Porque motivo a PS5 consegue ter velocidades de relógio tão altas com a sua metodologia, quando antes velocidades menores eram impossível

Cerny referiu que a PS5 trabalharia a 3.5 Ghz no CPU e 2.23 Ghz no GPU graças ao seu novo método, quando pelo antigo, 3 GHz e 2 Ghz eram já um problema. Esta situação leva a que muitos ainda  acreditem que a PS5 não consegue manter sustentadas as velocidades que possui acima disso, obrigando a descer as mesmas. Ora num post do Beyond 3D, expliquei como a coisa funcionaria, e dado que a explicação saiu muito boa e facilmente compreensível a todos, resolvi trazê-la para aqui:

Na sua ultima entrevista Mark Cerny explicou finalmente como funcionará a PS5, acabando de vez com os rumores dos downclocks ou necessidade de se reduzir a velocidade do CPU para se ter a do GPU e vice versa. E com muito agrado nosso, mesmo reconhecendo que Cerny não tinha sido super claro, verificamos que a nossa interpretação sobre o que ele explicara, estava correcta, e que os nossos antigos artigos sobre como funcionaria a PS5 não precisam de qualquer correcção.

Mas ainda fica no ar uma questão. Mesmo com um sistema baseado em gestão de energias, como é que a consola consegue velocidades de relógio tão altas?

Bem, apesar de nas nossas explicações termos acertado em cheio, sabe-se agora que a situação ainda é mais completa e eficaz do que se julgava. Pelo que uma explicação perfeita obrigaria a mais do que o que se vai seguir.

Seja como for, há uns dias no Beyond 3D dei uma explicação muito simplista de como a PS5 estava a conseguir velocidades de relógio que pela metodologia das velocidades de relógio fixas não era possível. E apesar de ela não abordar com toda a minúcia aquilo que realmente se passa, ela vai certinha à realidade das coisas e explica muito bem um dos factores primordiais disso ser possível. Daí que resolvi publicar aqui essa explicação que dei, devidamente traduzida para português:

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Imaginem a vossa rede de distribuição de água!

Vocês sabiam que se, ao mesmo tempo, todas as pessoas da vossa rua abrissem todas as torneiras das casas, pura e simplesmente as torneiras não iriam deitar quase agua nenhuma?

E porque? Porque a tubagem não é calculada  multiplicando o número de torneiras existentes pelo caudal desejado em cada uma!

Até porque se formos a ver, a probabilidade do cenário anterior é basicamente zero!

Basicamente o dimensionamento dos tubos é feito tendo em conta uma média estimada de consumo por pessoa. Isso toma em conta a ocupação de solo prevista nos planos reguladores das câmaras para a determinação da população máxima na área servida pela tubagem. E mesmo ai, do valor final, apenas se usará um percentagem, e o motivo é o anterior. Dificielmente todas as pessoas usarão todas a agua no mesmo exacto momento.

É este principio que está em causa nas estimativas que as consolas fazem do uso de consumo de energia, e consequentemente emissão de calor. Basicamente, numa cenário perfeito, poder-se ia estimar o uso de energia para uma ocupação a 100% de todos os componentes do GPU a 100% uma velocidade de relógio fixa, e desenhar uma solução térmica para isso.

Mas o que se teria? Uma caixa enorme, e um sistema de refrigeração caríssimo. Algo nada compatível com uma consola que pretende trazer a baixo custo performances que só se obtém em sistemas muito mais caros.

E se as consolas fizessem isso, serviria do que? Estamos a falar de um cenário, que tal como o da abertura de todas as torneiras de todas as casas ao mesmo tempo, nunca acontecerá! Nunca nenhum jogo irá usar o sistema dessa forma.

Daí que as cargas sobre o sistema sejam estimadas baseadas em médias. Verifica-se o que os jogos estão a fazer, e usando modelos estatísticos ajusta-se a coisa à realidade prevista, prevendo-se assim o consumo energético que irá existir, e criando-se uma solução de arrefecimento para as temperaturas associadas a esse consumo energético.

E isto acontece em TODAS as consolas.

