A evolução da GPU dos consoles

Com 12.15 TFLOPs e 10.28 TFLOPs, respectivamente, o Xbox Series X e o PlayStation 5 oferecem um nível sem precedentes de desempenho bruto do console. Eles são um verdadeiro salto geracional sobre o Xbox One e o PlayStation 4. No entanto, o fato de serem consoles da nona geração é revelador: esta é a quarta geração de consoles seguida criada desde o início para ambientes de jogos 3D. Enquanto especulamos sobre as possibilidades - que tipo de ambientes veremos nos jogos da nona geração, que tipo de técnicas de renderização eles usam - é uma boa ideia olhar para as gerações anteriores. Que tipo de melhoria de desempenho vimos entre cada uma das gerações anteriores de console no quesito de renderização em 3D? Como as expectativas foram estabelecidas e foram atendidas ou superadas?

Até o momento, o maior salto geracional em fidelidade e capacidade ocorreu entre os consoles da quinta geração para a sexta geração. Exceto as falhas comerciais que eram o Atari Jaguar e o 3DO, o Sega Saturn, o PlayStation 1 e o Nintendo 64 foram os primeiros consoles criados em torno da ideia de gráficos 3D, barrando experimentos anteriores como o chip adicional Super FX da Nintendo e o Atari Jaguar e o console 3DO. O Saturn foi o primeiro dos três a entrar no 3D, em 1994, porém era mais fraco em termos de capacidade e foi o primeiro a ser descontinuado. O PlayStation 1 da Sony chegou no ano seguinte e o Nintendo 64 finalmente apareceu em 1996. Esses foram os primeiros consoles a suportar ambientes de jogos totalmente em 3D com polígonos sombreados e texturizados. Os primeiros esforços comprometidos com o aspecto “3D” em jogos foram: o Star Fox no SNES, por exemplo, usava sombreamento simples: cada polígono na tela era sombreado com apenas uma cor. Doom e títulos como Alien Versus Predator no Atari Jaguar, por outro lado, apresentavam ambientes texturizados e iluminados, mas contavam com sprites 2D para modelos de personagens.

IMAGEaHR0cHM6Ly9nYW1pbmdib2x0LmNvbS93cC1jb250ZW50L3VwbG9hZHMvMjAxMS8wOC9ONjRfU3VwZXJfTWFyaW9fNjRfc3RhcnQuanBn

O PlayStation 1, Nintendo 64 e Sega Saturn entregaram mundos 3D totalmente convincentes, com ambientes 3D e personagens modelados. Eles foram pioneiros em gêneros inteiramente novos, como os jogos de plataforma 3D, Super Mario 64 e Crash Bandicoot, sendo exemplos iniciais. No entanto, em relação aos hardwares modernos, esses ainda eram consoles incrivelmente primitivos. O N64 - o console de quinta geração mais poderoso, podia oferecer apenas 100 MFLOPs (megaflops) de desempenho computacional - o Xbox Series X é, acredite ou não, mais de 100.000 vezes mais rápido. Enquanto os mundos de jogos da 5ª geração eram totalmente 3D, os consoles simplesmente não tinham o poder de fornecer animação, modelos ou ambientes que se aproximassem da vida real. Os visuais 2D de alta qualidade em jogos do SNES, como Radical Dreamers, eram mais verdadeiros, mesmo se estivessem ligados a um plano de fundo. O verdadeiro salto na fidelidade visual estava por vir.

Enquanto os consoles da sexta geração são fracos em comparação com o hardware moderno - o Xbox Series X pode processar números cerca de 500 vezes mais rápido que os 20 GFLOP (gigaflops) do primeiro Xbox, mas esses 20 GFLOP foram rápidos o suficiente para oferecer os primeiros jogos reconhecidamente modernos. A maioria dos gêneros e jogabilidades atuais evoluíram durante a sexta geração. Lançado no final de 1999, Shenmue no Dreamcast de 1.4 GFLOP foi o primeiro título em 3D de mundo aberto mais parecido com o que temos hoje. Tudo, da série Grand Theft Auto aos mundos abertos onipresentes da Ubisoft, ao No Man's Sky, deve uma dívida à obra-prima de Yu Suzuki. Os modelos e a animação dos personagens foram detalhados o suficiente para que os jogadores pudessem se relacionar com as emoções exibidas nas cenas em tempo real. O mundo em si era sem precedentes: quase uma representação em escala do Japão suburbano.

