ترافلاپس چیست و چه ربطی به بازی های ویدیویی دارد؟

ترافلاپس چیست و چه تاثیری بر قدرت پردازشی دستگاه ها دارد؟ برای بیان ساده، به زومجی بپیوندید.

معمولاً برای ورود و مقایسه توان سیستم های کامپیوتری از پایه های مختلفی استفاده می شود که برخی از آنها ساعت کار (فرکانس نسبت به مگاهرتز یا گیگاهرتز)، تعداد واحدهای پردازنده مستقل یا همان هسته های پردازنده و توان کل در ترافلاپس و غیره در نظر گرفته می شود. . در کانون توجه قرار دارند. اما یکی از معیارهایی که در سال های اخیر برای کنسول های بازی و کارت های گرافیک بیشتر مورد استفاده قرار گرفته و به آن اشاره شده است، واحد است. ترافلاپس و) ترافلاپس چیست و به چه معناست؟

تعریف ترافلاپس

در سطح پایه، FLOP (عملیات ممیز شناور) یک عملیات اعشاری و واحد اصلی توان محاسباتی است. هر محاسبات جبری با اعداد اعشاری پیچیده تر از محاسبه مشابه با اعداد صحیح است و بنابراین به قدرت پردازش بیشتری نیاز دارد. امروزه سیستم های کامپیوتری مجهز به واحدهای سخت افزاری (به نام ALU یا واحدهای محاسباتی و منطقی) برای محاسبات ریاضی اعشاری هستند و هر چه قدرتمندتر باشند، سریعتر می توانند محاسبات ریاضی را انجام دهند. این پایه FLOPS را ایجاد می کند، که همان تعریف فلاپ را که در واحدهای زمان توضیح داده شده اندازه گیری می کند و به معنای عملیات ممیز شناور در ثانیه است.

امروزه ترافلاپس در پردازنده های گرافیکی (GPU) به عنوان معیاری برای مقایسه اولیه قدرت پردازش خام آنها استفاده می شود. ترافلاپس کاربرد مشابهی برای بیان قدرت تراشه های طراحی شده برای کنسول های بازی دارد. به عنوان مثال، زمانی که این معیار برای فناوری گرافیکی AMD در قلب کنسول های مایکروسافت و سونی اعمال می شود، محاسبه بسیار ساده به نظر می رسد. می‌توانید تعداد هسته‌های Shader یا GPUهای مستقل را با فرکانس کاری یا ساعت روی GPU ضرب کنید.

AMD SoC و گرافیک یکپارچه مبتنی بر معماری RDNA 2، واحدهای سایه انداز داخلی 64 CU (واحد محاسباتی)، مانند کنسول 52 واحدی Microsoft Xbox Series X. در مجموع دارای 3328 هسته سونی و 36 کنسول است که 36 واحد است. CU باید 2304 سایه داشته باشد. فرکانس کاری این دو کنسول در قسمت GPU به ترتیب 1825 و 2230 مگاهرتز می باشد.

پلی استیشن و ایکس باکس ترافلاپس

در اینجا یک محاسبه برای Xbox X Series و PlayStation 5 آورده شده است فرمول بالا را ببینید:

Xbox Series X:3328 سایه زن * 1825 مگاهرتز * 2 دستورالعمل در هر ساعت = 12147200 مگافلاپ یا 12.1 TFLOPS

کنسول بازی 5:2304 سایه زن * 2230 مگاهرتز * 2 دستورالعمل در هر ساعت = 10275840 مگافلاپ یا 10.2 TFLOPS

همانطور که می بینید، این یک محاسبه ساده است، اما در نهایت باید نتیجه را در 2 ضرب کنیم، زیرا در هر ساعت (چرخش فرکانس) دو دستور مختلف به طور همزمان اجرا می شود (یک ضرب و یک عمل جمع). نتایج معمولاً اعداد بسیار بزرگی هستند و مانند محاسبات ظرفیت فضای دیسک سخت، باید درک شوند. بنابراین مقدار نهایی را بر یک میلیون تقسیم می کنیم تا تعداد ترافلاپس ها را بدست آوریم.

قدرت محاسباتی 12 ترافلاپس به این معنی است که در تئوری سری Xbox X می تواند 12 میلیارد محاسبات اعشاری در ثانیه انجام دهد که 18 درصد بالاتر از پلی استیشن 5 است. اما تنها بر اساس این مقایسه نمی توان گفت که کنسول مایکروسافت 18 است. % در بازی بهتر است. معیارهای بسیار مهم دیگری نیز در رابطه با کارایی خروجی و تجربه بازی کنسول ها وجود دارد که در برخی مواقع تفاوت دو قسمت سخت افزاری با قدرت های متفاوت را محو یا کاملاً از بین می برد. برای مقایسه، تنها GeForce RTX 3090 Nvidia دارای 35.5 ترافلاپس قدرت پردازشی در قلب خود است و Radeon RX 6900 XT AMD دارای 23 ترافلاپس از محاسبات اعشاری FP32 است، اما بنچمارک های مختلف قدرت پردازش را نشان می دهند. RX 6900 XT نسبت به برخی از عناوین RTX، به خصوص با سایه زدن سنتی و وضوح 1080p، عملکرد بهتری دارد و در نتیجه عملکرد بهتری در برخی بازی ها دارد.

