PlayStation 5 与Xbox Series X 配置性能初步分析差异化与高规格路线的对决

热爱主机游戏的玩家，这两天最关注的议题想必就是索尼互动娱乐（SIE）与微软配合原定3 月中举办的GDC 活动档期发表的下一代新主机「PlayStation 5」与「Xbox Series X 」规格功能概要资讯了。究竟这些令人眼花撩乱的规格功能代表的意义是什么呢？到底这些规格功能会带来什么不一样的游戏体验呢？还有大家最关注的「究竟哪一台比较强呢？」本篇专栏将综合目前各方公布的资讯做一初步分析比较，供玩家参考。 Xbox Series X   「PlayStation 5」vs「Xbox Series X」命名原则 在进入正题之前，先简单来看看两台新主机的命名原则。 首先是「PlayStation 5（PS5）」，相信不用编辑多说大家也看得出来是「第5 代PlayStation 主机」。毕竟这规则已经延续4 代了，即便一开始SIE 没有明言，但几乎所有人都猜测会叫做PS5，果不其然。 「Xbox Series X（Xbox SX）」则是另一种不同命名逻辑的产物。Xbox 家族向来都不采用代数的方法来命名，从最初的「Xbox」到后来的「Xbox 360」、「Xbox One」，虽然其中有一些数字，但从来都不是代数或倍数，而是有各自的含意。所以之前象是「Xbox 720」、「Xbox Two」之类的猜测当然就不可能成真。 那么「Xbox Series X」究竟是什么意思？其实答案很简单，就是这次新主机的名称又“重开机”变回最早的「Xbox」了，「Xbox Series X」就是「Xbox的X系列机种」。或许有人会问「那会有其他系列机种吗？」答案是「有可能」。之前有消息指出微软其实规划了两种不同规格的新主机，分别为低阶规格的「Lockhart」与高阶规格的「Scarlett」。不过目前实际发表的只有高阶机种，也就是现在的「Xbox Series X」。 「PlayStation 5」vs「Xbox Series X」硬体规格对决 接下来就是最多玩家关心的硬体规格了，以下将分为几个重点项目来进行分析比较。   系统处理芯片 这次PS5 与Xbox SX 一如预料地延续了前一代主机的路线，都是采用与AMD 合作研发的订制版x86-64 系统单晶片处理器，也就是所谓的「PC 架构」。不像主流高效能PC 那样是采用分离的CPU 与GPU，而是在单一芯片中整合CPU 与GPU，规格远高于一般的内显APU，而且功能都有依照各自的需求客制化。 Xbox SX 的系统处理芯片   CPU PS5与Xbox SX的CPU都采用了AMD目前最新一代Ryzen “ Zen 2 ”  CPU。以8核心3.5～3.8GHz的规格来看，大概介于PC上的Ryzen 7 3700X与3800X之间，不过细部规格有针对游乐器主机的需求调整。以目前市场主流PC配备来看，已经算是中阶以上的规格了，毕竟现在3700X的市价就要上万新台币。 PS4 与Xbox One 采用的是AMD Jaguar 架构的CPU，是针对笔记型电脑与嵌入式系统等低功耗应用所设计，问世之初就已经不算是高效能的产品。虽然搭载8 个核心，但运作时脉偏低，效能表现并不突出，多少带来一些瓶颈。这次的PS5 与Xbox SX 则是采用AMD 目前最新的Zen 2 架构，是AMD 成功翻身的「Zen」架构最新一代，同样搭载8 个核心，而且运作频率高出许多，毫不逊于当下的主流PC 规格。比当年PS4 与Xbox One 上市之初CPU 效能就已经落后的状况有别，应能带给PS5 与Xbox SX 一个更好的起跑点。 PS4 与Xbox SX 的CPU 核心基本上是相同的，主要的差异在运作时脉的部分。PS5 采用固定电源功率+ 变动运作时脉的模式，运作时脉最高3.5GHz。Xbox SX 采用固定运作时脉的模式，在不开启SMT 的状况下为固定3.8GHz，开启SMT 后则是降为固定3.66GHz。