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西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
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印刷2019/04/30 19:00

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西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に

画像(003)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 「PlayStation 4」(以下,PS4)が正式発表となった直後である2013年2月に,筆者は,後に「PlayStation 4 Pro」(以下,PS4 Pro)と呼ばれることになる性能向上版PS4の登場を予想する記事を書いた。
 実のところあの記事は,掲載後には相当な物議を呼んだと聞くが,無理もない。後々聞いた話では,「誰かが西川善司にPS4 Proの計画をもらしたのか?」と,当時のSony Computer Entertainment(以下 SCE,現Sony Interactive Entertainment)の内部では犯人捜しがあったとか(笑)。

 PS4とXbox OneがともにAMD製のカスタムAPUを採用し,AMDが継続的にAPUを開発し続けるロードマップを展開する以上,据え置き型ゲーム機はこのレールに乗ってスマートフォン的なショートサイクルでの性能向上版を出してくるのは自然な流れであるという予測自体は,今となっては当然のことと言えよう。だが当時,そう考える人はあまり多くなかった。
 いずれにせよ,結果的には予想的中だったわけで,筆者としては面目躍如なわけだが,あれから6年が経ち,そろそろ次世代プラットフォームへの移行が取り沙汰されるなかで,注目に値する記事が流れた。

画像(004)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 北米のテックメディアであるWiredが,Sony Interactive Entertainment(以下,SIE)でPS4のリードシステムアーキテクトを務めるMark Cerny(マーク・サーニー)氏への単独インタビューを行い,「ソニーの次世代ゲーム機のヒントを聞く」というテーマの記事を公開したのだ。

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次世代PSはZen 2世代CPUとNavi世代GPUを統合したプロセッサを採用? 米紙が独占記事を公開

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 2019年4月16日,PlayStation公式Twitterアカウントが,次世代PlayStationプラットフォームに関する米Wiredの独占記事をツイートした。当該記事によると,次世代PSは,現行のPS4と互換性があり,どちらもAMD製となるZen 2世代の8コアCPUとNavi世代GPUコアを採用し,8K解像度やレイトレーシングにも対応するという。

[2019/04/16 22:00]

Mark Cerny氏(Lead System Architect of the PS4,SIE)。この写真は2016年撮影のものである
画像(002)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 もちろん,これはCerny氏が口を滑らせたわけではなく,どうやら公式な広報戦略のようである。SIE関係者に話を聞いたところ,当面,出せる情報はここまでで,追加の取材要請にも応対しないとのこと。逆に言えば,「Wiredの記事からいろいろ想像して,次世代PlayStation(以下,PS)を盛り上げてね」ということだろう。
 そうであるなら,次世代PSプラットフォームの姿を勝手に予測してみようではないか。

 なお,Wiredの記事でCerny氏は,次世代PSのネーミングについて何も明言していないのだが,本稿で便宜上,名称未定の次世代機を「PS5」と呼ぶことにする。


PS5のCPU性能はPS4の10倍に?


 Wiredの記事によると,PS5のメインプロセッサは,引き続きAMD製APUになるようだ。
 PS4世代のCPUは,AMDの「Bulldozer」マイクロアーキテクチャの流れを汲む「Jaguar」コアであった(関連記事)。それがPS5になると一気に近代化を果たし,「Zen」マイクロアーキテクチャの最新版となる「Zen 2」世代になるという。

※Accelerated Processing Unitの略。CPUコアとGPUコア,キャッシュメモリ,各種I/Oインターフェースなどを統合したプロセッサを,AMDはAPUと称している。事実上のSoC(System-on-a-Chip)。

Zen 2ベースのデスクトップPC向けCPUとなる第3世代RyzenのCPUパッケージ
画像(005)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 Zen 2は,2019年夏にリリース予定の第3世代Ryzenこと「Ryzen 3000」シリーズが採用するCPUマイクロアーキテクチャである。AMDは,台湾の半導体製造企業であるTSMCの7nmプロセス技術を用いて製造する予定だ。Zen 2マイクロアーキテクチャの詳細は,2018年11月掲載の筆者による解説記事に詳しくあるが,大雑把にまとめると,浮動小数点演算性能が向上して,分岐予測の性能も改善,さらにキャッシュ性能も高くなるという。

