Après avoir testé la PS4 Pro et présenté les améliorations matérielles de la console, il est temps de mettre les mains sous le capot. Et plus particulièrement de faire une opération « à cœur ouvert » du circuit graphique de la console. Nous nous focaliserons dans cet article sur la puce AMD et, par extension, sur certains des outils que Sony emploie pour parvenir à afficher des images en Très Haute Définition sur nos TV de salon.
La PS4 Pro carbure à l’AMD Polaris
Lors de notre entretien avec Mark Cerny, architecte et concepteur du système de la PS4 Pro, celui-ci nous a révélé que la nouvelle partie graphique de la console a été élaborée avec la dernière architecture AMD en date, Polaris. La même que celle des Radeon RX récemment sorties dans le commerce. Elle embarque 36 unités de calcul (renfermant toutes les unités de traitement), fonctionne à 911 MHz et offre une puissance de calcul de 4,2 TFLOPS. Soit un chiffre 2,3 fois supérieur à celle de la PS4. La bande passante de la mémoire augmente de 24% : 218 Go/s sur la PS4 Pro contre 176 Go/s sur le premier modèle.
Architecture à la pointe du catalogue AMD, Polaris présente énormément d’avantages selon Cerny : « [Polaris] permet une augmentation significative des fréquences de fonctionnement, tout en optimisant encore la façon dont sont calculées les images, sans toutefois faire grimper la température dans la console. »
D’ailleurs, la dissipation thermique de la console est une techno maison, créée par des ingénieurs Sony et vantée comme « tout à fait dimensionnée pour dissiper la chaleur engendrée par le surplus de puissance de la console sans en changer fondamentalement le gabarit du boîtier, tout en minimisant les nuisances sonores », ce que nous avons vérifié lors de nos tests.
Des technos connues et exclusives
Mark Cerny révèle aussi que « le travail avec AMD est vraiment simple : nous venons avec nos idées et nos besoins et ils nous proposent plusieurs solutions, parmi leurs technologies maison. C’est aussi un moyen pour nous d’avoir accès à des technologies existantes -améliorées- mais aussi à celles qui ne sont pas encore implantées dans les cartes graphiques PC et de les inclure en avance dans notre console » ajoute-t-il.
A l’intérieur de la puce Polaris de la PS4 Pro, on trouve par exemple une version améliorée du Delta Color Compression, déjà présent dans certaines cartes Radeon pour PC. Globalement, cela permet de compresser les couleurs afin de réduire la quantité de bande passante mémoire nécessaire au transit des informations liées aux données « couleurs » dans les tuyaux de la puce.
Côté « nouveautés exclusives », Cerny évoque le tout nouveau modèle de « Work distributor », un gros cerveau dont le rôle est de gérer plus intelligemment toutes les opérations attribuées aux éléments de la puce, afin d’optimiser la prise en charge des effets de tessellation ou des scènes composées de nombreux petits objets par exemple.
PS4 Pro : des buffers pour mieux b(l)uffer ?
Pour parvenir à proposer de la 4K sur la PS4 Pro, Sony et AMD ont tout de même dû se retrousser les manches. Pour résoudre un ensemble de problématiques liées à la génération d’images 3D ou pallier des faiblesses de certains modes de génération de triangle et pixels, les deux compères ont créé une toute nouvelle brique : l’ID Buffer.
C’est un buffer (un tampon) dit « matériel » de la puce, auquel divers autres parties du processeur 3D ont accès. Il fonctionne en même temps que d’autres tampons de la puce, dont certains indispensables à la génération d’images 3D. Comme le Z-buffer par exemple, qui interprète la distance des éléments en fonction du point de vue.
En vulgarisant à l’extrême, ID buffer attribue automatiquement et à la volée des identifiants aux triangles (Triangle ID) et aux pixels (Object ID) qui composent les images générées au sein de la puce.
Avec ces identifiants, il est ainsi plus facile de « tracker » en permanence les triangles afin de les délimiter avec la même précision, image après image, et conserver un maximum de netteté, avec ou sans traitement déjà appliqué en amont.
