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A corrida pelo 4K: como o Project Scorpio oferece ultra HD nos jogos

Surgem novos detalhes das especificações: a ESRAM se foi no novo Xbox.

Começou a corrida pelo 4K. O PlayStation 4 Pro está no mercado, e apesar do apoio ultra HD variar entre os jogos, uma série de técnicas foi posta em prática para apresentar de forma eficaz a resolução 4K com um poder GPU relativamente modesto. Após revelar o Xbox Project Scorpio, a Microsoft começou a compartilhar detalhes com os estúdios sobre o que esperar do suporte 4K. Foi apresentado um documento, chamado 'Alcançar 4K e conversão da GPU por vários aparelhos Xbox'. É uma perspectiva fascinante sobre os planos da Microsoft para o Ultra HD - e revela mais sobre o Scorpio em si. Para começar, a ESRAM do Xbox One já era.

A pequena, mas ultra-rápida memória estática integrada no processador do Xbox One, a ESRAM foi desenhada para diminuir a RAM DDR3 mais lenta do sistema. Uma evolução da eDRAM inserida na GPU do Xbox 360, a ESRAM é muito rápida mas sofre com alguns problemas. O documento da Microsoft revela que a ESRAM não está no Scorpio, e ao mesmo tempo sugere que os estúdios que continuarem apoiando vão assegurar uma performance forte nos consoles Xbox One existentes.

"A ESRAM permanece essencial para alcançar alta performance no Xbox One e Xbox One S. No entanto, o Project Scorpio e o PC não têm ESRAM. Uma vez que não é permitido apresentar uma versão exclusiva do Scorpio, otimizar para a ESRAM permanece altamente importante para a performance nas plataformas da Microsoft," revela o documento.

O documento sugere que o processo do 'aliasing' ao alvo de renderização - adequado ao Xbox One e que poupa muita memória - continua, mas no PC, esses alvos podem exceder o limite de 32MB, como seria de esperar ao passar de 900p ou 1080p para ultra HD. Adotar estratégias que favorecem a ESRAM é bom para as outras plataformas - a Microsoft diz que poupa memória, favorece placas gráficas mais fracas com VRAM limitada, e torna mais fácil chegar a 4K com definições visuais melhoradas.

Na nossa análise ao Scorpio no ano passado, presumimos que a ESRAM iria desaparecer, e muitos acreditaram que continuaria para manter a compatibilidade com os jogos do Xbox One. A teoria era que o esquema de memória 320GB/s do sistema não igualaria a baixa latência da ESRAM. O documento da Microsoft não fala sobre vantagens na latência da ESRAM - apenas diz que a maior largura de banda da memória do sistema no Scorpio ultrapassa as capacidades da ESRAM.

O que aprendemos com os documentos do Scorpio?

Existem mais pistas sobre o console nos documentos. Foi confirmado o GPU de 6 teraflops, e o poder computacional GPU é avaliado em 4.5x acima do Xbox One. Quatro vezes mais cache L2 - um detalhe que não diz muito, exceto que a arquitetura GPU é tão moderna quanto a linha Polaris da AMD. Baseado nas nossas conversas com o Mark Cerny sobre o PS4 Pro, podemos presumir que a Microsoft pode personalizar o seu núcleo GPU tal como a Sony fez, com acesso a funcionalidades no calendário da Radeon - talvez mais além - a arquitetura AMD Vega. A Microsoft revela pouco aqui, e apenas confirma que a compactação de cor delta faz parte das funcionalidades da GPU do Scorpio, como no PS4 Pro.

O documento foca-se na aplicação do poder do console, e existem poucas pistas sobre o hardware. Após a CES, existem especulações que o Scorpio poderá incorporar núcleos CPU ZEN. No entanto, um comentário dentro do documento da Microsoft sobre como os estúdios podem desejar usar as capacidades do console, torna isto improvável.

"Sabemos que os estúdios podem não querer investir em todos os recursos GPU adicionais do Scorpio na resolução, e isto não é obrigatório. Para deixar os jogos o melhor possível, os estúdios vão precisar gastar recursos GPU em melhorias qualitativas como sombras, reflexos filtro de texturas com melhor qualidade, ou distâncias de visão prolongadas. Outra opção que podem considerar é a melhoria no frame - correndo a 60Hz, mas com a CPU a 30Hz e interpolando a animação."

O PS4 Pro oferece vários jogos com modos de performance superior com frames livres - e nenhum deles conseguiu duplicar a performance de 30 para 60fps de forma consistente. A Microsoft não diz que o Scorpio conseguirá isso e sugere um compromisso - rodar os elementos GPU no dobro da velocidade, enquanto os elementos GPU são interpolados. Utilizar núcleos ZEN tornaria isto redundante. Não conhecemos jogos de console que usem esta técnica - mas é impressionante e este comentário reforça a ideia que a tecnologia CPU do Scorpio não avançou como a GPU.