 AMDは,本稿執筆時点で,第2世代のZenマイクロアーキテクチャである「Zen+」ベースのAPU「Raven Ridge」(開発コードネーム)を展開中だ。12nmプロセス技術を用いるRaven RidgeシリーズのノートPC向けAPUでは,CPUコアの定格動作クロックは2.1〜2.6GHz,ブースト最大クロックは3.5〜4GHzである。なぜデスクトップPC向けではなく,ノートPC向けAPUを取り上げるのかと言うと,JaguarコアがもともとノートPC向けだったからである。
 微細化した7nmプロセスで製造するPS5のAPUは,定格の動作クロックであればRaven Ridgeよりも高いクロックで動作できる可能性があろう。具体的には定格で3〜4GHz程度だろうか。ちなみに,PS4のCPUは定格クロックで1.6GHz,PS4 Proでは同2.13GHzであったから,大幅な向上と言える。

 では,CPUコア数はどうなるだろう。
 Wiredの記事では,「PS5ではZen 2コアベースの8コアCPUが載る」と書かれていた。PS4世代もCPUコア数は8基なので,数は同じだ。しかし,Zenマイクロアーキテクチャは,Simultaneous Multi Threading(同時マルチスレッディング,以下 SMT)に対応しているので,PS5では同じ8コアであっても,8コア16スレッドで動作できる。
 つまり,アーキテクチャの刷新と動作クロックの向上,SMT対応の相乗効果が期待できるので,PS5のCPU性能は,PS4と比べてかなり上がりそうである。

 あまり意味がないかもしれないが,比較用の目安として浮動小数点演算性能を試算してみよう。
 PS4シリーズのJaguar世代CPUの場合,CPUコア1基あたり,128bitのSIMD型浮動小数点加算演算器(FPA)と128bitのSIMD型浮動小数点乗算演算器(FPM)が1つずつある構造を採用していた。

Jaguar世代CPUコアのブロック図。AMDの資料「Software Optimization Guide for AMD Family 16h Processors」(※リンク先はZipファイル)より引用
画像(006)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に

 これらをすべて32bit浮動小数点演算で駆動すると,1クロックあたりの演算性能は,4 FLOPS(加算)+4 FLOPS(乗算)で8 FLOPSとなる。これが8コア分あるので,PS4のCPUを1.6GHz,PS4 ProのCPUを2.13GHzで駆動した場合の演算性能は,

  • PS4:8 FLOPS×8コア×1.6GHz=約102.4 GFLOPS
  • PS4 Pro:8 FLOPS×8コア×2.13GHz=約136.3 GFLOPS

となるわけだ。

 一方,Zen世代CPUでは各コアが内蔵する128bitのSIMD型浮動小数点演算器が倍増しているので,8コアですべて駆動すると,1クロックあたりは8 FLOPS(加算)+8 FLOPS(乗算)の16 FLOPSとなる。

AMDが公開したZen世代CPUコアのブロック図
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 これがZen 2世代になると,SIMD型浮動小数点演算器が256bit化されるという。つまり,1クロックあたりの演算性能は32 FLOPSとなる。仮に,動作クロックが3〜4GHzになると仮定した場合

  • PS5:32 FLOPS×8コア×3〜4GHz=約768〜1024 GFLOPS

となるわけで,7.4〜10倍くらいの浮動小数点演算性能がありそうだという想定が成り立つ。

 とはいえ,ゲームにおけるCPUコアによる処理は,整数系命令の割合が多めであり,ヘビーな浮動小数点演算はGPGPUタスクとしてGPUに処理させるのが最近のトレンドだ。そのため,PS5における浮動小数点演算性能が,どうゲームに効くかは分からない。たとえば,「Havok」のようなCPUベースの物理エンジンなどを動かすときに有益かもしれない。


PS5のGPUは10 TFLOPSオーバーでレイトレーシング対応へ


 続いてのお題はGPUコアだ
 Wiredの記事では,PS5のGPUは,AMDの次世代GPUアーキテクチャである「Navi」(開発コードネーム)をベースにしたカスタム版であるという。AMDは,7nmプロセス技術を用いてNaviを製造すると明言しているので,PS5のGPUコアも7nmプロセスで製造することになるだろう。

