你应该知道的下一代游戏主机
游戏机就是用来玩游戏的！从早期的红白机、到后来游戏主机遍地开花，再到今天Xbox和PlayStation双雄争霸，游戏机的发展也经历了漫长的过程。时至今日，PlayStation第4代产品已经箭在弦上，全新的第三代Xbox也很快就会发布，这些全新一代的游戏机设备将为我们带来怎样的惊喜？和PC相比又有什么差异呢？本文将率先为你揭开它们的秘密。
移动计算占据了我们的碎片时间、PC占据了办公室和书房，那么谁来占领客厅甚至卧室？答案就是游戏机。对索尼和微软这两个游戏机巨头来说，玩家的选择代表了谁有资格在玩家生活中建立自己的体系，谁有望将触角伸向业内更广阔的空间，况且在这个“占有率”才是王道的时代，没有什么比侵入用户的客厅和家庭更重要的了。目前，上一代的游戏主机已日渐老去，PS3发布于2006年11月11日，Xbox 360还要早至2005年11月22日。在这长达7年左右的时光里，PC中GPU的计算能力从大约0.2TFlops暴增至4.5TFlops，而游戏机还是老样子，它们已经难以呈现出精美的画面，难以支撑游戏的发展和进步了。新时代的大门终究要打开，该来的也应该来了。
PlayStation 4——新选择，新时代
2013年2月21日，PlayStation 4游戏机（下简称PS4）正式发布。令人遗憾的是，在发布会上没有展示PS4真机的照片，只公布了PS4游戏机手柄的相关设计。会后索尼有关人士表示，PS4游戏机的外形还在进一步设计中，暂时没有太多资料可以公布。游戏机是一个庞大的系统，它不仅仅只有硬件，软件更是比硬件更重要的内容。此外，在网络时代，游戏机还被赋予了社交、网络浏览、云计算等众多功能。终的结果是，在PS4发布会上，实打实的介绍PS4硬件性能本身的内容不多，索尼将更多的精力放在介绍游戏互动、云游戏以及厂商演示上。在整个125分钟的发布会上，对游戏机本身的核心硬件架构的讲述从大约第15分30秒开始，持续到第20分30秒就基本结束，耗时约5分钟，占据了整个发布会时间的4%。
在索尼看来，玩家不需要关心机器里面的构造和型号，只需要玩游戏、使用游戏机就可以了，机器里面的内容和玩家是无关的。PS4需要表现给玩家的只有五个基本要素：SIMPLE简单、IMMEDIATE直接、SOCIAL社交、INTEGRATED一体以及PERSONALIZED个性。游戏机对玩家来说，就是一个装满秘密的黑盒子。不过，相信《微型计算机》的读者肯定不会就此罢休，究竟PS4的硬件设计处于什么水平，索尼用4%的时间展示的内容说明了什么，让我们一起来看个究竟(由于PS4的硬件架构只是初步公布，因此不排除索尼未来调整设计的可能)。
CPU：定制八核心，“美洲虎”架构
在PS4发布之前，各路媒体和业内人士已经打探到AMD即将全面给索尼PS4系列提供硬件支持的消息，尤其是x86 CPU和GCN架构的GPU。在大部分猜测中，AMD很可能是用自己高性能的“打桩机”核心作为PS4的CPU基础架构。不过，终公布的产品却让很多人的猜测彻底落空。索尼并没有选用高性能的“打桩机”产品作为自己游戏机的主CPU，而是选择了偏重能耗比，基于轻量级计算的“美洲虎”架构的产品，并史无前例地将CPU物理核心提升至8个。