D’après M. Cerny, cela facilite, ensuite, l’application de traitement d’amélioration de rendu des pixels (de l’« anti-aliasing » ou anticrénelage sous toutes ses formes), avant ou après génération des images et juste avant l’affichage.
4K ou pas 4K ?
Mettons fin d’emblée à un suspense insoutenable : oui, la PS4 Pro peut afficher des jeux en 4K natif, avec une fluidité certaine, c’est-à-dire en 3840 par 2160 pixels, à 30 images par seconde. Mais rarement.
Seuls certains jeux pourront en effet être en véritable 4K : ceux qui ont des graphismes simples, les moins gourmands. La console est beaucoup plus à l’aise quand il s’agit d’afficher des scènes 3D complexes en Full HD native ou dans des définitions 4K upscalées. Et cela, nous l’avons constaté lors de démos faites pendant l’événement mais aussi au cours de l’entretien avec Mark Cerny.
S’il te plait Sony, dessine-moi de la 4K « exotique »
Quand la console n’est pas en mesure d’afficher une véritable 4K, Sony a recours à deux méthodes de rendu 3D pour en donner l’illusion au joueur : le Geometry Rendering (GR) et le Checkerboard Rendering (CR). Le premier est simple à mettre en place, le second déjà beaucoup moins, mais Sony apporte son aide à tout développeur qui souhaite les utiliser. De plus, la plateforme de la PS4 Pro n’est pas fermée à d’autres solutions. Bien au contraire. Sony estime que les développeurs doivent rester libres d’utiliser les outils qu’ils souhaitent pour créer des jeux compatibles PS4 Pro tant qu’ils exploitent la puissance de celle-ci pour proposer mieux que sur la PS4.
Pour comprendre comment marchent ces deux technologies, Cerny rappelle quelques fondamentaux que nous avons jugé utile d’évoquer, nous aussi. Nous préciserons aussi que, pour la suite des explications techniques, nous avons vulgarisé et simplifié à l’extrême certaines notions pour ne pas crouler sous les détails. Désolé pour les puristes et autres techniciens de l’image !
Une image Full HD se compose d’environ 2 millions de pixels. Une image 4K, d’environ 8 millions. Dans le monde de la 3D, chaque pixel possède deux valeurs « data » : la première, relative à la couleur (VC) et la seconde, en rapport à la profondeur/le positionnement dans l’espace, appelée valeur Z (VZ). Et, comme nous l’avons vu plus haut, l’ID buffer est lui, capable d’attribuer des numéros d’identification à des triangles et à des pixels. C’est important pour la suite.
Fort de ces bases, on peut sereinement commencer à parler des technologies utilisées par la PS4 Pro.
- Le Geometry Rendering :
Ce mode donne de bons résultats dans la génération de décors, surtout ceux de forêt ou de montagne, où les couleurs sont très proches. Cependant, il n’augmente pas la richesse des couleurs, des effets et peut provoquer du « blur » dans certains cas. Cependant, Cerny envisage un autre scénario d’utilisation de cette technique. « La puce 3D n’a pas à mobiliser toutes ses ressources pour ce type de technologie. On peut donc imaginer que des jeux tournant actuellement en 900p puissent tout à fait profiter d’un patch afin d’exploiter la puissance nouvelle de la console et être affiché en 1080p natif. Puis, ensuite se servir du GR et de l’ID buffer pour l’afficher en Très Haute Définition ».
Comment ça marche ? Cerny explique que, grâce à cette technique, chaque pixel d’une image 1080p se voit enrichi d’informations de positionnement après passage dans différents éléments de la puce, dont l’ID buffer. « Le pixel se définit dorénavant selon 1 VC, 4 VZ et 4 ID. Ainsi, si l’on compte les seules valeurs Z présentes sur une image de ce type, elles sont similaires… à celles d’une image 4K ! » démontre Mark Cerny.
Reste maintenant à transformer cette image 1080p bien chargée en données en image 2160p. Elle voyage alors vers d’autres éléments de la carte qui se chargent, juste avant l’affichage à l’écran, d’opérer la modification en se servant des valeurs de profondeur mais aussi des ID délivrées et interprétées par le buffer, pour bien délimiter les contours de chaque élément de l’image et donner une impression de rendu 4K.
