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La corsa al 4K: ecco come Project Scorpio raggiungerà il gaming ultra HD - articolo

Emergono interessanti dettagli: la ESRAM verrà abbandonata nella nuova Xbox.

La gara per il 4K è iniziata. PlayStation 4 Pro è sul mercato e, nonostante il successo nel supporto del gaming Ultra HD vari notevolmente da titolo a titolo, una collaudata serie di tecniche è già capace di fornire una risoluzione 4K anche con una modesta potenza lato GPU. Subito dopo l'annuncio della nuova console Project Scorpio durante l'E3 2016, Microsoft ha iniziato a condividere dettagli con gli sviluppatori sul modo in cui la compagnia si aspetta di vedere il 4K supportato sul suo hardware. È stato pubblicato un manuale tecnico sul suo portale intitolato "Raggiungere il 4K e scalare con la GPU su multipli dispositivi Xbox". È affascinante ammirare i piani di Microsoft per l'Ultra HD, e questo ci dice anche molto sullo stesso hardware di Scorpio. Per cominciare, la controversa ESRAM è stata accantonata.

La ESRAM era una memoria statica ad ampia banda integrata nel processore, realizzata per mitigare la più lenta RAM DDR3 di sistema dell'Xbox One. Rappresentando un'evoluzione della eDRAM integrata della GPU di Xbox 360, l'ESRAM è molto veloce, ma soffre di un problema grande: la sua mancanza. Il manuale tecnico di Microsoft nega categoricamente l'ESRAM per Scorpio, mentre allo stesso tempo gli sviluppatori continueranno a supportarla per assicurare performance convincenti sull'hardware Xbox attuale.

"La ESRAM rimane essenziale per ottenere alte prestazioni sia su Xbox One che su Xbox One S", si legge sul manuale. "Comunque, Project Scorpio ed i PC non sono dotati di ESRAM. Poiché agli sviluppatori non è permesso di fornire prodotti SKU esclusivi per Project Scorpio, ottimizzare l'ESRAM resta un fattore critico per le performance delle piattaforme Microsoft."

Queste linee guida suggeriscono che il processo di renderizzare con 'aliasing' (che si adatta bene a Xbox One e consente notevoli risparmi di memoria) continuerà, ma su PC questi obiettivi possono ora superare il vecchio limite hardware di 32MB, come vi aspettereste passando da 900p o 1080p a risoluzione Ultra HD. Adottare strategie che favoriscano l'ESRAM è una cosa buona anche per altre piattaforme: Microsoft risparmia memoria, favorisce i PC di fascia bassa con quantità di VRAM limitate, e rende più facile il raggiungimento del 4K e "l'aumento delle impostazioni relative alla qualità grafica".

Nella nostra analisi delle specifiche di Project Scorpio successiva all'E3, avevamo posto l'assunto che la ESRAM fosse stata abbandonata nella realizzazione di Scorpio, ma molti invece ritenevano che sarebbe rimasta integrata nel die del processore per garantire la compatibilità coi titoli Xbox One. La teoria sosteneva che la memoria di sistema con banda di 320GB/s non potesse competere con la ESRAM, caratterizzata da latenza notevolmente inferiore. Il libro manuale tecnico di Microsoft però non fa alcuna menzione riguardante i vantaggi di latenza della ESRAM, affermando semplicemente che la banda di memoria notevolmente più ampia di Scorpio fa impallidire quella della ESRAM.

E quindi, cosa abbiamo scoperto dal leak del manuale tecnico? Rich spiega tutto in questo video del Digital Foundry.

Ci sono altri indizi sul fatto che l'hardware finale di Scorpio coinciderà con quello del documento. La GPU da sei teraflop è ancora una volta confermata, ed avrebbe quindi una potenza di calcolo 4,5 volte maggiore rispetto a quella di Xbox One. Confermato anche il quadruplo della cache L2, un dettaglio che non ci dice molto se non il fatto che l'architettura della GPU di Scorpio sarà come minimo moderna quanto la linea Polaris di AMD. Basandoci sulle nostre discussioni su PS4 Pro con Mark Cerny, possiamo tranquillamente affermare che Microsoft sia in grado di personalizzare la sua GPU proprio come ha fatto Sony, con accesso alla roadmap attuale e futura delle Radeon (Vega). Microsoft si scuce poco qui: si limita a confermare che la compressione di colore delta (DCC) è parte del set di caratteristiche della GPU, proprio come accade in PS4 Pro.

