RSX リアリティシンセサイザー

RSX 「Reality Synthesizer 」は、 NvidiaとSonyがPlayStation 3ゲームコンソール用に共同開発した独自のグラフィック処理ユニット（GPU）です。Nvidia 7800GTXグラフィックプロセッサをベースにしており、Nvidiaによると、いくつかの変更を加えたG70/G71（以前はNV47として知られていました）ハイブリッドアーキテクチャです。RSXには、独立した頂点シェーダパイプラインとピクセルシェーダパイプラインがあります。GPUは、有効伝送速度1.3GHzで650MHzでクロックされる256MBのGDDR3 RAMと、CPU経由で最大224MBの3.2GHz XDRメインメモリ（最大480MB）を使用します。コンソールのCPUであるCell Broadband Engineは、グラフィック処理の大部分を担っていますが、コンソールのグラフィック関連の計算負荷の一部には補完的に使用されます。

特に断りのない限り、以下の仕様は、E3 2005カンファレンスでのソニーのプレスリリース、^[1]同カンファレンスのスライド、^[2]および2006 Game Developer's Conferenceでのソニーのプレゼンテーションのスライドに基づいています。^[要出典]

RSXの浮動小数点演算性能は192GFLOPSである。 [ ^3]

• 550 MHzピクセルシェーダクロック/ 500 MHz頂点シェーダクロック、90 nmプロセス（2008年に65 nm ^[4]、 2010年に40 nm ^[5]に縮小）、2013年に28 nm、3億以上のトランジスタ
• NV47 (Nvidia GeForce 7800アーキテクチャ)ベース
• リトルエンディアン
• 24 個のテクスチャ フィルタリング ユニット (TF) と 8 個の頂点テクスチャ アドレス指定ユニット (TA)
  • 1クロックあたり24個のフィルタリングされたサンプル
  • 最大テクセル フィルレート: 13.2 ギガテクセル/秒 (24 テクスチャ * 550 MHz)
  • 1クロックあたり32個のフィルタリングされていないテクスチャサンプル（8 TA * 4テクスチャサンプル）
  • 8 つのレンダリング出力ユニット(ROP) / ピクセル レンダリング パイプライン
    • ピークピクセルフィルレート（理論値）: 4.4 ギガピクセル/秒
    • 最大Z バッファリングサンプル レート: 8.8 ギガサンプル/秒 (2 Z サンプル * 8 ROP * 550 MHz)
  • 最大ドット積演算: 毎秒 510 億 (Cell CPU との組み合わせ)
  • 128ビットのピクセル精度でハイダイナミックレンジレンダリングを実現
• 256 MB GDDR3 RAM、650 MHz
  • 128ビットのメモリバス幅
  • 20.8 GB/秒の読み取りおよび書き込み帯域幅
• セルFlexIOバスインターフェース
  • Rambus XDRメモリ インターフェース バス幅: 64 ビットのうち 56 ビット (シリアル)
  • CellおよびXDRメモリへの読み取り速度は20 GB/秒
  • CellおよびXDRメモリへの書き込み速度15 GB/秒
• 576 KB テクスチャ キャッシュ (ピクセル パイプラインのクワッドあたり 96 KB)
• PSGL (OpenGL ES 1.1 + Nvidia Cg )のサポート
• S3テクスチャ圧縮のサポート^[6]

その他の機能: バイリニア、トリリニア、異方性、クインカンクステクスチャ フィルタリング、クインカンクス アンチエイリアス、最大 4x MSAA、SSAA 、Alpha to Coverage、Alphakillのサポート。

90nm:

• CXD2971AGB
• CXD2971DGB
• CXD2971GB
• CXD2971-1GB 1000 ワット
• CXD297BGe

65nm:

• CXD2982
• CXD2982GB 販売終了
• CXD2991GB
• CXD2991BGB
• CXD2991GGB
• CXD2991CGB
• CXD2991EGB

40nm:

• CXD5300AGB
• CXD5300A1 ギガバイト
• CXD5301DGB
• CXD5302DGB
• CXD5302A1 ギガバイト

• 合計メモリ - 256 MB
• 2 パーティション (128 MB)
• パーティションあたり64ビットバス
• パーティションあたり 8 バンク (16 MB)
• バンクあたり 4096 ページ (4 KB) -> 12 ビット行アドレス
• ページ内のメモリブロック -> 9ビット列アドレス
• 最小アクセス粒度 = 8 バイト -> RSX <> GDDR 間のバス幅と同じ

RSX には 256 MB の GDDR3 RAM がありますが、そのすべてが使用できるわけではありません。最後の 4 MB は、RSX の内部状態と発行されたコマンドを追跡するために予約されています。4 MB の GPU データには、RAMIN、RAMHT、RAMFC、DMA オブジェクト、グラフィック オブジェクト、およびグラフィック コンテキストが含まれます。以下は、RSX の 256 MB 内のアドレスの内訳です。

ローカル GDDR3 メモリに加えて、メイン XDR メモリにも RSX からアクセスできますが、次のいずれかに制限されます。

• 0 MB - 256 MB (0x00000000 - 0x0FFFFFFF)

-または-

• 0 MB - 512 MB (0x00000000 - 0x1FFFFFFF)

システム帯域幅（理論上の最大値）:

• セルから 256 MB XDR へ/から : 25.6 GB/秒
• セルから RSX (IOIFO): 20 GB/秒 (実用: パケットサイズ 128B で 15.8 GB/秒)
• RSX からのセル (IOIFI) : 15 GB/秒 (実用: パケットサイズ 128B で 11.9 GB/秒)
• RSX から 256 MB GDDR3 へ/から: 20.8 GB/秒 (@ 650 MHz)

