XBox360 vs PS3 - Weblearn
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XBox360 vs PS3 - Weblearn
Hochschule Bremen University of Applied Sciences Rechnerstrukturen Labor, Wintersemester 2006/2007 TM Xbox 360 vs Playstation 3 R vorgelegt von: Birger Martens (128080) Sven Prüfer (136750) 2. Januar 2007 Prüfer: Professor Dr. Thomas Risse Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 2 Aufbau der Architekturen (PentiumR 4 & IBMR G5) 2.1 2.2 2.3 2.4 R Pentium 4 (Modell Willamette) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] . . . . . . . . . . . R IBM PowerPC 970 G5 [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] . . . . . . . . . . . . . Gegenüberstellung der beiden Architekturen [18] [19] [20] [21] . . . . . . . . . . . R Warum PowerPC 970 statt Pentium 4? [22] [23] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 XboxTM 360 (Live) 4 5 5 8 12 14 15 3.1 Technische Details [24] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2 Architektur [25] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.3 Prozessor [3] [26] [27] [28] [29] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.4 Grakkarte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 17 3.5 R520 Chip [30] [31] [32] [33] [34] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R 3.4.2 Xenos Chip [28] [35] [36] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TM Peripherie (Xbox 360) und Schnittstellen [37] [38] [39] . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Betriebssystem [40] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.7 Sicherheitskonzept und Zweckentfremdung [41] [42] [43] . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.4.1 4 PlaystationR 3 18 21 26 4.1 Technische Details [44] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.2 Architektur 26 4.3 Prozessor [12] [29] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.4 Grakkarte [53] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.4.1 28 4.5 G7x - Chip [54] [55] [56] [57] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TM R 4.4.2 NVIDIA RSX Chip [58] [59] [60] [61] . . . . . . . . . . . . . . . . . . R Peripherie (Playstation 3) und Schnittstellen [44] . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Betriebssystem [62] [63] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.7 Sicherheitskonzept und Zweckentfremdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 KernpunkteTMdes Performancegewinns beider Konsolen 5.1 5.2 Xbox 360 [22] [64] [65] [69] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R Playstation 3 [66] [67] [68] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Motivation 29 29 32 32 35 37 6.1 Aus Sicht des Spieleherstellers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.2 Aus Sicht des Konsolenherstellers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.3 Aus Sicht des Spielers/Käufers 38 7 Fazit 8 Literaturverzeichnis 9 Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 40 45 Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 2 3 4 5 6 P4 im Vergleich zu G5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TM Technische Daten der Xbox 360 [24] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TM Technischer Lieferumfang und Ausstattung der Xbox 360 . . . . . . . . . . . . 13 Entertainment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R Technische Daten der Playstation 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R Technischer Lieferumfang und Ausstattung der Playstation 3 . . . . . . . . . . 22 15 21 26 30 Abbildungsverzeichnis 1 2 3 4 5 R 4 [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R vereinfachte Architekturdarstellung des Pentium 4 [6] . . . . . . . . . . . . . . . Architektur des Pentium Architektur des PowerPCs 970 [17] . . . . . . . R Bussystem des IBM PowerPC 970 [22] . . . . R Bussystem des Intel Pentiums 4 [23] . . . . . TM Xbox 360 CPU Xenon [26] . . . . . . . . . . TM R Xbox 360 GPU Xenos [35] . . . . . . . . . R Xenos Architektur [36] . . . . . . . . . . . . . TM Mod-Chip für eine Xbox 360 [43] . . . . . . . TM R Playstation 3 CPU Cell Broadband Engine TM R Playstation 3 GPU RSX [58] . . . . . . . . TM Platine der Xbox 360 [64] . . . . . . . . . . . R Bussystem des IBM PowerPC 970 [22] . . . . 6 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 [45] . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 33 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TM Datenaustausch zwischen den Komponenten der Xbox 360 [65] . . . . . . . . . R Busdarstellung der Playstation 3 [66] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Kommunikation zwischen GPU, CPU und RAM [67] . . . . . . . . . . . . . . . . 36 17 Microsoft Discloses XBOX 360 Architecture [69] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Birger Martens, Sven Prüfer 3 34 35 TM R Xbox 360 vs Playstation 3 1 Einführung 1 Einführung R In dieser Ausarbeitung geht es um einen Vergleich zwischen den Spielekonsolen Microsoft TM R Xbox 360 (Live) und Sonys neuer Playstation 3. Dabei erhalten Sie zu Beginn eine Übersicht hinsichtlich der technischen Ausstattung und Informationen zu den Kernkomponenten der TM R Konsolen (Xbox 360 und Playstation 3). Es handelt sich hierbei schwerpunktmäÿig jeweils um die GPU und CPU. Aber auch die Peripherie und Schnittstellen werden begutachtet. Eine kurze Erwähnung des jeweils eingesetzten Betriebssystems wird erfolgen und wir beleuchten kurz das Sicherheitskonzept der jeweiligen Hersteller. Nach Begutachtung beider Konsolen werden wir die allgemeine Motivation für die eigentliche Herstellung von Konsolen betrachten. Hierbei werden auch Spekulationen mit Hilfe unsere Recherche erfolgen und wir werden die Motivation aus Sicht des Herstellers, des Spiele-Programmierers und des potentiellen Kunden, sprich Spielers, betrachten. Zuletzt sei erwähnt, dass Sie alle Quellen für diese Recherche im Anhang nden. Weiterhin werden wir teilweise Datenblätter in Form von Whitepapers der Hardwarehersteller mitliefern, mit denen Sie, sofern erwünscht, einen noch genaueren Einblick in diese doch weit reichende Thematik bekommen können. Alle aufgeführten Namen, Logos und Slogan sind eingetragende Warenzeichen der jeweiligen Eigentümer und müssen als dieses anerkannt werden. Birger Martens, Sven Prüfer 4 TM R Xbox 360 vs Playstation 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium 2 Aufbau der Architekturen (Pentium R 4 & IBM R G5) R R R Pentiums 4 und des IBM In den folgenden zwei Kapiteln wird die Architektur des Intel PowerPCs 970 (G5) erläutert. Diese Erläuterung ist für die weiteren Abschnitte notwendig, um die Konsolen besser nachvollziehen zu können. 2.1 PentiumR 4 (Modell Willamette) [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] R R 4 [1] Modellreihe von Intel Corporation startete im Jahre 2000. Sie ist der NachR R folger der Pentium - Pro bis Pentium III P6-Core Architektur und die siebte Generation der R x86 Architektur. Wir betrachten die ursprüngliche Grundversion des Pentium 4 (Willamette), Die Pentium da innerhalb der nächsten sechs Jahre alle weiteren Prozessortypen vom Willamette Modell aus dem Jahre 2000 abstammen. Intel R R hat mit Einführung der Pentium 4 Generation eine komplett überarbeitete Architek- TM tur ans Licht der Welt gebracht. Sie bezeichnen diese neuartige Architektur als NetBurst Architecture [2]. TM Zum einen unterscheidet sich die NetBurst -Architecture, im Folgenden iNA bezeichnet (i für R Intel ), von der P6-Core Architektur hinsichtlich der eingesetzten Pipelines. Das neue Pipelinesystem besitzt 20 Stufen. Im Vergleich zur P6-Core Architektur waren es damals bei den älteren R R Prozessoren nur 10 Stufen. In der aktuellen Version verwendet Intel in seinen Pentium 4 Prozessoren 31 Pipelinestufen. TM R Intel gibt diesem Pipelineverfahren den Namen Hyper-Pipeline . Diese zeichnet sich insbesondere durch das neue Feature Advanced Dynamic Execution aus. Dieses arbeitet nach dem Outof-Order (OoO) [3] Prinzip und mit einer verbesserten Branch-Prediction-Function, die vorzeitig (bedingte) Sprünge vorhersagen soll bzw. kann. Diese soll, laut Intels Aussage, eine Treerquote von oberhalb 80% haben. Die neue und vergröÿerte Pipeline kann 126 Mikrooperationen halten für eine schnellere Wiederverwendung (bei Bedarf ) der Operationen [4]. Diese bestehen aus den elementaren Befehlen, wie beispielsweise ADD- oder MUL-Befehlen. Durch die Vergröÿerung der Pipeline ist eine Erhöhung der Taktraten möglich. Aber sie bringt nicht nur Vorteile. Ein erheblicher Nachteil ist, dass die Instruction per cycle (IPC) Rate gering ausfallen muss. Somit kann der Leistungsverlaust bei einem falsch vorhergesagten Sprung im Programm gering gehalten werden. Sollte dies nicht der Fall sein, so müssen die Informationen/Daten in der kompletten Pipeline bereinigt und danach neu sortiert werden. Dies hat auch den Nachteil, dass eventuell, abhängig vom Auftreten des Sprungs, viele Stalls eingefügt werden müssen. In diesem Moment resultiert ein enormer Performanceverlust. Dies soll jedoch, wie bereits erwähnt, von der neuen und verbesserten Branch-Prediction-Funktion abgewendet werden. Des Weiteren benutzt die iNA das neue Quad-Pumped-Bus System mit einer Taktung von 400MHz. Aber auch am Cache System hat Intel R in seiner neuen Generation einiges geändert. Der neue Level-1-Cache hat eine Gröÿe von gerade einmal 8KByte und besteht