Ma il punto focale del documento di Microsoft è l'applicazione della potenza di Scorpio e gli altri indizi sull'hardware della console sono abbastanza frammentari. In seguito al CES, sono tornate a correre forti le voci che Scorpio potesse fare uso dei più avanzati core Zen per la CPU. Comunque, una linea guida trovata sul manuale che spiega agli sviluppatori il modo in cui utilizzare le risorse di Scorpio rende questa possibilità abbastanza improbabile.

"Sappiamo che gli sviluppatori potrebbero non voler spendere tutta la potenza addizionale offerta dalla GPU di Scorpio nell'aumento della risoluzione e questo infatti non è un obbligo, dice Microsoft. Per realizzare i migliori giochi possibili, gli sviluppatori spenderanno inevitabilmente risorse della GPU su altri aspetti qualitativi, come la fedeltà delle ombre, i riflessi, il filtraggio delle texture e la distanza visiva. Un'altra opzione che gli sviluppatori potrebbero considerare è l'uscaling del frame-rate, ovvero la possibilità di far girare la grafica a 60Hz ma la CPU a 30Hz, interpolando l'animazione."

PlayStation 4 Pro ha già offerto diversi titoli con modalità di performance e frame-rate sbloccato (e sorprendentemente nessuno di essi è riuscito a raddoppiare il frame rate consistentemente da 30fps a 60fps). Microsoft non fa menzione del fatto che Scorpio sia in grado o meno di fare ciò e invece suggerisce un compromesso: far girare gli elementi della GPU al doppio della velocità, mentre gli elementi limitati dalla CPU sono interpolati. Una migrazione verso i più potenti core Zen renderebbe certamente questo consiglio superfluo. Non siamo a conoscenza di nessun titolo che faccia uso di questa tecnica di frame-rate upscaling, anche se c'è stata una impressionante tech demo di Force Unleashed 2 tempo addietro. Questo in fin dei conti conferma che la tecnologia utilizzata dalla CPU di Scorpio non si è mossa di pari passo alla sua GPU.

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E ad essere sinceri, Microsoft non ha mai lasciato intendere il contrario. Ha confermato subito la CPU a otto core, suggerendo una versione overclockata della stessa CPU di Xbox One, e tutta la condivisione di informazioni ruotava attorno al far girare gli esistenti motori di gioco a risoluzione 4K con HDR. Il ldocumento che abbiamo visionato si concentra solamente su come questo sia possibile. Un boost di 4,5 volte della potenza computazionale suggerisce che gli engine 1080p scalino bene a 4K su Scorpio, ma la realtà è che molti titoli Xbox One sono renderizzati a una risoluzione base di 900p. Il balzo verso il 4K diventa così un aumento di 5,76x del numero dei pixel, ed allo stesso tempo gli sviluppatori potrebbero non voler spendere tutta la potenza sull'aumento della risoluzione.

Comunque, il fatto che la GPU svolga più del solo aumento di pixel può aiutare nell'obiettivo del raggiungimento del 4K, e non tutte le superfici sono visualizzate alla risoluzione dello schermo. Le informazioni leakate mostrano anche che l'efficienza nella rasterizzazione aumenta in linea con la risoluzione: un'interessante esempio citato da Microsoft indica un non precisato titolo first-party che se portato a 4K da una base di 1080p vede un fattore 3,5x di pixel processati, non di 4.0x come ci saremmo aspettati.

Il gestore della piattaforma consiglia inoltre diverse tecniche per migliorare l'efficienza senza impattare eccessivamente sulla qualità dell'immagine, citando l'half-resolution e lo "sparse" rendering come esempi. L'half-resolution è una tecnica già vista, in cui gli effetti grafici intensi sono ridotti per risparmiare risorse e riuscire a mantenere un dato framebuffer.

"L'Half-resolution rendering è generalmente usato per le trasparenze e gli effetti di screen-space, per l'SSAO e l'SSR e, a volte, anche per l'accumulo delle ombre, per l'illuminazione globale e per le luci locali minori", recita il manuale tecnico. "In Project Scorpio, un effetto half-resolution renderizzato a 1080p e upscalato bilateralmente a 4K può apparire altrettanto bello o persino di più dello stesso effetto riprodotto a piena risoluzione su Xbox One. Per esempio, su Xbox One, l'effetto è prodotto a una risoluzione (diciamo) di 900p, ma su Project Scorpio l'effetto è prodotto a 1080p, che è di fatto la mezza risoluzione."