Torna-se necessário aqui chamar a atenção que os aquecimentos estão associados ao uso de energia. E que o uso de energia é resultado da carga de trabalho. Por sua vez a carga de trabalho depende não só da ocupação dos diversos componentes do chip, mas tambem da velocidade de relógio, uma vez que mais velocidade implica mais cálculos por segundo.

Daí que qualquer sistema que tente manter os consumos controlados dentro das margens expectáveis necessitam de controlar algumas das variáveis. E a mais usada desde sempre é a velocidade de relógio. Ao a bloquearmos temos mais controlo sobre o que serão os resultados das cargas de trabalho pois o seu resultado final deixará de ser dependente das velocidades de relógio, ficando apenas dependente do uso dos diversos componentes do chip.

Mas aqui as velocidades de relógio tem de ser definidas abaixo do máximo possível. E porque? Devido aos problemas com a térmica!

Apesar do bloqueio das velocidades de relógio, o uso dos componentes do GPU é livre. Um uso dos mesmos acima do estimado implicará um aumento não estimado da carga de trabalho, e consequentemente do consumo energético, e do calor gerado. A consequência será que o chip irá sobreaquecer.

Mas este aquecimento não pode funcionar de forma determinista. Quer dizer, o sistema não pode simplesmente bloquear só porque a temperatura subiu acima do esperado. Daí que os processadores tem de ter uma margem, que é conseguida ao colocar as velocidades de relógio em margens seguras. Dessa forma o sistema pode aquecer acima do esperado, e esse e o motivo pelo qual os sistemas tem ventoinhas que aceleram para tentarem acompanhar essa subida de temperatura.

O problema é que o sistema de arrefecimento perde eficiência quando isso acontece pois a sua optimização é feita para o valor estimado que aqui foi quebrado. Isso quer dizer que se as causas do aumento de temperatura não regularizarem o sistema irá atingir temperaturas elevadas, crashar ou re-iniciar.

Aqui poderá mesmo entrar em cena a salvaguarda dos chips que se desligam quando atingem certas temperaturas.

Ora é aqui que a PS5 é diferente. Porque aborda a coisa de outra forma.

Aqui a PS5 não vai controlar as causas da carga de trabalho. Ela vai ser mais determinista e basicamente vai bloquear o consumo energético máximo que o sistema pode ter num funcionamento normal. Ao fazer isto, ela basicamente está a bloquear a temperatura máxima que o sistema pode emitir, criando uma solução de arrefecimento optimizada para essa temperatura.

Fazendo uma verificação instantânea a cada momento das necessidades do CPU e do GPU, as variações nos consumos também  não permitem um aquecimento tão elevado.

Basicamente esta é uma solução muito mais eficaz. no controlo da térmica.

O que ela significa é que a PS5 pode trabalhar à vontade sem se preocupar com sobre aquecimentos. A consola não passará a temperatura prevista.

O que pode acontecer é o mesmo que no caso das velocidades bloqueadas. O de a térmica máxima estar mal calculada para o cenário pior, e nesse caso a PS5 estará exposta ao mesmo problema. E a temperatura subiria!

Para controlar isso, a PS5 tem uma solução! Caso a situação aconteça ela automáticamente sofrerá um downclock de um  par de pontos percentuais, o que lhe permite ganhar até 10% nos consumos, mantendo a térmica dentro dos parâmetros ideais.

O que isto implica é que a PS5 não sobreaquecerá nunca. E desta forma as margens de segurança que necessitam de existir nos casos normais e que permitem ao chip sobre aquecer sem crashar, aqui não precisam de existir. Daí que é possível esticar-se as velocidades de relógio a valores não possíveis da outra forma, e de acordo com aquilo que o sistema de refrigeração permite, mantendo assim as temperaturas sobre controlo e ambas as velocidades do CPU e GPU no máximo sem problemas. No caso a Sony ate refere que teve de limitar o CPU e o GPU por questões de timming internos e não de térmica, pelo que o sistema de arrefecimento da Sony se mostra claramente mais do que eficaz a manter as velocidades sustentadas no seu máximo sempre que for preciso.