-cores hoger geklokt.

Microsoft heeft vooralsnog de meeste details bekendgemaakt over zijn chip en ook informatie gegeven over de afmetingen. Het gaat om een chip van ruim 360 vierkante millimeter die op 7nm door TSMC wordt gemaakt. De chip van de Xbox One X is met 366mm² nog iets groter, maar die wordt nog op 16nm geproduceerd. Doordat de nieuwe soc op een kleiner procedé wordt gemaakt, bevat deze ruim het dubbele aantal transistors en dat vertaalt zich uiteindelijk in meer rekenkracht.

Console Xbox Series X PlayStation 5 PlayStation 4 Pro Xbox One X
Processor 8 custom Zen 2-cores met smt 8 custom Zen 2-cores met smt 8 custom Jaguar-cores 8 custom Jaguar-cores
Cpu-snelheid 3,8GHz (3,66GHz met smt) 3.5GHz (variabel) 2,13GHz 2,3GHz
Gpu 52 cu's @ 1825MHz 36 cu's @ 2,23GHz (variabel) 36 cu's @ 911MHz 40 cu's @ 1172MHz
Gpu-architectuur Custom RDNA 2 Custom RDNA 2 Custom GCN + Polaris Custom GCN + Polaris
Gpu-rekenkracht 12,15Tflops 10,28Tflops 4,2Tflops 6Tflops
Die-formaat 360,45mm² Onbekend 325mm² 366,94mm²
Procedé TSMC 7nm enhanced TSMC 7nm (onbevestigd) TSMC 16nm TSMC 16nm

Sony heeft nog geen details gegeven over de afmetingen en het productieproces van zijn chip, maar omdat dezelfde AMD-architecturen worden gebruikt, is het aannemelijk dat de chip ook door TSMC wordt gemaakt op 7nm. Ook ligt het voor de hand dat Sony's chip een stuk kleiner is. De gpu heeft immers veel minder compute-units en die gpu-cores nemen het overgrote deel van de chip in beslag. Een kleinere chip is goedkoper om te produceren, dus dat levert Sony een financieel voordeel op. Wat ruwe rekenkracht betreft, trekt de Xbox Series X aan het langste eind. Daar moeten echter wel wat kanttekeningen en nuances bij worden geplaatst, waar we verderop dieper op ingaan.

Op de Xbox Series X-chip zijn twee cpu-clusters zichtbaar (blauw), waar per stuk vier cores in zitten. Het overgrote deel van de chip bestaat uit de gpu-cores (groen).

Acht Zen 2-cores met smt

We beginnen met het cpu-gedeelte. Zowel de nieuwe Xbox als de PlayStation krijgt acht cores die op AMD's Zen 2-ontwerp zijn gebaseerd. Dat is de architectuur die ook in de Ryzen 3000-processors wordt gebruikt. De cores hebben simultaneous multithreading, ofwel smt, de techniek die door Intel HyperThreading wordt genoemd. Dat betekent dat de cpu aan zestien threads kan werken. Het cpu-gedeelte is wat specificaties betreft vergelijkbaar met bijvoorbeeld de AMD Ryzen 7 3700X-desktopprocessor.

Microsoft benadrukt dat de cores in de Xbox Series X een vaste kloksnelheid hebben, die altijd gehaald wordt. Ontwikkelaars kunnen ervoor kiezen om acht cores te gebruiken zonder smt. De snelheid is dan 3,8GHz. Met smt ingeschakeld zakt die snelheid naar 3,6GHz, maar dat kan alsnog een flink prestatievoordeel opleveren bij games die goed schalen over verschillende threads.

De acht cpu-cores van de PlayStation 5 hebben een kloksnelheid van 3,5GHz, maar Sony geeft aan dat die snelheid variabel is. Daarbij benadrukt de fabrikant wel dat de snelheid in de meeste omstandigheden gehaald zal worden en dat grote schommelingen dus niet aan de orde zijn. De cpu-cores in de Sony-chip hebben ook smt, maar de fabrikant heeft nog niets gezegd over hoe ontwikkelaars daarmee om kunnen gaan.

