旧文重发，这是我们两个吧主在2019年5月一起写的一篇文章。现在来看不少基本是印证了的。
当时当时是发布在了B站的专栏，不过没啥人看就是。毕竟那时候大部分人看我们也和胡吹差不多。
https://www.bilibili.com/read/cv2654947
Lastation编辑：子夜梦的死寂 & Youand
前一段时间外媒Wired采访了PS4首席架构设计师Mark Cerny，并得到了下一代PlayStation主机的一些消息，其中最引人注目的消息是下一代PlayStation将会支持光追和8K，向下兼容，并且不会在2019年上市。
顿时，关于下一代PlayStation的各种讨论再次被点燃，今天，我们结合以及公布的信息和行业的过去与现在。和大家一起聊一聊下一代PlayStation的硬件基础以及核心技术。当然，一切只是我们基于现有信息的讨论观点，如果你有不同观点，保留自己的观点一起讨论就好。
因为PS4首席架构设计师Mark Cerny对其的称呼也是下一代主机，并没有称呼其为PS5。所以我们也统一称之为下一代PS主机。
硬件规格
关于下一代PS硬件规格的猜测，印象中大约从2017年下半年就开始逐渐蔓延在贴吧和论坛。其实相对于之前的PS4和PS3，下一代PS的硬件规格算是相当好预测的。眼下游戏开发的规模越来越大，跨平台也已成为绝对主流，对硬件易用性和通用性的需求让主机基本上不再可能使用异质化硬件。
对于下一代PS的CPU部分其实从一开始就没有什么悬念，从PS4本身的情况出发，无论是出于感性的希望还是理性的分析，玩家选择的目标几乎一致指向AMD的Zen+或Zen2架构。唯一的偏差在于，大部分玩家都认为下一代PS会使用Zen+架构，而不是消息中的Zen2架构，出现偏差的原因在于大家普遍认为PS4的性能已经非常不够用了，下一代PS很有可能在2019年底前推出。
这完全是一次感性压制理性所造成的误判，实际上，去年一年里有许多人曾问过我下一代PS什么时候推出以及性能如何这两个问题，一直以来我的判断都是下一代PS的CPU会使用Zen2架构，GPU性能会处于GTX1080Ti/RTX2080的水平，从来没想过下一代PS会在2019年这么早推出。
这份感性的误判源自另一个主要性能部件GPU，以2018年的眼光来看，PS4非Pro型的GPU理论性能确实还要略逊于中低端的GTX950，而顶级显卡RTX 2080Ti性能几乎是PS4 GPU的10倍，乍一看确实差距不小。
但若仔细回顾一下过往，2013年底PS4发售时，PS3/XBOX360那200多Gflops的GPU在同年的顶级显卡GTX 780Ti前，二者的性能差距可是高达近20倍，可见PS4在纯粹的性能方面还远未达到亟需换代的紧迫程度。
况且游戏主机的换代，也并不是硬件提升个几倍性能、分辨率指标升级一下这么简单的。就以索尼和微软两家的主机发展来看，每次换代均是基于渲染技术大方向的进步，从来没有哪次是基于单纯性能提升。
PS1奠定了以多边形成像为基础的3D渲染基础；PS2/XBOX将固定渲染体系发挥到了顶点，并涉及了部分可编程渲染（对应DX7~DX8时期）；PS3/XBOX360一只脚踏在可编程渲染的巅峰，另一只脚已经初步踏入了通用计算领域（对应DX9.0c~DX10时期）；PS4和XBOXONE则是完全的通用计算体系，光栅化渲染的极致。
因此，下一代PS的GPU其实就看次世代渲染技术在大方向上的转变。而2018年时，这个答案其实已经非常明确了：从光栅化渲染开始转向光线追踪。确定了这一点，再结合合理的主机换代图形性能提升幅度，就可以大概估算出主机的推出时间，以及应该选择怎样的GPU了。
之前的几个世代，主机换代会带来约8~10倍的图形性能提升，当然越近代的主机性能提升幅度也越呈现缩小的趋势。我们权当下一代PS相比PS4依旧能维持8倍的图形性能提升，而PS4的GPU为GCN架构，浮点运算能力为1.84Tflops，8倍是14.72 Tflops，即相当于RX590交火、GTX 1080Ti或最新的Radeon VII、RTX2080。
心里还没点B数吗？以这种图形性能水平，还要能支持进一步的光线追踪，哪个时间点才能塞进一套功耗不超过250瓦或300瓦、售价不超过399或499刀的主机中？很明显2019年是几乎没可能的，起码也要2020年下半年的Navi才行。
特性&对游戏的影响
当今主流的图形渲染方式被称为“光栅化渲染”，名字虽然沾一个“光”字，但光栅化渲染中其实根本没有“光线”这种概念。“光栅化（Rasterization）”指的是3D几何转换为2D像素的过程，所有的画面特效都只是针对一个个像素的操作。
如果排除掉AI等与画面素质没有直接关系的部分，当游戏开始渲染一帧画面时，首先由CPU生成游戏场景中所有物体的顶点，然后把所有顶点的坐标信息发送给GPU内的几何单元。这也是光栅化渲染中唯一对CPU性能有需求的环节，而所谓CPU瓶颈也就出现在这一步。