Outros títulos desta geração, como Metal Gear Solid 3 no PS2 e Halo no Xbox, serviram de modelos para as gerações de jogos mais recentes. Visualmente, os jogos desta época nem sempre são tão bonitos olhando hoje. No entanto, para o bem ou para o mal, as principais características de jogabilidade que estamos acostumados hoje - coisas como buscar missões em RPGs, missões de torre nos FPS e mais começou tudo aqui. E, graças à proliferação de remasters de vários clássicos da sexta geração, muitos desses jogos permanecem bonitos até hoje. O 6.2 GFLOP do PS2, o mais fraco dos consoles de sexta geração tirando o Dreamcast, curiosamente foi o que mais vendeu ao longo do tempo, com novas unidades sendo vendidas nos anos 2010. Estúdios como a Konami alavancaram laços estreitos com a Sony para aproveitar ao máximo o console: O Metal Gear Solid 3 forneceu algumas das mais impressionantes luzes dinâmicas vistas em um videogame até o momento.

IMAGEaHR0cHM6Ly9nYW1pbmdib2x0LmNvbS93cC1jb250ZW50L3VwbG9hZHMvMjAxOS8wMi9NZXRhbC1HZWFyLVNvbGlkLTMuanBn

A Rockstar, em particular, trabalhou cuidadosamente em quase todos os seus títulos de sexta geração de alto nível, exceto na controversa série Manhunt. Max Payne, Grand Theft Auto e Bully rodam tão bem num iPhone 11 Pro Max quanto no PlayStation 2 lançado a mais de uma década. Em nível técnico, vimos o primeiro uso aqui da física de ragdoll, bem como sombreamento em tempo real, iluminação dinâmica, mapeamento normal e muitas outras características técnicas dos títulos modernos.

O 9.4 GFLOP do GameCube da Nintendo foi a última tentativa da fabricante de consoles em lançar um console poderoso. A GPU Flipper do GameCube permitiu que os desenvolvedores entregassem clássicos como Resident Evil 4. O port para o PS2 é bem inferior à versão do GameCube, com texturas turvas, baixa resolução e efeitos ausentes mostra o quanto era possível fazer no hardware da Nintendo.

O primeiro Xbox entregou 20 GFLOPs de computação, tornando-o três vezes mais rápido que o PS2, foi o último participante da corrida de sexta geração. A combinação de CPU e GPU derivada do PC e alto desempenho permitiu que o console da Microsoft superasse seus concorrentes. Entre 2004-2006, vários títulos de transição, como Doom 3 e Half Life 2, que chegaram aos consoles da sétima geração, também foram lançados no primeiro Xbox, embora com resolução de 480p.

Há uma razão pela qual o Xbox Series X oferece apenas um aumento de desempenho de 10x em relação ao Xbox 360 e não os saltos insanos vistos nas gerações anteriores: a taxa exponencial na qual a Lei de Moore, denominada pelo aumento da densidade do transistor, desacelerou e, atualmente, desabou completamente. Enquanto o salto para os consoles da sétima geração ainda era grande, tudo depois disso foi uma evolução, não uma revolução. Tanto o Xbox 360 quanto o PlayStation 3 apresentaram um nível de desempenho comparável - 240 GFLOPs no caso do Xbox 360 e 230,4 GFLOPs no PS3. No entanto, eles conseguiram isso de maneiras diferentes. A GPU RSX do PlayStation 3 era relativamente fraca. Em vez disso, os desenvolvedores transferiram os gráficos para as SPUs em seu processador Cell. Fazer pleno uso do Cell foi fundamental para arrancar todo o potencial do PS3 - isso é algo que a Naughty Dog conseguiu com The Last of Us. O Xbox 360 tinha uma configuração mais convencional com uma CPU PowerPC de núcleo triplo e uma GPU Xenos baseada em um design ATi.