微软的Xbox是首款基于x86 CPU架构的游戏机（采用了英特尔Pentium Ⅲ 733MHz搭配NVI DIA的GPU），索尼PS4则是第二款。PS4的基础架构和目前的PC架构相似度非常高。它的CPU采用了AMD定制的CPU，GPU同样采用了AMD GCN架构的产品。对此, AMD宣称索尼采用了自己的强大的APU产品。AMD全球业务部门的营销主管John Taylor表示：“虽然PC用户能够在今年买到我们新A系列APU产品，但这些产品的处理器核心数目和浮点运算能力都无法比肩PS4所使用的APU”。既然这款APU如此强大，它的CPU和GPU部分的秘密是什么？先来看CPU。索尼并没有给出CPU架构的具体信息，不过AMD在第60届国际固态电路会议ISSCC 2013上，展示了“美洲虎”相对上代“山猫”架构的详细对比资料。
AMD公布的“美洲虎”架构相关资料,可见其浮点单元是在山猫架构的基础上改良设计的产品。
“美洲虎”相比山猫架构是一次比较明显的进步。CPU架构方面，“美洲虎”主要增强了ISA指令集，加入了诸如SSE 4.2、SSE 4.1、256bit-AVX、BMI1等全新指令集，确保在指令集支持上能够尽量赶上目前的中高端桌面处理器。其次，“美洲虎”改进了指令缓存预取器，提升了每周期有效指令数，还增加了128bit浮点单元、二级缓存预取器、硬件整数除法器等单元。这些新的改进和单元的加入，会给“美洲虎”带来相对“山猫”15%～20%的性能提升。此外，在缓存方面，“美洲虎”采用了和“山猫”类似的架构，缓存维持了每颗核心64KB L1缓存（分为2路32KB指令缓存和8路32KB数据缓存）和512KBL2缓存（16路，为四核心共用2MB）的基本结构。在物理寻址方面由“山猫”的36bit增加到40bit（直接的用途就是可用内存继续增大），浮点单元的读取路径从上代的64bit大幅度提升到128bit，载入与存储带宽也从之前的每周期8Byte增加到16Byte。还有一些比较细节的改动，比如调度器进一步增强等。当然，“美洲虎”也维持了“山猫”双发射乱序执行的基础架构，但大核心数量升级到了4个（“山猫”架构只支持到双核心），以满足目前多核心计算的需求。
在生产工艺方面，“美洲虎”使用了台积电28nmHKMG工艺，单颗内核面积只有3.1mm2（上代“山猫”使用了台积电40nm工艺，单颗CPU核心面积约为4.9mm2）。4核心的“美洲虎”CPU功耗根据频率和应用场合不同，从5W～25W不等。这样低的功耗完全可以满足移动设备、特别是PS4这种对功耗有一定要求的设备使用。而使用8颗“美洲虎”核心的话，架构总面积即使算上缓存和其他部件，面积也不会超过30mm2，功耗也被控制在50W以内，很适合将PS整体功耗控制在150W左右的目标。
总的来看，“美洲虎”架构的CPU核心性能还是比较出色的，同频率每核心性能很可能已经能够接近甚至超越Core 2 Duo处理器。虽然相比目前的Ivy Bridge等先进架构还有所不足，但“性能不够数量凑”——PS4的CPU部分采用了架构基于“美洲虎”的8核心CPU。不过“美洲虎”设计架构本身多只能容纳4颗物理核心，PS4的8核心设计目前还不确定是在4核心“美洲虎”架构上继续增加核心，还是直接内置了两个4核心“美洲虎”架构处理器。我们认为，两种设计都有一定可能：前者几乎需要重新设计CPU连接线路和缓存部分，相对麻烦但性能会更为出色；后者设计和制造都更为简单(可能性更大)，但两颗4核心C PU的通讯必须依靠外部总线，会产生较大的延迟，在性能上会有一定损失。
PS4采用如此多的x86核心，很可能是考虑到了PS3上Cell处理器的应用情况。Cell处理器由1个主要的PPE（PowerPC ProcessingElement，PowerPC处理器）和8个SEP（Synergistic Processing Element，协处理器）构成。在执行任务时，8个SEP处理器中的6个用于执行向量整数、浮点计算等，1个专门用于处理音效（还有一个被屏蔽）。在PS4中，众多的x86核心也可以被分派执行不同的任务以提高效率，特别是对PS4这种封闭的系统来说，软件针对硬件结构作出专门的优化应该不存在太多难题。同时，在新一代游戏中，物理特效应用会大大加强，一些比较简单的物理效果如碰撞、破碎等在PS4的发布会上成为亮点，这些应用对CPU来说，也是发挥多核心并行计算的好用途。
