O que se passa em Doom: The Dark Ages

Xbox e PS5 tem performances bem diferentes… Mas o que está no ecrã… também não é igual!

Sinceramente já perdi a conta à quantidade de justificações que eu já li em foruns para explicar a disparidade de performances entre a Xbox e as PS5 neste jogo.

Algumas das explicações soam a pouco coerentes, sendo que a largura de banda da consola parece ser o argumento que mais se gosta de usar. São 560 GB/s contra 448 GB/s na PS5, e 570 GB/s na Pro… Logo a Xbox teria de estar mais próximo da Pro, do que da PS5.

Perante essa realidade, eu e o Tio Hildo temos tido imensas conversas para tentarmos, com os nossos parcos recursos, perceber as causas da disparidade, e eis que numa recente captura, realizada com a qualidade máxima, o Tio Hildo parece ter descoberto pelo menos parte das causas da disparidade entre as consolas.

Para começar, diga-se que a questão da largura de banda foi algo que colocamos imediatamente de parte.

Isto porque, e isto parece esquecido por muitos, comparativamente a um PC, nem a largura de banda da Xbox é de 560 GB/s, nem a da PS5 base é de 448 GB, ou a da PS5 Pro é de 570 GB/s!

Isto porque a Xbox tem a memória acedida de forma fragmentada, e isso apenas lhe permite que 10 GB seja  acessíveis a 560 GB/s. Os restantes 6 GB são acedidos a 336 GB/s.

Mas o pior é que estas duas pools não são separadas, e as larguras de banda de cima só são conseguidas se não existirem acessos à outra, situação que não acontece. E o acesso simultâneo às duas atira a largura de banda da pool mais rápida para os 392 GB/s. Uma situação que pode ser amenizada com acessos controlados e menos frequentes, mas que é incontornável!

Resumidamente, a largura de banda média da Xbox series X está longe de ser 560 GB/s. Não é fácil atirar o real valor, pois isso vai depender muito do cuidado dado à programação da consola, mas com o uso dos 16 GB, em qualquer dos casos, é certamente um bom bocado abaixo disso.

Da mesma forma a largura de banda da PS5 não é 448 GB/s e da PS5 Pro não é 570 GB/s. Isto quando comparadas com um PC normal, ou com a Xbox, pois as consolas da Sony possuem optimizações internas para o uso da largura de banda, Cache Scrubbers, e um sistema de I/O que elimina o Check-in, optimizações que eliminam ali o uso de largas dezenas de GB que num PC normal (e Xbox) tem de ser movidos, mas que na PS5, pura e simplesmente não existem.

Sem saber quantificar o real valor que poderíamos usar para uma comparação, vamos apenas dizer que, em ambos os casos, comparativamente, o valor teria de ser superior ao anunciado.

Mas se isto não for argumento vejamos os GPUs 4070, 4070 super e 4070 Ti, todos eles partilham a mesma largura de banda, apesar de performances diferentes. E todos eles usam 504 GB/s. Isto quer dizer que se a Pro estivesse perto com limite, estes GPUs estariam muito mais. Basicamente a questão da largura de banda não faz sentido, até porque se a PS5 tivesse gargalos não teria um comportamento igual ao da Pro, mas a menor resolução, e demonstraria engasgos ou quebras não existentes nas outras consolas. E isso não acontece!

Mais ainda, o jogo corre bem em GPUs bastante mais antigos, e não apresenta gargalos com as suas menores larguras de banda.

Resumidamente, se viram em algum local a largura de banda como limite, saibam que esse argumento não tem sustentação, de forma alguma!

Qual é então o motivo da disparidade?

Bem, podem haver outros motivos, mas eis o que resultou das conversas entre mim e o Tio Hildo.

O que se segue é uma captura de ecrã do vídeo da Digital Foundry, o que significa que a resposta, ou pelo menos parte dela, esteve sempre na frente dos olhos, e só não a viu quem não quis ver. A DF, que tanto analisa, parece mais preocupada em comparar a PS5 a placas gráficas de PC, do que realmente em analisar os motivos pelos quais há aqui uma diferença de performance gráfica díspar entre a Xbox e a PS5.