im Grunde nur noch aus dem Datenspeicher. Weiterhin gibt es einen neuen (Execution) Trace Cache (siehe Abbildung 1). Das Besondere an diesem Cache ist, dass er bereits dekodierte Instruktionen (Mikroinstruk- Birger Martens, Sven Prüfer 5 TM R Xbox 360 vs Playstation 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium R 4 dekodiert den x86-Code erst in Mikroinstruktionen. Er ist R im Stande, rund 12.000 Mikroinstruktionen dekodiert zu halten (Angaben seitens Intel ). Da- tionen) beinhaltet. Der Pentium durch muss die CPU nicht mehr beim Ausführen einer neuen Instruktion auf die zeitaufwändige Dekodierung warten bzw. sich damit beschäftigen. Die Ablage der Instruktionen erfolgt bereits sortiert, was eine noch schnellere Ausführung ermöglicht. Zusätzlich legt der Trace Cache die Mikroinstruktionen und dazugehörigen Befehlssprünge in der selben Cache Line ab. Durch die höhere Hitrate beim Zugri auf diese Line, ist auch hier ein Performancegewinn zu verzeichnen. R 4 [5] Abbildung 1: Architektur des Pentium Der Level-2-Cache ist 256KB groÿ. Intel R hat dem L2-Cache ein 256Bit breites Interface zum Kern des Prozessors gespendet, der bei einer Kerntaktfrequenz von 1,4GHz eine Transferrate von 44,8GB/s erreicht. Der Pentium R 4 verfügt über eine Rapid Execution Engine. Diese beinhaltet, dass jeweils die ALUs (Arithmetic Logical Unit) im Chip paarweise vorhanden sind. Mit einem vorgeschalteten Multiplexer ist es in einem Taktzyklus möglich, zwei Interoperationen durchzuführen. R weniger Kraft in die Verarbeitung von Integer- und R R Floating-Operationen investiert hat. Stattdessen hat sich Intel auf die SSE Technologie konInsgesamt kann gesagt werden, dass Intel Birger Martens, Sven Prüfer 6 TM R Xbox 360 vs Playstation 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium zentriert. Die vorhandene Technik wurde für multimediale Anwendungen erweitert. Da die Befehlssatzerweiterungen um die des Vorgängers um einiges gröÿer ist, bekam sie die BezeichR nung SSE 2. Die Erweiterung umfasst 144 neue Befehle und erlaubt 128Bit breite Integer- und Floating-Point Operationen. R R R III verwendet der Intel Pentium 4 einen Im Gegensatz zu seinem Vorgänger Pentium Systembustakt von 400MHz statt 133MHz. Es ermöglicht ihm somit, Datentransferraten von R 2,98GByte/s zu erreichen (Angaben seitens Intel ). Die Willamette Modelle starteten mit einer Taktfrequenz von 1,4 und 1,5MHz auf dem Markt. Mittlerweile (Stand: Dezember 2006) hat die neuste Generation eine Taktfrequenz von 3,8GHz (Modell Prescott) erreicht. Die nachstehende Abbildung zeigt visuell noch einmal den architektonischen Aufbau des Intel R Pentium 4. R R 4 [6] Abbildung 2: vereinfachte Architekturdarstellung des Pentium Birger Martens, Sven Prüfer 7 TM R Xbox 360 vs Playstation 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium R 4. Es handelt sich hierbei Abbildung 2 zeigt eine stark vereinfachte Architektur des Pentium ebenfalls um die Abbildung der Willamette Version. Die Pipeline des Systems besteht aus drei Teilen: Dem Front End, einer superskalaren Ausführungseinheit und einer Retirement Einheit. Die erste Einheit, das Front End, lädt und dekodiert die x86-Befehle/-Instruktionen. Das Besondere hierbei ist, dass sie diese in einfache Befehle, die so genannten Mikrooperationen, aufteilt. Der neue Trace Cache [7] speichert nun dynamisch aus dem anliegenden Instruktionenstream Sequenzen der Mikrooperationen. Damit in der groÿen, 20 stugen Pipeline rechtzeitig auf Sprünge reagiert werden kann, besitzt TM die NetBurst -Architektur eine neue und verbesserte Branch Prediction Einheit, die auf der Mikrooperationsebene arbeitet. Eine Vielzahl bereits übersetzter Befehle werden vom Willamette in dem Trace-Cache in der Reihenfolge ihres Auftretens abgelegt. Bei dem Trace-Cache handelt es sich um eine Art RingPuer. Die ältesten Einträge werden von den neuen Instruktionen überschrieben, sofern diese noch nicht im Trace-Cache vorgefunden wurden. Es gibt einfache und komplexe x86-Instruktionen, die in einzelne Mikrocodes (Mikrooperationen) übersetzt werden. Einfache werden vom simple decoder und komplexe Instruktionen vom complex decoder decodiert. Der complex decoder arbeitet mit Instruktionen, die eins bis vier Mikrocodes entsprechen können. Wenn eine Instruktion für den complex decoder zu aufwendig ist, wird diese Instruktion an den microcode instruction sequencer (MIS) übergeben. Dieser zerlegt die Instruktionen in die notwendige Anzahl der Mikrocodes. Wenn bereits eine Instruktion für den simple decoder zu kompliziert ist, reicht dieser die Instruktion an den komplex decoder oder direkt an den MIS weiter. Der Geschwindigkeitsverlust durch die Zerlegung und Weiterreichung der Instruktion an die Decoder wird durch das Puern der bereits zerlegten Instruktionen kompensiert. Die vorhergesagten Instruktionen werden von der Execution-Unit (Ausführungseinheit) übernommen und abgearbeitet bzw. ausgeführt. Da das Holen und Ausführen der x86-Instuktionen aus dem Instruktionscache eine Prozessortakte kostet, liegt der Zeitgewinn erst darin, wenn der Befehl, die Instruktion, ein weiteres Mal ausgeführt werden soll. Denn diese dekodierten Instruktionen werden vom Trace Cache gespeichert. Der Trace Cache ist vierfach assoziativ und kann 12.000 Mikroinstruktionen speichern, was einer Gröÿe von rund 12KByte entspricht. Des Weiteren kann er alle zwei Takte bis zu sechs Mikroinstruktionen an die Execution-Unit liefern. Man sieht also, dass der Schwerpunkt R bei Intel nicht in der Fetch-Phase eines Befehls liegt, sondern eher in der Dekodier-Phase der Instruktionen für eine erneute Verwendung. 2.2 IBMR PowerPC 970 G5 [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Der PowerPC 970 [10] (PPC 970) wurde 2002 von IBM eingeführt und ist eher bekannt unter dem Namen PowerPC G5 [11]. Zur PowerPC G5 Familie gehören auch noch der PowerPC 970FX, PowerPC 970GX und der PowerPC 970MP. Ihr Vorgänger war nicht der G4-Prozessor, sondern der Multi-Chip-Mikroprozessor Power4+ aus dem Hochgeschwindigkeitsrechner-Bereich. Sie alle besitzen einen 64Bit RISC [12] Mikroprozessor, der vollkommen Codekompatibel zum Birger Martens, Sven Prüfer 8 TM R Xbox 360 vs Playstation 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium G4-Prozessor ist. Somit lässt sich ein 32Bit Programmcode immer noch ausführen. Die interne Kommunikation (Frontsidebus) erfolgt über eine zweimal 32Bit breite Punkt-zu-Punkt Verbindung mit 1GHz. Tatsächlich sind es aber nur 500MHz mit jeweils zwei Datenpakete pro Takt zum Arbeitsspeicher (DDR). Damit erreicht er einen Datendurchsatz von 6,4GByte/s Daten zwischen dem Prozessor und Arbeitsspeicher. Der PowerPC 970 ist bereits für symmetrische Multiprozessoren (SMP [13]) ausgelegt. Zum Vorgänger Power4+ [14] wurde einer der beiden Kerne entfernt. Der Level-2-Cache von zuvor 1,5MByte wurde auf 512KByte zurückgestuft. Die Level-3-Cache Unterstützung wurde ausgebaut. Der Level-1-Cache, die Registerzahl und die Funktionseinheiten entsprechen dem TM Vorgänger Power4+ Prozessor. Hinzu kommt eine erweiterte AltiVec Einheit die, die Abwärtskompatibilität zum G4 Prozessor gewährleistet. R die Pipeline von bisher 12 auf 16 R R Stufen. Somit besitzt er fast so viele Stufen wie der Pentium 4 Willamette (20 Stufen). IBM Um den Takt des PPC 970 zu steigern, verlängerte IBM entwickelte für den PowerPC 970 einen komplett neuen Bus (Punkt-zu-Punkt), der linear mit dem Prozessortakt (1:4) skaliert ist. Die Daten werden über zwei 32Bit Datenleitungen zwischen CPU und RAM ausgetauscht. Bei beispielsweise 1,8GHz kann der Prozessor eektiv 3,2GByte/s in jede Richtung versenden, was zusammen 6,4GByte/s beträgt. Der G4+ schate lediglich 1,3GByte/s. Die Basis der Architektur [15] vom PowerPC 970 bildet der Power4+ Prozessor, dessen CPU zwei unabhängige 64Bit Kernen enthält. Die Cores des Power4+ verfügen über je acht Ausführungseinheiten und sind spekulativ superskalar organisiert. Beide Kerne besitzen einen Level-1-Cache (32KByte) für Daten und einen 64KByte Level-1-Cache für Befehle. Allerdings greifen sie beide auf einen gemeinsamen Level-2-Cache mit 512KByte zu. Dieser L2 besteht aus drei unabhängigen Cache-Modulen. Er arbeitet 8-fach assoziativ und besitzt seinen eigenen L2-Controller. Die Bandbreite zwischen dem Level-1 und dem Level-2-Cache beläuft sich auf 100GByte/s. Der Level-3-Cache (eDRAM) besitzt eine Gröÿe von 32MByte. Der PowerPC 970 hat allerdings nur eine CPU mit einem Kern. Neu ist die Ausführungseinheit für SIMD-Befehle, um Multimediaapplikation zu beschleunigen. Diese 128Bit breite SIMD-Einheit TM ist kompatibel zur Multimediaerweiterung AltiVec und heiÿt vector register le (VRF) [16] und entspricht der VMX Vektor Ausführungseinheit. Der PPC 970 besitzt wie der Power4+ einen 64KByte Level-1-Cache für Befehle (Instruktionen) und einen 32KByte Level-1-Cache für Daten. Der L2 ist ein 8-facher assoziativer Cache der 512KByte groÿ ist. Die CPU des PowerPC 970 ist mit je zwei Gleitkomma- (FP), zwei Festkomma- (Integer) und zwei Load/Store-Einheiten (Units) ausgestattet. Birger Martens, Sven Prüfer 9 TM R Xbox 360 vs Playstation 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium Abbildung 3: Architektur des PowerPCs 970 [17] Die Architektur des PowerPC G5 ist in Abbildung 3 dargestellt. In der Prefetch Phase werden Daten und Instruktionen in den Level-2 und Level-1-Cache geladen, bevor sie vom Prozessor angefordert werden. Im 512KByte groÿen Level-2-Cache liegen Befehle und Daten vor. Vom Level-1-Cache gibt es zwei: einen für Befehle (Instruktionen), der 64KByte groÿ ist, und einen Daten-Cache, der 32KByte groÿ ist. Vom Level-2-Cache aus können die Instruktionen mit einer Geschwindigkeit von 64GByte/s zu dem entsprechenden Level-1-Cache (direct-mapped) geladen werden. Zur gleichen Zeit kann der 32KByte groÿe Level-1-Cache 8 Datenströme gleichzeitig laden. Dies geschieht gemäÿ writethrough, zweiwegeassoziativ. Bis zu 8 Instruktionen können innerhalb eines Taktes vom Level-1-Cache in die Fetch and Decode Einheit geladen werden. Jede Instruktion wird in kleine Instruktionen aufgeteilt, die sogenannten Suboperationen. Dadurch erhält der Prozessor mehr Freiraum für die parallele Ausführung und Planung der Befehle. Dies alles geschieht in der Birger Martens, Sven Prüfer Fetch and Decode Phase. 