La teoría: ¿Podrán los juegos multiplataforma de Xbox One competir con los de PS4?

Digital Foundry y la realidad de la comparación entre teraflops y experiencia jugable.

La comparación de especificaciones gráficas entre Xbox One y PlayStation 4 es dura, como poco. Ambos sistemas utilizan la arquitectura GCN (Graphics Core Next) de AMD, pero en la tecnología de render de Sony tiene un cincuenta por ciento más de potencia computacional bruta que la equivalente de Xbox One - y eso descartando otras diferencias entre las dos consolas. La pregunta es, ¿cuál es el impacto real de ello en condiciones jugables reales?

Tras bastidores los desarrolladores nos han sugerido que no deberíamos sacar conclusiones sobre la extensión de la superioridad de PlayStation 4, y de forma enfática que ese 50% adicional de potencia de GPU no se traducirá en una ventaja igual a nivel de rendimiento dentro de los juegos. Es un tema que ya tocamos brevemente con el jefe de arquitectura de PS4, Mark Cerny, cuando nos reunimos con él hace un par de semanas.

"Lo que cuenta es que el hardware no es fijo al 100%", explicaba Cerny. "Tiene un poco más de ALU de la que pensarías si te centras únicamente en los gráficos. Es por eso que tienes la oportunidad, o casi el incentivo, de usar esa ALU para GPGPU".

Una interpretación del comentario de Cerny - y la que nos han argumentado fuentes cercanas a Microsoft - es que basándonos en la forma en que se utiliza actualmente la tecnología de AMD se introduce la ley del rendimiento decrecente.

Hemos decidido poner todo esto a prueba utilizando hardware de PC equivalente basado en la misma arquitectura AMD de las consolas de nueva generación. Por un lado esto tiene desventajas, ya que el entorno cerrado de las consolas aporta mejoras de rendimiento respecto a PC, y además cada máquina usa su propia API gráfica la cual, presumiblemente, también añade otro diferencial de rendimiento. Por el otro, sabemos que los títulos de lanzamiento de la nueva generación se han desarrollado inicialmente en PC y ahora se están haciendo ports para las nuevas consolas. Además esto es un ejercicio puramente teórico, así que los puntos en común de la API implican que la tecnología gráfica de ambas plataformas se está probando en igualdad de condiciones. En cualquier caso no olvidemos que esto es un experimento de hardware, nada más.

"Descartando otras diferencias del sistema, la tecnología de render de Sony tiene un 50% más de potencia computacional bruta que la equivalente de Xbox One. La pregunta es, ¿qué impacto tiene eso en condiciones jugables?"

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La foto de Wired de las entrañas de Xbox One. Lo que vemos aquí es tecnología de PC muy bien integrada, con la CPU y la GPU incorporadas en un único chip a la derecha, rodeado por módulos de memoria. Lo más lógico es que PS4 tenga una disposición similar.

Existe otra razón interesante para esta prueba: en lo que respecta al diseño de las consolas de nueva generación, gran parte de los datos de rendimientos disponibles para Microsoft, Sony y AMD derivarían de cómo se utiliza el hardware GCN con motores que funcionan en PC. La creación de la arquitectura GCN y de sus predecesoras vendría dada en gran medida por su rendimiento moviendo juegos reales. Sospechamos que los resultados han influenciado decisiones en otros aspectos del diseño de las consolas, por ejemplo en el enfoque de Sony a la hora de destinar recursos en la computación en la GPU.

Para empezar echemos un vistazo a las elecciones que hemos hecho para representar las plataformas. Queremos dejar esto muy claro: el objetivo no es crear réplicas exactas de las consolas con un PC, porque eso es sencillamente imposible. Nuestro enfoque está en buscar el diferencial en el rendimiento gráfico basándonos en las especificaciones disponibles de la GPU. Para conseguirlo hemos querido asegurarnos (en la medida de lo posible) que el renderizado no se viese limitado por la CPU o la memoria, así que las pruebas se han realizado con nuestra máquina habitual, un Core i7 3770K overclockeado a 4.3GHz con 16GB de memoria DDR funcionando a 1600MHz.