目前尚不知道PS4中“美洲虎”CPU的具体频率，传言称频率可能在1.6GHz～2.0GHz之间，但也有一种可能是AMD为CPU加入智能变频技术，每个核心的频率会根据应用状况、负载大小自动调整，这样更符合多核心CPU的实际使用情况。
小知识：你还记得“山猫”架构吗？
“山猫”架构是A M D面向超低功耗和超便携设备而推出的C P U架构，在2010年底到2011年初开始向O E M厂商出货。“山猫”架构的第一个敌人是英特尔的A t o m处理器，在上网本依旧火红的年代，“山猫”架构被A M D视作和英特尔A t o m对拼、争夺上网本等小体积移动计算设备有力的武器。
山猫架构简图，这款处理器在2011年左右较为火爆，属于典型的超低功耗CPU。从架构角度来看，“山猫”架构采用了双发射、乱序执行设计，理论上性能会比同为双发射、顺序执行的Atom架构要强一些。CPU基准性能测试中，同频率的“山猫”的CPU性能比Atom强约15%左右，但都远远落后于高频率、高性能的桌面CPU。在PC中，“山猫”用于执行日常任务基本够用，如果想用它来执行大型3D游戏等计算负荷较高的任务的话，就比较勉强了。
GPU：“南方群岛”首现
接下来是GPU部分，PS3的GPU部分使用了NVIDIA的RSXGPU，基于G70核心，浮点运算能力大约0.4TFlops，这个数值在今天来看已经完全不够用了。而在PS4上，索尼一并采用了AMD定制的、基于“南方群岛”架构的GPU，浮点计算能力约1.84TFLOPS，是前代产品的4.6倍。
目前泄露出来的技术规格，让我们可以初步判断出PS4上采用的GPU的大致规格。总体来看，PS4的GPU和桌面版AMD7系列显卡所用的GCN架构相似度很高，但做出了一些改进。在核心计算部分，PS4的GPU拥有18个GCN架构的CU（Compute Unites）单元，每个CU单元拥有4个SIMD单元，每个SIMD单元包含了16-wideALU单元。在每次数据处理中，CU在理想的状态下一次可以处理16×4=64次数据，总计18个CU单元在一个时钟周期里可以完成18×64=1152次计算。换句话来说，PS4的GPU拥有1152个流处理器、每个CU配备了16KB缓存、256个矢量寄存器和512个标量寄存器以及164K B的L1本地共享缓存。其性能应优于配备1024个流处理器的Radeon HD 7850，但弱于拥有1280个流处理器的RadeonHD 7870。此外，PS4的GPU部分还加入了一些特殊的单元，比如高优先级图像环路，这些新设计的作用和具体规格都尚未正式公布，具体设计情况也不得而知。
由于架构彻底改进，新的PS4 GPU可以完美支持通用计算。在PS4的发布会上，Havok就借助PS4的GPU展示了GPU加速粒子计算的场景。此外，新的GPU在API支持上会更进一步，PS4来说，DirectX 11是基本不会考虑的，OpenGL才是重要的API。AMD新的GPU支持OpenGL中的新特性，包括PC上常见的曲面细分以及新加入的Transform feedback、子程序等新功能。新功能的加入会降低图形人员编写程序的难度，让游戏画面能够使用更多特效，终呈现出更为出色的画质。
目前外界对PS4中GPU的具体内容还是知之甚少，按照惯例，索尼也不会公布GPU的频率、内部架构以及硬件设计等。因此对PS4 GPU的更多内容只能猜测，要么就根本无法知道了。本文受限于资料来源，也只能浅尝辄止。