10 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium Bevor die Ausführung der Instruktionen in den functional units stattndet, werden sie zu fünfer Gruppen zusammengefasst. Dabei wird die Reihenfolge der Instruktionen, wie sie ankommen, beibehalten. Der PowerPC G5 führt diese Gruppen in die Warteschlange ( Issue Queues) der Execution Core, wo sie in die individuellen Instruktionseinheiten aufgesplittet werden. Somit ist es möglich, die einzelnen Instruktionen so zu bearbeiten, dass die einzelnen Execution Cores alle bestmöglich ausgelastet sind (out-of-order Prinzip). Nach Beendigung der Abarbeitung der Operationen werden die Instruktionen in ihre ursprüngliche fünfer Gruppe zurückgeführt. Bei der dynamischen Zuordnung der individuellen Instruktionen ist es möglich, bis zu 100 Instruktionen innerhalb des Kernes gleichzeitig und weitere 100 Instruktionen in den weiteren fetch, decode und queue Phasen abzuarbeiten. Dieses spricht für rund 200 Instruktionen, die man in den 12 Prozessoreinheiten direkt verarbeitet. Die 128-bit Velocity Engine Einheit beschleunigt die Rechenoperationen auf mehrere gleich- zeitig eintreende oder zur Verfügung stehende Eingangsdatenströme. Dieses wird auch als SIMD Verarbeitung bezeichnet. Vectorverarbeitungen sind nützlich bei groÿen Datensätzen und anderen rechenbetonten Aufgaben wie zum Beispiel das Rendern eines Videos, Kodierung von Videostreams oder Datenverschlüsselung. Die Velocity Engine benutzt die gleichen 162 Instruktionen wie der PowerPC G4. Es ist möglich mehrer Prozesse gleichzeitig auszuführen. Allerdings dürfen die Daten nicht gröÿer als 128Bit sein. Es gibt verschiedene Arten, die 128Bit Velocity Engine aufzuteilen: in vier 32Bit Integer, acht 16Bit Integer, sechzehn 8Bit Integer oder in vier 32Bit Single-Precision oating-point Einheiten. Der PowerPC G5 besitzt zwei Double-Precision oating-point Einheiten im Gegensatz zum PowerPC G4, der nur eine hat. Somit lassen sich zwei 64Bit Berechnungen in einem Taktzyklus berechnen. Die Integer Einheit ist für arithmetisch logische Operationen zuständig wie Addition, Subtrak- tion, Multiplikation und das Vergleichen. Der PowerPC G5 verfügt über zwei Integer Einheiten, die beide simple (wie beispielsweise add und mul) und komplexe (Sprünge) Instruktionen bearbeiten können. Dies hat zur Folge, dass 32Bit und 64Bit Daten verarbeitet werden können. In einem Taktzyklus können somit simple 64Bit Integer Berechnungen durchgeführt werden. Die Load/Store Einheit kümmert sich um das Laden der Daten aus dem Arbeitsspeicher in die Register der einzelnen functional units bzw. nach der Abarbeitung werden die neuen Daten von dieser Einheit in den Level-1-Cache, Level-2-Cache oder in den Arbeitsspeicher geschrieben. Der PowerPC G5 verfügt über 2 Load/Store Einheiten. Das Condition Register (CR) besitzt acht unabhängige 4Bit breite Felder. In ihnen werden Ergebnisse von Berechnungen und Vergleichsoperationen gespeichert. Nachdem eine Instruktion abgearbeitet wurde, gibt es die Möglichkeit, die Ausgangseinheit abzuspeichern, um später auf diese zu verweisen. Dadurch sind Transaktionen von und zum general purpose register möglich. Bedingungen wären: kleiner, gröÿer, gleich und Überlauf. Diese Inhalte werden für bedingte Sprungbefehle auf true oder false geprüft. Birger Martens, Sven Prüfer 11 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium In der Branch prediction Einheit werden Sprungbefehle bearbeitet, um zu bestimmen, wohin gesprungen werden soll. Es wird versucht, das Sprungziel bereits vor dem eigenem Gebrauch vorliegen zu haben. 2.3 Gegenüberstellung der beiden Architekturen [18] [19] [20] [21] Eine Gegenüberstellung der beiden Architekturen ist nicht ganz einfach. Dies wird auf der einen Seite durch die Architektur selbst erschwert, auf der anderen Seite liegen uns keine Informationen vor, wie die Prozessor-Typen bzw. die Benchmark-Messungen ausgeführt und getestet wurden. Sicherlich können wir davon ausgehen, dass jeder der beiden Hersteller eine optimale Instruktionskette den Prozessor abarbeiten lieÿ, um die bestmöglichsten Werte zu erreichen. R R Pentium 4 ist in erster Linie für multimediale Aufgaben ausgelegt worden. Ein R Indiz hierfür ist die Erweiterung des SSE Befehlssatzes in der Version 2. Durch die Erhöhung R der Pipelinestufen hat Intel es in den laufenden Jahren geschat, hohe Taktraten zu erreichen. Der Intel Jedoch geht dies zu Lasten des Energieverbrauchs. Einer der Vorteile, die für die G5 Architektur sprechen, ist, dass sie keine Altlast mit sich R herumtragen. Die Intel bzw. x86-Architektur besteht seit 1978 und wurde seither immer weiter R R ausgebaut. Intel hatte damit geworben, dass alle bisherigen auf Intel Architektur programmierten Anwendungen weiterhin laufen werden. Dies sollte durch eine unterstützte Abwärtskompatibilität gewährleistet werden. Was jedoch nicht in allen Fällen zutreend war. Es wurden Schnittstellen und Funktionen zur Verfügung gestellt, die im Laufe der Jahre zum R so genannten Bottleneck wurden. Mit vielen Tricks hat Intel immer wieder versucht, diese zu R entschärfen. Meistens, indem Intel Techniken vervielfältigt hat, also aufgestockt. Das Beste Beispiel ist die Erhöhung der Pipeline-Stufen bei neueren Modellen. Genau hier kann jetzt der G5 punkten. R R R , IBM und Apple hatte Seine Geburt war im Jahre 1991. Im Zusammenschluss mit Motorola man sich Gedanken gemacht, wie es hinsichtlich der schnellen Entwicklung in den letzten Jahrzehnten, zukünftig aussehen wird und soll. Sie haben alle alten Wege über Bord geworfen und von vorne angefangen. Bei dem Bussystem des Pentiums gibt es die Northbridge, die beim Bussystems des PowerPCs als Modern System Controller (MSC) bezeichnet wird. Dieser Controller verbindet die gleichen Komponenten wie die Northbridge. Ein weiterer Vorteil des Bussystems des PowerPCs ist die unidirektionale Verbindung zwischen CPU und Arbeitsspeicher. Diese ermöglicht es, gleichzeitig 32Bit Daten zu schreiben und 32Bit R Daten zu lesen. Im Gegensatz zum Pentium besitzt dieser einen 64Bit breiten Front-Side-Bus (FSB) zum Lesen und Schreiben. Der Pentium 4 kann also 3,2GByte/s senden oder empfangen (bei 400MHz FSB). [18] Birger Martens, Sven Prüfer 12 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium Gerade da sich die Architekturen, insbesondere wegen ihrer Kommunikationswege, so sehr unterscheiden, ist ein direkter Vergleich nur schwer anzusetzen. In der nachstehenden Tabelle nden Sie die Daten, die direkt vom Hersteller kommen. R Pentium R 4 (Willamette) Intel Erscheinungsdatum: R PowerPC 970 - G5 IBM November 2000 Oktober 2002 Taktrate: 1,4GHz (1,5GHz) 1,6GHz (2,0GHz) Bustakt: 400MHz TM NetBurst 1.000MHz (2 x 500MHz) Architektur: R R R MMX , SSE und SSE 2 Generation 5 TM AltiVec (VRF) Level-1-Cache: 8KB 64KB (Befehle) / 32KB (Daten) Level-2-Cache: 256KB 512KB Trace Cache (12KB) Modern System Controller 32Bit / 64Bit 64Bit / 2 x 32Bit Specials: Besonderheit: Adressbus / Datenbus: Tabelle 1: P4 im Vergleich zu G5 Birger Martens, Sven Prüfer 13 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 2 R R 4 & IBM G5) Aufbau der Architekturen (Pentium 2.4 Warum PowerPC 970 statt PentiumR 4? [22] [23] Die beiden folgenden Abbildungen (Abbildung 4 und Abbildung 5) zeigen das Bussystem des R R R IBMs PowerPC 970 und Intel Pentiums 4. Das System des 970ers baut baumartig den Bus auf. Der Modern System Controller (MSC) verbindet die Grakkarte, den Arbeitsspeicher und die CPU(s). Von ihm abwärts, aber auf gleicher Bustaktung, werden die PCI- und die da drunter bendlichen I/O-Schnittstellen angebunden. Abbildung 4: Bussystem des IBM R R PowerPC Abbildung 5: Bussystem des Intel 970 [22] Penti- ums 4 [23] Das Besondere ist die abgeschnittene Hardwarekompatibilität. Im Gegensatz zur Abbildung 5, R unterstützt das System von IBM beispielsweise keine IDE-UDMA 33 Festplatten mehr, sondern nur noch über Serial ATA ansprechfähige Platten. Der PowerPC unterstützt nur Schnittstellen, die eine gewisse Mindestgeschwindigkeit mitbringen (bspw. Serial ATA HDDs). Hierdurch wird das System wartungs- und anpassungsfreundlicher. Auch die Unterteilung der langsamen Geräte geschieht nicht über eine South- und Northbridge. R Beim Pentium haben nur diese beiden Controller die Möglichkeit auf den Bus zuzugreifen. Ein weiterer Grund für die Entscheidung der Verwendung der PowerPC Architektur, der jedoch reine Spekulation unsererseits ist, könnte ein Lizenzaspekt sein. Eventuell ist die Kooperation R R mit IBM kostengünstiger für die Konsolenhersteller als die mit Intel . Birger Martens, Sven Prüfer 14 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) 3 XboxTM 360 (Live) TM R Die Xbox 360 (Live) ist zurzeit die aktuelle Spielekonsole des Herstellers Microsoft auf dem TM TM Markt. Sie ist der Nachfolger der bereits im Jahr 2002 erschienen Xbox . Die Xbox 360 (Live) erschien im 1. Quartal 2005 (14. März) und war zu diesem Zeitpunkt die technisch am besten ausgestattete Konsole auf dem Spielemarkt. TM In den folgenden Abschnitten wird die Xbox (Live) hinsichtlich ihrer Architektur und Ausstattung beschrieben. 