Microsoft zegt dat games maximaal zeven cores kunnen gebruiken. De achtste core is gereserveerd voor het besturingssysteem en het weergeven van de interface. Sony heeft daar nog geen details over gegeven, maar bij de PlayStation 5 is dat vermoedelijk hetzelfde. Ook bij de huidige consoles is één core gereserveerd voor andere taken.

Omdat de huidige Xbox One- en PlayStation 4-consoles acht cores hebben en game-engines daarvoor geoptimaliseerd zijn, is het aannemelijk dat ontwikkelaars aanvankelijk voor de optie kiezen om smt uit te laten. Dat maakt het ook gemakkelijker om een game voor consoles van beide generaties uit te brengen. Bij games die specifiek op cpu-kracht leunen of als in een later stadium de engines vernieuwd zijn, gaan ontwikkelaars vermoedelijk vaker de cpu benutten mét smt.

De processors in de Xbox Series X en PlayStation 5 zijn geen kopie van de desktopprocessors van AMD. Het gaat om aangepaste ontwerpen, maar exacte details daarover zijn niet bekend. Microsoft zegt dat het gaat om aanpassingen op het gebied van beveiliging, verbruik en prestaties. Digital Foundry meldt dat de Xbox-chip over 76MB sram beschikt. De aanwezigheid van dit zeer snelle geheugen op de chip maakt het aannemelijk dat de consolechip minder L3-cache heeft dan de Ryzen-processors voor pc's.

RDNA 2-gpu met 52 of 36 compute-units

Veruit het grootste deel van de consolechips wordt in beslag genomen door de gpu. Die is gebaseerd op AMD's RDNA 2-architectuur, die nog niet op de markt is. Eind dit jaar worden de eerste videokaarten met die nieuwe architectuur verwacht. Een grote verandering ten opzichte van de huidige RDNA-architectuur, die bij de RX 5000-videokaarten wordt gebruikt, is de toevoeging van hardwarematige raytracingondersteuning.

Maar eerst de basis: de gpu van de Xbox Series X-chip bestaat uit 56 compute-units. Die zijn niet allemaal actief; er worden er vier uitgeschakeld. Dit wordt gedaan om de yields te verbeteren. Als er een aantal foutjes zitten op een chip, hoeft deze niet weggegooid te worden. Door delen van de gpu uit te schakelen zijn die foutjes op te vangen. De compute-units bevatten in totaal 3584 shaders, waarvan er in de praktijk dus 3328 beschikbaar zijn. De gpu is geklokt op 1825MHz en net als bij de cpu gaat het hier om een vaste kloksnelheid, die altijd gehaald wordt volgens Microsoft.

Sony kiest voor een gpu met 36 compute-units, die op 2,23GHz geklokt worden. Deze kloksnelheid is in tegenstelling tot bij Microsoft niet vast. Sony zegt dat de console werkt met een powerbudget; het verbruik is daarbij constant, maar afhankelijk van de belasting is de kloksnelheid hoger of lager. De schommelingen zouden ook hier niet groot moeten zijn en de maximale snelheid zou daadwerkelijk in veel gevallen worden gehaald.

Sony PlayStation 5-kloksnelheden

Het verschil in compute-units ten opzichte van de Xbox is te groot om volledig te worden opgevangen door de hogere kloksnelheid, dus wat ruwe rekenkracht betreft moet de PlayStation 5 het afleggen. De Xbox Series X komt tot zo'n 12Tflops, de Sony-console moet het doen met 10Tflops. Volgens Sony zegt die berekening niet alles en de fabrikant heeft daar ook argumenten voor.

Systeemarchitect Mark Cerny stelt dat het aantal teraflops wordt bepaald aan de hand van een relatief eenvoudige berekening op basis van de vector-alu's en dat daardoor voordelen van de hoge kloksnelheid op andere vlakken niet worden meegenomen. Hij noemt als voorbeeld een theoretische gpu met 36 cu's op 1GHz en een alternatief met 48 cu's op 750MHz. Beide gpu's hebben dezelfde ruwe rekenkracht van 4,6Tflops, maar de hoger geklokte gpu presteert op een aantal gebieden beter dan de variant met meer cu's. Dat uit zich bij rasterization en het verwerken van de command buffer. Ook halen de L1- en L2-caches hogere snelheden door de kloksnelheid.