PS4 GPU的代号为“Liverpool”(利物浦)，拥有多条计算环路和管道，可以更好地控制系统资源，并将负载分配到所有可用的CU单元上。
存储：真正的统一寻址
AMD一直宣传APU不仅仅是CPU、GPU的简单物理整合，还将实现更深层次的融合。而实现这种融合的关键之一就是CPU、GPU的统一内存空间寻址。彻底实现统一寻址后，CPU、GPU之间可以共享数据，避免相互的数据拷贝和带宽浪费，也摆脱了对高频内存的依赖，为二者的更进一步融合奠定坚实的基础。同时，无论是3D图形性能还是并行计算性能，也会因此上一个台阶。而在PS4所使用的这款新型APU上，这一梦想终于实现：PS4的CPU和GPU配备了统一的8GB GDDR5内存，CPU和GPU共同使用。
基于统一寻址的设计原理，PS4的8GB GDDR5内存并非专门划分区域给CPU或者GPU使用，整个使用过程可以根据程序需求动态调整。如果GPU需要更多那么GPU占用可以增大，反之CPU可以占用更多内存。灵活动态的配置也让整个系统的性能得以有效提升，比PS3固定的内存和显存设计要优秀很多。从带宽角度来看，PS4公布的理论总带宽达到了176GB/s。如果其采用的GDDR5颗粒为5.5GHz的话，按照每模块64bit计算，GDDR5每模块可以提供44GB/s的带宽，4个模块恰好为44×4=176GB/s，这样PS4的CPU和GPU共用的内存控制器位宽就是64bit×4=256bit。换句话来说，AMD为PS4设计了一个强大的APU：这个APU中不仅仅有8核心CPU和1152个流处理器的GPU，为了满足这样庞大的计算阵容，AMD还首次在APU级别的产品上设计了256bit的内存位宽，并为其配备了5.5GHz、8GB的GDDR5内存。
同时，首款统一寻址APU的问世，在一定程度上也代表了APU的未来发展方向。不过这样的统一寻址方式将极大考验AMDAPU内存控制器的设计能力，至于实际效果如何，还得等到具体产品上市后才能明晰。
单从内存性能方面来看，PS4远远超过PS3。但一体式内存/显存的全新设计也对APU的内存控制器提出了更高的要求。
PS4的手柄是发布会上唯一和PS4硬件相关的设备，也有人戏称本次发布会为“手柄发布会”。
手柄：发布会上的大亮点
有人戏称，本次PS4发布会是“手柄发布会”。的确，在会议上唯一出现的，有关PS4的硬件就是手柄了。索尼显然对新手柄的设计极其满意，在会后也披露了大量相关内容。
PS4手柄拥有六轴传感器以及两点触摸板，还改善了所有摇杆和按键的手感，能够精确地将玩家的动作反馈到游戏中。此外，为了增强信息显示，PS4手柄还在手柄顶部设计了一个能够显示三种不同颜色的LED灯。游戏中这个LED灯可以告知玩家有关生命、伤损状态的内容，在游戏之外可以与PS4 Eye设备互动。此外，PS4手柄还自带了扬声器和耳机插孔，主要用于玩家使用手柄以及耳机，在游戏过程中和别的玩家语音交流（很像无绳电话）。此外，PS4手柄按键的功能和设计也做出了一些改变，更方便玩家使用。当然，PS4手柄也是无线的，使用USB接口充电，智能手机充电器也能为其内置的1000mAh电池充电。
除了上述的常规内容外，索尼宣称在PS4手柄上大的改动是加入了“分享按钮”。全新的分享按钮可以让玩家在游戏中将自己的游戏视频、截图、成就、关卡内容等上传至网站和别的玩家共享。这是索尼打造网络、游戏一体化设备的重要设计。PS4手柄在发布会上出了很大风头，而CPU和GPU甚至只有一页PPT的描述，还没有任何展示。
新Xbox——云深不知处