3.1 Technische Details [24] Bevor wir in die Details gehen, bekommen Sie kurz einen tabellarischen Überblick hinsichtlich TM der Ausstattung der Xbox 360 (Live). XboxTM 360 (Live) Name Hersteller Hauptprozessor R Microsoft R IBM Custom PowerPC (3,2GHz), 3 Kerne, 2 Threads pro Kern, 3 Vector-Einheiten, 1MByte Level-2-Cache Hauptspeicher Grakprozessor Unied Memory Architecture R ATi Custom (500MHz), 48 Shader Pipelines, 10MByte eDRAM (256GByte/s) Grakspeicher Transferraten 512MByte GDDR-3 (700MHz) Hauptspeicher: 21,6GByte/s FSB: 21,6GByte/s Sound Optisches Laufwerk Festplatte Grakspeicher: 22,4GByte/s Multi-Channel Surround, 256 3D-Audio-Kanäle 12x DVD-ROM, Tray 20GByte Wechselfestplatte, 2,5 Zoll Tabelle 2: Technische Daten der Xbox 1 TM 360 [24] 3.2 Architektur [25] TM R R hat sich im Vergleich zur damals 2002 erschienenen Xbox von Intel Prozessoren R getrennt und den Weg zur PowerPC-Architektur des Hauses IBM gewagt. In den nächsten Microsoft TM Abschnitten erfahren Sie die allgemein abgeänderte Version des G5s Prozessors in der Xbox 360. Für detaillierte Informationen der einzelnen Prozessor-Typen möchten wir an dieser Stelle noch einmal auf externe Informationsblätter und Whitepapers der jeweiligen Hersteller hinweisen. 1 Nur im Bundle-Angebot der Xbox Birger Martens, Sven Prüfer TM 360 Live Version vorhanden. Ansonsten Nachkauf erforderlich. 15 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) 3.3 Prozessor [3] [26] [27] [28] [29] TM Der Xbox 360 Prozessor basiert auf der PowerPC (Performance optimization with enhanced TM R RISC - Performance Chip) Architektur von IBM . Die Xbox 360 bietet drei vollwertige 64Bit PowerPC-Kerne, die jeweils mit 3,2GHz, 32KByte Daten- und Befehlscache betrieben werden. Alle drei Prozessoren teilen sich einen gemeinsamen Level-2-Cache mit einer Gesamtgröÿe von TM R 1MB. Mit einer 21 stugen Pipeline liegt der PowerPC der Xbox 360 unter dem Pentium IV mit 31 Pipeline Stufen (neuste Version des Pentiums 4 - Prescott Modell). TM Abbildung 6: Xbox 360 CPU Xenon [26] R Weiterhin verfügt der PowerPC Prozessor über Teile der G5 Architektur von IBM , unter andeTM R rem den VMX (auch AltiVec genannt) Befehlssatz. Dieser ist mit dem Befehlssatz von Intel TM Prozessoren, die SSE unterstützen, vergleichbar. Jedoch wurde dieser von ursprünglich 32 ReTM gister (PowerPC Version) für die Xbox auf 128 Register á 128Bit erweitert. TM 2 Eine Besonderheit des Xbox 360 Prozessors ist das Abarbeiten eines Skalarproduktes in einem Takt. TM R Der AltiVec [27] Befehlssatz wurde ursprünglich von der Firma Motorola für die SIMDTM Einheit [28] entwickelt. Es ist mit dem AltiVec möglich, gleiche Operationen auf mehrere Datenworte anzuwenden. Hierfür werden mehrere Zahlen in einem Vektor (bis zu acht Elemente in einem Vektor) zusammengefasst. Dadurch ist es möglich, eine arithmetische Aufgabe in circa 1/8 der ursprünglichen Zeit, im Vergleich zur Einzelwertberechnung, zu berechnen. Eine SIMD -Einheit ermöglicht das schnelle Ausführen gleichartiger Rechenoperationen auf mehrere gleichzeitig eingehende Datenströme. Jeder der drei Prozessoren verfügt über die Simultaneous Multithreading Technology (SMT [29]). Dies ermöglicht jedem Prozessor, mittels getrennter Pipelines und zusätzlicher Registersätzen, mehrere Threads simultan auszuführen. 2 ~ x·~ y= P xi yi Birger Martens, Sven Prüfer 16 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) TM Damit ist es für die Xbox 360 möglich, sechs Threads parallel auszuführen. Dabei ist ein TM Thread für die Aufbereitung des Dolby Digital 5.1 Audio Encoding und ein weiterer für das Betriebssystem zuständig. Die restlich zur Verfügung stehenden Threads beschäftigen sich mit den physikalischen und geometrischen Operationen. Das Pipelineprinzip arbeitet nach der Out-of-Order [3] Methode. Mit Hilfe dieser Methode gelingt es dem Prozessor, die Befehle auÿerhalb der Programmreihenfolge auszuführen, so dass die Pipeline möglichst gut ausgelastet ist. Dies wird erreicht, indem er die Programmreihenfolge selbst bestimmen kann. Jedoch können nur Befehlsfolgen geändert werden, die nicht voneinander abhängig sind. Am Ende der Verarbeitungen werden die Instruktionen wieder in die richtige Reihenfolge gebracht. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig, ermöglicht jedoch eine höhere Performance und eektivere Hardware-Ausnutzung für Programmcode, der nicht extra für den Einsatz von mehreren Prozessorkernen ausgelegt wurde. R , Obwohl das genannte Verfahren komplex ist, werden alle zukünftigen Prozessoren von Intel R R AMD und IBM auch in Zukunft nicht darauf verzichten. 3.4 Grakkarte R In diesem Kapitel werden Sie die Eckdaten des eingesetzten Grundprozessors von ATi in der TM R Xbox 360 erfahren und die Modikationen des so genannten C1 (Xenos ) Grakprozessors nachlesen können. 3.4.1 R520 Chip [30] [31] [32] [33] [34] TM R 360 verwendet eine GPU des Herstellers ATi . Das Modell trägt den Namen C1 R R R bzw. Xenos . Das Xenos Modell basiert auf der ATi R520 Architektur. Weitere InformatioR nen zum Xenos Chip nden Sie im Kapitel 3.4.2. Diese Grundarchitektur wird unter anderem TM auch bei den Desktopmodellen Radeon X1800 eingesetzt. Die Xbox R Chipsat- Im folgenden Abschnitt erläutern wir die Erweiterungen und Änderungen des Xenos zes gegenüber des herkömmlichen R520. R portiert. Der R520 ver- Grundlegende Funktionen und Features des R520 wurden in den Xenos fügt über 321 Millionen Transistoren und 16 Pixel-Pipelines. Des Weiteren hat er acht VertexShader Einheiten, sowie 16 Raster-Operation-Processor (ROPs) und Texture Mapping Units (TMUs). Ein Vertex [30] stellt eine Ecke (Knoten) eines Polygons dar. Für die Darstellung des Knotens beinhaltet er die Informationen für Farbe, Transparenz und die eigentliche Positionsangabe in Form eines Vektors. Des Weiteren umfasst er die Koordinaten für Texturen. Zwei Vertices (Punkte) bilden zusammen eine Linie. Für die Darstellung eines Dreiecks werden somit drei Vertices benötigt. Ein Vertex-Shader [31] ist ein Teil der Rendering-Pipeline [32] einer GPU (Graphic Processor Birger Martens, Sven Prüfer 17 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) 3 Unit). Dieser ermöglicht mit Hilfe von Vertex-Programmen bzw. Programmiersprachen , eine freie programmierbare Möglichkeit, Form- und Lichteinfallsänderungen eines Objekts in Echtzeit berechnen zu lassen. R R520 Chip zwischen den Pipelines für Eine Raster-Operationseinheit (ROPs) wird beim ATi Vertex / Shader und dem Speicher der abgelegten und aufbereiteten Bildinformationen /-Kacheln verwendet. Dieser hat unter anderem die Aufgabe, Bilddatenmengen im Rasterprinzip den anR geschlossenen Komponenten zur Verfügung zu stellen. Eine genauere Erklärung für den Xenos Chip erfolgt im Abschnitt 3.4.2. Texture Mapping Units (TMUs [34]) sind Einheiten auf einer Grakkarte, die für das Platzieren einer fertigen Textur auf ein gegebenes Objekt im dreidimensionalen Raum zuständig sind. Dabei berücksichtigt die Einheit bereits die perspektivisch korrekte Darstellung der Textur auf dem Objekt. Hierbei hat eine TMU die weitere Möglichkeit Bitmaps/Texturen frei zu skalieren. Unter der Rendering-Pipeline, auch Grakpipeline genannt, ist der Weg von der mathematischen Beschreibung einer Szene, eines Objektes, zum gerasterten Bild auf einem Display bzw. Monitor zu verstehen. Hierbei werden Operationen übernommen, wie die Berechnung der Bildschirmkoordinaten, das Texturieren oder auch das Anti-Aliasing. Bild bzw. 3D-Darstellungen liegen als Vertex-Stream vor, die von der Rendering-Pipeline ausgwertet und verarbeitet werden müssen. Die einzelnen Vertices müssen transformiert werden, damit ein einheitliches Gittermodell visuell auf dem Monitor abgebildet, bzw. gemappt werden kann. Den Vorgang des Darstellens auf einem Monitor bezeichnet man allgemein als Screen Mapping. Das parallele Ausführen bzw. Transformieren der Vertex-Vektoren (-Daten) ist die Hauptaufgabe der Rendering-Pipeline. Die Umsetzung geschieht auf Hardwareebene und wird generell auf einem Chip realisiert. 3.4.2 XenosR Chip [28] [35] [36] TM R Abbildung 7: Xbox 360 GPU Xenos [35] R R Chip basiert auf der R520 Architektur von ATi (siehe auch 3.4.1). Änderungen Der Xenos werden in der Abbildung 8 Architektur dargestellt und nachfolgend erläutert. 