Vejam a imagem… A situação é visível a olho nú (carreguem sobre a imagem para abrir a versão de alta definição)!

Parece-vos que o que está no ecrã é igual nas duas consolas?

Na realidade não… Aquilo que nos parece, e que é confirmado pela Digital Foundry é que o jogo aplica extensivamente Variable Rate Shading. Mas o que vemos na imagem é que a Xbox apresenta um VRS muito mais agressivo, ao passo que a PS5, aplica algo que não cria o mesmo efeito visual, parecendo mais leve, ou mesmo inexistente em partes..

O resultado que temos é um efeito de “menor resolução” e mais “efeitos de escada” na XBox, que podem ser vistos com maior detalhe quando capturamos uma imagem em ambos os sistemas no mesmo local e lhes fazemos um zoom:

PS5

XBOX SERIES X

Para poderem verificar que estas imagens estão inalteradas, deixamos em cada uma, o link para a imagem total original, em cada uma das imagem. Não as deixamos em PNG dado que cada uma ocupava 24 MB e o espaço da PCMANIAS é limitado, mas mesmo assim temos aqui imagens com quase 6 MB cada.

Será de se notar que ambas as imagens são capturadas aproximadamente no mesmo local, e com a mesma resolução. E esta não é uma captura fácil de ser feita (daí só termos este exemplo) pois sendo a resolução dinâmica e a movimentação livre, não é simples obter-se cenas onde a resolução nativa seja igual nas duas consolas. Mas esse é o caso aqui, com ambas as consolas a debitar em nativos 1440p.

E as diferenças são notórias. Na Xbox há um efeito de escada forte, ao passo que na PS5, se nestas partes o VRS está aplicado, é uma versão bem mais soft.

Repare-se que o VRS também se percebe claramente estar funcional na PS5. Examinem as nossas imagens de captura, ou a imagem da DF na zona do esqueleto, e perceberão o seu uso ali. Apenas que, como os dois zooms de cima deixam perceber, eles são diferentes, pelo menos em certas zonas do ecrã.

Olhando para as apresentações da AMD sobre o VRS, vemos que ele funciona um pouco como a crominância nos modos vídeo, onde em 4:4:4 cada pixel tem a sua cor, nos modos 4:2:2 cada dois pixels partilham a mesma cor, e nós 4:2:0 cada quatro pixels partilham a mesma cor.

Aqui no entanto temos mais modos que na crominancia , com o modo 2×2 onde 4 pixels tem a mesma cor, os modos 2×1 e 1×2 onde temos 2 pixels com a mesma cor, ora na horizontal, ora na vertical, e o modo 1×1 onde temos também dois pixels a partilhar a mesma cor, mas na diagonal.

Olhando para as imagens, eis o que se parece ver:

PS5

Nesta zona o VRS ou é 2:1 ou inexistente.

XBOX SERIES X

O VRS aqui parece ser 2:2.

Resumindo, comparando com os dados da AMD, a PS5 parece ou não ter aplicação do VRS, ou usar um VRS 2×1 horizontal, ao passo que a Xbox Series X aparenta usar um VRS 2×2.

Isto a confirmar-se implica que a Xbox, nas zonas onde há estas discrepâncias, calcula metade, ou mesmo um quarto, dos shaders calculados nas consolas PS5, explicando-se assim, nem que seja de forma parcial, a diferença de performances.

Vamos perceber o que é o VRS e o seu intuito.

Com a evolução gráfica uma situação começou a destacar-se no domínio do realismo visual: Os shaders!

Os jogos de nova geração, mesmo que não tenham mais resolução que jogos das gerações anteriores, distinguem-se visualmente. E isso pelo número e qualidade de shaders aplicados que criam efeitos mais foto realistas nos pixels.

Basicamente é isso que atualmente consome os TFLOPS dos GPUs: O processamento para se criarem efeitos visualmente realistas.

A evolução na complexidade dos shaders cria mais consumo de largura de banda do que a largura de banda consegue aumentar. E é nesse sentido que o VRS nasce.

Todos nós vimos como o HDMI resolveu o problema da sua falta de largura de banda. Nos modos 4:4:4, cada pixel possui a sua cor. Mas no modo 4:2:2 cada dois pixels partilham a mesma cor, e no 4:2:0 cada 4 pixels partilham a mesma cor.