相比PS4至少开了个发布会，微软的新X box依旧处于“云里雾里，不知哪里”的状态。有关新Xbox游戏机的名字，业界传言叫做“Xbox 720”的可能性比较大，毕竟上代是Xbox360。话说回来，Xbox 360表示360°全方位的娱乐体验，那么720又能表示什么呢？因此也有传言称新的Xbox游戏机就叫“Xbox”，反璞归真，凸显游戏机本性。
无论叫什么，在本文中先统称“新Xbox”。名字有争议，新Xbox硬件配置也是不清不楚。各种版本的传言都有，CPU从4核心一路提升到8核心，GPU部分的消息也十分混杂。在没有发布之前，本文先综合各路信息，为大家提供新Xbox硬件信息的一些预览内容。
新Xbox的CPU：
目前的资料更多的显示，新Xbox的CPU也采用了AMD的8核心处理器，很可能也是“美洲豹”架构，主频至少1.6GHz，内含两个模块。每个模块都是一个4核心的“美洲豹”架构处理器，两个CPU核心通过核心通讯模块进行连接，并同时连接至北桥。每个CPU核心有32KB指令L1缓存、32KB数据L1缓存以及四个核心共享的2MB缓存，这些参数和PS4的CPU设计是完全相同的。
除了传言中的“ 美洲豹”架构外，也有消息称新Xbox的CPU也可能是4 核心，架构不出意外的话应该选用了“ 打桩机”。不过这则消息的可信度相对要低一些，我们还是更倾向于8 核心“ 美洲豹”的配置。
新Xbox的GPU：
新Xbox的GPU部分提供者依旧是AMD。和PS4的18个CU单元相比，新Xbox的CU单元被降低至只有12个，768个流处理器，主频约800MHz，1.2TFlop s的单精度计算能力。不过，在PS4发布，并以接近2TFlops的硬件性能展示后，新Xbox是否还会维持较低的规格？微软是否会坐视自己的游戏机性能落后于索尼呢？还得等待发布后才有更详细的消息。
除了基本规格外，还有一些消息指出，新Xbox会加入带宽高达102GB/s的32MB专用ESRAM来加强GPU性能。ESRAM的优势在于极低的延迟，很适合存储需要快速响应的数据。此外，新Xbox的GPU在缓存部分会做出比较大的改进，比如GPU会加入8路每路128KB的L2缓存和64路每路16K B的L1缓存。如此大规模的缓存加入会大大缓解GPU内部存储空间不足，需要和显存不停交换数据的时间，从而提高GPU的效率。
除了GPU和CPU外，在存储规格上，新Xbox也会内置统一寻址的8G BDDR3内存，不过带宽就要小一些，只有大约68GB/s，显然不如PS4的176GB/s。虽然如此，考虑到新X box采用了ESRAM，差距应该不会太大。
新一轮大战即将打响
PS4发布会上没有展示新的游戏机，这无疑让人失望，就连索尼的老对手微软也嘲笑道：“发布一款游戏主机，却并不让它露面？这也不失为一种方案。”不过微软连纸面的东西也没有发布，一切都是传言，似乎更为保守。即便如此，业内还是闻到了浓浓的硝烟味，显然，大家都知道这两款至少未来五年内将占据客厅的产品有多重要。
除了产品外，索尼上代PS3亏损太多，整个索尼集团的财报也不怎么好看，甚至都开始卖大楼维持经营；而微软的财务状况虽还不错，但上代“客厅之争”也出了太多奇奇怪怪的事情。要么硬件成本太高，需要贴钱，要么频发三红问题(指在Xbox 360发生异常情况时围绕电源按钮的四盏指示灯中，有三盏会闪烁红灯)，带来沉重的售后压力。总之，大家在上一代游戏主机上都不好过就是了。因此，在新一代的游戏机上，两家都必须铆足了劲进行竞争，才能在未来抓住用户的心，这可是涉及到长远的大事件，想必没有人敢掉以轻心。业内盛传微软将在今年4月份发布全新的游戏主机，索尼也将在年底开始出货PS4，竞争就在眼前，大战即将打响，你是否也感受到了一丝战前气息呢？
