Как работает SSD и кастомный декодер PlayStation 5 и чем они отличаются от системы хранения Xbox Series X

Партнёр Sony компания Oodle опубликовала в своём блоге подробности того, как работает система чтения файлов с SSD в PlayStation 5. Мы изучили описание и сравнили с тем, как аналогичная система реализована в Xbox Series X|S и возможно ли что-то подобное на ПК.

Sony заявляет, что «кастомный SSD» PS5 работает на рекордных скоростях, и его пропускная способность составляет до 9 ГБ/с. Согласно объяснению Oodle, добиться этого удалось благодаря сочетанию быстрого NVMe SSD, специального аппаратного декодера и оптимизациям на стороне софта, которые значительно улучшили работу системы ввода-вывода (I/O).

Алгоритм сжатия и декомпрессии Kraken изначально разрабатывался для ПК и подразумевал, что технология будет задействовать процессор. Однако даже самые мощные современные ЦП с трудом справляются с потоковой декомпрессией нескольких гигабайт данных в секунду, поэтому специально для PS5 разработали отдельный чип-декодер (тоже Kraken), который значительно снижает нагрузку на процессор.

В современных ПК и консолях файлы игры на жёстком диске хранятся либо в слабо сжатом виде, либо вообще без компрессии, из-за чего они занимают очень много места. При необходимости они подгружаются в оперативную память, процессор их распаковывает и отправляет в память видеокарты, где графический процессор рендерит из них кадры, которые попадают на экран. Этот процесс занимает время, поэтому уровни запускаются долго, а объекты и текстуры иногда прогружаются на глазах у игрока.

В новых консолях систему полностью переработали — файлы игры подгружаются сразу в видеопамять, минуя процессор и обычную оперативку. При этом они сжаты примерно в 1,5 раза, благодаря чему занимают меньше места. Сжатые файлы (в основном текстуры), быстро передаются с SSD на аппаратный декодер, который проводит декомпрессию и отдаёт готовый к употреблению материал видеокарте.

Пропускная способность SSD PS5 составляет 5,5 ГБ/с для несжатых файлов, но для подготовленных данных фактическая скорость получается выше (скорость SSD умноженная на коэффициент сжатия файла). По оценкам Sony, на запуске PS5 файлы игр в среднем сжимаются с коэффициентом 1,45-1,64 к одному, за счёт чего реальная пропускная способность при работе с играми составляет 8-9 ГБ в секунду.

Таких результатов позволяет добиться один только аппаратный декодер Oodle Kraken при работе с обычными Zip-архивами. Однако Oodle также разработала собственную систему кодирования текстур Oodle Texture. Файлы в формате Texture сжимаются намного эффективнее без потери качества, что в комбинации с Kraken позволяет добиться уровня сжатия до 3,16 к 1 (и фактической скорости чтения 17,38 ГБ/с).

Oodle отмечает, что поддержка технологии на PlayStation 5 не гарантирует, что её будут задействовать все разработчики во всех играх. Реализация требует желания, времени и знаний (и денег), которых у некоторых разработчиков и издателей может не оказаться, особенно если говорить о проектах, которые уже находятся в разработке.

Все игры на PS5 получат прирост в скорости загрузок благодаря быстрому SSD и аппаратному декодеру, но не все разработчики будут использовать возможности консоли на полную. Однако Oodle ожидает, что со временем «большинство» игр для PS5 будут кодировать текстуры и сжимать файлы наиболее эффективным образом.

Кстати, Oodle Texture и алгоритм сжатия Karaken не привязаны к PlayStation 5 — Sony только лицензирует эти технологии, и при желании их можно реализовать и на Xbox, и на ПК (но придётся искать замену аппаратному декодеру).

Аналогичных результатов пытается добиться технология Xbox Velocity, но немного другим путём. Microsoft также задействует аппаратный декодер и хранит данные в сжатом виде, но использует более медленный SSD с пропускной способностью 2,4 ГБ/с (до 4,8 ГБ/с при коэффициенте сжатия 2 к одному).

Двукратное отставание в скорости передачи данных Microsoft собирается компенсировать более тонкой оптимизацией того, какие именно данные отправляются в видеопамять. Специально разработанный программный комплекс DirectStorage API (входит в DirectX 12 Ultimate) позволяет разбивать текстуры и другие ассеты на небольшие части, чтобы игра могла подгружать только то, что реально нужно в конкретный момент, причём речь идёт о десятках тысяч запросов каждую секунду, которые обрабатываются параллельно.

Если система будет работать, как заявлено, то ей и правда не потребуются скорости, сравнимые с PS5 — консоли нужно будет подгружать с диска и держать в видеопамяти меньше лишних данных. А ещё это может стать спасением для Xbox Series S, который получил 10 ГБ общей памяти (из них быстрой видеопамяти всего 8 ГБ), тогда как у «старших» консолей по 16 ГБ GDDR6.

В будущем DirectStorage, прямая подгрузка текстур и аппаратная декомпрессия появятся и на ПК. Первой об этом заявила NVIDIA — на видеокартах GeForce RTX 20-й и 30-й серий за это отвечает технология RTX IO. Впрочем, ожидается, что AMD Radeon нового поколения также получат схожие возможности.

Microsoft отдельно отмечает, владельцы более старого железа смогут без проблем запускать игры с использованием DirectStorage — но увеличение скорости загрузок им будет недоступно.

Более подробное сравнение консолей нового поколения доступно в отдельном материале.