A realidade é que a olho nú o ganho da resolução é mais visível do que a perda de cor. E poucas pessoas notarão a diferença entre estes 3 modos de crominancia. Mas no entanto, eles poupam largura de banda.

O VRS basicamente faz o mesmo, e como vimos no quadro de cima podemos ter também 2 ou 4 pixels a partilhar o mesmo efeito de shaders.

Infelizmente, ao contrário da crominância, aqui o efeito visual do VRS é bastante mais visível. Apesar de ele não reduzir a resolução, o efeito visual é semelhante a uma descida de resolução, motivo pelo qual ele não é muito desejado. Mas a poupança em largura de banda, e acima de tudo em computação, são notórias.

Uma consola aplicar um VRS 2×2 e outra aplicar um 2:1 implica que a que calcula 2:1 calcula o dobro dos shaders da outra. E naquela parte da imagem que se mostra em zoom, a PS5 nem aparenta ter VRS aplicado naquela zona, pelo que poderá estar a calcular 4x mais shaders que a Xbox.

Resumidamente, o VRS menos “agressivo” na PS5 será uma das causas da falta de performances das consolas da Sony.

Olhando para uma entrevista da ID Software sobre o DOOM Eternal, o seu jogo anterior, eles referem o seguinte:

So we take full advantage of all the cores, we take full advantage of all the V-RAM it has, we take full advantage of all the hardware features that the new hardware has. On the Xbox for example, we utilize variable-rate shading to a great extent. 

Poderiamos ser tentados a acreditar que isto se deve ao facto de a PS5 apenas ter  suporte hardware ao VRS apenas em Tier 1, ao passo que a Xbox tem suporte Tier 2. Isso poderia justificar a diferença pois obrigaria a PS5 a usar VRS  Tier 2 por software, como já o fez em outros jogos. Mas isso não explica o caso das performances da PS5 Pro, que possui já suporte Tier 2 por hardware, a não ser que a Microsoft optasse por manter a solução software nesta consola.

Na realidade Doom The Dark Ages deverá usar uma solução de VRS software, em todas as consolas!

Porquê?

Existem dois tipos de rendering de imagem, o Forward Rendering, que é o método Old School, e o Deferred Rendering, que usa as compute units para calcular a imagem.

Ora o VRS por hardware foi criado para uso em Forward Rendering, não sendo adequado ao Deferred Rendering. Sebastian Aaltonen uma das maiores cabeças da programação explica isso:

Software VRS is indeed doable. If you have a tile binning deferred approach, you can implement it quite easily. The hardware VRS is designed for forward rendering. Software VRS is hard to do with forward rendering, but software VRS is more flexible and works better with deferred.

— Sebastian Aaltonen (@SebAaltonen) February 18, 2021

DOOM: The Dark Ages usa o motor ID Tech 8, que é um motor híbrido com um rendering misto entre o Forward Rendering e o Deferred Rendering. E o  que isso implica é que o VRS por hardware está longe de ser a solução mais eficaz. Assim sendo, o jogo deverá usar uma solução software proprietária

Ora encontrei um post no REDDIT que não só confirma a existência dessa solução, como aborda o VRS e a disparidade nos resultados, e que refere:

If they’re playing on console, apparently the game’s custom software Variable Rate Shading system is a bit bugged at the moment so parts of the screen can end up rendering textures at a quarter resolution. Would look pretty blurry.

Segundo este post, o DOOM: TDA usa uma solução software proprietária em todas as consolas, dado não poder usar o VRS hardware no seu motor hibrido, e esta solução, atualmente, possui problemas.

Mas o curioso é que o referido dá a entender que a bug poderá existir dos dois lados. Não só a PS5 não deveria deixar de aplicar o VRS, como a Xbox não deveria usar o 2×2 que mostra um efeito equivalente a 1/4 da resolução.

A confirmar-se está situação, a questão da disparidade de performances não estará apenas em uma consola, mas nas duas. Uma que estará a calcular a mais, e a outra a menos.

Aguardemos para ver… Somente futuros patches permitirão tirar isto a limpo.

Nota: Saiu um novo Patch para todas as versões que corrige problemas. Mais análise em breve.