Escoger el hardware gráfico adecuado es algo más complicado. La GPU de Microsoft suena como algo tremendamente similar al diseño Bonaire de AMD que podemos encontrar en la Radeon HD 7790, mientras que Sony opta por algo increíblemente parecido a Pitcairn, siendo el equivalente más cercano al chip gráfico de PS4 la Radeon HD 7870, o aún más en términos de velocidad de reloj la versión para portátiles Radeon HD 7970M. En ambos casos los productos de consola funcionan a velocidades menores y también tienen dos unidades de computación menos - sospechamos que están presentes igualmente, pero que se desactivan para incrementar el número de chips que los fabricantes pueden aprovechar de la línea de producción. Si el chip se fabrica con un defecto en el área gráfica, la fundición puede simplemente desactivar las unidades de computación afectadas y utilizar el procesador. Para asegurar la paridad entre ambas consolas, dos unidades se desactivan en todos los chips, algo parecido a como una de las SPUs del Cell de PlayStation 3 siempre está inactivo.

"Los chips gráficos de Xbox One y PS4 tienen mucho en común con dos diseños para PC de AMD, con nombres clave Bonaire y Pitcairn."

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Ampliación del procesador gráfico Pitcairn de AMD (izquierda) y su hermano pequeño, Bonaire (derecha). Sospechamos que la tecnología de GPU de PS4 se basa en el primero, mientras que el hardware gráfico de Xbox One es tremendamente parecido al segundo.

Desactivar unidades de computación sería útil para la producción de Microsoft y Sony, pero no para el objetivo de hardware que nos hemos marcado al no haber equivalente directo en el mercado PC. Siendo así hemos escogido la Radeon HD 7850 para representar a Xbox One (16 unidades de computación frente a las 12 del hardware de Xbox One) y la Radeon HD 7870 XT en el caso de PlayStation 4 (24 unidades de computación frente a las 18 del hardware de Sony). De esta forma mantenemos un potencial de rendimiento relativo entre las dos consolas, y al igual que en el caso de PS4 tenemos un 50% más de potencia bruta en la GPU. Evidentemente nuestro equipo es muchísimo más potente que las consolas, así que para tratar de igualar un poco el rendimiento hemos rebajado la velocidad de reloj de ambas tarjetas a 600MHz. Algunos juegos ganarán rendimiento con más velocidad, mientras que otros se benefician de tener más núcleos, pero en cualquier caso de esta forma tenemos un nivel adecuado de potencia, por no mencionar el ratio correcto de ancho de banda por flop para proporcionar paridad con PS4.

La elección de la velocidad de la memoria es la siguiente gran cuestión. En ambas plataformas igualamos la velocidad de la RAM a 1375MHz, para igualarla a PlayStation 4 (esto implica hacer downclock a la 7870 XT y upclock a la 7850). Esto da una ventaja potencial al equipo que representa a Xbox one que seguramente la consola final no tenga debido a su memoria DDR3 más lenta y a la rápida cache ESRAM. La ventaja es que así podemos comparar el hardware gráfico en igualdad de condiciones, y el ancho de banda es algo que trataremos con profundidad más adelante.

Pruebas de hardware

La pregunta es, ¿cómo analiza AMD su propio hardware y ajusta su diseño en consecuencia? Obviamente parte del proceso involucra el uso de motores existentes, así que eso es lo que vamos a hacer aquí empezando con nuestra selección habitual de benchmarks. Para conseguir acercarnos lo más posible a la carga de la nextgen, hemos sido un poco más cuidadosos al elegir las opciones. 1080p es claramente la resolución que pretenden alcanzar estas nuevas consolas, así que ese detalle es una pieza central en nuestras pruebas. También hemos descartado el multi-sampling anti-aliasing (MSAA), puesto que su uso en los juegos de nueva generación que hemos visto hasta ahora es casi inexistente.

"Los resultados más o menos confirman la teoría de que más núcleos de computación no implican un escalado lineal de rendimiento. El equipo que representa a PS4, sin embargo, tiene cierta ventaja, un 24% de media."

Aquí podéis ver varios benchmarks con juegos de PC de las máquinas que representan a Xbox One y PS4. No debéis considerar estas pruebas como un análisis definitivo de cómo la consola X movería el juego Y, sino más bien sobre cómo el hardware gráfico de ambas máquinas movería aspectos específicos del motor y sobre la diferencia que tiene un 50% más de unidades computacionales en el rendimiento.

HD 7850 (600MHz), Plataforma representativa de Xbox One HD 7870 XT (600MHz), Plataforma representativa de PS4 Diferencial de rendimiento
BioShock Infinite, DX11 Ultra DDOF 31.8fps 38.2fps 20.4%
BioShock Infinite, DX11 40.5fps 49.5fps 22.7%
Tomb Raider, Ultimate (TressFX) 22.4fps 29.8fps 33%
Tomb Raider, Ultra 39.5fps 50.3fps 27.3%
Tomb Raider, High 56.8fps 69.6fps 22.5%
Hitman Absolution, Ultra 37.2fps 45.2fps 21.7%
Hitman Absolution, High 44.1fps 52.6fps 19.3%
Sleeping Dogs, Extreme 20.3fps 26.2fps 29%
Sleeping Dogs, High 40.2fps 50.9fps 26.6%
Metro: Last Light, High 25.5fps 30.0fps 17.6%

Los resultados más o menos confirman la teoría de que más núcleos de computación no implican un escalado lineal de rendimiento. Es por eso que AMD tiende a incrementar la velocidad de reloj del núcleo y de la memoria en sus tarjetas de gama alta, porque está claro que el número de núcleos disponibles no es el único factor a tener en cuenta. Mirando los resultados, Metro: Last Light es el juego que muestra un menor diferencial, ya que aún con un 50% más de potencial computacional sólo produce un 17,6% de rendimiento extra. En el caso contrario está Tomb Raider, donde la diferencia asciende al 33% cuando la simulación TressFX está activada, pero donde también se ven ganancias de rendimiento importantes incluso sin dicha opción.

Caso de estudio: Crysis 3

La siguiente pregunta es saber hasta qué punto deberán tomar compromisos los desarrolladores en las versiones para Xbox One para igualar PlayStation 4. Hay numerosas rutas abiertas en este aspecto. Virtualmente todos los juegos multiplataforma de la nueva generación tendrán versión pC, así que los motores ya se habrán programado con la escalabilidad en mente - hasta el punto que el mínimo común denominador será muy inferior al rendimiento de Xbox One, por no hablar de PS4. Los equipos de tecnología pueden reducir las opciones de calidad fácilmente para recuperar rendimiento - ya sea en la consola de Microsoft o en un PC mucho menos potente - o pueden mantener la paridad entre Xbox One y PS4 en términos de características y simplemente escalar la resolución. Hemos decidido poner esto a prueba utilizando el juego que más se acerca a un título de nueva generación, el alucinante y tecnológicamente brillante Crysis 3. Muchos de los benchmarks anteriores (sin contar Metro: Last Light) se basan en juegos creados originalmente para consola. Lo que hace que Crysis 3 sea diferente es que se programó principalmente para PC, y luego se redujo para la actual generación de consolas, exactamente lo que harán muchos de los títulos que probaremos durante el último trimestre del año.