由此可知Xbox SX 的CPU 核心效能高过PS5。 Xbox SX CPU “固定” 3.8GHz / 3.66GHz＞ PS5 CPU “变动，最高” 3.5GHz 这一回合由Xbox SX 胜出！Xbox SX 的CPU 不论是否开启SMT，都比PS5 CPU 来得快。   GPU 虽然CPU 规格有高下之别，其实差异有限，在实际运行游戏的时候多半感觉不太出来。不过GPU 的规格对当今游戏最关键的3D 绘图处理效能影响就相当深远了，这部份的数据可以说是网路论战的最佳燃料。 跟CPU 一样，PS5 与Xbox SX 的GPU 都采用基于AMD RDNA 2 架构所打造的客制化GPU。该架构是目前PC 最新Radeon RX 5000 系列GPU 产品的第1 代RDNA 架构改良而来。最大的特色在于首度在AMD GPU 导入硬体加速光线追踪处理功能。透过专属的「BVH 加速架构」硬体单元来计算光线追踪所需要的射线穿越与交点判断，模拟真实光线的反射折射透射，相当于NVIDIA GeForce RTX 系列的「RT 核心」。 《我的世界》没开光线追踪（左）与开启光线追踪（右）的效果比较 Xbox SX光线追踪的运算效能为每秒3800亿个交点。如果改以着色器软体运算，得耗费多达13TFLOPS的效能，也就是说即使耗尽整个GPU的效能都不够。因此在导入此一硬体加速单元后，整个GPU的效能等同12+13 = 25TFLOPS。相较之下NVIDIA RTX系列的效能是每秒50～110亿条射线。由于两者单位不同，目前也没有如何换算的具体资讯，因此无法直接比较，但多少可以感觉出这次RDNA 2架构来势汹汹。 NVIDIA RTX 光线追踪技术展示画面 另外，RDNA 2 架构还导入了一系列能提升3D 绘图效率的新功能，包括能更灵活操作几何资料来让绘图处理更顺畅的「Geometry Engine」、能在更早的阶段就剔除无用多边形的「 Primitive Shader」等。这些都是帐面运算效能看不出来，但影响3D 绘图效率甚大的改良。也就是说即便帐面上的运算效能相同，新的RDNA 架构还是能达成比旧的GCN架构更优异的实际表现。这点已经有不少技术网站透过PC 显示卡验证过。 接下来回归到两台主机的GPU 规格设定部分。　 PS5 的RDNA 2 GPU 配备有36 组CU（运算单元），刚好跟目前的PS4 Pro 的CU 数量一样。每组CU 内含64 组串流处理器，36 CU 包含2304 组串流处理器。采用变动运作时脉，在最高时脉2.23GHz 下可提供10.2TFLOPS 的浮点数运算效能，是PS4 Pro 的2.4 倍（4.2TFLOPS）。单就浮点数运算效能来说，约相当于AMD RDNA 架构最高阶的显示卡Radeon RX 5700 XT 超频版，记忆体频宽刚好也相同（4​​48GB/s）。 Xbox SX 的RDNA 2 GPU 配备有52 组CU 共3328 组串流处理器，运作时脉固定为1.825GHz，可提供12TFLOPS 的浮点数运算效能，是Xbox One X 的2 倍（6TFLOPS），比目前所有RDNA 架构显示卡高。 Xbox SX GPU 52组CU / 1.825GHz / 12TFLOPS＞ PS5 GPU 36组CU / 2.23GHz / 10.2TFLOPS 这一回合同样也是由Xbox SX 胜出！2TFLOPS 的差距已经比一台PS4 还多了（1.84TFLOPS）。 由于PS5 GPU 的CU 数量相较于PS4 Pro 来说并没有成长，因此马克‧瑟尼在线上直播讲座中有特别强调不同架构的CU 数量并不能直接拿来比较，PS5 的RDNA 2 CU 电晶体规模比PS4 Pro GCN CU 大了62%，功能更强效率更高。而且PS5 GPU 的运作时脉是PS4 Pro GPU 的两倍以上（911MHz vs 2.23GHz）。 