《主机游戏技术普及：PS4专题 - 改》 后记 通俗易懂的PS4架构讲解

通俗易懂的PS4架构讲解
二、通俗易懂的PS4架构讲解

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请大家先看看两张简图，有个大致的印象：

图一、PC架构简化图


图二、PS4架构简化图


首先，字迹很难看，这是第一印象。

其次，PC的图似乎比较复杂，PS4的图似乎比较简单。

我并没有故意把PC搞复杂。事实上，两张图我都花了很长的时间来构思，力求做到完全正确，并且最简化。PC这张图，我真的不能再简化了。同时，这张图也可以用于不同时代的PC。不管是90年代以前的PC，还是今天的PC，这张图都是准确的。

然后，最关键的，PS4从处理器通向内存的方式，看起来比较方便。

这个印象是不是准确呢？我们先从PC说起。

PC处理器访问存储器有4种情况：

1.CPU访问内存，直接访问。典型的情景：算AI，算物理

2.GPU访问显存，直接访问。典型的情景：渲染3D图像

3.CPU访问显存，通过映射PCI-E Bus。典型的情景：粒子系统

4.GPU访问内存，通过PCI-E Bus请求CPU访问。典型的情景：GPU获取渲染用的数学参数，例如变换矩阵（Transformation Matrix）

第三、四种情况是PC相对于PS4和Xbox One的主要劣势。而我们也看到，偏偏这些情形也很重要。

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以第四种情况为例，PC的GPU访问内存为例，有三个步骤：

1.GPU通过PCI-E Bus把访问请求放到系统总线上


2.CPU从系统总线获得请求，通过内存总线访问内存


3.数据通过DMA到达GPU。


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而同样的访问，PS4则可以在没时间解释的情况下，一步上车，直接访问。[s:doge]

参考上面的PS4架构简化图，我们可以看到，PS4并没有区分CPU专属的内存和GPU专属的显存，它们是共享同一块存储器的。

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回顾三年前第一期的内容，这种统一内存架构，最早用于N64，后来用于Xbox 360，PS4和Xbox One。

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因此，PS4访问存储器只有两种情形：

1. CPU访问，直接访问。

2. GPU访问，直接访问。

其中，GPU访问不仅可以一步上车，而且上了车之后，还提供洋葱口味（Onion Bus）和大蒜口味（Garlic Bus）两种套餐供君选择。

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大家是不是曾经在PS4的新闻里，听过洋葱总线（Onion Bus）和大蒜总线（Garlic Bus）之类的词？有没有感到疑惑？

不要紧，看了下图就懂了：


图中红色线就是Onion Bus，蓝色线就是Garlic Bus。它们是GPU访问存储器用的。

看图就知道，Garlic Bus是绕过CPU缓存的超高带宽的Bus，是GPU渲染用的。而Onion Bus更适合用来访问CPU和GPU共享的数据，包括变换矩阵，Shader参数，光照信息等等。

另外，PS4还有一条叫做Onion+的Bus，而Xbox One则没有的。它虽然有被泄露过，但是细节似乎没有被泄露，因此我就跳过了。

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虽然有点不可思议，但我相信你已经理解了PS4的架构。就是这么简单。

我们来总结一下PS4（以及Xbox One）架构的优势，也就是PC较为不足的地方：

1. PC的显卡，跟网卡、硬盘、USB是同级别的，它们的数据传输最终都会共享同一块电路（I/O桥）。
2. PC部分类型的数据访问更繁琐，因此会慢很多倍。
3. PS4游戏有更多的Bus选择，可以根据游戏的实际情况作出最优的选择。而PC游戏的数据存取方式，则完全取决于Directx（或OpenGL）、以及显卡驱动程序。

很多版本的显卡驱动程序，都是针对某一个游戏的数据存取进行优化的。这样做的问题很明显，优化了某个游戏，别的游戏会变慢。

顺便一提，PS3的架构更接近上面的PC图。虽然这听起来很不可思议，但这是真的。虽然也有明显的区别，例如SPU等等，但是它确实更接近PC那张图。

PS3和Xbox 360互有优劣，但是PS3相对于Xbox 360的劣势之一，也是内存访问比较繁琐。（这将会是《主机游戏技术普及》第四期的内容。）

这也是PS3游戏的优化重点，而且是重中之重。正因为如此，索尼的第一方工作室都掌握了很高的面向数据（Data-Oriented Design）的优化技巧。

这些经验，对PS4和Xbox One的战局起到了关键性的作用。（这一点我也早在微博里提到了。）

下一次，我们会直接比较一下PS4和Xbox One。