 なお,カスタム版の意味を,PS4のGPUコアであるカスタム版「Radeon HD 7850」を例に考察すると,メモリバス周りや,GPU内の機能ブロックである「Asynchronous Compute Engine」(以下,ACE)の数といった要素が,Naviベースの単体GPUとは異なることになるだろうか。
 ACEとは,グラフィックス処理と並列にGPGPU処理を動作させるための管理ユニットで,PS4のGPUは,Radeon HD 7800系の4倍となる8基のACEを内蔵していた。こうしたアーキテクチャのおかけで,PS4では当時のグラフィックスパイプラインに制約されない独特かつ高度なグラフィックス処理が行えたわけだ。
 それゆえに,SIEはPS5でも,ACEの数についてはこだわりを見せると思われる。

RadeonブランドのGPUでACEが8基になったのは「Radeon R9 290X」が初で,それまでは4基以下だった(関連記事)。PS4は,ACE 8基構成を先取りしたわけで,まさに“PS4カスタム”と呼ぶに相応しいポイントだ
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 さて,このNavi世代のGPUがどういうものになるのかについては,今のところ情報がなく,現行のVega世代から,何がどう変わるのかは分からない。ただ,Wiredの記事でCerny氏が,「PS5のGPUはレイトレーシングに対応する」と言及しているところは,非常に重要なポイントである。

2018年12月に東京で行われたSIGGRAPH ASIA 2018における「Realtime Live!」イベントで,SIE傘下のゲームスタジオであるポリフォニーデジタルが披露した「次世代グランツーリスモ開発に向けた技術開発」のデモは,まさにレイトレーシングベースであった。振り返ってみると,これがPS5の仕様と無関係であるとは思えない
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 というのも,2018年にMicrosoftが発表したリアルタイムレイトレーシング技術「DirectX Raytracing」(以下,DXR)に対して,AMDは本稿執筆時点でも,どのように対応するかの明言を避けているからだ。とはいえ,1990年代以降のGPUは,基本的にDirectX(Direct3D)の発展と歩調を合わせて進化してきたので,AMDがNavi世代でDXRへに対応しても不思議はない。
 Wiredの記事を読む限り,PS5のグラフィックス機能ではレイトレーシング対応がひとつのキーポイントになっているかのようにCerny氏は述べているので,DXR対応を見据えたハードウェアベースのレイトレーシングエンジンをNaviが備えている可能性は高いと筆者はみている。

 おそらくだが,PS5のGPUにおけるハードウェアベースのレイトレーシングエンジンは,前述したようなカスタム機能ではなく,Navi世代GPUにおける標準的な機能なのではないだろうか。もしそうなら,どうのようなハードウェアになるかの予想も難しくはない。DXRへの対応を前提とした設計方針だと仮定するなら,NVIDIAが「Turing」世代のGPUに搭載した「RT Core」と似たアーキテクチャになることは,ほぼ自明だからだ。
 具体的に言うと,ハードウェアベースのレイトレーシングエンジンは,

  • レイの生成
  • 生成したレイの推進
  • レイとポリゴンの衝突判定

をアクセラレーションするものとなる。一方,CGの描画そのものに関わるライティングやシェーディングの演算,テクスチャの適用といった処理系は,従来型のプログラマブルシェーダーユニットで処理する仕組みだ。

 それでは,レイトレーシング以外の処理を行うPS5のGPU性能は,PS4と比べてどのくらい向上するのだろうか。これは,Wiredの記事にちょっとしたヒントが隠されている。それは「PS5は8Kに対応する」という点だ。これは,PS5が8K(7680×4320ピクセル)解像度の映像伝送が可能な「HDMI 2.1」に対応するという意味と,8K解像度のグラフィックスを描画できるという意味だと解釈できる。
 ただ,現在市場に出回っている超ハイエンドなGPUでも,8Kネイティブの解像度で60fpsのレンダリングを行うのは難しい。PS5にそこまでハイエンドなGPUを載せるとも思えないので,PS4 Proで実用化した疑似4Kレンダリングに相当するものを8Kに転用するのだろう。つまりPS5は,リアルな4Kレンダリングに対応したうえで,疑似8Kレンダリングに対応する可能性が高い。