En el siguiente vídeo comparamos el rendimiento del hardware funcionando a 1080p y luego reducimos el equivalente a Xbox primero a 1776x1000 (una reducción de resolución del 17,2%). Tras eso volvemos a reducir otra vez hasta 1600x900, un 33%, y un escalado lineal en el déficit de potencia de GPU que Xbox One tiene respecto a PlayStation 4. En teoría deberíamos ver como el primer caso se sitúa entre ambas plataformas, mientras el segundo pone nuestro equivalente a Xbox One en igualdad con el equivalente de PS4. Pero en realidad, si miras el vídeo, descubrirás que no ocurre eso.

"Crysis 3 es lo más parecido que tenemos a un juego de nueva generación, y nuestros dos equipos de prueba pueden moverlo a 1080p con la opción de calidad alta y texturas de muy alta calidad."

El protagonista principal de nuestras pruebas para las GPUs de nueva generación es el fenomenal Crysis 3, lo más parecido que tenemos a un juego nextgen actualmente. Estudiamos qué tal corre el juego a 1080p con detalle alto, anti-aliasing 2x SMAA y sincronización vertical. Comparamos ambas plataformas cara a cara con el mismo contenido, y luego repetimos las mismas pruebas con el equipo tipo Xbox One reduciendo la resolución primero a 1776x1000 y luego a 1600x900.

Reducir a 1600x900 hace que el equipo tipo Xbox One se ponga significativamente por delante del equivalente a PS4 funcionando a 1080p, mientras que el stream a 1776x1000 se queda un pelín por detrás (más adelante en el artículo puedes ver cómo afecta esto a la calidad de imagen). También vemos que pese a tener un 50% teórico más a nivel de potencia computacional, los frame-rates en el equipo tipo PS4 son tan sólo un 19,3% mejores que el tipo Xbox One (42.6FPS frente a 35.7FPS). Puede que los recursos de sistema que consumen los avanzados shaders no se escalen de forma lineal con respecto a la resolución, lo cual implica que menos pixeles a tener en cuenta liberen más recursos de lo esperado. Otro factor a tener en cuenta es que el límite de 30FPS de la mayoría de juegos para consola es un excelente nivelador de rendimiento que, por lo general, beneficia a la plataforma más débil, la cual sólo se ve afectada en las escenas tecnológicamente más exigentes.

Pero además, los puntos fuertes de PlayStation 4 no se limitan únicamente a la potencia de su procesador gráfico, porque también tiene ventajas a nivel de ancho de banda. Tiene un bus de 256 bits con un tope de 176GB/s gracias a su GDDR5. Xbox One, en cambio, tan sólo mueve 68GB/s con su DDR3, un punto débil que intentan compensar sus 32MB de memoria estática embebida (ESRAM) con un ancho de banda máximo de 192GB/s.

El asunto del ancho de banda

Incluso si la potencia de render del chip gráfico de PS4 no es es tan pronunciada como sugieren los números brutos, la ausencia de ancho de banda puede ser fatal para el rendimiento, y ahí es donde está la principal preocupación con Xbox One. Puedes verlo en el siguiente vídeo, donde comparamos la Radeon HD 7790 con la Radeon HD 7850. Lo interesante de esta comparativa es que pese a que la HD 7790 tiene menos unidades de computación que la HD 7850 (14 frente a 16), su velocidad de reloj es más alta, hasta el punto que la potencia de computación de ambas es idéntica alrededor de los 1.8 teraflops, el territorio de PS4. La diferencia está en el ancho de banda: el bus de memoria de 256 bits de la HD 7850 ofrece un 60% de ventaja respecto a la interfaz de 128 bits de la HD 7790.

Aquí cubrimos tres juegos: Crysis 3, Skyrim y Battlefield 3. Los dos primeros revelan una mejora de hasta el 20% gracias al ancho de banda adicional disponible, pero el Battlefield 3 de DICE refleja la paridad de potencia computacional, ofreciendo un rendimiento virtualmente idéntico - lo cual sugiere que sin MSAA la tecnología no depende demasiado del ancho de banda. Trasladando estos datos a las consolas de nueva generación, los desarrolladores para la consola de Microsoft tendrán que aprender a usar la DDR3 y la ESRAM de forma efectiva para intentar igualar la enorme salida del bus de memoria de PS4. Conseguir un buen rendimiento con la ESRAM resultará clave para que Xbox One se muestre competitiva frente a PS4.