前述の異なるチップ間の通信パスのレイアウト、およびさまざまなコンポーネント間のレイテンシと帯域幅の違いにより、ソースと宛先に関連するアクセスの方向に応じてアクセス速度が異なります。以下は、Cell と RSX の観点から見た GDDR3 および XDR メモリへの読み取りと書き込みの速度を示すグラフです。これらは測定された速度 (計算された速度ではなく) であり、RSX が 550Mhz でクロックされ、GDDR3 メモリが 700Mhz でクロックされたときに測定された数値であるため、RSX および GDDR3 アクセスが関係する場合は速度がさらに低下することに注意してください。出荷された PS3 では、RSX は 500Mhz でクロックされています (フロントエンドとバックエンド、ただしピクセル シェーダーは内部で 550Mhz で個別に実行されます)。さらに、GDDR3 メモリも 650Mhz とより低いクロックでした。

256 MB GDDR3 メモリからのセル読み取り速度は非常に遅いため、セルを XDR で動作させてから、RSX で XDR からデータを取得して GDDR3 に書き込み、HDMIディスプレイに出力する方が効率的です。このため、RSX には、ローカル GDDR3 メモリではなく XDR メモリからデータをロードできるように、追加のテクスチャ ルックアップ命令が含まれています。

RSX は 3D グラフィックス専用であり、開発者はさまざまな API ライブラリを使用してその機能にアクセスできます。最も簡単な方法は、基本的に OpenGL|ES にプログラム可能なパイプラインを追加した高レベルの PSGL を使用することですが、比較的弱いコンソール CPU でパフォーマンス オーバーヘッドが発生するため、あまり普及していません。低レベルでは、開発者はLibGCMを使用できます。これは、低レベルで RSXコマンド バッファーを構築する API です(PSGL は実際には LibGCM 上に実装されています)。これは、コマンド (FIFO コンテキスト経由) と DMA オブジェクトを設定し、DMA 呼び出しを介して RSX に発行することで行われます。

RSX「リアリティシンセサイザー」はG70アーキテクチャに基づいていますが、コアにいくつかの変更が加えられています。^[7] 2つのチップの最大の違いは、メモリ帯域幅の動作方法です。G70はローカルメモリへのレンダリングのみをサポートしていますが、RSXはシステムメモリとローカルメモリの両方にレンダリングできます。システムメモリからのレンダリングはローカルメモリからのレンダリングに比べてレイテンシがはるかに高いため、パフォーマンスの低下を避けるためにチップのアーキテクチャを変更する必要がありました。これは、グラフィックスパイプラインをフルに保つために、より大きなバッファとキャッシュを収容できるようにチップサイズを拡大することで実現しました。その結果、RSXのローカルメモリ帯域幅はG70の60％しかなく、開発者はパフォーマンス目標を達成するためにシステムメモリを使用する必要がありました。^[7]

RSX のその他の機能/違いは次のとおりです。

• シェーダーの詳しい説明
• 追加のテクスチャ検索ロジック（RSX が XDR からデータを転送するのに役立ちます）
• 高速ベクトル正規化

PlayStation Magazineでは、ソニーのスタッフが「RSX は、G70 アーキテクチャに基づくNVIDIA 7800と多くの内部動作を共有しています」と語っている^{[要出典]。G70}はクロック サイクルごとに 136 のシェーダ操作を実行できるため、RSX は、24 のピクセル パイプラインと 8 つの頂点パイプラインを含む G70 と同じ数の並列ピクセル シェーダ パイプラインと頂点シェーダ パイプラインを搭載すると予想されていました。

NvidiaのCEOであるJen-Hsun Huangは、E3 2005でのソニーの発表前記者会見で、RSXはGeForce 6800 Ultraの2倍の性能があると述べた。^[2]

PlayStation 3の場合、RSX は当初90nm プロセスで製造されました。その後、65nm、40nm、そして最終的に28nmプロセスに移行しました。90nm バージョンの RSX は、互換性のない ダイ パッケージング要素を使用してパッケージ化されていました (熱歪みの観点から) 。これらの要因により、チップのインターポーザとダイの間のボール グリッド アレイ (BGA) が異常に速い速度で故障する ことになります。

失敗の要因としては、

• インターポーザとダイ上の異なるコンポーネントの熱膨張係数（CTE）が異なります。これにより、これらのコンポーネントが異なる速度で膨張し、BGAにせん断応力がかかります。^[8]
• ダイ上のトランジスタ密度の違いや、特定の部品の使用頻度の違いにより、ダイの一部が他の部分よりも早く熱くなります。これにより、各部品の膨張速度が異なり、最終的にRSXのBGAの一部が他の部品よりも早く故障することになります^[9]
• BGAのエレクトロマイグレーションにより、はんだ内部にボイドが発生します。このボイドによりBGAの故障が早まります。^[10]
• PS3では、RSXはフリップチップボールグリッドアレイ（FCBGA）プロセスでパッケージ化されました。RSXのダイアンダーフィルは、激しいゲームプレイ中のPlayStation 3の動作温度と比較して、Tgが非常に低いです。 ^[11]これにより、ダイとインターポーザーの間のはんだをサポートしない状態に移行します。^[12]

• Xenos – Xbox 360で使用されているGPU
• Cell Broadband Engine – PlayStation 3で使用されているCPU