PlayStation 5 Pro: perché la CPU Zen 2 limita il framerate a 30 fps

PlayStation 5 Pro. Spesso si leggono discussioni animate in gruppi privati o forum, dove l’annuncio di un nuovo videogioco bloccato a trenta fotogrammi al secondo viene accolto con indignazione, quasi fosse un affronto personale o la dimostrazione di una pigrizia degli sviluppatori. L’istinto dell’appassionato di tecnologia, quando il framerate non raggiunge i sessanta aggiornamenti al secondo, è puntare subito il dito contro la GPU delle console, lamentandosi della “potenza”, invocando una cattiva ottimizzazione visiva e analizzando le texture nel dettaglio.

In realtà, abbandonando un approccio superficiale ed esaminando l’architettura dei sistemi con rigore numerico, ci si renderebbe conto che la direzione è sbagliata. Il vero collo di bottiglia delle precedenti generazioni di console non risiede nella capacità della GPU di gestire i pixel, ma nell’enorme mole di calcoli logici che il processore centrale deve eseguire in una frazione di secondo.

PlayStation 5 Pro: perché è importante

Per comprendere perché titoli tecnicamente avanzati tornano fisiologicamente a trenta fotogrammi al secondo, è necessario abbandonare il tifo da stadio e capire come funziona un motore di gioco. La generazione di un singolo fotogramma è un lavoro di squadra asincrono tra CPU e GPU. Si può immaginare la CPU come l’architetto meticoloso di un cantiere e la GPU come il pittore velocissimo che deve colorare l’edificio.

Prima che la scheda video possa elaborare i pixel, calcolare i riflessi o applicare le texture, la CPU deve costruire l’intero universo matematico di quel preciso istante. Il processore deve interrogare le routine dell’intelligenza artificiale di ogni personaggio non giocante, calcolare la traiettoria dei proiettili, risolvere le equazioni del motore fisico per collisioni e tessuti, gestire il dislocamento dell’audio tridimensionale e coordinare lo streaming dei dati dall’SSD alla memoria RAM. Solo dopo aver risolto questo complesso foglio di calcolo, la CPU impacchetta le istruzioni (le cosiddette draw calls) e le invia alla GPU, indicando dove si trovano tutti gli oggetti in quella frazione di secondo.

La matematica è inesorabile. Per far girare un gioco a sessanta fotogrammi al secondo, l’intero sistema ha a disposizione un budget di tempo rigidissimo: 16,6 millisecondi per fotogramma. Se la scheda video è potente e impiega solo 10 millisecondi per renderizzare la scena, ma la CPU è sovraccarica e ne impiega 25 per calcolare fisica e intelligenza artificiale, il fotogramma non sarà mai pronto in tempo. Il pittore resterà in attesa che l’architetto finisca i calcoli.

Questo fenomeno è il collo di bottiglia della CPU, un muro matematico contro cui la potenza bruta della scheda video si schianta. Quando il limite dei 16,6 millisecondi viene sistematicamente superato dalla logica di gioco, l’unica soluzione ingegneristica sensata è raddoppiare il budget di tempo, passando a 33,3 millisecondi: trenta fotogrammi al secondo.

Questa dinamica è diventata evidente osservando i primi progetti massicci sviluppati su Unreal Engine 5. Epic Games ha fornito all’industria un toolset capace di spingere la densità visiva a livelli mai visti prima. Tecnologie come Nanite consentono agli artisti di importare modelli 3D composti da milioni di poligoni senza creare manualmente le versioni a bassa risoluzione per le lunghe distanze. Lumen, d’altro canto, calcola un’illuminazione globale dinamica che reagisce istantaneamente ai cambiamenti geometrici.

Ma questi miracoli visivi non sono gratuiti e gravano sulle spalle del processore. Analizzando il comportamento di un titolo in Unreal Engine 5, si nota come la CPU sia costantemente sotto stress per gestire la micro-geometria. Nanite richiede al processore di orchestrare uno streaming continuo e aggressivo di dati, valutando quali cluster di poligoni debbano essere caricati, eliminati (il cosiddetto culling) o scalati in base alla posizione della telecamera. Inoltre, l’utilizzo estensivo del Ray Tracing software e hardware per l’illuminazione costringe la CPU a ricalcolare costantemente le strutture dati spaziali (le Bounding Volume Hierarchies o BVH), affinché i raggi di luce sappiano contro quali oggetti rimbalzare.

Si sta passando da mondi statici, dove tutto era precalcolato e rigidamente scriptato per gravare il meno possibile sull’hardware, a mondi intrinsecamente dinamici. E il dinamismo si paga in cicli di clock.

Le CPU montate all’interno di PlayStation 5 e Xbox Series X sono basate sull’architettura Zen 2 di AMD, risalente al 2019. Sono processori eccellenti che hanno garantito un balzo importante rispetto ai chip Jaguar della scorsa generazione, ma stanno mostrando il fianco di fronte a motori fisici e logici che pretendono di calcolare la simulazione di interi ecosistemi in meno di sedici millisecondi.

Il cortocircuito logico di chi attribuisce le mancanze prestazionali esclusivamente alla GPU emerge analizzando le specifiche della recentissima PlayStation 5 Pro. Sony ha immesso sul mercato una macchina dotata di un comparto grafico potenziato del 45%, memorie sensibilmente più veloci e un blocco hardware dedicato al machine learning (il PSSR) e del Ray Tracing.