"La comparación entre la Radeon HD 7790 y la HD 7850 es fascinante. Tenemos dos tarjetas con la misma potencia de computación pero niveles muy diferentes de ancho de banda, lo cual afecta en gran medida al frame-rate."

El ancho de banda es clave para el rendimiento gráfico, casi tanto como la potencia de computación. Teniendo eso en cuenta, la Radeon HD 7790 tiene casi la misma potencia bruta que la Radeon HD 7850, pero un bus de memoria de sólo 128 bits en vez de una interfaz de 256 bits. De los tres juegos aquí probados - Crysis 3, Battlefield 3 y Skyrim - sólo el shooter de DICE muestra paridad entre las dos tarjetas.

Conclusión: la ventaja de PS4 y el reto de Xbox One

Resumiendo, PlayStation 4 goza de dos ventajas clave respecto a Xbox One en términos de destreza de renderizado: potencia bruta en la GPU y un montón de ancho de banda. En un principio las especificaciones parecen definitivas, pero parece bastante claro que una de estas ventajas - el incremento del 50% en la potencia de computación - no se traduce en la estratosférica mejora de rendimiento que podrías imaginar. PS4 es claramente más potente, pero los hechos sugieren que retoques y cambios en la calidad y/o la resolución pueden ayudar a producir niveles de frame-rate similares en ambas plataformas con los mismos juegos. El ancho de banda es el principal problema: el bus de 256 bits de PS4 es una tecnología conocida y fácil de utilizar. La ESRAM de Xbox One, en cambio, es una gran desconocida, especialmente en términos de lo rápida que es realmente y lo rápido que los desarrolladores podrán sacarle un buen partido. En nuestras pruebas le dimos a Xbox One el beneficio de la duda igualando los niveles de ancho de banda, pero evidentemente no hay nada ni mucho menos garantizado.

Está claro que la nueva generación va a ser una batalla fascinante. Lo que tenemos son dos consolas diseñadas a partir de los mismos bloques básicos pero con dos enfoques totalmente diferentes. Según fuentes cercanas a Microsoft, su intención con Xbox One es sacar el máximo rendimiento posible de las ALUs del chip gráfico. Puede ser esa la razón de que hayan escogido 12 unidades de computación, al ser la configuración más equilibrada para igualar la arquitectura de la CPU Jaguar. Nuestra fuente afirma que la configuración de la tecnología de audio y el "motor de movimiento de datos" se deriva del análisis de los juegos más avanzados de Xbox 360, implementando soluciones para solventar los cuellos de botella más comunes. En cambio, pese a sus indudables ventajas - especialmente en términos de potencia bruta - PlayStation 4 parece un poco menos equilibrada. Quizás por eso el equipo de Sony dirigido por Mark Cerny se marcó como objetivo rediseñar y ampliar la pipeline de la computación GPU, porque vieron que había recursos ALU sin usar y se dieron cuenta de que podían convertir eso en una oportunidad para que los desarrolladores hagan algo diferente con el hardware gráfico.

El propio Cerny admite que no se sacará todo el provecho a la utilización de la computación GPU hasta el tercer o cuarto año del ciclo de vida de PS4. Una fuente que trabaja directamente con el hardware nos ha explicado que "la computación GPU es la nueva SPU", refiriéndose a la dificultad que tuvieron los programadores de PS3 para sacar el máximo rendimiento al procesador Cell, pero también al potencial del hardware. Existe la sensación de que es un territorio desconocido, y que es un aspecto de la tecnología gráfica que hará que el sistema tarde en mostrar todo su potencial. Esto, en cualquier caso, no ocurrirá de la noche a la mañana ni en el periodo de lanzamiento. Siendo ese el caso, y por raro que parezca teniendo en cuenta el déficit computacional en su hardware gráfico, en teoría los títulos multiplataforma de Xbox One tienen muchos números para ser muy similares a sus versiones para PS4, con tan sólo algunos pequeños compromisos. Más adelante en el ciclo de vida, en cambio, habrá que ver si la computación GPU de PS4 se convierte en un factor significativo del desarrollo y la versión Xbox One es capaz de dar dividendos parecidos.

