플레이 스테이션 3으로 SCEJ 사장겸CEO, 쿠타라기 켄씨

　이번 발표로 밝혀진 것은 매우 많은 반면, 근간이 되는 프레젠테이션의 거의가 NVIDIA에  맞춰진 스펙 키워드가 지금까지의 일반 게임 팬에게 있어서는 친숙함이 없거니와 직감적으로는 알기 힘든 부분도 많은 것처럼 생각한다.

　거기서, 이번은, PS3의 발표회에 나타난 키워드나 영상에 대한 기본 해설을 행해 보고 싶다.

【플레이 스테이션 3 스펙 일람】

■ PS3의 CELL 프로세서는 1 PPE+7 SPE가 되었다!

　우선, CPU가 되는 CELL 프로세서에 대해.자세한 것은 이쪽을 참조, 여기에서도 간단하게 접해 두자.

　CELL 프로세서는 애플 컴퓨터의 Power Mac G5의 CPU인 PowerPC970와 소프트웨어 호환이 있는 PPE(Power Processor Element)와 복수개의 128비트 SIMD형 RISC 프로세서의 SPE(Synergistic Processor Element)로부터 된다.

CELL 프로세서의 블록 다이어그램	「7 x~」의 기재가 「어?, SPE는 8기일 것 같은데?」라고 생각하게 했다.7기본으로 줄어 든 그 이유는 실은 단순 명쾌했다

　동작 클락은 3.2GHz.CELL 프로세서는 실험실 레벨로 4.5 GHz 이상으로 동작하고 있다라는 것이지만, 제품 비율이나 케이스의 열설계의 관점, 그리고 어쩌면 Xbox 360이 3.2 GHz가 된 것 등을 배려하고, 이 값을 결정할 수 있었던 것이라고 생각된다.이 클락으로 후술 하는 SPE도 구동된다.

　PPE는 메인 프로세서라고도 해야 할 존재로, 소니는 이것을 「CELL에 있어서의 지휘자」라고 표현하고 있어, PPE의 일은 OS를 움직이는 것, 어플리케이션의“주류부”를 움직이는 것, 그리고 후술 하는 SPE의 동작을 제어하는 것이다.

　스펙표에 있는 「512kB L2 CACHE」는 PPE용의 캐시 기억 장치로, 명령, 데이터의 구별이 없는 통합형의 L2캐시 기억 장치가 되고 있다.여기에는 기재되지 않지만, 이외에, 명령용 L1캐쉬가 32 kB, 데이터용 L1캐쉬도 32 kB탑재된다.

　스펙표에 줄서는 「7 x~」는 PS3에 채용되는 CELL 프로세서에서는 SPE가 7개 가동하는 것을 의미하고 있다.원래 2월의 반도체 학회 「ISSCC」에서 발표된 CELL 프로세서는 SPE가 8개 있었을 것이지만, PS3에서는 7개로 감소하고 있다.이것은 무엇인가.

　이유는 의외로 단순하고, 「CELL 프로세서의 제품 비율율」을 올리기 (위해)때문이다.팁내에는 실체로서 SPE는 확실히 8기분 있지만, 그 1개가 제조상의 문제로 동작하지 않아도 PS3의 CPU로서 이용할 수 있다……라고 하는 것이다.예를 들어이지만, 8기의 SPE가 풀 동작하는 CELL 프로세서는 워크스테이션용, 7기동작할 수 있는 것은 PS3용, 그것 이하는 AV가전(디지털 레코더, 카내비게이션등 ) 용……과 같이 선별 이용하는 시나리오도 생각할 수 있다.

　그런데, 원래, 이 SPE와는 굳이의인가.

　SPE는, (x, y, z, w)와 같은 4 요소의 32비트 부동 소수점 실수로부터 되는 벡터 연산에 특화한 프로세서로, 3 D그래픽스 관련의 지오메트리 연산이나, 영상, 음성등의 encode, 디코드 처리를 자랑으로 여긴다.지금까지의 CPU에도 coprocessor라고 하는 형태로 특수 연산 기능을 부가한 것이 존재했지만, CELL에 있어서의 SPE는, 그것 단체가 독립해 동작할 수 있는 한 사람 분의 프로세서인 점이 특징이다.대량의 데이터 처리를 PPE와는 독립에 병행해 행할 수 있는 것이 SPE……라고 하는 이해로 좋을 것이다.