IMAGEaHR0cHM6Ly9nYW1pbmdib2x0LmNvbS93cC1jb250ZW50L3VwbG9hZHMvMjAxNy8xMC9TY3JlZW4tU2hvdC0yMDE3LTEwLTE5LWF0LTA2LjEwLjQyLnBuZw==

Em termos de jogabilidade, houve algumas coisas que o salto para a sétima geração permitiu que não eram possíveis antes. O aumento da potência da CPU permitiu simulações de NPCs em larga escala, permitindo que os jogos das franquias Assassin's Creed e Dead Rising tenham centenas de personagens na tela ao mesmo tempo. Do ponto de vista técnico, recursos como física de ragdoll e iluminação em tempo real, que eram recursos vistos em vários títulos da sexta geração (incluindo, também, a franquia Halo), tornaram-se padrão. No geral, a mudança para consoles com mais de 200 GFLOPs de potência em ponto flutuante resultou em um aprimoramento das abordagens de jogo adotadas pelos desenvolvedores em relação a geração anterior. O aumento no tamanho do armazenamento também permitiu que os desenvolvedores experimentassem mundos detalhados e em larga escala. Just Cause 2, por exemplo, apresenta um mapa com várias centenas de quilômetros quadrados. Os avanços na tecnologia gráfica também permitiram que os desenvolvedores aumentassem seu foco nas experiências narrativas no jogo: modelos de polígonos mais altos, texturas de alta resolução e animação aprimorada permitiram aos desenvolvedores avançar pelo vale da estranheza, pelo menos a meio termo. Algumas franquias como The Walking Dead, da Telltale, e The Last of Us, da Naughty Dog, contam com esses avanços para promover experiências centradas na história, sucessores espirituais dos tipos de jogos FMV (full motion video) do início dos anos 90. No geral, porém, você tem a sensação de que o avanço está diminuindo.

O Nintendo Wii e o Wii U foram os dois participantes da Nintendo nesse período. O Wii é cronologicamente um console de sétima geração e o Wii U é tecnicamente o primeiro console de oitava geração. No entanto, em termos de capacidades, ambos eram uma geração atrás da concorrência. A GPU de Hollywood do Nintendo Wii é essencialmente o Flipper do Gamecube, mas com um clock mais alto. A CPU "Broadway" do Wii também é uma variante atualizada da utilizada pelo GameCube. Conseqüentemente, o Wii oferece 12 GFLOPs de computação, cerca de 5% do que os consoles "reais" da sétima geração ofereciam. No entanto, isso significava que o Wii tinha mais recursos se comparado ao GameCube. Certos títulos como The Conduit e Red Steel levaram o hardware do Wii ao limite e proporcionaram visuais que não estavam muito distantes dos títulos do início da sétima geração, embora rodando a 480p.

O Wii U chegou ao final da sétima geração, em 2012, exatamente um ano antes do PS4 e Xbox One. Nesse ponto, o Xbox 360 tinha sete anos, e o PS3 seis. O Wii U entregou 352 GFLOPs de computação, o que o torna tecnicamente mais poderoso que o PS3 e o Xbox 360. Ele também possui 2 GB de RAM, com 1 GB alocado para jogos, 4 vezes mais que o PS3 e o dobro do conjunto de memória unificada do Xbox 360. Embora seus recursos de GPU fossem notavelmente melhores, a CPU do Wii U era na verdade substancialmente mais lenta que os consoles da sétima geração. Isso significava que, em muitos casos, os jogos multiplataforma do Wii U eram executados em uma resolução mais alta (até 720p), apesar de apresentar desempenho pior do que o PS3 e Xbox 360 devido ao gargalo da CPU.

O início da oitava geração foi quando a inovação em videogames atingiu seu nadir. Tanto a Sony quanto a Microsoft lançaram hardwares de oitava geração baratos, oferecendo consoles que deram os menores saltos até agora em termos de recursos técnicos. É curioso que vários clássicos do início da oitava geração, como Alien Isolation e Grand Theft Auto 5, por exemplo, funcionaram bem em consoles da sétima geração, embora com visuais mais simples.