3 Ein Beispiel für solch eine Programmiersprache ist RenderMan [33]. Birger Martens, Sven Prüfer 18 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) R Architektur [36] Abbildung 8: Xenos In der Memory Hub erfolgt die Speicherverwaltung bzw. Zuweisung. Die GPU muss sich mit der CPU den 512MB GDDR3 Hauptspeicher teilen, der als Unied Memory Architecture (UMA) organisiert ist. Der Speicher ist mit 700MHz getaktet. Der Hauptspeicher ist in zwei 64Bit Blöcken aufgeteilt, dass ein gesamtes 128Bit Speicherinterface ergibt. Dieses ist mit dem Grakchip R verbunden. Die Speicherbandbreite zwischen dem Xenos Grakchip und dem Hauptspeicher beträgt 22,4GB/s. Neben den GPU Daten liegen unter anderem auch die Texturdaten für die GPU im Hauptspeicher bereit. Ein besonderes Feature des Xenos R Chips ist die Memexport Funktion. Mittels dieser kann die GPU Vektordaten direkt in den Hauptspeicher schreiben bzw. lesen. Die insgesamt drei Shader-Pipelines der GPU können sowohl für Pixel-Shader als auch für VertexR Shader Operationen genutzt werden. Eine klare Abtrennung ist seitens ATi nicht vorgesehen. Somit sind sie eine Art von Allzweck-Shader-Pipelines. Jede dieser Pipelines verfügt über 16 ALUs (Arithmetic Logical Unit) für die Shader-Operationen. Birger Martens, Sven Prüfer 19 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) Die Unterscheidung der Shader-Operation (Pixelshader, Vertexshader) wird mit Hilfe der beiden Shader-Interpreter vorgenommen. Für eine optimale Auslastung der Shader-Pipelines ist die Einheit Vertex Grouper zuständig. Diese Hardwarelösung ermöglicht eine ausgeglichene Auslastung der Pipelines. Weiterhin besitzt jede Pipeline ein SIMD-Array [28]. Dieses ermöglicht das schnelle Ausführen gleichartiger Rechenoperationen auf mehrere gleichzeitig eingehende Datenströme. ATi R R hat der Xenos einen eDRAM (embedded DRAM) von 10MB gegeben. Es ist nur mög- lich, mindestens 2x Anti-Aliasing (AA) auf Texturen und Objekte anzuwenden. Ein 4xAA ist optional. Bereits bei 2x Anti-Aliasing in einer Auösung von 720p (1280x720px) benötigt man einen 14MB groÿen RAM. Damit Objekte mit 2x Anti-Aliasing bzw. 4x genutzt werden können, R teilt der Xenos die Daten in Kacheln, in so genannte Tiles auf. AA-Operationen die auf einem Objekt angewendet werden, die gröÿer als 10MB (10MB eDRAM) sind, können nicht in einem Schritt durchgeführt werden. Daher wird das Gesamtergebnis der Berechnungen in Teilergebnisse zerlegt und diese werden im Hauptspeicher abgelegt. Der fehlende Tile des Gesamtobjektes wird im nächsten Schritt abgearbeitet. Nun erfolgt die Zusammensetzung der berechneten Tiles im Hauptspeicher, sodass die einzelnen Tiles das ursprüngliche Gesamtmodel ergeben. Diese Aufgaben übernimmt die so genannte Z-Operation, die vom Z-Alpha-Stencil Prozessor ausgeführt wird. An dieser Stelle wollen wir eine kleine Korrektur vornehmen. Die 10MB eDRAM sind im Z-Alpha-Prozessor eingebettet. ATi R gruppiert die Komponenten des Shader-Cores und der Unied Shader Architecture (die Möglichkeit, in einer Pipeline zwei Shader-Typen laufen zu lassen - Vertex- und Pixel-Shader) als Parent-DIE. Der Z-Alpha-Stencil Prozessors und dessen embbeded DRAM wird unter dem Begri Daugther-DIE zusammen gefasst. Birger Martens, Sven Prüfer 20 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) 3.5 Peripherie (XboxTM 360) und Schnittstellen [37] [38] [39] Die Xbox TM 360 gab es zum damaligen Kaufstart in zwei Varianten. Zum einen in der Core Line R setzt einen Preisunterschied von 100 e gesetzt. und zum Anderen in der Live-Version. Microsoft Wir möchten an dieser Stelle eine tabellarische Übersicht der beiden Varianten liefern. Hierbei unterscheiden wir kurz unter den Kategorien Lieferumfang und Entertainment System. Danach nden Sie weitere Informationen vor, die sich mit zusätzlich zu erwerbenden Peripheriekomponenten beschäftigt. XboxTM 360 Konsole (Core Version) XboxTM 360 Konsole (Premium) Kabelgebundener Controller Wireless Controller Netzteil Netzteil Handbuch Handbuch Scart-Adapter Scart-Adapter Composite-AV-Kabel Komponenten-HD-AV-Kabel - 20 GB Festplatte TM Xbox Live Headset - Ethernet Kabel - Mini-Fernbedienung TM Tabelle 3: Technischer Lieferumfang und Ausstattung der Xbox 360 Birger Martens, Sven Prüfer 21 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) XboxTM 360 Konsole XboxTM 360 Konsole (Core Version) (Premium) TM Xbox 360 Spiele spielen Ja Ja DVD- und CD-Wiedergabe Ja Ja Musik über externen MP3-Player Ja Ja Bilder einer externen Digitalkamera be- Ja Ja Ja Ja Ja Ja Bis zu vier drahtlose Controller Ja Ja Abwärtskompatibilität zur Xbox Nein Ja Spielstände und Inhalte speichern Nein Ja Xbox Live Gold Nein Ja (1 Testmonat) kostenloses Xbox Live Silber Nein Ja Voice Chat über Xbox Live Nein Ja trachten Bilder und Musik von einem Windows XP-PC betrachten Kindersicherung Erweiterte Möglichkeiten Tabelle 4: Entertainment Wie aus den Tabellen 3 und 4 bereits ersichtlich ist, gibt es gravierende Unterschiede zwischen TM den beiden Xbox 360 Konsolen. Sowohl die technische Ausstattung als auch die Servicedienstleistungen unterscheiden sich erheblich. Wir werden nun einige der wichtigsten Komponenten genauer betrachten. TM Die Xbox 360 versucht bei allen Komponenten die aktuellste Technik einzusetzen bzw. zu verwenden. Dies sieht man gerade bei der Core Version des Paketes. Alle, bis auf das VideoKabel sind über schnelle Schnittstellen umgesetzt. Es ist möglich, über einen kabelgebundenen oder über einen WLAN Kontroller zu spielen. Der WLAN Kontroller benötigt allerdings einen WLAN Adapter (in der Core Version), der über einen der freien USB Ports angeschlossen werden muss. Die Premium-Version besitzt intern einen vierten USB Anschluss. An diesem ist das interne WLAN-Modul angeschlossen. Es können maximal vier WLAN Kontroller (Gamepads) angeschlossen werden, wobei WLAN Kontroller eine höhere Priorität im Gegensatz zu der kabelgebundenen Variante haben. Die Xbox TM 360 besitzt insgesamt drei USB 2.0 Ports (nach Auÿen). Diese haben eine Über- tragungsrate von 480MBit/s. Die Verwendung von anderen, insbesondere älteren Schnittstellen, hierunter fällt auch USB 1.0/1.1 (11MBit/s), wird nicht unterstützt. Für den Anschluss an ein TV-Gerät hat der Hersteller zwei Anschlussmöglichkeiten vorgesehen. Zum einen über den analogen Scart-Anschluss und zum Anderen wird HDTV als Ausgabe angeboten. HDTV wird mit 720p (1280 x 720pixel) Vollbild oder mit 1080i (1920 x 1080pixel) als Halbbilder unterstützt. Das mitgelieferte VGA-HD-AV-Kabel ermöglicht den Anschluss an einem PC-Monitor oder Beamer mit einer Auösung bis zu 720p bzw. 1080i. Birger Martens, Sven Prüfer 22 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) Des Weiteren verfügt die Xbox TM 360 über eine 10/100Base-TX Netzwerkkarte. Dies ermöglicht den Zugang ins Internet über beispielsweise DSL. TM Die mitgelieferte 20GB groÿe Festplatte in der Premium-Version der Xbox 360 wird über einen SATA-Anschluss angesprochen. Von diesen 20GB können jedoch lediglich 14GB genutzt werden. Die restlichen 6GB werden vom System reserviert, das zum einem das Betriebssystem enthält TM und zum anderen eine Emulatiossoftware für die Wiedergabe von älteren Xbox Spielen auf der TM neuen XBox 360 ermöglicht. Aber auch Systemupdates [38] werden auf dieser versteckten und R nicht einsehbaren Partition hinterlegt. Genauere Informationen behält sich Microsoft vor. Aber R Live-Prol werden auf der Festplatte hinterlegt. auch die Proldaten des Spielers und das Xbox R Mit dem Anschluss ans Internet kann sich der Benutzer über den Microsoft Marktplatz Trailer, Demos, Musik und Videos herunterladen und auf der Festplatte abspeichern. TM Der Spieler hat in der Core Version lediglich die Möglichkeit, seine Spielstände und das Xbox 360 Live-Prol auf einer 64MB groÿen Speicherkarte abzuspeichern. Gröÿere Speicherkarten sind erhältlich. Aber auch MP3s könnten gespeichert und abgespielt werden. Dieser Stick muss jedoch TM separat erworben werden. Die Xbox 360 bietet zwei Anschlussmöglichkeiten für die MemoryUnits. R4 Das interne DVD-Laufwerk ist ein 12x SATA Laufwerk aus dem Hause Hitachi oder ToshibaR5 Samsung . Es unterstützt Double-Layer DVDs (DVD±RW), CD-R und CR-RWs. Jedes der beiden Laufwerke verfügt über eine spezielle Firmware, die das Erkennen von Kopien ermögliR chen soll. Eine Erweiterung bietet Microsoft seit September 2006 an. Es handelt sich hierbei um ein HD-DVD-Laufwerk für rund 133 e. Dieses wird ebenso, wie die anderen Peripheriegeräte, über einen der USB Ports betrieben. Alle weiteren Peripheriegeräte werden ebenfalls über einen der zur Verfügung stehenden USB Anschlüsse angeschlossen. 3.6 Betriebssystem [40] TM R Die Xbox 360 (Live) verwendet eine abgeänderte Version von Windows 2000. Hausintern TM R (bei Microsoft ) wurde die Version weitestgehend so verändert, dass man es als Xbox 360 OS [40] bezeichnet. Das System wurde auf der einen Seite soweit abgespeckt, dass nur die vorgesehenen Hardwarekomponenten betrieben werden können. Auf der anderen Seite jedoch um TM R Funktionalitäten erweitert, die der Windows XP Media Center Edition ähneln. Das Betriebssystem bendet sich in der bereits genannten versteckten Partition der Festplatte, siehe auch 3.5. R Microsoft behält sich jedoch konkrete Details vor. R Die Vermutung, dass es sich um eine erweiterte Windows 2000 Version [40] handeln muss, beR R stätigt sich dadurch, dass Windows -Versionen bis NT 4.0 keine IBM PowerPC G5 Architektur 4 5 H-L Data Storage Modell DVD-ROM DRIVE Model TS-943 [39] Birger Martens, Sven Prüfer 23 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) unterstützen. Weitere Vermutungen für den Einsatz von Windows Link R 2000 können unter folgenden http://www.windowsfordevices.com/news/NS3988467635.html nachgelesen werden. 