　스펙표의 「7×128b 128 SIMD GPRs」란, 1개의 SPE 맞아, 128개의 128 bit length의 범용 레지스터(General Purpose Register)를 가진다……라고 하는 의미다.이것은 꽤 대량의 파라미터를 취급하는 프로그램에서도 레지스타리네이밍이나 메모리에의 데이터 대피없이 고속으로 프로그램을 실행할 수 있는 구조를 위한 궁리로, 그 밖에 유례없는 SPE의 아키텍쳐만이 가능한 특징이라고도 할 수 있다.

　「7×256kB SRAM for SPE」는 「SPE의 캐시 기억 장치」……는 아니다.이 256 kB의 SRAM 메모리 공간은 SPE에 있어서의 메인 메모리가 되는 영역이다.이것에는 「Local Store(LS)」라고 하는 이름을 붙일 수 있고 있다.

　조금 복잡한 이야기가 되지만, 개략만 해설한다.자세한 것은 이쪽을 참조.

　스펙표에도 있지만 PS3에는 XDR DRAM에서 256 MB의 글로벌인 메인 메모리 공간이 제공된다.이것에는 PPE도, SPE도, MMU(Memory Management Unit:메모리아드레스 변환기)와 DMA(Direct Memory Access:메모리를 독자적인 타이밍에 교환할 수 있는 유닛)를 개입시켜 액세스 가능하지만, 특이 사항으로서 SPE는, 그것 자신의 소프트웨어의 실행과 거기에 따르는 데이터의 취급해에 즈음해서는, 이 256 kB의 로카르메모리 공간에 메인 메모리로부터 다운로드해 실행하는 구조를 취한다.

　아무튼, 일종의 제한같은 것……이라고도 할 수 있지만, SPE는 원래 「넣을 수 있던 데이터를 지연 없게 처리하고는 나무 내는 스트림 프로세서」적인 컨셉으로 디자인 되었기 때문에, 최고 성능을 내려면 「이 스타일이 최적」이라고 하는 판단이 이루어졌다고 봐야 할 것이다.

조속히 나온 퍼포먼스 비교도.CELL의 218 GFLOPS는 7기의 SPE의 존재가 꽤 눈길을 끈다	메인 메모리 대역 대결.이 그림에서는 모르지만, PS3도 그래픽 메모리의 대역은 Xbox 360과 같다

■ PS3의 그래픽 칩 「RSX」의 파이프라인은 고정식

GPU는 550 MHz 구동.1,920x1,080 닷 해상도의 렌더링에 대응하고 있다고 하지만……

　이번 발표에서는, NVIDIA의 CEO켄 사장 Jen-Hsun Huang씨, 스스로가 단상에 서서, PS3의 GPU 「RSX」에 대하고 설명을 행했지만, 별로 내부 아키텍쳐에 대해서는 접하지 않고, 수치 스펙의 공표에 머물고 있다.

　스펙표에도 볼수 있듯이, RSX의 동작 클락은 550MHz.현행 GPU로서는 PC용도 포함하고, 톱 레벨의 동작 클락이다.

　1 사이클 당 136 시다오페레이션, 토탈 피크 성능은 1.8 TFLOPS라고 하는 것으로, 이것은 NVIDIA의 현행 GPU의 최상위모델 「GeForce680oUltra」를 2매 찔러 동작시키는 SLI 모드시 퍼포먼스의 2.5배에 상당하는 것이라고 한다.이 근처의 아키텍쳐와 퍼포먼스에 관련되는 이야기는 좀 더 취재를 진행시키고 나서 고찰하고 싶다.

2화면 출력의 예.맨 위의 파노라마 표시 패턴은 게임 화면의 중앙이 2대의 텔레비전의 연결고리가 되어 버리므로, 실질적으로 쓸모가 있지 않다.멀티 화면 표시이면 3 화면은 갖고 싶다.실제의 활용에서는 2번째 이하의 패턴

　Xbox 360의 상정하고 있는 HD해상도는 1,280 x720 닷이지만, 이것에 대해서, PS3는 1,920x1,080 닷의 풀 HD에 대응하고 있는 것을 강조했다.그러나, 다음에도 접하지만 256 MB의 비데오메모리, 128비트 비디오 메모리 버스, 고작 22.4 GB/sec의 비데오메모리 대역으로 1,920x1,080 닷의 풀 feature의 렌더링은 성능적으로도 비데오메모리적으로는 빠듯이선일 것이다.PS3에서도, 대부분의 타이틀은 1,280 x720 닷 베이스가 되는 것으로 예상된다.

　그리고, 한층 더 흥미로운 것은, 그래픽스를 렌더링 하는 실행 유닛이라고도 해야 할 프로그라마브르시다의 파이프라인이, 정점 시다용과 피크세르시다용으로 고정 설계가 되고 있다고 하는 점이다.

　Xbox 360의 GPU는, 관계자에게의 추가 취재에 의해, GPU 부하에 따르고, 48개 있는 공유 시다유닛트를, 동적으로 정점 시다파이프라인과 피크세르시다파이프라인에 배분하는 구조를 채용하고 있는 것을 알 수 있고 있다.이 점에 두고, ATI와 NVIDIA의 설계 사상의 차이가 나타나 있어 재미있다.

　또, 이번 발표로 「메인 메모리와 그래픽 메모리가 256 MB씩」, 그것도 「메인 메모리가 Rambus의 3.2 GHz 데이터 레이트의 XDR DRAM」, 「비데오메모리가 1.4 GHz 데이터 레이트(700 MHz 구동) GDDR3 SDRAM」라고 하는 것이 밝혀졌다.즉, PS3에서는, CPU에 256 MB, GPU(그래픽스 프로세서)에 256 MB의 메모리가 접속된다라고 하는 이미지다.이것도 라이벌의 Xbox 360이 CPU와 GPU로 512 MB의 GDDR3 SDRAM 메모리를 공유해 사용하는 UMA(통합 메모리 방식)를 채용하고 있는 것과는 대단히 설계 방침이 다르다.

　메모리 대역은 메인 메모리가 25.6 GB/sec, 비데오메모리가 22.4GB/sec.이 값은 3.2GHz×64비트폭, 1.4GHz×128비트폭의 계산으로부터 구해진 값이다.비데오메모리는 PC용 고급 지향 GPU와는 달라, 128비트 접속이라고 하는 것이다.

메모리는 UMA가 아니고, 각각 용도별의 메모리가 접속되는 방식.이것은 PS2의 설계 사상이 PS3에 계승했다고 봐야 한다?

■ PS3가 서포트하는 하이 다이나믹 레인지에 렌더링이란?

이번 발표회에서 NVIDIA가 나타내 보인 그림.종래의 렌더링(위)과 하이·다이나믹·레인지·렌더링(아래)이라는 비교

　종래의 리얼타임 렌더링 시스템에서는, 이른바 32비트 칼라로의 렌더링을 기본으로 하고 있었지만, PS3에서는 이것을 128비트 칼라까지를 서포트하는 것이다.

　32비트 칼라에서는α(투명도), RGB(빨강 녹청)가 각각 8비트 정수로 표현되고 있던 색표현이었지만, PS3의 RSX의 128비트 칼라에서는,α, RGB가 각각, 32비트 부동 소수점 실수까지 서포트되는 것이다.이러한 표현폭이 큰 렌더링 방식을 「하이 다이나믹 레인지(HDR) 렌더링」이라고 한다.PS3, Xbox 360의 2살의 차세대기는 함께 렌더링 시스템은 HDR 렌더링에 대응하게 된다.

　「128비트 칼라??　그런 색이 나오는 디스플레이나 텔레비전은 없을 것입니다?」라고 하는 의견도 가장.HDR 렌더링은, 어디까지나 렌더링을 하이 다이나믹 레인지로 행하는 것에서 만나며, 최종적인 영상 표시는 종래의 32비트 칼라(실제로는 24비트의 1,677만색)에 떨어뜨려 행해진다.따라서 텔레비전은 지금까지의 것을 사용한다.

　그러면 무엇을 위해서 「하이 다이나믹 레인지」에 렌더링 하는 것인가.

　근대의 3 D게임 그래픽스의 렌더링은 복수의 texture를 적용하거나 음영 처리를 다단계에 조합해 행하기 위해, 표현폭이 좁으면 오차가 축적되어 올바른 결과가 되지 않는다.HD렌더링의 목적의 하나는 픽셀 단위의 음영 처리의 연산 정도의 향상에 있다.

　그리고, 하나 더, 현실 세계의 광경과 같게 하이 다이나믹 레인지에 렌더링을 행해, 이 씬을 임의의 휘도 레인지로 영상의 보이는 방법을 변경할 수 있다고 하는 메리트가 있다.이것은, 카메라로 말할 곳의 셔터 스피드를 바꾸거나 노출을 바꾸거나라고 하는 동작에 상당해, 인간이면 눈의 눈동자의 크기를 바꾸는 것에 상당한다.

　어두운 씬으로, 점점 눈이 익숙해져 밝게 보여 오는 모습이나, 터널에서 밖으로 나왔을 때와 같이, 눈이 어두워지는 눈부신 씬이 점점 적절히 보여 오거나라고 하는 표현을 할 수 있게 된다.혹은, 과도하게 밝은 씬의 각 개소에“얼버무려”를 후처리로 부가하고, 카메라의 렌즈내 반사에 의한 플레어 현상이나, 기다리는 털에 의한 빛의 회절에 의해서 발생하는 빛이 넘쳐 나와 해 보이는 표현도 리얼하게 행할 수 있게 된다.

　덧붙여 128비트의 HDR 렌더링은 3 D게임 용도로서는 조금 오버 스펙이며, 실제로 게임에 활용되는 것은 64비트로 충분히라고 하는 의견이 유력하다.128비트 HDR 렌더링도 조금은 충분해가 물려 있다고 생각해야 할 것이다.

■ 면하 확산(Subsurface Scattering)이란?

　이번 발표회에서, 동양계의 여성이 춤추는 리얼타임 데모를 NVIDIA가 공개해, 이 캐릭터의 피부 표현에 면하 산란(Subsurface Scattering)의 테크놀로지를 실장했다고 설명했다.

　면하 산란과는, 빛이 흡수되어 감쇠하거나 반사하거나 한다고 하는 단순한 반사 모델 뿐만이 아니라, 빛이 표면에 비집고 들어가 그 중에 산란하고 밖에 나온다고 한다, 매우 복잡한 반사 모델을 시뮬레이트 한 것이다.

　과연, 이번 데모에서는, 빛이 뒤로 돌면 두께의 얇은 귓바퀴로부터 빛이 새어 오거나 여성의 얼굴의 업에서도 코의 구멍이 단지 새까맣지 않고, 고기를 그저 조금 투과 한 빛이 붉은 음영을 만들어 내거나 하고 있다.

인간의 피부의 표현은 리얼타임 3 D그래픽스에서는 큰 연구테마였다.이 앵글이라면 이해하기 어렵지만 그녀의 귀나 뺨의 윤곽이 면하 산란으로 희미한 빛을 발사한다

　광원을 가짜의 시점으로서 씬의 심도 정보(깊이 정보)를 texture 등에 렌더링 해, 그 씬의 가림 구조 분포에 상당하는 「그림자 맵」을 생성.여기까지는 그림자 생성때와 같다.

　최종적인 씬의 렌더링시에는, 각 픽셀 묘화시에, 그 픽셀이 광원으로부터 가림되어 어느 정도의 거리에 있는지(즉 어느 정도의 두께의 것이 빛을 차단하고 있는 것인가)를 그림자 맵을 참조하면서 요구하면서 묘화 해 나간다.얇으면 빛이 투과 하는 음영으로 첨가하면 된다.

　원리로서는 단순한 분 , 문제도 많지만, 리얼타임에 움직여 변형하는 캐릭터에도 이용할 수 있기 위해, 그 비주얼 효과는 크다.

　이번, 공개된 데모에서는, 내부에 가르쳐진 뼈의 그림자까지가 희미하게 보이게 되어 있어 그 뼈끼리가 겹친 묘사까지 간파할 수 있다.또, 이 데모는 하이 다이나믹 레인지 렌더링도 적용되고 있어 빛이 넘쳐 나와 해 표현등도 간파할 수 있다.

　지금까지는, 거기까지 하고 있으면 무거워 어쩔 수 없었지만, PS3의 RSX에서는, 게임내의 캐릭터 묘사에 여기까지 파워를 사용할 수 있다……라고 하는 것일 것이다.

큰 손의 괴물의 손이 빛을 통해 붉고 둔하게 빛나는 표현에 주목