IMAGEaHR0cHM6Ly9nYW1pbmdib2x0LmNvbS93cC1jb250ZW50L3VwbG9hZHMvMjAxOS8wMi9hbGllbi1pc29sYXRpb24taW1hZ2UtMy03Njh4NDMyLmpwZw==

Do ponto de vista técnico, o problema era duplo: por um lado, o aumento da resolução básica para 1080p significava que o aumento de 5x nas capacidades da GPU não fosse o bastante. E por outro lado, os recursos da CPU eram incrivelmente limitados nos consoles de oitava geração. A CPU Cell do PS3 era realmente mais rápida em determinadas cargas de trabalho do que a CPU Jaguar do PS4. Esses problemas ficaram evidentes no Xbox One base. A GPU de 1.310 TFLOP (teraflops) desse console não era suficiente para produzir visuais em 1080p a uma taxa de quadros aceitável. O “Resolutiongate” durou entre 2013 e 2014, pois vários desenvolvedores de jogos AAA optaram por um buffer de quadros de 900p no Xbox One, enquanto os proprietários de PS4 obtiveram um 1080p nativo. A GPU de 1.843 TFLOP mais rápida do PS4 simplesmente tinha mais espaço. O Xbox One S, lançado em 2016, possui uma GPU ligeiramente aprimorada, fornecendo 1,4 TFLOPs de computação. Os 100 GFLOPs extras fazem a diferença: em jogos com um buffer de quadro dinâmico, o Xbox One S costuma rodar mais perto de um 1080p nativo do que o Xbox One base.

O fraco desempenho da CPU nos dois consoles, no entanto, significava que as tentativas de criar uma jogabilidade de última geração geralmente falhavam miseravelmente: Assassin's Creed Unity é um exemplo disso. Isso resultou em anos de estagnação: os títulos da oitava geração pareciam mais bonitos que os da sétima geração e rodavam em resoluções mais altas e taxas de quadros levemente aprimoradas. No entanto, muitas franquias mostraram exatamente a mesma jogabilidade e inteligência artificial que vimos há anos.

Nesse ponto baixo da inovação dos consoles, a Nintendo mudou as coisas com o Switch. Em 2017, o hardware híbrido chegou ao ponto de apresentar chips móveis mais rápidos, como o Tegra X1 da Nvidia e o A11 da Apple, apresentando desempenho de CPU e GPU superiores aos consoles da sétima geração, com consumo abaixo de 5W. A Nintendo aproveitou uma versão semi-personalizada do Tegra X1 no Switch, fornecendo 1 TFLOP de computação quando encaixado no dock, o que não fica muito atrás do Xbox One. No entanto, a aposta na CPU A57 atrasam um pouco as coisas. No geral, o Switch consegue entregar versões aceitáveis dos títulos de oitava geração AAA e ports aprimorados da 7º geração, podendo ser jogados em qualquer lugar.

IMAGEaHR0cHM6Ly9pLmltZ3VyLmNvbS9tUkJ4QWlQLmpwZw==

Os consoles atualizados de meia geração - o Xbox One X e o PS4 Pro - fizeram pouco para mudar isso: eles apenas permitiram que os títulos existentes parecessem mais bonitos ​​nos monitores 4K. Os 6 TFLOP do Xbox One X fizeram um trabalho melhor - muitos títulos multiplataforma rodam em 4K nativo, ou em resolução dinâmica em alguns casos. O PS4 Pro, no entanto, se contentou com uma GPU de 4.2 TFLOP: os recursos gráficos foram dobrados em relação ao PS4. No entanto, a resolução alvo (o 4K) exige um desempenho quatro vezes maior. Na prática, isso significava que a maioria dos títulos do PS4 Pro entregavam um buffer de quadro de 1440p ou usava técnicas de reconstrução de quadro para fornecer algo aproximado ao 4K.

Os consoles da nona geração fornecem aproximadamente o dobro do poder da GPU e mais de 4 vezes a capacidade de processamento do Xbox One X e PS4 Pro graças à lei de Moore. No entanto, o progresso aumenta, mesmo que seja gradual. O Xbox Series X, com sua GPU de 12,15 TFLOP, oferece cinquenta vezes o desempenho bruto do Xbox 360, 32 vezes a memória e o armazenamento dele, duas ordens de magnitude mais rápidas. Os 10.28 TFLOP do PS5 não está tão atrás. Este é pelo menos um salto tão grande quanto o que o 360 e o PS3 entregaram em relação aos consoles de sexta geração. Vimos quase os mesmos padrões de jogabilidade por mais de 15 anos. Os recursos técnicos aprimorados dos consoles de nona geração podem finalmente permitir algo que se aproxima de um verdadeiro salto geracional. Estamos ansiosos para ver o que isso implica.