In effetti, Microsoft sta dicendo che gli effetti half-resolution che girano a 1080p in un framebuffer a 4K sembreranno migliori rispetto a quelli nativi 900p, un assunto difficile da contestare. La seconda tecnica chiave è lo "sparse rendering", nota su PS4 Pro come checkerboarding. Non solo Microsoft consiglia la stessa tecnica per Scorpio, ma cita anche lo stesso lavoro impressionante svolto da Ubisoft in Rainbow Six Siege, al punto che la medesima presentazione mostratami da Mark Cerny un paio di mesi fa è la stessa indicata sul manuale tecnico. Ovviamente, la tecnica si è evoluta ulteriormente da allora, ed è stata utilizzata anche nelle versioni PC e PS4 Pro di Watch Dogs 2, con eccellenti risultati.

Microsoft consiglia anche caldamente l'utilizzo della risoluzione dinamica, descrivendola come il campionamento dei titoli "un vettore di rendering dei bersagli nello stesso spazio virtuale, ed il tempo di esecuzione da cui scegliere per indicizzare, aumentare o diminuire la risoluzione a seconda che la GPU sia in anticipo o in ritardo. Grazie alle DirectX12, questo campionamento può essere ottenuto su PC, Xbox One, Xbox One S e Project Scorpio."

Da questo punto di vista, soffermarsi così tanto su queste tecniche potrebbe suggerire che Scorpio non sia "la console per il vero 4K" che Microsoft ha pubblicizzato fin dall'E3 2016. Ma la realtà pratica è che il documento conferma che almeno un titolo first party 1080p è stato portato facilmente a 4K (siamo quasi certi che si tratti di un titolo basato sull'engine di Forza Motorsport), ed il fatto che accetti la realtà che spendere le risorse GPU per raggiungere lo stato d'arte dei pixel, la risoluzione 4K nativa, non rappresenti sempre la scelta migliore.

Non c'è dubbio che le tecniche delineate nel documento di Microsoft siano già state ampiamente testate da PlayStation 4 Pro. Titoli come Rise of the Tomb Raider, Horizon Zero Dawn e Days Gone hanno convalidato lo sparse/checkerboard rendering fino a 2160p, mentre Call of Duty Infinite Warfare impiega virtualmente tutte le tecniche elencate da Microsoft in diversi modi e forme. La potenza aggiuntiva di Scorpio, combinata con l'esperienza maturata dagli sviluppatori fino al lancio della console, dovrebbe anche condurre ad un numero minore di titoli operanti a 1440p rispetto a PS4 Pro.

Ciò che il manuale tecnico non copre potrebbe anche provare che Scorpio sia in grado di far girare più titoli nativamente a 4K. Nella nostra analisi tecnica originaria delle specifiche di Scorpio, la nostra principale preoccupazione risiedeva nella dimensione del processore grafico utilizzato dalla GPU da sei teraflop, ove era plausibile pensare a un chip da 56 o 60 compute unit. Adesso sappiamo che la prossima generazione di GPU Vega di AMD vanta frequenze notevolmente più alte e, più queste sono alte, minore può essere la quantità di CU richiesta per raggiungere il traguardo dei 6TF. Basterebbero solamente 40 CU a 1,18GHz per raggiungere i 6TF di Scorpio, oppure 44 CU a 1,18GHz. Oltre a ciò, l'utilizzo da parte di Vega della tecnica tile-based rasteriser (unanimemente vista come la chiave del vantaggio prestazionale di Nvidia con le sue GPU Maxwell) potrebbe anche contribuire a fornire una console 4K più valida.

Per concludere, questa indiscrezione è basata su ciò che sappiamo delle nuove GPU Radeon messe a disposizione da AMD per Microsoft. Il documento che abbiamo visto (risalente al reveal dell'E3) conferma solamente che non c'è ESRAM, che la cache L2 è stata aumentata, ed il supporto alla tecnologia di compressione della memoria. Oltre a questo, tutto ciò che conosciamo sulle feature della console sono il bandwidth di 320GB/s, una CPU a otto core e una scheda madre che suggerisce fortemente l'impiego di 12GB di GDDR5. Rimarrà da vedere come si evolveranno le specifiche finali, ma dai dettagli di questo manuale tecnico e dai miglioramenti offerti da Vega e disponibili per Microsoft, dovremmo vedere una console molto valida nella gestione del 4K.

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