ترافلاپس و کارایی سیستم

ترافلاپس مبنای اصلی برای اندازه گیری قدرت محاسباتی است و با دیگر جنبه های طراحی GPU متفاوت است. به عنوان مثال، GCN (Graphic Core Next)، معماری معروف AMD، همیشه از نظر قدرت پردازش خام از انویدیا بهتر عمل کرده است، که توضیح می دهد که چرا کارت های گرافیک AMD Radeon (به ویژه RX 570 / RX 580) در خط مقدم عملیات خود قرار داشته اند. Digging چند سال پیش بسیار خوب کار می کرد و کارت های سری RTX 3000 / RTX 2000 انویدیا در بحبوحه اپیدمی کراون در بین ماینرها بسیار محبوب بودند. با این حال، باید تاکید کرد که این لزوما به معنای عملکرد بهتر در بازی ها نیست.

تفاوت در معماری

اما چیزی که بیشتر از ترافلاپس روی کارایی نهایی تاثیر می گذارد، معماری پردازنده یا تراشه گرافیکی است. حتی سایر جنبه های سخت افزاری مانند پهنای باند حافظه و میزان حافظه نهان داخل تراشه در سطوح مختلف نقش مهمی در سرعت پردازش دارند. به عنوان مثال، ارتقاء پردازنده نسل هشتم جگوار به معماری کنسول نسل نهم ZEN 2 یکی از بزرگترین مزیت های این سیستم ها است که به آنها اجازه می دهد تا بسیاری از پردازش های سنگین را انجام دهند که قبلاً باعث ایجاد گلوگاه برای بازی می شد و به طور جدی کنار گذاشته شد. اجتناب شد و توسعه دهندگان همچنین موفق به ایجاد محیط های پیچیده تری شدند.

در قسمت گرافیکی کنسول های نسل فعلی، معماری قدیمی GCN به فراموشی سپرده شده و از RDNA 2 در قلب گرافیکی آن ها استفاده شده است. ارتقاء معماری خود مزیت قابل توجهی نسبت به نسل قبلی از نظر کارایی پردازش گرافیکی دارد، به عبارت دیگر، یک تراشه CU 20 واحدی در معماری RDNA 2 می تواند تا 70 درصد عملکرد بهتری نسبت به یک تراشه CU 20 واحدی ارائه دهد. معماری GCN. این توسعه ممکن است از اختلاف توان CPU این تراشه های مبتنی بر ترافلاپس فراتر رود.

به بیان ساده، دو برابر شدن ترافلاپس به معنای دو برابر شدن فرکانس تولید فریم ها نیست. دلایل بالقوه زیادی برای این وجود دارد، اما محدودیت های کلی پهنای باند عامل اصلی در اینجا هستند. برخی از واحدهای پردازنده، مانند شتاب دهنده ردیابی پرتو سخت افزاری، در مقیاس توان پایه ترافلاپس گنجانده نشده اند و به طور جداگانه ارزیابی می شوند. کنسول های Xbox Series X و S Series و همچنین PlayStation 5 همگی شامل ردیابی پرتو یا به اختصار RT هستند.

قدرت CPU همچنین می تواند عملکرد بازی را محدود کند

برای نشان دادن تأثیر قدرت CPU بر کاهش بالقوه راندمان بازی، که بر قدرت GPU نیز تأثیر می گذارد، اجازه دهید مثالی بزنیم. بازی اصلی Hitman مثال جالبی است از اینکه چگونه عملکرد بازی می‌تواند محدودیت‌های قدرت CPU مشابه CPU را داشته باشد. مرحله پاریس در این بازی از نظر تعداد کاراکترهای غیرقابل بازی (NPC) غنی است، شخصیت هایی که علاوه بر پردازش انیمیشن هایشان باید رفتارشان شبیه سازی شود. این پردازنده سازگارتر است، و هر دو کنسول نسل قبلی پلی استیشن 4 و ایکس باکس وان از پردازنده های نسبتا ضعیف AMD با هسته های جگوار استفاده می کنند، معماری که در اصل برای تراشه های موبایل طراحی شده بود. برای جبران عملکرد ضعیف، هر دو پلتفرم از دو برابر تعداد هسته استفاده کردند که انصافاً بی فایده بود.

با این تفاوت که کنسول مایکروسافت با فرکانس 1.75 گیگاهرتز کار می کند، در حالی که سونی 1.6 گیگاهرتز را انتخاب کرده است که نشان دهنده برتری 9.4 درصدی است که در برخی از صحنه های بازی Hitman قابل مشاهده است. این یک تشخیص است، اما در کل هر دو کنسول نمی توانند از تمام قدرت گرافیکی اصلی خود برای نمایش کامل بازی به دلیل پردازنده های ضعیف استفاده کنند و قدرت پردازنده در این مثال مانعی است. این مشکل در کنسول های نسل فعلی و همین مرحله از بازی هیتمن کاملا حل شده و بدون در نظر گرفتن افزایش قدرت گرافیکی و افزایش وضوح خروجی هیچ تاثیری دیده نمی شود.

ارتباط بین ترافلاپس و بازی

هیچ رابطه خطی مستقیمی بین عملکرد درون بازی و قدرت محاسباتی اندازه‌گیری شده توسط ترافلاپس وجود ندارد، و در حالی که می‌توان عملکرد متناظر تراشه گرافیکی را دریافت کرد، این فقط برای مقایسه بین سخت‌افزارهای گرافیکی مختلف با معماری هسته‌ای یکسان اعمال می‌شود. گفتن اینکه یک GPU حدود 40 درصد بهتر از دیگری است به این معنی نیست که تفاوت یکسانی در نرخ فریم بین این دو وجود دارد. قابلیت های تراشه گرافیکی به عواملی فراتر از توان محاسباتی معمولی بستگی دارد و به ویژه پهنای باند حافظه عامل تعیین کننده ای است.