 そう仮定すると,必要な性能はうっすらと見えてくる。
 PS4のGPU性能は1.84 TFLOPSで,当時はリアルなフルHD対応がアピールポイントの1つでもあった。これを基準に考えると,4倍の解像度になる4Kレンダリングには,単純計算で7.36 TFLOPSが必要になる。しかし,PS4 ProのGPU性能は4.2 TFLOPSで,7.36 TFLOPSの57%程度の性能だった(関連記事)。
 この法則が次世代でも適用できるなら,PS5のGPU性能は16.7 TFLOPS(=29.44TFLOPS×57%)という試算になる。

 ただ,この性能を7nmプロセスで実現するのは,ちょっと難しい。
 世界初の7nmプロセス採用GPUとなった「Radeon VII」の場合,ダイサイズ(※半導体自体のサイズ)は331mm2と,かなり大きい。Naviも同世代か改良版のプロセスであろうことから,仮に同等の性能であれば,ダイサイズもあまり変わらないはずだ。

7nmプロセスを用いるVega IIのブロックダイアグラム。Naviも規模感としてはこれと同程度になるだろう
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 PS5のメインプロセッサは,CPUとGPUを統合するAPUになると予想できる。Navi系GPUとZen 2系CPUを統合する必要があるならば,GPUばかりを巨大にはできまい。コストやTDP(Thermal Design Power,熱設計消費電力)の面から考えても,PS5のNaviカスタムGPUはRadeon VIIと同サイズか,それ以下になる可能性が高いと思える。

 8K対応とは言うものの,8K先進国であるはずの日本ですら,8K対応テレビはまだまだ普及期には遠い状況だ(関連記事)。PS5は,今のところ8Kにそれほど関心がない世界市場もターゲットなので,実際のGPU性能は,16.7TFLOPSという先の試算を下回るだろうと筆者は考えている。現実的には,「Radeon VII」と同等の13.8 TFLOPS前後に落ち着くのではなかろうか。
 ひとまず確実に言えることは,リアル4Kレンダリングに必要な7.36TFLOPSは超えてくるだろうということ程度だ。


PS5のメモリシステムはHBM+GDDRの異種混合型メモリシステムか


画像(011)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 さて,Navi世代のGPUは,現行のアーキテクチャであるVega世代の後継であるため,グラフィックスメモリシステムは,「High Bandwidth Memory」(以下,HBM)の搭載を前提とした「High Bandwidth Cache」(以下,HBC)と呼ばれるメモリシステムを採用する可能性がある。
 HBCとは,CPU内蔵のメモリコントローラが管理するメインメモリに対して,GPUが透過的にアクセスできる仕組みを取り入れたうえで,レンダリングパイプライン実行時に,必要なデータを高速なHBM側に置いて活用する仕組みだ(関連記事)。

 「PS5に,製造コストの高いHBMを載せるだろうか?」という疑問は,当然ある。ただ,PS4登場時点では高価だったGDDR5メモリを,8GBも搭載してきたSCEのメモリに対するこだわりを考えると,HBM採用もなくはない。
 それに加えて,2019年後半以降は,HBM採用事例がAMDやNVIDIAといったGPUメーカー以外にも広がり,HBMのコモディティ化が一気に進むという予測が半導体業界にはある。そうであるなら,2020年以降の発売となるPS5で,HBMを採用する可能性は十分にあるはずだ。
 なにより,レイトレーシングのようなメモリアクセスが非常に多い処理系には,メモリ帯域幅が広いHBMは相当に効果的なので,搭載してしかるべしという気もする。

 だからといって,PS5の全メモリをHBMにするとは,筆者には思えない。HBMを8GB,GDDR6も8GBといった異種混合型のメモリシステムとする可能性が高いのではないだろうか。
 この構成は,PS3のメモリアーキテクチャを思い出させる。ソニーはPS3において,CPUの「Cell Broadband Engine」(以下,Cell)と接続するメインメモリに,当時としては高速なRambusのXDR DRAMを容量256MB,GPU側のグラフィックスメモリには,こちらも容量256MBのGDDR3 SDRAMを搭載するという異種混合型メモリシステムを採用していたのだ。メモリ帯域幅に優れたXDR DRAMをGPUではなくCPU側に採用したのは,Cellが内蔵する8基(※実動は7基)の128bit SIMD型ベクトルRISCプロセッサ「Synergistic Processor Element」(SPE)による活用を見込んでのものだったと聞いている。
 もちろん,PS5でも無難にGDDR6を16GB搭載という妥協的な構成を取るのはあり得る話だ。しかし筆者は,PS3に先祖返りしたような異種混合型メモリシステムをPS5で採用する可能性は低くないと考える。