3.7 Sicherheitskonzept und Zweckentfremdung [41] [42] [43] R versucht, mit einigen Ranessen die Benutzer davon abzuhalten, ihr System für an- Microsoft TM dere Anwendungen zu entfremden. Wie bereits bei der Vorgängerversion Xbox arbeitet das neue System mit einem speziellen Chip auf der Platine, der das Überwachungsorgan für Softund Hardware darstellt. Mit Hilfe des speziellen BIOS und der integrierten Treiber überprüft der Chip, ob die angeschlossene Hardware auch berechtigt ist, vom System angesprochen und ausgeführt zu werden. Des Weiteren müssen beispielsweise die Geräte besondere Ausleseverfahren unterstützen, die unter anderem es ermöglichen müssen, Ländercodes oder Adults-Checks durchzuführen. Bei den Adults-Checks handelt es sich seitens des Spieleherstellers um eine empfohlende Altersfreigabe. Die Funktion erlaubt das Eltern ihren Kindern das Spielen von nicht jugendfreien Spielen 6 muss unterstützt werden. Ein han- verwehrt. Aber auch das Auslesen bestimmter DVD-Sektoren delsüblicher DVD-/CD-Brenner kann diese Sektoren nicht kopieren. Der Chip fragt diese Daten zu Beginn des Abspielens eines Datenträgers ab. Sollte ein anderes optisches Laufwerk nun eingesetzt worden sein, so würde dieser mit der Anfrage nichts anfangen können und entweder gar nichts oder fehlerhafte Daten zurücksenden. Der Chip würde das Abspielen des Datenträgers somit verweigern. Mit einem so genannten Mod-Chip lässt sich die Überprüfung aussetzen. Man bezeichnet dieses Vorgehen als Mod-Hack [42]. TM Abbildung 9: Mod-Chip für eine Xbox 360 [43] TM R hat seine Xbox 360 bereits aus technischer Sicht für HD-TV ausgelegt. In der Microsoft ersten Version waren, bis auf das mitgelieferte AVI-HD-TV Kabel, keine weitere Komponente für das Abspielen von HD Daten vorhanden. Seit September 2006 wird für umgerechnet 133 R ein externes High Denition (HD) ROM Laufwerk von Microsoft angeboten. 6 e Weitere Informationen hierzu HackInfo [41] Birger Martens, Sven Prüfer 24 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 3 Xbox TM 360 (Live) Das Besondere an diesem Angebot ist, dass es im Vergleich gegenüber eines handelsübliches HD R ROM Laufwerk für einen IBM -PC, welches ab 500 e zu erwerben ist, unter dem Marktwert R verkauft wird. Microsoft versucht mit diesem niedrigen Preis, die Technik zu fördern. Das LaufR R werk von Microsoft ist mit einem IBM PC nicht kompatibel. Jedoch ist bereits nach kurzer Zeit ein open-source Treiber erschienen, der die Verwendung in einem PC ermöglicht. Laut ersten Berichten im Internet konnte bestätigt werden, dass der Betrieb an einem Macintosh R ohne Modikation betrieben werden kann. Birger Martens, Sven Prüfer 25 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 R 3 4 Playstation 4 Playstation R 3 R R 3 ist zurzeit die aktuelle Spiele-Konsole des Herstellers Sony auf dem Markt. R R Sie ist der Nachfolger der bereits im Jahr 2000 erschienen Playstation 2. Die Playstation 3 Die Playstation erschien am 11. November 2006 in Japan und ist die technisch am besten ausgestattete Konsole auf dem Spielemarkt. Einführungen auf dem amerikanischen und europäischen Markt sind am 17. November 2006 bzw. 31. März 2007 vorgesehen. In den folgenden Abschnitten wird die Playstation R 3 hinsichtlich ihrer Architektur und Aus- stattung beschrieben. 4.1 Technische Details [44] Bevor wir in die Details gehen, bekommen Sie kurz einen tabellarischen Überblick hinsichtlich R der Ausstattung der Playstation 3. Name Hersteller Hauptprozessor R 3 Playstation Sony R TM Cell Broadband Engine (3,2GHz), 1 VMX Vector Unit, 8 x SPU mit jeweils 256KByte SRAM und einem Hauptspeicher Grakprozessor Grakspeicher Transferraten gemeinsamen 512Byte Level-2-Cache R 256MByte XDR DRAM (8 x 400MHz) TM R nVidia RSX (550MHz), 128-Bit-Rendering 256MByte GDDR-3 (700MHz) Hauptspeicher: 25,6GByte/s FSB: 35GByte/s Sound Optisches Laufwerk Festplatte Grakspeicher: 22,4GByte/s AC-3, Digital Theatre Sound (DTS) , LPCM 7 BD-ROM, Slot-In Optional, Slot für 2,5-Zoll-Festplatte R 3 Tabelle 5: Technische Daten der Playstation 4.2 Architektur TM R Die Architektur baut, wie auch die der Xbox 360, auf einen PowerPC auf. Sony verwendet R hierbei die G5 Generation, 970 kompatibler Kern von IBM Cell Prozessor. Die genaueren Spezikation bzw. detaillierter Informationen erhalten Sie in den nächsten Abschnitten. 4.3 Prozessor [12] [29] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] Sony R R verwendete in seiner vorhergehenden Spielekonsole Playstation 2 eine eigens entworfe- TM ne CPU mit der so genannten Emotion Engine . Diese basierte auf einer erweiterten MIPSArchitektur. Eine damalige Besonderheit der CPU waren die beiden Vektorprozessoren. Diese konnten frei programmiert werden. Hiermit konnten unter anderem Berechnungen durchgeführt werden, die eigentlich in einer GPU stattfanden (bspw. die Vertex- Shader Berechnungen). 7 Linear Phase Code Modulation Birger Martens, Sven Prüfer 26 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 4 R 3 Playstation Abbildung 10: Playstation TM R 3 CPU Cell Broadband Engine [45] Die MIPS-Architektur [47] ist eine RISC-Architektur. Ein Befehl wird in mehrern Stufen in einer Pipeline abgearbeitet. Somit ist es möglich, dass verschiedenen Befehle in der Pipeline (pro Pipelinestufe ein Befehl) sein können. Es könnte vorkommen, dass ein nachfolgender Befehl auf das Ergebnis eines vorherigen Befehls warten muss, da dieser noch nicht abgearbeitet wurde. In diesem Fall muss der wartende Befehl angehalten werden, bis das Ergebnis des Vorgängers zur Verfügung steht. Dieses Sperren wird durch Locks/Stalls erreicht. Konikte können sein: Datenabhängigkeiten, Struktur- (/Ressourcen-)Konikte oder Steuerusskonikte. Bei der MIPS-Architektur wird auf solches Sperren verzichtet, da vom Assemblersprachenprogrammierer oder Compiler entsprechende Maÿnahmen für die Umsortierung oder Einfügung von NOPs verlangt wird. Die Architektur kann hierdurch einfach gehalten werden. Unter der RISC-Architektur [12] versteht man ein Prozessordesign, das mit einem reduzierten Befehlssatz ausgestattet ist. Der Nachteil eines reduzierten Befehlssatzes ist, dass komplexe Befehle nicht möglich sind. Der Vorteil einer RISC-Architektur besteht darin, dass einfachere Befehle mit einem recht niedrigen Dekodieraufwand zu schnelleren Prozessoren führen. Ein weiterer Vorteil für diese Architektur liegt in der Handhabung von Interrupts. Wegen der kurzen Befehle ist die Verzögerungszeit von Unterbrechungen sehr gering bzw. die Wartezeit, bis die Unterbrechung bearbeitet werden kann. R Die CPU der Playstation 3 ist, wie bereits erwähnt, ein Cell Dual Prozessor Kern mit 3,2GHz TM R aus dem Hause IBM . Er trägt den Namen Cell Broadband Engine . Seine Besonderheiten bestehen darin, dass er aus einem Power Processor Element (PPE, General Purpose CPU), sieben aktiven Synergistic Processing Elements (SPE) und einem Element Interconnect Bus (EIB) besteht. Die PPE besteht aus dem 970er kompatiblen PowerPC Kern (64Bit PowerPC), hat zwei SMT Einheiten, besitzt jeweils einen 32KB groÿen Level-1-Instruktionen- und Daten-Cache sowie einen 512KB groÿen Level-2-Cache. Des Weiteren verfügt die PPE über eine VMX Einheit [48]. Jede SPE Einheit verfügt über einen Memory Flow Controller (MFC), eine Synergistic Processing Unit (SPU), einen 128 x 128Bit groÿes Register-File und 256KB lokalen Speicher (local Birger Martens, Sven Prüfer 27 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 4 R 3 Playstation store). Die Simultaneous Multithreading (SMT [29]) Technology ermöglicht dem Prozessor, mittels getrennter Pipelines und zusätzlicher Registersätze, mehrere Threads parallel auszuführen. Der EIB [49] verbindet SPEs, PPE, Memory Controller und I/O-Controller untereinander. SPU [50] ist ein RISC-Kern mit 128Bit SIMD-Architektur. SIMD ist ursprünglich eine Architektur für Groÿrechner bzw. Supercomputer. Eine SIMD-Einheit ermöglicht das schnelle Ausführen gleichartiger Rechenoperationen auf mehreren gleichzeitig eingehenden Datenströmen. Der Controller der MFC [51] besteht aus einem DMA-Controller, der MMU und einem BusInterface. Die Memory Management Unit (MMU [52]) ist die Speicherverwaltungseinheit des Microprozessors. Sie ermöglicht den Zugri auf 252 virtuelle und 232 physikalische Adressen für Daten und Be- fehle und kontrolliert den Daten- bzw. Befehlsuss zwischen Load-/Store-Unit bzw. InstructionUnit und den L1-Caches. Hierfür übersetzt die MMU in der Instruction- bzw. Load-/Store-Einheit die berechneten, virtuellen Adressen in physikalische für den Speicherzugri. 