La narrazione popolare ha immediatamente associato questa iniezione di potenza grafica alla risoluzione definitiva del problema dei 30 FPS. Ma c’è un dettaglio cruciale: la CPU è rimasta fisicamente la stessa. Sony ha mantenuto lo stesso identico processore Zen 2 della PS5 base, limitandosi ad abilitare una modalità High CPU Frequency che ne innalza il clock del 10% (sacrificando una frazione marginale di potenza della GPU per gestire il bilanciamento energetico).

Un incremento del 10% sulla velocità di calcolo della CPU è utile per stabilizzare un framerate ballerino che oscilla tra i 55 e i 60 fotogrammi, ma è ininfluente quando ci si trova di fronte a un profondo collo di bottiglia strutturale. Se un gioco satura la CPU base impiegando 25 millisecondi per completare il calcolo fisico e logico di un fotogramma, il minuscolo boost del modello Pro non riuscirà mai ad abbattere quel tempo sotto la fatidica soglia dei 16,6 millisecondi necessari per i 60 FPS.

Il PSSR e la nuova scheda video possono renderizzare il gioco a una risoluzione interna eccellente, eliminare il rumore visivo e rifinire le ombre in modo superbo, ma rimangono subordinati ai tempi di consegna della CPU. Per questo motivo molti futuri titoli intensivi, pur risultando infinitamente più puliti, nitidi e ricchi di effetti grafici su PlayStation 5 Pro, continueranno a girare a trenta fotogrammi al secondo.

Non è una mancanza di ottimizzazione, ma il rispetto delle leggi dell’architettura hardware.

Per calare questa complessa teoria in un caso di studio pratico e imminente, non esiste esempio più calzante di Grand Theft Auto 6. Il prossimo progetto di Rockstar Games rappresenta l’esempio di questa generazione, il software che metterà a nudo i reali limiti fisici dei nostri salotti.

Cosa cambia e quali sono gli effetti

Chiunque si aspetti di esplorare lo stato di Leonida a sessanta fotogrammi al secondo, anche possedendo una console “Pro”, sta sottovalutando cosa significhi simulare un mondo vivo. Rockstar Games non utilizza un motore generalista, ma si affida al proprietario RAGE (Rockstar Advanced Game Engine), la cui peculiarità storica risiede nell’ossessiva simulazione sociologica e fisica del mondo di gioco.

Pensate alla densità intravvista nel primo trailer. Non stiamo parlando di manichini che camminano su binari predefiniti. Ogni singolo PNG per le strade di Vice City è governato da una propria macchina a stati complessa: decide come reagire a una provocazione, se estrarre lo smartphone per filmare un incidente, se fuggire o chiamare la polizia.

Questa intelligenza artificiale distribuita deve essere calcolata simultaneamente per decine, a volte centinaia di entità a schermo. A questo si intreccia l’rilevante motore fisico Euphoria, che non si limita a innescare animazioni pre-registrate quando un corpo viene colpito o un’auto si schianta. Euphoria calcola la biomeccanica del sistema nervoso virtuale in tempo reale: la tensione muscolare di un passante che inciampa, la deformazione dei metalli di una carrozzeria in base all’esatto angolo di impatto, l’aerodinamica di un elicottero che combatte contro un vento volumetrico simulato.

Tutta questa densità sistemica, questo intricato orologio svizzero di routine comportamentali e calcoli fisici, ricade interamente, pesantemente e senza sconti sul processore centrale. La GPU della PlayStation 5 Pro potrà disegnare la sabbia di Vice City con una precisione rilevante, ma se la CPU Zen 2 ha bisogno di oltre trenta millisecondi per risolvere l’equazione di centocinquanta passanti che reagiscono al furto di un’auto nel bel mezzo di un uragano, il gioco non potrà mai aggiornarsi sessanta volte al secondo.

Non siamo di fronte a una mancanza di talento o a un motore non ottimizzato. Siamo di fronte alla consapevolezza che la matematica computazionale è finita e le risorse vanno allocate secondo delle priorità di design ben precise.

Scegliere tra fluidità e complessità. Il ritorno ai trenta fotogrammi al secondo nei titoli a mondo aperto e ad alta densità simulativa non deve essere analizzato come un fallimento, ma con la comprensione del medium. Sviluppare un videogioco significa muoversi all’interno di un bilancio energetico rigoroso.

Gli sviluppatori hanno costantemente davanti a sé un bivio: possono garantire sessanta fotogrammi al secondo granitici, alleggerendo il carico sulla CPU semplificando l’intelligenza artificiale, diminuendo la densità della folla e del traffico o rendendo la fisica ambientale approssimativa. Oppure, come nel caso di progetti ambiziosi alla GTA 6 o delle produzioni in Unreal Engine 5, possono investire ogni singola stilla di potenza logica del processore Zen 2 per calcolare l’impossibile.

Possono regalarci foreste che reagiscono realisticamente al vento, metropoli brulicanti di vita indipendente, sistemi fisici che interagiscono tra loro in modi imprevedibili ed emergenti. Per raggiungere questo livello di complessità sistemica, l’architetto del nostro sistema ha bisogno di tempo, e l’unico modo per concedergli quel tempo vitale è raddoppiare l’intervallo tra un fotogramma e l’altro.

Accettare che eventuali futuri grandi simulatori di mondi faticheranno sempre a raggiungere l’utopia dei 60 FPS su console non significa giustificare il ristagno, ma maturare la nostra comprensione del medium: guardare solo a quanti pixel vengono disegnati a schermo e iniziare a valutare, con rispetto per chi programma, l’immane e invisibile peso logico che sta pulsando dietro a quella veste grafica.

Fonte e approfondimento su PlayStation 5 Pro: articolo originale.

* Contenuto realizzato con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale.