Как менялась производительность игровых приставок и топовых видеокарт для ПК с 2000 по 2020 годы

10 ноября состоялся мировой релиз Xbox Series X, и сегодня в России стартовали продажи PlayStation 5. А 20 лет назад в Европе появилась самая популярная консоль в истории игровой индустрии, PlayStation 2 (первое поколение вышло в 1994 в Японии и год спустя — в США и Европе). Этот юбилей — хороший повод для того, чтобы оценить прогресс производительности как самих консолей, так и современных им топовых видеокарт (в операциях с плавающей точкой одинарной точности, TFLOPS FP32):

ноябрь 2000ноябрь 2001ноябрь 2005ноябрь 2006ноябрь 2013август-ноябрь 2016ноябрь 2017ноябрь 2020
Xbox0.0200
($300)
0.240
($300)
1.31
($500)
1.40
($400)
6
($500)
12.15
($500)
Sony0.0062 ($300)0.230
($500)
1.84
($400)
4.20
($400)
10.28
($500)
Топовая видеокарта на момент релиза игровой приставки0.0016
($300)
0.0019
($350)
0.165
($600)
0.346
($600)
5.35
($700)
8.87
($600)
11.34
($700)
20.74
($650)

Обратите внимание, что в 2000 году PlayStation 2 по быстродействию превосходила топовую видеокарту своего времени (Nvidia Geforce2 GTS) почти в 4 раза. Отчасти это объясняет почему консоль стала самой популярной в истории игровой индустрии. PlayStation 3 и Xbox 360 (2005-2006) отставали от Nvidia GeForce 8800 GTX в полтора раза, а в последующих поколениях разница стала примерно двукратной. Примерно столько же нынешние консоли уступают игровому компьютеру с видеокартой Radeon RX 6800XT и 8-ядерным процессором Ryzen 7 5800X ($450) — но зато они как минимум втрое дешевле последнего:

Xbox Series X
($500)
Playstation 5
($500)
Radeon 6800 XT
($580)
Apple M1
Производительность (TFLOPS FP32)12.15 (75%)10.29 (64%)20.742.60 (16%)
Производительность пиксельная (Гпикс/с)116.8 (58%)142.9 (71%)202.141.0 (20%)
Производительность тексельная (Гтекс/с)379.6 (75%)321.6 (64%)505.282.0 (16%)

Ниже приводятся подробные характеристики и производительность топовых видеокарт, с которыми выше сравнивались игровые приставки:

Nvidia Geforce2 GTSNvidia GeForce3 Ti500Nvidia
GeForce
7800 GTX
Nvidia
GeForce
8800 GTX
Nvidia
GeForce
GTX 780 Ti
Nvidia
GeForce GTX 1080
Nvidia
GeForce GTX 1080 Ti
AMD Radeon 6800 XT
Дата релизаапрель 2000октябрь 2001июнь 2005ноябрь 2006ноябрь 2013май 2016март 2017ноябрь 2020
Цена$300$350$600$600$700$600$700$650
TDP??86 Вт155 Вт250 Вт180 Вт250 Вт300 Вт
Площадь кристалла81 мм²128 мм²333 мм²484 мм²561 мм²314 мм²471 мм²536 мм²
Техпроцесс150 нм TSMC150 нм TSMC110 нм TSMC90 нм TSMC28 нм TSMC16 нм TSMC16 нм TSMC7 нм TSMC
Кол-во транзисторов25 млн57 млн302 млн681 млн7.08 млрд7.2 млрд11.8 млрд26.8 млрд
Кол-во пиксельных шейдеров4424
Кол-во вершинных шейдеров18
Кол-во унифицированных шейдеров1282880256035844608
Кол-во TMU882432240160224288
Кол-во ROP441624486488128
Тактовая частота ГПУ200 МГц240 МГц430 МГц576 МГц928 МГц1733 МГц1582 МГц2250 МГц
Память32 МБ DDR64 МБ DDR256 Мб GDDR3768 Мб GDDR33 Гб GDDR58 Гб GDDR511 Гб GDDR516 Гб GDDR6
Производительность (FP32)1.6 GFLOPS1.9 GFLOPS165 GFLOPS345.6 GFLOPS5.345 TFLOPS8.873 TFLOPS11.34 TFLOPS20.74 TFLOPS
Производительность пиксельная (Гпикс/с)0.80.966.8813.8255.68110.9139.2288
Производительность тексельная (Гтекс/с)1.61.9210.3236.86222.70277.3354.4 648
Производительность вершинная (Мвершин/с)60860

Таким образом, за последние двадцать лет производительность топовых видеокарт увеличилась следующим образом:

  • в операциях с плавающей точкой одинарной точности (FP32) — почти в 13 тыс раз;
  • пиксельная — в 360 раз;
  • тексельная — в 405 раз.

В свою очередь консольное быстродействие в операциях с плавающей точкой в 2000-2020 выросло примерно в 2 тыс раз.

Какой будет производительность игровых приставок еще через двадцать лет, остается только гадать. С точки зрения закона Мура (который всё еще действует, но приближается к концу), получается около 12 PFLOPS FP32 — в тысячу раз больше нынешних 12 TFLOPS у Xbox Series X. А как уже рассказывал Gadgets News, анонсированный вчера ускоритель AMD Instinct MI100 имеет производительность почти на уровне ASCI White (IBM), самого быстрого суперкомпьютера 20-летней давности (11.5 и 12.3 TFLOPS FP64). Сегодня таким суперкомьютером является Fugaku, с производительностью 514 PFLOPS FP64. Как знать — возможно этого уровня достигнуть и будущие игровые приставки — если ограничения закона Мура удастся обойти за счет использования новых сплавов, новой архитектуры, программной оптимизации и т.д. Свою роль в дальнейшем прогрессе может сыграть и уход игр в облако, где рост производительности будет поддерживаться объединением процессоров посредством фотоники и других передовых технологий.