4.4 Grakkarte [53] R R 3 verwendet eine extra von nVidia Coperation angefertigte Grakkarte. Sie TM R trägt die Bezeichnung NVIDIA RSX [53] (Reality Synthesizer). Die GPU läuft mit einem Die Playstation Takt von 550MHz. 4.4.1 G7x - Chip [54] [55] [56] [57] R Da die recherchierten Daten mit den verfügbar stehenden Standardmodellen der GeForce 7 R Reihe nicht übereinstimmen, können wir keine konkrete Aussage treen. nVidia behält sich, TM R wie auch ATi bei der Xbox 360, die genaueren Informationen vor. Daher werden MittelwerTM te der G7x genommen und mit den aktuellen Daten des RSX -Chips verglichen. Die GeForce TM 7 gibt es in der kleinsten Variante mit einer Chiptaktung von 350MHz und einer Speichertaktung von 550MHz bei 128MB DDR (32/64Bit) Speicher. Das gröÿte Modell dieser Serie hat einen Chiptakt von 650MHz, einen Speichertakt von 1600MHz bei 512MB GDDR3 TM Speicher (256Bit). Im Grunde kann gesagt werden, dass eine GeForce 7 rund 256/512MB GDDR3 Speicher (256Bit), einem Chiptakt von 450-500MHz und einem Speichertakt von 1200MHz besitzt [54] [55]. Ein zu niedriger Speichertakt würde die Leistung des Grakprozessors ausbremsen. Je schneller der Speichertakt ist, desto schneller kann der Grakprozessor die Daten weiter geben und neue Berechnungen durchführen. R R DirectX 9.0c und OpenGL 2.0. Alle Karten unterstützen zu 100% Microsoft Birger Martens, Sven Prüfer 28 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 4 R 3 Playstation TM R R 8 Die GeForce 7 Reihe benutzt die nVidia CineFX 4.0 Shading-Architektur. Diese unterR stützt Vertex und Pixel Shader 3.0. Des Weiteren unterstützt die CineFX Architektur die Gleitkommaberechnung im 16- und 32-Bit Modus. Weitere Informationen sehen Sie bitte unter dem Link CineFX R [57]. 4.4.2 NVIDIAR RSXTM Chip [58] [59] [60] [61] Die Angaben hierzu sind zurzeit teilweise schwammig oder ungenau bzw. unterschiedlich. Da R die Konsole noch recht neu auf dem Markt ist, Sony bisher noch keine Daten geben hat und R ebenfalls mit den technischen Spezikationen zurückhält, werden wir lediglich die sich nVidia technischen Daten nennen. Abbildung 11: Playstation TM R 3 GPU RSX [58] Die Anbindung zu den eigenen 256MB GDDR3-VRAM beseht mit einer 700MHz Taktung. TM Der RSX [60] Chip unterstützt Vertex- und Pixelshader der aktuell dritten Generation. Jedoch muss erwähnt werden, dass die volle Leistung dieser Technologien nicht genutzt werden kann. R Grund hierfür liegt in der Software. Da Sony ein Linux Betriebssystem verwendet, und die R Shader 3.0 Techniken auf DirectX Technologien von Microsoft basieren, kann Linux diese nicht R R verwenden. Um diesem Problem aus dem Wege zu gehen, verwendet Sony die nVidia hauseigene CG-Shading [61] Progammiersprache. Ob diese ebenfalls eine so groÿe und hohe Leistung wie R unter Verwendung von DirectX hervorbringt, wird sich in den kommenden Monaten erst zeigen. 4.5 Peripherie (PlaystationR 3) und Schnittstellen [44] R baut auf die neusten Technologien auf. Neben der Verwendung von USB 2.0 R R (vier Ports) verwendet die Playstation auch Bluetooth 2.0 mit Unterstützung von bis zu sieDie Playstation ben Geräten, WiFi (Wireless Connection) und eine Ethernet (10Base-T, 100Base-TX, 1000BaseT) Schnittstelle. 8 Die Angaben beziehen sich auf das 7800-GTX Modell Birger Martens, Sven Prüfer 29 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 R 3 4 Playstation Auch die Playstation R R gibt es in zwei unterschiedlichen Versionen. Sony unterscheidet sie in der 20GB und 60GB Variante. Cell Broadband EngineTM CPU Cell Broadband EngineTM CPU 7.1ch, AAC 7.1ch, AAC 256MB XDR Main Ram, 256MB XDR Main Ram, 256MB GDDR3 VRAM 256MB GDDR3 VRAM 20GB 2,5-Zoll Serial ATA 60GB 2,5-Zoll Serial ATA - MemoryStick/SD/CompactFlash 10Base-T, 100Base-TX, 1000Base-T 10Base-T, 100Base-TX, 1000Base-T - IEEE 802.11b/g R Bluetooth 2.0 (EDR) TM RSX GPU R R Dolby Digital 5.1ch, DTS 5.1ch, LPCM TM RSX GPU R R Dolby Digital 5.1ch, DTS 5.1ch, LPCM R R 2.0 (EDR) Bluetooth Wireless controller (Bluetooth R ) Wireless controller (Bluetooth BD/DVD/CD Drive (Read only) R ) BD/DVD/CD Drive (Read only) Tabelle 6: Technischer Lieferumfang und Ausstattung der Playstation R 3 4.6 Betriebssystem [62] [63] R verwendet ein GNU/Linux als Betriebssystem. Eine genaue Angabe über die Die Playstation Distribution ist zum aktuellen Stand nicht verfügbar. Jedoch kann man davon ausgehen, dass R die Playstation 3 eine eigens angepasste Version verwendet. Die Firma Terra Soft Solution [62] hat bereits eine, extra für die Playstation R 3 angepasste Linux-Version, mit dem Namen Yellow Dog Linux 5 bezeichnet, veröentlicht. Dieses kann als R zweites Betriebssystem auf der Playstation 3 installiert werden. Das Aufspielen eines weiteren Betriebssystem ist mit Hilfe des Other OS Boot Loaders [63] von R R Sony möglich. Dieser besteht aus zwei Dateien. Die erste Datei kann von Sony herunter geladen werden. Die zweite Datei muss vom Hersteller des weiteren Betriebssystems kommen. Diese werden installiert und ermöglichen, danach das weitere OS zu installieren. Nach der Installation R kann auch das neue OS als Standardbetriebssystem eingestellt werden. Sony verlangt lediglich, dass das eigene OS mindestens 10GB freie Festplattenkapazität hat. Durch die Verwendung eines bereits oenen gelieferten Betriebssystems ist es theoretisch möglich, alles an das System anzuschlieÿen, was über USB Schnittstellen mit Linux betrieben werden kann. Es bleibt abzuwarten, wie sich dieser Weg weiterentwickeln wird. 4.7 Sicherheitskonzept und Zweckentfremdung R R , siehe hierfür auch unter Punkt 3.7, schlägt Sony einen anderen R Weg hinsichtlich Sicherheit und Zweckentfremdung ein. Sony hat laut Presseberichten sogar Im Gegensatz zu Microsoft angekündigt, im Sommer 2007 eine Art von API zu veröentlichen, die es ermöglichen soll, Birger Martens, Sven Prüfer 30 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 4 R 3 Playstation Software für das System zu entwickeln. Unter anderem sollen neben den genauen technischen R Spezikationen auch die Softwareschnittstellen erklärt sein. Inwieweit Sony dieses Dokument in seiner Ausführlichkeit präsentieren wird, wird sich erst noch zeigen. Birger Martens, Sven Prüfer 31 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 5 Kernpunkte des Performancegewinns beider Konsolen 5 Kernpunkte des Performancegewinns beider Konsolen Nachdem beide Konsolen hinsichtlich ihrer Ausstattung betrachtet wurden, möchten wir einen kleinen Blick auf das Bussystem werfen. Denn hier ist die Leistungssteigerung der Konsolen TM R zu nden. Wir betrachten zunächst die Xbox 360, danach die Playstation 3. Bei beiden R Konsolen werden wir die Grundarchitektur des Bussystems des IBM PPCs 970 für Vergleichsmöglichkeiten zu Hilfe nehmen. 5.1 XboxTM 360 [22] [64] [65] [69] TM In der Abbildung 12 ist die Hauptplatine der Xbox 360 zu sehen. Das Bild wurde um die Kommunikationswege in Form von roten Pfeilverläufen erweitert. TM Abbildung 12: Platine der Xbox 360 [64] Die nachfolgenden Angaben beruhen auf Grundlage der zur Verfügung stehende Abbildung 12 und es kann daher nur der oberste Platinenlayer zur Betrachtung herangezogen werden. Die Ein- Birger Martens, Sven Prüfer 32 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 5 Kernpunkte des Performancegewinns beider Konsolen sicht der weiteren Layers der Platine stehen uns nicht zur Verfügung. Das Besondere an diesem Aufbau ist, dass wir im Gegensatz zum Busaufbau der PPCs 970, keinen Modern System Controller (MSC) oder ähnliches zwischen den drei Komponenten CPU, GPU und Arbeitsspeicher sitzen haben. Alle drei Komponenten können über eigene Busleitungen direkt miteinander komR munizieren. Es ist an dieser Stelle noch einmal zu erwähnen, dass die Xenos (GPU) sich mit dem Prozessor Xenon den Arbeitsspeicher teilen muss. Die GPU kommuniziert mit dem Hauptspeicher und der Southbridge über eine andere Einheit, das sogenannte Memory Hub (MH). Dieses besitzt eine direkte Verbindung zum Speichercontroller. Das Memory Hub sowie der Memory Controller benden sich beide auf der GPU. Das MH besitzt im Gegensatz zum Modern System Controller nur Teilfunktionen für den Daten- und Kommunikationsaustausch. Er ist nur an die GPU, Southbridge und Speicher angeschlossen, jedoch nicht an die CPU (siehe Abbildung 17 in der Anlage). R PowerPC 970 [22] Abbildung 13: Bussystem des IBM In der Abbildung 12 sind die drei Komponenten (CPU, GPU und RAM) dargestellt. Sie kom- Birger Martens, Sven Prüfer 33 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 5 Kernpunkte des Performancegewinns beider Konsolen munizieren alle über den Memory Controller der sich in der GPU bendet. Die Southbridge ist über einen I/O-Schaltkreis der jeweils an das Memory Hub und an die Bus Interface Unit (BIU) angeschlossen ist. Die BIU ist mit dem Front Side Bus der CPU verbunden und ermöglicht somit den kommenden und gehenden Datenaustausch von der CPU (siehe Abbildung 17 in der Anlage). Über die Southbridge werden alle Anschlüsse (USB, WLAN, S-ATA, etc.) angeschlossen und können über den Controller angesprochen werden. Somit wurden auch hier die langsamen Peripheriegeräte entkoppelt und können keinen Engpass zwischen dem direkten Datenaustausch der CPU, GPU und dem Arbeitsspeicher verursachen. Die Abbildung 14 veranschaulicht auf einfache Weise das Zwischenspiel der genannten Komponenten. TM Abbildung 14: Datenaustausch zwischen den Komponenten der Xbox 360 [65] Birger Martens, Sven Prüfer 34 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 5 Kernpunkte des Performancegewinns beider Konsolen 5.2 PlaystationR 3 [66] [67] [68] TM Die Playstation bedient sich eines ähnlichen Systems wie der Xbox 360. Es nden lediglich an einigen Stellen andere Verfahren statt, um einen Geschwindigkeitszuwachs zu ermöglichen. In Abbildung 15 kann man erkennen, dass die CPU das Mittelstück bildet. Sie hat eine Verbindung zu den Komponenten GPU, Southbridge und dem Arbeitsspeicher. Abbildung 15: Busdarstellung der Playstation R 3 [66] Im Gegensatz zu Abbildung 12 ist klar zu erkennen, dass nicht die GPU eine Schnittstelle zu den Peripheriegeräten bildet sondern die CPU. Des Weiteren ist auch im Vergleich zur Abbildung 13 des PPCs 970 Bussystems zu