Cependant, les textures et les couleurs, elles, restent en 1080p. Donc, pour que l’illusion soit parfaite et toujours grâce à la valeur ID, il est possible -en post-processing (application d’un traitement après génération de l’image) – de cibler les pixels « non colorisés » avec des ID communs (et donc avec les mêmes contours) et de leurs attribuer, par extrapolation, la même couleur que celle du pixel « modèle » situé non loin de lui.
- Le Checkerboard Rendering :
Le CR apporte, lui, la possibilité d’avoir des images dont les contours et détails sont encore plus définis, plus beaux, plus… vrais. La quantité importante de données couleurs et de données Z « véritables » avant que l’upscaling ne soit effectuée pèse dans la balance.
Les pixels et vertex shaders sont aussi beaucoup plus sollicités et les effets de textures et de détails donc beaucoup plus réussis. Cependant, le CR est une méthode de rendu plus gourmande en ressources : les jeux déjà particulièrement demandeurs en 1080p natif ne pourront pas toujours pousser le rendu jusqu’en 2160p.
Cette technologie de rendu n’est pas une nouveauté. Car, comme le fait remarquer Mark Cerny, « Le studio Ubisoft l’utilise sur son titre Rainbow Six Siège, mais sous sa forme logicielle uniquement », réinterprétée ensuite par la carte graphique.
Mais la PS4 Pro, elle, est capable de créer des images en Checkerboard de manière matérielle. Tout commence par la génération d’une image « checkerboardée » par l’un des buffers internes de la puce 3D, c’est-à-dire une image dont le « canevas » est organisé sous forme de damier.
La définition de cette image, tout comme la forme des pixels qui la compose, sont qualifiées d’« exotiques » par Mark Cerny. Elle se compose de 4 millions de pixels dont la définition s’apparenterait à du 1920 par 2160 pixels. En outre, les pixels ne « sont pas tout à fait carrés » ici, mais rectangulaires et non disposés dans une grille linéaire comme c’est le cas normalement. Comprenons-nous bien, on parle ici d’une image générée au sein de la puce mais pas encore affichée à l’écran.
Néanmoins, avec davantage de pixels qu’une image Full HD et proche de la hauteur d’une image 4K dès le départ, le rendu d’une image CR sera déjà plus fin. Ici, chacun des 4 millions de pixels « exotiques » conserve sa valeur couleur (VC), mais se voit nanti de 2 valeurs Z (VZ) et de 1 ID.
Cerny explique qu’on procède de la même façon que sur le Geometry rendering pour appliquer la couleur aux pixels. Mais le rendu sera de meilleure qualité puisqu’il y a plus de données colorimétriques au départ. Enfin, les ID permettent aussi d’appliquer -avant d’afficher l’image à l’écran- un antialiasing spatial (SSAA) de bonne qualité.
Cherckerboard permet de profiter d’autres astuces pour donner l’illusion d’une image 4K, comme l’alternate rendering ou l’antialiasing temporel (TXAA) pour améliorer encore la finesse des contours.
Quel rendu pour quel jeu ?
Parmi les titres majeurs déjà parus (ou en approche) compatibles avec la PS4 Pro et faisant partie des porte-étendards de la console survitaminée, Mark Cerny détaille le mode utilisé pour plus d’une dizaine de jeux.
- Le rendu 2160p Checkerboard est utilisé sur Days Gone, Call of Duty : Infinite Warfare, Rise of the Tomb Raider et Horizon : Zero Dawn.
- Le rendu 1800p Checkerboard est utilisé pour Watch_Dogs 2, Kiling Floor 2, Infamous First Light et le prochain Mass Effect, Andromeda. Ce dernier, en affichage Full HD utilise une autre technique de rendu non communiquée.
- Deus Ex : Mankind Divided utilise, pour sa part, le rendu Checkerboard variant entre 1800 et 2160p.
- Shadow of Mordor utilise une méthode de rendu natif avec un ajustement dynamique des résolutions (1728 à 1952p).
- Les prochains jeux Spider-Man et Ratchet & Clank utilisent la méthode du Temporal Injection pour atteindre les 2160p.
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