A Microsoft nunca disse o contrário. Confirmou uma CPU com oito núcleos, sugeriu uma CPU com um relógio mais rápido, e falou sobre rodar jogos existentes a 4K com HDR. O documento concentra-se em como conseguir isso. Um aumento de 4.5x no poder computacional sugere que os motores 1080p vão ser facilmente convertidos para o Scorpio, mas muitos jogos rodam a 900p. O salto para 4K é de 5.76x e ao mesmo tempo, os estúdios podem optar por usar o poder em outra coisa.

O fato da GPU fazer mais do que computação de pixeis pode ajudar na busca do 4K, e nem todas as superfícies estão ligadas à resolução da tela. O documento revela que a eficiência da rasterização aumenta de acordo com a resolução - uma métrica interessante compartilhada pela Microsoft é a de um jogo exclusivo que roda a 1080p com o número de pixeis processados sendo aumentado por um fator de 3.5x no salto para 4K, e não 4x como seria de presumir.

A Microsoft recomenda várias técnicas para melhorar a eficiência sem afetar a qualidade de imagem, citando meia-resolução e renderização dispersa como dois exemplos. Meia resolução é uma técnica que já vimos antes, onde efeitos pesados para a GPU são reduzidos para poupar, encaixando num framebuffer de resolução completa.

"A renderização em meia resolução é usada para transparências e efeitos screen-space, SSAO, SSR, e até acumulação de sombras, iluminação global e luzes locais sem importância," diz o documento. "No Scorpio, um efeito renderizado a meia resolução a 1080p e convertido bilateralmente para 4K deve ter o mesmo aspecto, ou melhor, do que o mesmo efeito renderizado em resolução total no Xbox One. Por exemplo, no Xbox One, o efeito é produzido em resolução total, digamos 900p, mas no Scorpio, o efeito é produzido a 1080p, que é metade da resolução."

A Microsoft diz que os efeitos a metade da resolução a 1080p num framebuffer 4K terão melhor aspectos do que 900p. A segunda grande técnica que defende é a 'renderização dispersa' - melhor conhecida na era pós-PS4 Pro como checkerboarding. A Microsoft defende a mesma técnica no Scorpio, e cita o trabalho impressionante da Ubisoft em Rainbow Six Siege - ao ponto de referir a mesma apresentação que nos foi mostrada por Mark Cerny. Claro que a técnica evoluiu desde então, onde a mesma tecnologia é usada nas versões PC e PS4 Pro de Watch_Dogs 2, e os resultados são fantásticos.

Perante isto, a discussão de técnicas podem sugerir que o Scorpio não é um console verdadeiramente 4K como a Microsoft disse na E3 2016. Mas a realidade é que o documento confirma pelo menos um exclusivo 1080p que transitou com relativa facilidade para 4K (acreditamos que seja um jogo construído com a tecnologia do motor Forza Motorsport), e aceita que os recursos GPU nem sempre são melhor usados ao aumentar a resolução para ultra HD.

A realidade é que as técnicas mencionadas no documento foram testadas pelo PS4 Pro. Jogos como Rise of the Tomb Raider, Horizon Zero Dawn e Days Gone validaram a renderização checkerboard para 2160p, enquanto Call of Duty Infinite Warfare emprega quase todas as técnicas mencionadas pela Microsoft. O poder adicional do Scorpio - combinado com a maior experiência dos estúdios - significa menos ports a 1440p como vimos no PS4 Pro.

O que o documento não fala pode ser instrumental para o Scorpio apresentar mais jogos a 4K. A principal preocupação é o tamanho do processador baseado na GPU de 6TFs, onde um chip com 56 ou 60 unidades computacionais soa mais plausível. Sabemos que a GPU Vega da AMD apresenta frequências muito melhoradas - e quanto mais rápido rodar, menos unidades computacionais são precisas para chegar aos 6TF. Apenas 40 unidades computacionais a 1.18GHz conseguem os 6TF do Scorpio, ou 44 a 1.07GHz. Além disso, a VEGA usa uma rasterização por tecelagem (vista como a vantagem de performance da Nvidia com a tecnologia GPU Maxwell) e isso pode ajudar a entregar um console 4K mais eficaz.

Isto é especulação baseado no que sabemos das novas funcionalidades Radeon. O documento que vimos - de 2016 - apenas confirma a ausência da ESRAM, cache L2 reforçada, e suporte para a tecnologia de compactação de memória. Além disso, apenas temos o que a Microsoft disse, largura de banda a 320GB/s e oito núcleos CPU - e uma renderização da motherboard que sugere 12GB de memória GDDR5. as especificações finais ainda são um mistério, mas os documentos com detalhes das melhorias Vega a disposição da Microsoft, destacam um console 4K altamente capaz.

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