 ところで,ここまで書いておいてなんだが,仮にPS5のメモリシステムでHBMを採用したとしても,PS5において,PC向けのHBCアーキテクチャをそのまま採用する可能性は低いかもしれない。
 現行のPCアーキテクチャでは,CPUから見るとGPUはPCI Express(以下,PCIe)インタフェースの先にあるので,Vega系GPUにおけるHBCでは,GPU側にあるローカルグラフィックスメモリの論理アドレスと,CPU側メインメモリの論理アドレスが重なることを容認するメモリ管理システムとなっていた。HBCは,言うなればソフトウェア管理ベースのキャッシュシステムなので,これは当然である。
 しかし,このメモリアーキテクチャでは,仮にHBM 8GB+GDDR6 8GBで合計16GBのメモリがあっても,まるまる16GBを使えない可能性がありうる。こんな冗長なメモリアーキテクチャは,PCでは容認されてもゲーム専用機では認められない。
 よってPS5では,広大な物理アドレス空間のどこまでがHBMで,どこからがGDDR6といったメモリアーキテクチャになるだろう。つまりゲームプログラム側(≒ゲーム開発者)の設計次第で,2種類のメモリを使い分けることになると思う。PS3のXDR DRAM+GDDR3でもそうだった。

 一貫した物理アドレス空間において,種類の異なるメモリを割り当てるアーキテクチャは,Intelが「3D XPoint」の応用事例として提唱しており,近未来のPCアーキテクチャに採用される可能性もあるという。PS5は,PCにおける先進的なアーキテクチャを先取りすることになるかもしれない。


PS5のSSDはキャッシュ用途か


 Wiredの記事でCerny氏は,PS5がSSDを標準搭載することを認めている。ただ,SSD採用の説明でCerny氏は,興味深い一言を付け加えていた。それは「未フォーマット状態での読み込み速度を重視して,SSDを活用する」という発言だ。
 これはつまり,PS5は,SSDの全体,あるいは一部を,ゲームデータ保存用のファイルシステムとは異なる用途に利用することを意味する。すなわち,PS5では,SSDをキャッシュ用途で利用すると言う意味だと解釈できるだろう。

 現時点で選択可能な据え置き型ゲーム機向けソリューションとして,これはとても現実的な選択肢である。購入したゲームすべてをSSDに保存しておこうとすると,大容量のSSDが必要となり,それはとてもコストがかかるからだ。
 よって,従来のPSファミリー同様に,PS5もメインストレージには大容量HDDを採用して,ユーザーによるHDDの交換を可能とするのではないだろうか。一方,標準搭載するSSDは,ユーザーによる交換を考慮しないもの――たとえばサブ基板に直付け――となるだろう。

 Cerny氏は「PS5に搭載されるSSDのアクセス速度は,現時点のどのPCよりも高速である」とも述べている。これも興味深いコメントだ。
 筆者も初めは,SSDをストライピング(RAID 0)構成で接続するという意味かと思ったが,コスト的に難しいと思う。おそらく,これは新世代のPCIeであるPCIe Gen.4(PCIe 4.0)の4レーン接続に対応することを示唆しているのではないか。PCIe 4.0ならば,SSDの理論的なデータ伝送速度は,片方向転送で32GB/s(※8GB/s×4レーン)にもなる。これをHDDキャッシュとして使った場合,キャッシュに載っているデータの読み書きは相当に高速だ。こうした使い方であれば,SSDの容量は128〜256GBでも妥当だろう。
 ちなみに,Zen 2世代CPUやNavi世代GPUもPCIe 4.0に対応しているので,PS5が採用するのに無理をする必要はない。


PS5はPS4世代アプリとの互換性を維持。光ディスクも搭載する


 Wiredの記事では,PS5ではPS4用のゲームタイトルがそのまま動くとしており,PS4のゲームディスク(Blu-rayディスク)をそのまま読み込める光ディスクドライブを搭載すると書かれている。
 とはいえ,PS5の光ディスクドライブは,コスト面でもこなれてきたPS4世代のBlu-rayドライブではなく,2倍の記憶容量に対応する「BDXL」対応ドライブを採用してくるのではないだろうか。PS3とPS4で採用されてきた標準Blu-rayディスクの最大容量50GBに対し,BDXLディスクでは最大容量100GBを実現できるのだ。