erkennen, dass es ebenfalls keinen Modern System Controller gibt. Die CPU kann direkt mit der GPU kommunizieren und der 256MB groÿe Arbeitsspeicher R der Playstation 3 steht lediglich der CPU zur Verfügung. Es ndet kein Sharing mit der GPU, TM wie bei der Xbox 360, statt. In der nächsten Abbildung betrachten wir die Kommunikation zwischen der GPU und CPU etwas genauer. Birger Martens, Sven Prüfer 35 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 5 Kernpunkte des Performancegewinns beider Konsolen Die Abbildung 16 zeigt in groÿ noch einmal die GPU, CPU und den Arbeitsspeicher. Das BesonR dere an dem Bussystem der Playstation 3 ist die Schnittstelle zwischen der GPU und der CPU. TM R R R Hier verwendet Sony bzw. IBM das neuartige FlexIO Interface der Firma Rambus . Abbildung 16: Kommunikation zwischen GPU, CPU und RAM [67] Es ermöglicht einen Datenaustausch auf einem 32Bit breiten Bus mit einer Taktfrequenz von 3,2GHz. Damit ist ein extrem schneller Datenaustausch zwischen den beiden Komponenten möglich. Aber auch das Interface zwischen der CPU und dem Arbeitsspeicher besitzt eine BesonderR heit. Hier hat Rambus ein XIO Interface entworfen, das 72Bit breit ist und jedes der insgesamt R acht RAM-Bausteine mit 400MHz anspricht. Rambus macht an dieser Stelle die waghalsige Hochrechnung, dass mit diesem System der gesamte RAM-Speicher eine Taktfrequenz von 3,2GHz hätte. Der Datendurchsatz von 25,6GB/s ergibt sich aus folgender Rechnung: 72Bit = 9 8Byte + 1ECC Byte. Daraus folgt eine Netto-Bandbreite von 8Byte (64Bit). Um auf die Angabe von 25,6GB/s zu kommen werden die Netto 64Bit Bandbreite mit der angegebenen Taktfrequenz von 3,2GHz verrechnet. R 3 in Sachen Datenaustausch zwischen CPU und GPU schnell. Der R Wegfall des Modern System Controllers (siehe Abbildung 13) bietet ebenfalls der Playstation Dennoch ist die Playstation 3 einen Geschwindigkeitszuwachs. 9 Error Correction Code [68] Birger Martens, Sven Prüfer 36 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 6 Motivation 6 Motivation Sicherlich fragt man sich, wieso es Spielekonsolen auf dem Markt gibt? Auf der einen Seite sind sie teilweise leistungsstärker als Heim-PCs, auf der anderen Seite sind oder sollen sie nur für das Spielen ausgelegt sein. Wieso sollte sich ein Kunde eine Konsole nur zum Spielen kaufen, wenn er weiterhin für seine Bürotätigkeiten einen Stand-PC benötigt? 6.1 Aus Sicht des Spieleherstellers Wer den Markt in den letzten Jahren beobachtet hat, wird festgestellt haben, dass einige Softwarehersteller sich vom PC-Markt verabschiedet haben und ihr Hauptaugenmerkmal auf die Spielekonsolen gelegt haben. Ein Grund hierfür liegt in der gezielten Auslegung der Konsolen. Die Konsole soll in erster Linie einen höheren Prot für den Spielehersteller erwirtschaften. Der monetäre Aspekt steht somit im Vordergrund. Ein weiterer Grund liegt darin das die Konsolen hauptsächlich für Spiele verwendet werden. Das heiÿt, dass sie erstens von der Hardware für optimale Spieleperformance ausgelegt ist und zweitens immer die gleiche Hardware zur Verfügung stellt. Ein Programmierer braucht sich keine Gedanken machen, ob das Spiel auf der Konsole eines anderen Spielers eventuell nicht läuft, da dieser die gleiche Hardware hat. Somit sind die Hardwarekomponenten vorgegeben. Die Programmierer müssen sich gröÿtenteils keine Gedanken über Kompatibilitätsprobleme machen. Teilweise besitzen die Konsolen ebenfalls wie PCs Features, die es ermöglichen, dass der Programmierer diese als Blackbox betrachten kann. Er füttert sie lediglich mit Daten und muss sich um deren Umsetzung nicht kümmern. Ein gutes Beispiel bei der Konsole ist hier die VerwenTM R dung der Shader-Operationen des Xenos Chips der Xbox 360. Der Vertex-Grouper und die beiden Shader-Interpreter sorgen für die optimale Nutzung und auch Erkennung (Interpretation) des vorliegenden Shaders. Der Programmierer wird entlastet. Weiterhin hat der Programmierer Vorteile in Anbetracht der Techniken an sich. Teilweise wurden anhand von speziellen Entwicklungen Techniken bereits umgesetzt, die noch Jahre in der PCTM Welt brauchen. Hier wäre beispielsweise die Grakkarte der Xbox 360 zu nennen, die bereits R R DirectX 10 Unterstützung bietet oder der Einsatz von 8 Kernen in der Playstation 3. Im Gegensatz zu den Standard-PCs (bisher noch überwiegend auf Single-Core-Technik basierend) bieten die Konsolen eine Multithreading-Architektur mit Hilfe der eingesetzten CPUs, die bereits eine mächtige Rechenleistung bieten. Dadurch können in Zukunft die Spiele multithreadfähig programmiert werden. 6.2 Aus Sicht des Konsolenherstellers An dieser Stelle muss explizit erwähnt werden, dass ein Konsolenhersteller mit dem reinen Verkauf der Konsole keinen bzw. nur einen geringen Gewinn macht. Die Finanzierung und Gewinnschöpfung erfolgt gröÿtenteils mittels Lizenzvergaben an die Spielehersteller. Eine weitere Einnahmequelle stellen die Online-Angebote dar, die jeder Konsolenher- Birger Martens, Sven Prüfer 37 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 6 Motivation steller anbietet. Des Weiteren soll die Konsole nicht nur als ein reines Spielzeug dienen sondern als ein AllroundSystem. Mit ihr hat man zudem eine vollständige Media-Home-Plattform, um MP3s, CDs, DVDs wiederzugeben oder seine Lieblingsfotos zu speichern und zu betrachten. Sony R R verfolgt den Gedanken, dass die Playstation 3 Konsolen bzw. deren Nachfolger einmal den Standard-PC vollständig ersetzen werden. Um diese Ziele erreichen zu können, streben die Konsolenhersteller die Führungsposition auf dem Weltmarkt an. 6.3 Aus Sicht des Spielers/Käufers Sicherlich steht an erster Stelle der Spaÿ- und Unterhaltungsfaktor. Das Motto lautet hier sicherlich: Kaufen, spielen und Spaÿ haben. Darunter ist unter anderem zu verstehen, dass sich der Spieler nicht um den Kauf neuer Hardware kümmern muss, da diese nur mit dem Erwerb eines gesamten Systems gewechselt wird. Dadurch weisen die Spiele eine sehr lange Laufgarantie auf. Einige Systeme unterstützen des Weiteren auch Spiele älterer Generationen. Auch die Handhabung einer Konsole ist einfach gehalten. Er schlieÿt sie lediglich an die Steckdose und den Fernseher an, schaltet sie ein, legt einen Datenträger ein und kann anfangen zu spielen. Der ausschlaggebende Punkt für den Erwerb einer Konsole ist sicherlich der Preis. Ein annähernR der leistungsstarker Computer (Apple ) würde rund 2.000 e kosten. Zum Vergleich kostet die TM R R Xbox 360 gerade einmal 270 e (Grundversion) und die neue Nintendo Wii 299 e. Birger Martens, Sven Prüfer 38 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 7 Fazit 7 Fazit Insgesamt kann gesagt werden, dass Spielekonsolen für das reine Programmieren von Spielen in TM einigen Aspekten interessant sind. Nicht nur durch den Einsatz von AltiVec ist es den Programmieren möglich, leistungsstarke multimedialastige Spiele zu entwickeln, sondern es wird ihm auch der Anreiz geschaen, mit einem blackbox-ähnlichen System zu arbeiten. Die Hardware wurde seitens der Hersteller bereits für die Programmierer bestmöglich aufeinander abgestimmt. Es wird somit garantiert, dass keine Hardwarekonikte auftreten werden und dass der Spieleentwickler sich um Kompatibilitätsprobleme keine Gedanken machen muss. Für den Konsumenten spricht sicherlich der Grundgedanke, dass er nur einmal seine Hardware kaufen muss und dann für eine gewisse Zeit sein Spielvergnügen garantiert bekommt. Aber auch die Anschaungskosten liegen bei weitem unter denen eines vergleichbaren Standard-PCs. Jedoch wird dieser Vorteil bei Anschaung mehrerer Konsolenspiele wieder wettgemacht. Diese liegen im Durchschnitt preislich höher als ein Computerspiel. Eine weitere Kostenfalle können die Online-Angebote darstellen. Für die meisten Serviceleistungen müssen Gebühren entrichtet werden. In einigen Fällen wird der Nutzer zwar vor dem Kauf und Nachrüsten von neuer Hardware geschützt. Sollte er sich jedoch einmal für Erweiterungen entscheiden, kann es sein, dass er nur herstellerspezische Komponenten (Produkte) erwerben kann. Der wohl momentan gröÿte Schwachpunkt stellt jedoch die Konsole hinsichtlich allgemeinen Bürotätigkeiten dar. Ein Verfassen einer E-Mail oder Schreiben eines Briefes ist nicht möglich. Zwar verdrängt die Konsole den DVD-Player im Wohnzimmer, jedoch nicht den PC im Arbeitszimmer. R bietet somit für alle beteiligten Parteien eine interessante Plattform hinsichtlich ihrer LeisR tung. Jedoch kann die Vermutung geäuÿert werden, dass auch IBM die Architektur ausgereizt IBM hat. Ein Hinweis darauf liefert die bereits zum Einsatz kommende Kerne (insgesamt acht) des R R PowerPCs 970, wie sie bereits in der Playstation 3 eingesetzt werden. Somit hat IBM bereits R den Weg des Multi-Kern Einsatzes eingeschlagen, den Intel erst vor kurzen für den Endkonsumenten zur Verfügung stellt. Eine sichtbare Leistungssteigerung der Taktraten konnte seit 2005 R R bei IBM auch nicht mehr groÿartig festgestellt werden. Das ist ein Indiz, dass auch IBM mit der momentanen Architektur anscheinend auch keine Leistungsteigerung mehr erreichen kann. Birger Martens, Sven Prüfer 39 Xbox TM 360 vs Playstation R 3 Literatur 8 Literaturverzeichnis Literatur [1] : Pentium 4 Chipsätze im Detail, online im www, cfm?pid=213&pk=401797&p=1, [2] : Intel R TM NetBurst http://www.tecchannel.com/index. 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