PS4各种问答
1.PS4的架构和PC很接近，那么未来有可能在PC上直接玩PS4游戏吗？
A：没有可能。PS4和索尼之前的所有游戏机一样，软件架构采用了完全不同、独立于PC的另一套系统，因此PC无法兼容PS4的游戏。不仅PC无法兼容PS4游戏，PS3和PS4游戏也互相不兼容，并且暂时也没有模拟器等设备出现。如果你要玩PS3游戏，买个PS3；想体验PS4游戏，买个PS4吧！
2.PS4采用了APU，是否未来存在可升级性？
A:游戏机的升级一般只能升级存储部件，比如硬盘。对GPU、GPU等性能部件是不会做出太大改动的。原因也很简单，如果后面生产的游戏机提升了性能，厂商按照新的性能标准来设计游戏，那么初生产的游戏机就玩不了了。因此即使存在可升级性，也只是在GPU、CPU的制造工艺上进行提升，令其发热更低、更为轻薄，性能上不会出现太大变化。
3.PS4游戏的画质如何？比PC强吗？
A:对比游戏机和PC的画质，实际上需要分为不同游戏类型来看。对一些RPG游戏来说，不但锁定视角、还将主角限制在一个比较小的范围内，由于画面范围缩小，这类游戏完全可以做到极高的画面效果，类似《战神》、《鬼泣》系列，甚至光照效果都可以提前渲染好做成动画进行展示。这类游戏在PS4上的运行效果和PC上差距不大，PC多纹理精度会高一些，仅此而已。对另一类游戏来说，比如《战地》系列，大场面、多角度、完全自由的场景，受限于游戏机本身硬件性能问题，这类游戏画面就有可能出现比PC差的情况。总的来说，由于硬件性能的差异，PS4在需要硬件计算、无法通过美工取巧的场合，表现很可能不如PC。具体例子有UE4在PS4上展示的Demo，实时计算的粒子数目相较PC版本就被明显降低。
此外，游戏机和PC的使用环境也是一个考虑因素。游戏机多在客厅使用，人和电视机的距离大约在2米左右，这样远的距离下，很多细节信息都会被忽略，比如锯齿、精度较低的纹理等。但PC玩家距离PC显示屏的距离不超过50cm，如此近的距离一切缺点都会被放大，因此PC玩家更在乎细节表现。
从长远来看，游戏机一诞生其硬件设计就已经固定，性能不会有太大增长。而PC处于不断发展过程中，况且目前的游戏机单纯看性能的话，只能达到中高端PC的水平，在很短的时间内PC就会由于迅速发展而达到更高的性能高度，各种新一代特效纷至沓来，画质还会进一步提升。比较绝对性能和绝对画质的话，游戏机肯定不是PC的对手。但这完全不影响游戏机上众多设计精彩、效果出众的游戏，至少你玩的是游戏，更在乎“满屏幕的游戏性”而不是“满屏幕的特效”。
4.PS4采用了AMD APU架构，是否未来游戏特别是PS4移植游戏都会让AMD产品有“加成光环”？
A：可能会有，PS4的8核心CPU可能会对游戏多线程化起到一定推动作用。毕竟大家都是x86架构，而PS4又如此接近PC。在GPU方面则不一定会这样，因为PS4的API很可能采用Open GL，不是目前桌面流行的Direct X。况且桌面GPU本身是否能很好的支持游戏，更需要考虑的是驱动和游戏优化本身。这样看来，AMD显卡可能会在发售为Open GL的移植游戏中获得先天优势，NVIDIA显卡很可能需要更多的测试甚至驱动的配合。不过这也不需要做太多担心，因为桌面GPU发展速度很快，以PS3为例，难道厂商现在还担心PS3上的移植游戏无法在当今主流AMD或者NVIDIA显卡上运行？显然不会了。
5.PS4今年会发售吗？
A：索尼宣称今年PS4至少会在一个国家内发售，其余国家得看产能和具体生产、发售日期。至于我国还得具体考虑政策和法规等问题，我们认为，至少在明年，都不可能看到PS4在中国合法销售。