従来の2層式Blu-rayディスクと,3層式BDXLディスクの断面図
画像(012)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に

 BDXLディスクは,4K Blu-rayこと「Ultra HD Blu-Ray」に採用されており,量産技術もこなれているので,技術的にもコスト的にもなんら問題はない。そうなれば,PS4 Proでは見送られた4K Blu-rayの再生に,PS5は対応するのではないか。
 PS4 Proで4K Blu-ray対応を見送らった理由のひとつに,PS4 ProのAPUには「H.265デコーダ」が内蔵されていなかったことが挙げられる。しかし,さすがにNavi世代のGPUは,H.265デコーダだけでなくH.265エンコーダも内蔵してくるだろうから,4K Blu-rayの再生に問題はない。


PS5で花開くか,120fps表示


 さて,GPUの予測において筆者は,8K対応ということはHDMI 2.1にも対応すると書いたが,HDMI 2.1の特徴は8K対応に留まらない。HDMIインタフェースチップの主流がHDMI 2.1対応になれば,今後出てくる8K未満のテレビやディスプレイ製品でもHDMI 2.1対応が広がる傾向は強まるだろう。

 HDMI 2.1は,8K対応以外にも,ゲームファンにとって嬉しい機能が3つもある(関連記事)。おそらくPS5は,それらの機能にも対応するはずだ。

 その1つは,4K/120fpsの映像伝送である。すでにHDMI 1.4は,フルHD解像度で120fpsの映像伝送に対応しているのだが,これに対応した据え置き型ゲーム機はなかった。しかし,PS4登場時とは異なり,現在は多くのフルHD,あるいは4Kテレビ製品が倍速駆動が可能な液晶パネルを採用しており,今後もその傾向が弱まるはずもないので,120fps表示が可能なテレビ製品がゲーマーのもとに行き渡るだろう。
 PC用のゲーマー向け液晶ディスプレイでは,120〜144fps表示に対応するのが当たり前であるが,PS5の登場を機に,据え置き型ゲーム機用のゲームにおいても120fps表示に対応するゲームが登場してくるかもしれない。

Xbox One XはHDMI 2.1対応ではないが,HDMI 2.1のVRR機能には対応している
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 2つめは,AMD独自のディスプレイ同期技術「FreeSync」をベースにした「Variable Refresh Rate」(可変リフレッシュレート,以下 VRR)への対応だ。これは,据え置き型ゲーム機側からテレビやディスプレイの表示タイミングを制御できるようにする技術で,フレームレートがあまり安定しないグラフィックスヘビーなゲームでも,なめらかな表示でプレイできるようになるので,ゲーマーにとっては明確に恩恵があるだろう。

HDMI規格の策定団体であるHDMI Licensing Administrator(以下,HDMI LA)によるVRRの説明スライド
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 3つめは,「Auto Low Latency Mode」(自動低遅延モード,以下 ALLM)だ。
 ALLMとは,表示中の映像がゲームであることをテレビやディスプレイが認識すると,自動で映像表示の遅延が少ない表示モードに変更するという機能だ。実のところ,テレビやディスプレイを買ってきたままの設定で据え置き型ゲーム機と接続しているユーザーは多く,初期設定のままでは遅延の大きな表示画質モードとなっていることを知らずにゲームをプレイしていることが珍しくないのだそうだ。この問題が,ALLMによって解消するかもしれない。

 まとめると,PS5がHDMI 2.1対応するということは,8K映像だけではなく,4KやフルHD解像度でのゲームプレイ環境改善につながる可能性があり,ゲーマーにとっては歓迎すべき要素となるわけだ。


PS5のサウンドシステムはオブジェクトベースオーディオに対応


 PS5では,サウンドシステムも見どころの1つとなるだろう。Wiredの記事でCerny氏は,「PS3からPS4で,サウンド関連の機能は変わりばえしなかった。PS5では,これが大きく変わる」「PS5では,ヘッドフォンでサウンドを聴くのが最良の体験となるかもしれない」と述べているからだ。
 このコメントから推測するに,PS5は,「オブジェクトベースオーディオ」(※3Dポジショナルサウンド とも)と呼ばれる技術に対応すると見て間違いないだろう。4年ほど前,筆者がSCEの執行副社長である伊藤雅康氏に「PS4における進化の方向性」をテーマに行ったインタビューでも,オブジェクトベースオーディオへの対応を検討しているという話があったので,驚くには当たらない。

 オブジェクトベースオーディオとは何かについては,インタビュー記事を参照してもらうとして,ここでは簡単に説明しておこう。オブジェクトベースオーディオは,ユーザーを中心に前後左右と上下のそれぞれ360度で,任意の座標に音像を定位させて音を再生する技術のことだ。すでに「Dolby Atmos」や「DTS:X」といったオブジェクトベースオーディオに対応するフォーマットが存在しており,ゲーマー向けサウンドデバイスでも対応する製品が登場している。
 一方で,ユーザーを取り囲むように設置した複数のスピーカー――センターやフロント,リアなど――で,特定のオーディオストリームを再生する従来型のサウンドシステムは,「チャンネルベースオーディオ」と呼ばれる。5.1chとか7.1chと呼ばれるサウンドシステムのことだ。

 チャンネルベースオーディオは,サウンドを出力する側で,どの音をどのスピーカで鳴らすのか決め打ちして出力する方式である。
 それに対してオブジェクトベースオーディオは,音と,音を鳴らす3D座標の情報がセットになっているので,AVアンプやそれに類する再生機器が,ユーザーの音響環境,つまりスピーカーのや家具の配置,壁や天井の材質に配慮した出力処理をリアルタイムに行って,音をレンダリングする仕組みだ。そのためオブジェクトベースオーディオは,本来であればユーザーの環境ごとに事前のキャリブレーションが必要になる。
 なお,オブジェクトベースオーディオはチャンネルベースオーディオの上位的な技術であるため,チャンネルベースオーディオの再生にも対応できる。

オブジェクトベースオーディオは,音源の座標に合わせて,どのスピーカーからどのように音を鳴らすかをリアルタイムに演算する。CEDEC 2017におけるカプコンの講演スライドより引用
画像(014)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に

 今どきのゲームプログラムは,プレイヤーを中心に置いたオブジェクトベースオーディオ的な仕組みでサウンドを処理している。であるにもかかわらず,PS3やPS4では,出力の段階でチャンネルベースオーディオに適合するように,5.1chや7.1chへとミックスダウンして出力していた。もちろんPS4世代でも,Blu-rayディスク収録の映画などでは,Dolby AtmosやDTS:Xで出力することが可能だったが,肝心のゲームではできなかったのだ。
 それがPS5になると,専用のサウンドプロセッサを用いて,ゲーム内部のオブジェクトベースオーディオのサウンドを,そのままDolby AtmosやDTS:Xとして出力できるようになるだろう。

 さらに,Cerny氏の「ヘッドフォンでサウンドを聴くのが最良」という言葉を深読みしてみると,既存のDolby AtmosやDTS:Xよりも先進的な,ヘッドフォンによるオブジェクトベースオーディオに対応するのではないだろうか。

 マルチスピーカー環境のサラウンドサウンドシステムであっても,人間は左右2つの耳で音を聞いて,360度の音像を知覚している。そうであるなら,理屈ではヘッドフォンでも360度の音像定位を表現できるはずだ。
 人間が2つの耳で360度の音像定位を行えているのは,耳に入った音波が鼓膜を振動させる前に,耳殻(じかく,いわゆる耳)によって変調されるため,変調後の音における特質を脳が聞き分けることで,音の来る方向を知覚しているためである。
 ところが,指紋と同様に耳殻の形状は個人ごとに異なる。そうなると,前後左右や上下といったあらゆる位置や向きで鳴った音を耳殻で変調する処理を,耳殻形状に合わせて最適化したリアルタイムシミュレーションで行えるとしたら,ヘッドフォンであっても,ほぼ完璧なオブジェクトベースオーディオの再生ができるというアイデアが出てくる。