对于PS4 GPU 浮点数运算效能落后Xbox SX 这部分，马克‧瑟尼则是强调，虽然较多运算单元搭配较低运作时脉与较少运算单元搭配较高运作时脉都能得到相同的浮点数运算效能数据，不过提高运作时脉的获益会比增加运算单元更有感。因为浮点数运算效能是串流处理器的处理能力，这只是GPU 的一部分。运作时脉提高能让GPU 其他处理单元都变快。而且处理单元越多就越难充分发挥完整效能，特别是碰到大量微小多边形的场合。因此PS5 GPU 的高运作时脉方案实际能达成的处理效能会比帐面上的TFLOPS 数据更高。 当然这只是SIE的一家之言，即便PS5 GPU的高时脉设定真如马克‧瑟尼所言效益较高，也无法弭平高达20%的帐面效能数据差异。毕竟两者架构相同，本质上并没有差异。而且PS5 GPU的运作时脉是会变动的，10.2TFLOPS只是最高时脉下的数据，实际运作时是否会因为时脉波动而压低平均效能，仍有待观察。   主记忆体 PS5 与Xbox SX 都配备16GB 容量的GDDR6 记忆体，与目前PC 显示卡主流相同。PS5 没有公布配置的细节，从448GB/s 的频宽回推，应该是采用256bit 汇流排搭配14Gb/s 传输率。Xbox SX 则是采用非一致的配置，16GB 中有10GB 的频宽为560GB/s，提供高频宽需求的绘图处理，另外6GB 的频宽为336GB/s，提供游戏程序以及作业系统与常驻服务使用。推测应该是混搭320bit / 192bit 汇流排与14Gb/s 传输率。 目前已知Xbox SX 会将低频宽记忆体中的2.5GB 保留给作业系统与操作界面使用，PS5 还不清楚。   Xbox SX 16GB 560GB/s＞ PS5 16GB 448GB/s 这一回合仍旧是Xbox SX 胜出！其实此一结果并不令人意外，毕竟处理单元越多、效能越高的芯片，原本就需要越高的记忆体频宽来满足。不过即便暴力如Xbox SX，这部分还是因为良率与成本因素而有所取舍。   系统处理芯片小结 就CPU 与GPU 这两大处理核心来看，Xbox Series X 明显胜出。微软选择了一个相对简单暴力的设计，以 360.45mm2、153 亿个电晶体的巨大芯片来达成2 倍于Xbox One X 处理能力的目标。图形处理效能甚至超越目前PC 上所有AMD RDNA 架构显示卡。不过芯片规模越大成本越高，势必会影响最终的定价考量。 Xbox SX 的处理芯片相当大 PS5 芯片规模与效能则是较为落后，虽然图形处理效能有达到PS4 Pro 的2.4 倍，但CU 数量只有对手的7 成，即便把运作时脉拉高到相当惊人的2.23GHz 程度，运算效能也只有对手的83%。当然较少的运算单元代表较小的芯片与较低的成本，显示SIE 这次走的仍旧是成本价格导向的务实路线，没有与对手展开大舰巨炮的规格战。毕竟当年PS3 高规格带来的超高成本让SIE 几乎赔光此前的收益，而且PS4 胜出的关键之一就是比对手低的价格（399 美元vs 499 美元），因此延续成本价格导向路线采用较低规格配置也在情理之内。 不过PS5还有一点值得关注的，就是它的系统处理芯片采用了与以往不同的电源管理机制。以往的游乐器主机处理芯片多半采用固定运作频率+动态电源功率的运作模式（包括Xbox SX），实际的耗电量会因为处理的负担而波动。因此在执行处理负担大的游戏时，芯片耗电量以及发热量会增加，让散热风扇加速运作而发出宛如飞机起飞的噪音。这次PS5则是改采变动运作频率+固定电源功率的运作模式，整个散热系统预设是以固定最高功率的状况运作，处理芯片会在功率许可的范围内，依照处理负担动态调整运作频率，还能将部分CPU的电力转移给GPU来提升绘图效能。因此包含CPU与GPU的运作频率与效能都只是“最高”的数据，实际运作时有可能比这个数值低。直播中马克‧瑟尼也有提到这点，不过他表示这对效能的影响不大。 Xbox SX 则是抢先一步公开了实际主机的内部构造与运作状况，可知其采用了先进的大型均温板散热器，搭配独特的塔状垂持风道进行散热，运作起来非常的安静，承袭Xbox One X 为人称道的优异散热设计。   储存系统 这次PS5 与Xbox SX 不约而同将储存系统的进化视为世代交替的一大关键，甚至PS5 在最初消息披露时就非常强调导入SSD 之后对游戏体验带来的变革。以下将针对以SSD 为首的储存系统部分做一简单分析。 SSD PS5 与Xbox SX 这次都以SSD（固态硬盘）来取代HDD（硬盘）成为系统主要储存装置。相信有在使用PC 的玩家多半都知道SSD 对读取速度带来的巨大助益，让系统开机或是开启应用程序的时间大幅缩短。 虽然PS4 与Xbox One 都已经不再直接读取光盘，而是强制游戏软体都必须要安装到硬盘执行。不过硬盘每秒50～100MB 的读取速度，对于目前数GB 的主记忆体、数十GB 的游戏来说，仍显得杯水车薪。进游戏要读取几十秒的状况已经是常态。甚至游戏的设计都必须迁就慢速的硬盘读取，塞入一些拖台钱的场景来掩饰资料读取，或是得预留大量的缓冲资料来应付开放世界的场景转移。这些状况都严重限制了游戏的体验。 因此PS5 与Xbox SX 都希望透过导入SSD 来解决资料读取速度太慢造成的障碍。 不过光是靠SSD 本身的资料存取频宽提升，并不见得能带来相对应比例的存取时间缩短。因为把资料从储存媒体中读取出来放到记忆体中让CPU 与GPU 使用，是一连串环环相扣的步骤，其中任一步骤有所延迟，都会影响整体读取效率。因此这次的一大重点就是配合SSD 的导入打通这些环节，带来实质有感的改善。 这次PS5 的SSD 配备订制版的快闪记忆体控制器，能以12 通道读取总容量825GB 的快闪记忆体芯片，提供5.5GB/s 的存取频宽，相当于PS4 内建HDD 的50～100 倍。再透过4 条PCIe 4.0 通道与处理芯片直接连接，频宽7.88GB/s。该控制器还提供6 种存取优先权，以确保资料都能依照各自优先的程度进行存取。 在处理芯片这一端，则是整合了一组输出入群集单元，专门负责储存系统资料存取的各种处理，包括支援业界标准之Oodle Kraken非失真压缩格式的解压缩单元、专门处理SSD输出入操作与记忆体映射的2个辅助处理器、大容量的SRAM缓冲记忆体、独立DMA控制器、记忆体一致性引擎以及GPU快取刷洗器。 Kraken 解压缩单元最高能处理超过5GB/s 的Karken 格式资料，一般来说解压缩后会扩展为8～9GB/s，如果是适合压缩的资料，最高可输出22GB/s，等同9 个Zen 2 CPU 核心以软体处理的效能。独立DMA 控制器则是能独自将资料送往游戏程序指定的记忆体空间，等同1～2 个Zen 2 CPU 核心以软体处理的效能。 藉由这些专属硬体处理单元，PS5 得以克服资料读取环节的所有瓶颈，实现以往透过CPU 软体处理难以达成的超高读取效能，让游戏的实际读取速度能跟SSD 存取频宽的成长一样，达成100 倍于PS4 内建HDD 的表现。而这一系列提升读取速度的硬体功能，包括资料解压缩在内，都隐藏在系统底层不需要开发者操烦，只要透过API 下达指示，就可以把想要的资料从SSD 读取到指定的记忆体空间中，进一步处理使用。 此外，PS5 还开放使用者自行扩充储存空间，内部储存空间可以透过标准M.2 NVMe 插槽来扩充，官方会针对市售的M.2 NVMe SSD 产品进行兼容性测试，以确保其尺寸与效能符合需求，这些资讯会公布给使用者参考。不过因为市售的NVMe SSD 缺乏某些特性，所以必须耗费比内建SSD 更高一些的存取频宽才能保证有相同的表现，但目前还没有这种规格的产品问世，可能要等主机上市之后。外部储存空间可以透过USB 界面来连接外接硬盘，可以用来给向下兼容的PS4 游戏安装用，不过PS5 游戏一定要安装在内部储存空间。 Xbox SX 同样配备自行设计的NVMe SSD，同时导入名为「Xbox Velocity Architecture」的崭新架构，整合软硬体环境来最佳化游戏资料串流读取，让开发者能即时存取上百GB 的游戏资料组，如同将主记忆体的空间大幅扩展。