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Si las versiones para Xbox One de títulos multiplataforma reducen su resolución para alcanzar el mismo frame-rate que en PS4, ¿qué impacto tiene esto en la calidad de imagen? Aquí comparamos Crysis 3 con tres resoluciones: 1080p nativo, 1776x1000 y 1600x900.
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Si las versiones para Xbox One de títulos multiplataforma reducen su resolución para alcanzar el mismo frame-rate que en PS4, ¿qué impacto tiene esto en la calidad de imagen? Aquí comparamos Crysis 3 con tres resoluciones: 1080p nativo, 1776x1000 y 1600x900.
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Si las versiones para Xbox One de títulos multiplataforma reducen su resolución para alcanzar el mismo frame-rate que en PS4, ¿qué impacto tiene esto en la calidad de imagen? Aquí comparamos Crysis 3 con tres resoluciones: 1080p nativo, 1776x1000 y 1600x900.
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Si las versiones para Xbox One de títulos multiplataforma reducen su resolución para alcanzar el mismo frame-rate que en PS4, ¿qué impacto tiene esto en la calidad de imagen? Aquí comparamos Crysis 3 con tres resoluciones: 1080p nativo, 1776x1000 y 1600x900.

Para acabar, al menos en términos de tecnología gráfica, tenemos pocas dudas de que PlayStation 4 es la más capaz de las dos consolas de nueva generación. Sin embargo, a corto plazo, si Microsoft consigue las prometidas mejoras de rendimiento en sus librerías gráficas y la ESRAM es fácil de usa, tenemos bastantes razones para creer que el déficit de computación no será tan pronunciado en condiciones jugables reales como podrían sugerir las especificaciones. La gamescom será muy interesante, y una oportunidad para juzgar el progreso tras el E3, donde ambas consolas parecían poco optimizadas.

Fuera de las comparaciones, una de las sorpresas agradables de esta experiencia ha sido ver como este hardware se ha mostrado capaz de mover con solvencia algunos de los benchmarks más complicados disponibles a día de hoy en PC, y eso por no mencionar una experiencia con Crysis 3 en la que hemos podido usar el detalle alto con la mejor calidad de texturas posible. Teniendo en cuenta que las opciones de detalle más altas ponen en dificultades hasta a tecnología punta como la GTX Titan, bajar un poco la calidad y conseguir frame-rates decentes a resolución 1080p no es una nimiedad.

La obra maestra tecnológica de Crytek pretende escalarse a las mayores resoluciones gracias a su avanzados efectos y arte de altísima resolución. En el estándar 1080p de las consolas de nuevas consolas ese nivel de calidad de las texturas es fenomenal, y la experiencia radicalmente diferente si se compara con las versiones para las actuales consolas. Asumiendo que la CPU tenga suficiente potencia, el hardware gráfico de ambas máquinas debería ser capaz de mantener un nivel de rendimiento 1080p30 en un juego así de exigente, y eso antes de tener en cuenta los beneficios de la API de una plataforma cerrada y las optimizaciones específicas de una consola. Como punto de partida para el rendimiento de la nueva generación eso no está nada mal, la verdad.

Traducción por Josep Maria Sempere.

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Acerca del autor

Richard Leadbetter

Richard Leadbetter

Technology Editor, Digital Foundry

Rich has been a games journalist since the days of 16-bit and specialises in technical analysis. He's commonly known around Eurogamer as the Blacksmith of the Future.

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