スマートフォンの写真から耳殻の3Dモデルを作成するイメージ。ソニーが公開した360 Reality Audio公式ムービーの1シーンだ
画像(016)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 ユーザーごとに異なる耳殻の形状から正確な360度音像定位を実現するサウンド技術は,現在,ちょっとした流行になりつつある。Creative Technology(以下,Creative)の「Super X-Fi」や,Embodyの「Immerse」がその例だ。
 CreativeやEmbodyの技術は,スマートフォンで撮影した耳殻の写真をもとにして機械学習処理で耳殻の3Dモデルを作成し,耳殻モデルに最適化した360度音像定位の変調関数を生成する。この関数に音像データを3D座標とともに入力すれば,ユーザーの耳で聞こえるはずのサラウンドサウンドを再生できるという寸法だ。
 そしてソニーも,同種の技術である「360 Reality Audio」(関連リンク)を開発している。


 360 Reality Audioを利用するには,耳の写真を撮影して,ユーザーに最適化した変調関数を取得するというキャリブレーションが必要だ。しかし,一度キャリブレーションしておけば,そのデータをPS5のユーザーデータ領域に保存したり,PlayStation Networkアカウントに紐付けてクラウド上で管理したりすることで,何度もキャリブレーションしなくて済む運用方法を考えていると思う。
 ソニーは,ウォークマンやヘッドフォンなど,さまざまなオーディオ機器を展開しているので,個人ごとに最適化した音像定位情報をソニープラットフォームで共有して使えるサービスを始める考えがあるのかもしれない。


PS5ではHDMI出力の2基搭載があり得るか


画像(0015)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 最後にPlayStation VR(以下,PSVR)についても簡単に触れておこう。
 Wiredの記事では,PSVRの次世代機についても質問しているが,興味深い回答はなく,Cerny氏は「PS5では現行PSVRをサポートする」「PS5でもVRは重要なテーマ」といった当たり障りのない回答しかしていない。
 個人的には,PS4とPSVRの組み合わせにおいて,セパレートスクリーンモードで生じる無駄なデータパイプラインを,PS5ではなんとかすべきだろうと考えている。

※PSVRに表示中の映像とは異なる映像をGPUで描画して,これをテレビ側に出力する機能。

初期型PSVRのプロセッサーユニット。内部にH.264のデコード機能と,テレビ側への映像出力機能を備えている
画像(017)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 セパレートスクリーンモードは,PS4がテレビ向けにレンダリングした映像をGPU内蔵のビデオエンコーダでH.264動画にエンコードして,USBポート経由で出力。この映像を,PSVRの子機のような「プロセッサーユニット」が受け取り,内部で映像にデコードしてからテレビに出力するという面倒な処理系となっている。
 ちなみに,この無駄に複雑な処理系が必要なため,セパレートスクリーンモードにおけるテレビ側の映像表示は,PS4上でのゲームよりも数フレームほど遅延してしまう。

 この面倒な仕組みが必要なのは,PS4のAPUが内部的に2画面出力の機能を持っていながら,コストとの兼ね合いからPS4本体のHDMI出力端子を1つにしてしまったことが原因だ。実際,筆者の取材に対して,あるSCE関係者は,「最初のPS4発売時点では,PSVRでこのようなモードを搭載するとは想定できなかった。HDMI出力を2つ付けておけば,こんな面倒なことにはならなかったし,そもそも高価なプロセッサーユニットも不要で,商品としてのPSVRをもっと安価に提供できただろう」と答えていた。

PS3はHDMI出力端子を2つ搭載すると,発表当時のSCEは明言していた。製品版のPS3では実現されなかったが
画像(018)西川善司の3DGE:無茶を承知で「PS5」の姿を予想してみる。CPUは大幅に性能向上するがレイトレ対応GPUはダイサイズが問題に
 あくまでも推測だが,PS5では,この反省を踏まえて,HDMI出力端子の2基搭載があり得ると筆者は見ている。そうなれば,PSVRとPS5の接続に,煩雑なプロセッサーユニットは不要になるはずだ。PSVRを使わない環境では,マルチディスプレイ出力にも応用できるだろう。

 ちなみに,HDMI出力端子の2基搭載案は,PS3の発売前から構想が存在しており,SCEによる仕様の予告のも書かれていたものだ。14年越しとなるHDMI出力の2基搭載が実現するかもしれないと筆者は見ているが,はたしてどうなるだろうか。

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[2019/04/16 22:00]

Wiredによる当該ポスト(英語)

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