Of Sony met deze oplossing het verschil in ruwe rekenkracht kan opvangen, zal in de praktijk moeten blijken. De verschillende aanpakken maken in ieder geval duidelijk dat de chips verre van identiek zijn en in games zullen er ook verschillen zijn. Dat is nu ook het geval bij de Xbox One X en de PlayStation 4 Pro. Het verschil in teraflops is bij die consoles procentueel overigens veel groter, met 6 teraflops voor Microsofts console versus 4,2 voor het huidige topmodel van Sony. In de praktijk draaien daardoor meer games op de Xbox in native 4k-resolutie, waar Sony vaker checkerboarding gebruikt. De next-genconsoles zijn alle twee gemaakt om 4k-games met 60fps te draaien.

16GB gddr6-geheugen

Beide next-genconsoles zijn voorzien van 16GB gddr6-geheugen, waarvan zowel de cpu als de gpu gebruikmaakt. Sony en Microsoft kiezen ook hier voor een verschillende aanpak, waarbij die van de Xbox Series X opvalt. De configuratie van de geheugenchips daarin is ongebruikelijk. Het gaat om een mix van zes 2GB- en vier 1GB-chips, die communiceren over een 320bit-geheugenbus. De asynchrone configuratie levert verschillende geheugensnelheden op. Er is 10GB met een geheugenbandbreedte van 560GB/s en de overige 6GB heeft een bandbreedte van 336GB/s.

Console Xbox Series X PlayStation 5 PlayStation 4 Pro Xbox One X
Geheugen 16GB gddr6, 320bit 16GB gddr6, 256bit 8GB gddr5, 256bit 12GB gddr5, 384bit
Geheugenbandbreedte 10GB @ 560GB/s
6GB @ 336GB/s
448GB/s 218GB/s 326GB/s

Het snelste geheugen in de Xbox is geoptimaliseerd voor de gpu en het langzamere geheugen kan worden ingezet voor cpu-taken als audio en bestandsoverdracht. Ontwikkelaars krijgen 13,5GB tot hun beschikking voor games: de volledige hoeveelheid van het snelste geheugen en 3,5GB van het 'standaardgeheugen'. De overige 2,5GB is gereserveerd voor het besturingssysteem en het draaien van de interface.

Sony gebruikt geheugenchips van gelijke grootte met een iets minder brede 256bit-geheugenbus. De maximale doorvoersnelheid is daardoor met 448GB/s lager dan wat de Xbox Series X haalt, maar die snelheid geldt wel voor de volledige 16GB. Sony heeft nog geen details gegeven over de verdeling van het geheugen tussen games en het besturingssysteem, maar die zal vergelijkbaar zijn.

Xbox Series X-chip in xCloud-servers

Een interessant feit is dat Microsoft de chip van de Xbox Series X ook gaat gebruiken in zijn xCloud-servers voor het streamen van games. Eén module kan dan vier Xbox One S-gamesessies tegelijk draaien. Om de hardware geschikt te maken voor servers, is geheugen met error correcting code nodig. Er bestaat geen ecc-gddr6, maar Microsoft en AMD hebben een eigen implementatie voor errorcorrectie toegevoegd.

Ook bevat de chip een nieuwe interne video-encoder, die zes keer zo snel zou zijn als de externe encoder die momenteel wordt gebruikt bij xCloud-servers. De chip in de console is exact gelijk aan die voor de servers, dus die bevat dezelfde ecc-oplossing en video-encoder.

Microsoft xCloud-blade met acht Xbox One S-moederborden (stapels van twee). Microsoft gaat deze vervangen door Xbox Series X-hardware.

Wat vind je van dit artikel?

Geef je mening in het Geachte Redactie-forum.

Lees meer


Apple iPad Pro (2021) 11" Wi-Fi, 8GB ram Microsoft Xbox Series X LG CX Google Pixel 5a 5G Sony XH90 / XH92 Samsung Galaxy S21 5G Sony PlayStation 5 Nintendo Switch Lite

Tweakers vormt samen met Hardware Info, AutoTrack, Gaspedaal.nl, Nationale Vacaturebank, Intermediair en Independer DPG Online Services B.V.
Alle rechten voorbehouden © 1998 - 2021 Hosting door True