透过从SSD 即时调度大量资料，可以让当下主流的开放世界场景更丰富、更生动逼真。 Xbox SX 的SSD 具备2.4GB/s 的存取频宽，在导入压缩格式时可扩增为4.8GB/s。系统处理芯片配备有硬体解压缩单元，支援针对一般资料的非失真压缩格式Zlib 以及针对材质贴图资料的BCPack 格式。在不占用CPU 核心资源的状况下独自处理解压缩运算，最高可输出至6GB/s，等同2 个Zen 2 CPU 核心以软体处理的效能。配合这些新设计，微软制定了名为「DirectStorage」的API 来取代已经有30 年历史的传统档案输出入协定，将原本需要耗费2 个Zen 2 CPU 核心处理的输出入负担，减低为仅耗费1个Zen 2 核心的1/10。 Xbox SX 同样可以扩充内外部储存空间，不过与PS5 的设定有些差异。内部储存空间得透过微软与储存大厂Seagate 合作研发的专用扩充卡（事实上就是一个特殊规格的SSD）来扩充，并不能使用市售的SSD。扩充插槽位于主机后方，一样是以4 通道PCIe 4.0 与处理器连接，效能与内建SSD 同等。外部储存空间则是跟PS5 一样，都是透过USB 界面外接，虽然官方没有明言，不过推测应该也是给前一世代的游戏使用。 除此之外，PS5 跟Xbox SX 依然配备了4K UHD BD 光盘机，容量最高可达单片100GB。 PS5 SSD 825GB 5.5GB/s（未压缩）＞ Xbox SX SSD 1TB 2.4GB/s（未压缩） 储存系统的回合则是PS5 获胜，而且有相当的差距。虽然两者都具备远超越前一代的存取速度，但PS5 在这部分下的功夫显然较多一些，不但基本的存取频宽大胜，资料解压缩能力也胜过对手，而且配备更为齐全的专属硬体来负责资料存取的处理。相较之下Xbox SX 虽然也有导入崭新的软硬体设计，但投注的资源较少，有不少部分仍采软体处理。至于这部分的差异在实际运作游戏时究竟会带来什么影响，仍有待后续验证。   音效系统 PS5 将导入大幅进化的3D 音效处理能力，以「提供优异的音效给所有人」、「上百个进阶声音来源」与「临场感与方向感」为目标。为了达成这些目标，导入了名为「Tempest 3D AudioTech」的音效处理引擎。 在介绍这套引擎之前，先来说明一下对3D 音效处理至关重大的「HRTF（头部相关传输函数）」。 人类的听觉会受到头部、身体以及耳朵的形状与位置等因素影响，造成不同频率或是不同方向的声音出现音量的变化。人类可以藉由这些音量变化来判断声音的距离与方向，这也是临场感的基础。所谓的「HRTF」就是将前述效果量化而成的函数。只要将声音来源的资讯套用到这套函数里，就能计算出逼真的听觉效果。 但是现在游戏中的声音来源数量庞大，而且每个声音来源都需要个别进行HRTF 运算，如果以软体来运算的话，对CPU 会造成沉重的负担。因此PS5 这次配置了以AMD GPU 的CU 为基础所客制化的独立音效处理单元，以类似PS3 CPU Cell 的SPU 高速矢量处理器模式运作，能同时处理上千个音效来源，让音效的临场感与方向感更贴近真实环境中的声音。光是这部分就等同PS4 8 个Jaguar CPU 核心以软体处理的效能。 除此之外，SIE 还请来上百名志愿者进行HRTF 取样来建立资料库，借此产生一个通用的设定来套用到3D 音效处理上。考量有些使用者可能跟标准HRTF 的偏差较多，因此还提供5 种不同HRTF 可以选择。 不过事先的计算再强，最终还是得靠使用者的音响设备呈现。对此PS5 有特别针对耳机、普通立体声喇叭与多声道环绕音效设备进行调整，透过象是虚拟环绕音效等技术，尽可能在不同类型的设备上还原3D 音效。 Xbox SX 目前官方还没有公布关于音效系统的具体资讯，不过旗下Ninja Theory 工作室的音效开发人员在接受访问时，曾透露Xbox SX 会有独立的音效芯片负责音效处理，让音效不用再占据CPU 的处理效能。此外微软也曾表示过会利用光线追踪功能来进行「声音追踪」处理，借以模拟声音在空间中的反射折射效果。 SIE 也曾提到光线追踪可以应用在许多方面，包含音效处理 因为目前双方公布的资讯不均等，因此这一回合无法判定胜负，不过目前看来PS5 的赢面较大。   向下兼容功能 这次的PS5 与Xbox SX 都强调能兼容于前一代主机的游戏软体，那么实际成果究竟如何呢？ PS5 的向下兼容功能可说是延续PS4 Pro 的做法，从处理芯片硬体层级去达成。PS5 GPU 支援3 种运作模式，分别为「PS5 原生模式」、「PS4 Pro 模式」与「PS4 模式」。当执行PS4 或是PS4 Pro 的游戏时，就会切换为相对应的兼容模式运作。优点是兼容性与稳定性较高，但缺点就是无法利用新主机额外的处理效能进行强化，只能得到跟原本主机差不多的效果，仅有少部分如读取时间之类的可能会有比较显著的改善。 虽然是走硬体层级兼容路线，但SIE 对PS5 向下兼容功能说词却是相当保守，只承诺在PS5 主机上市时应该会兼容目前PS4 上累计游玩时间最长的100 款游戏。目前已经发行的4000 多款PS4 游戏则是要等之后才会逐步开放。显示SIE 对向下兼容功能的体验非常谨慎，没把握的游戏软体不会轻易开放。不过因为是硬体层级兼容，没意外的话最终应该是可以兼容绝大多数的PS4 游戏，只是得等SIE 慢慢测试逐步开放。 Xbox SX 则是发挥了微软身为软体大厂的强项，不采用硬体兼容，而是透过中介模拟软体来达成向下兼容的功能。优点是可以完整发挥新主机额外的处理效能，让游戏获得比在原本主机上更高的画质或流畅度。缺点是兼容性可能会受到影响，但这部分在微软虚拟化技术加持下，目前看来并不成问题。微软并承诺在Xbox SX 主机上市时就能兼容绝大多数的Xbox One 游戏软体，以及部分精选Xbox 与Xbox 360 游戏软体。   Xbox SX软体模拟兼容多数Xbox One游戏＞ PS5硬体层级兼容有限PS4游戏 这一回合目前看来还是Xbox SX 胜出，不过因为还没办法具体验证，所以仍有变数存在。   「PlayStation 5」vs「Xbox Series X」总结 就现阶段公布的资讯来看，Xbox SX的规格与效能明显超越 PS5，对想要追求极致画质体验的玩家来说是比较好的选择。PS5虽然在基础处理效能上落后，但是在其所强调的高速SSD与3D音效等功能上下了很多功夫来克服软硬体上的障碍与瓶颈，不过这两种功能毕竟不如“画质”来得直接，对实际游戏体验到底会带来什么变革也还在未知数。目前双方都还没有公布新主机的游戏阵容，这部分或许才是真正决胜的关键。 如果要以比较浅显易懂的方式说明的话，编辑觉得大致上可以把PS5 与Xbox SX 视为前一代强加版主机PS4 Pro 与Xbox One X 路线的延伸。因为两者刚好都提供前一代加强版主机约2 倍的效能，PS5 跟PS4 Pro 都是走成本价格路线，Xbox SX 跟Xbox One X 都是走高规格路线。当然现在两台新主机的价格都还没公布，所以没办法评估性能价格比。不过就目前公布的资讯来看，PS5 价格低于Xbox SX 的可能性比较高。   PS4 Pro、Xbox One X、PS5、Xbox SX GPU 效能比较 PS4 Pro：4.2TFLOPS → PS5：10.2TFLOPS（100.00% → 242.86%） Xbox One X：6TFLOPS → Xbox SX：12TFLOPS（100.00% → 200.00%） PS4 Pro：4.2TFLOPS vs Xbox One X：6TFLOPS（100.00% vs 142.86%） PS5：10.2TFLOPS vs Xbox SX：12TFLOPS（100.00% vs 117.65%）   PS5 与Xbox Series X 规格胜负表 其实谁胜谁负并不重要，能找到最适合自己的主机，充分享受游戏带来的快乐才是最重要的！ PS5 与Xbox SX 皆预定于2020 年底节庆档期上市，确切日期与价格未定。