随后，几何单元以屏幕位置为基准构建出可视空间，将这些顶点按照坐标安置到空间中，紧接着将顶点连接成线框，构造出物体的轮廓，然后在表面覆盖上一层带有带光照信息的底层纹理作为蒙皮。到这一步，游戏画面已初具几何形态。
接下来便是整个光栅化渲染流程的核心：光栅化，GPU内的光栅化单元（Rasterizer）依照线透视关系，将整个可视空间从三维立体形态压成一张二维平面。之后流处理器再根据场景中物体之间的几何位置关系，通过各种渲染算法，确定哪些像素亮&有多亮，哪些像素暗&有多暗，哪些像素是高光，哪些像素是阴影。
在流处理器忙着计算像素信息的同时，GPU内的纹理单元也开始将预设的“整张”纹理材质剪裁成画面所需的形状。最后，流处理器和纹理单元分别把计算好的像素信息和剪裁好的纹理材质递交给处于GPU后端的ROPs，ROPs将二者混合填充为最终画面并输出。除此之外，游戏中雾化、景深、动态模糊和抗锯齿等后处理特效，也是由ROPs完成的。
看到这里应该明白，每一帧游戏画面，都是GPU画给你的一张3D立体画而已。3D立体画看起来真不真实，取决于绘画者的构思水平如何；而光栅化渲染出来的画面真不真实，取决于渲染算法的欺骗是否完善，面面俱到。
光栅化的简单和快速决定了其对现实世界中画面的模拟是有限的，这也导致了光栅化普遍存在光照、反射和阴影不自然等缺陷。如果光栅化是如此不准确，游戏如何进一步提高其图像质量？
光线追踪是一种渲染方式，可模拟光在现实世界中的表现（反射、折射、散射等）。实现它的最大问题在于它近乎于无底洞一样夸张的性能的需求，如果使用最原始的方法来尝试跟踪计算场景中每个光源发出的所有光线及其反射、折射、散射，将会在场景中追踪到无穷无尽的光线。
多年以来，算法工程师们为光线追踪开发了许多优化措施，其中最重要的是把“光照”这一简单的概念颠倒过来，不是从光源开始追踪光线，而是从屏幕、从观测者的视点逆向追踪光线，这样便可以只计算实际到达屏幕的光线，大幅缩减所需的计算量。
然而即便使用了包括此法在内的许多优化方式，光线追踪对性能的需求依然高的惊人。除了最基本、最粗糙的光线追踪之外，其他任何情况都依然超出了实时渲染的范围。这些优化技术仅仅是让光线追踪可以在计算机上以相对“合理”的时间完成，当然这个“合理”是以小时或天来衡量的，这要取决于场景的复杂程度以及你所期望达到的渲染效果。实际上到目前为止，光线追踪一直被主要是3D动画电影等“离线”场景。
光栅化当然可以继续这么走下去，解决光照、反射和阴影不准确的问题并非不可能，只是所需要的计算性能将会高速膨胀。就像撒一个谎要用十个谎来圆一样，某些情况下想用光栅化渲染生成逼真的画面，甚至会比光线追踪的自然过程更复杂。
换句话说，与其在光栅化这种本质是视觉欺骗的渲染方式上消耗这么多性能，何不把这些努力投入另一种可以准确渲染虚拟世界的技术上？
2018年，整个计算机行业都在思考这一问题，目前的结论是，前进的道路不应该再是纯粹的光栅化，也不是立即从光栅化跳转到光线追踪并失去前者的所有性能优势，而是混合渲染：将光栅化与光线追踪相结合。
开发人员可以根据需求平衡光栅化的高性能和光线追踪的高质量，使用传统的光栅化来完成场景的基本渲染，只在照明、阴影和其他所有涉及光的相互作用的最有意义的地方使用光线追踪，这也正是NVIDIA Turing架构以及未来AMD Navi架构和下一代PS的核心思想所在。
主机业态的展望
随着新主机的即将到来，主机业态已和过去大不相同。传统的主机每代更新的固有形式，在半代主机，跨平台，订阅制以及向下兼容的影响下，已经需要以新的视角去审视。并且外部还有免费游戏以及手机游戏的大冲击。当然，主机业态形式更多是一种商业上的策略。并不像上文有着明确的技术依据。以下更多是我自身在游戏行业经验的想法。猜测成分更大，甚至有些纯粹是我个人想法。欢迎讨论，但吵架就没必要了。
下一代PS面对玩家的第一点大概就是贵。价格可能会比过去有的提升，过去399美元的价格，很有可能失守。虽然过去的历史告诉我们高价主机下场都不会太好，但考虑到玩家对于新主机性能的期望，恐怕没有太多节约成本的余地。哪怕是拖到2021年底发售，考虑到这几年各家硬件厂都在挤牙膏，硬件性能提升越来越小，很难说价格成本能下降到一个比较廉价的区间。毕竟大家熟悉的GTX10系显卡已经是2016年中的产品了，而RTX20系的实际性能提升，多方的分析已经很多了。CPU上英特尔到底有多少提升，大家应该也都很清楚。所以有一定可能性，下一代PS会和PS4以及PS4 Pro弄成三代同堂局面。
因为光线追踪和8K，相信不少朋友都体验过或者有一定概念了。这东西是方向，但对玩家的意义大概率又会来一波分辨率不足和帧数下降。分辨率和帧率恐怕依旧是玩家面临的首要问题。虽然官方说下一代PS绝对不会是单纯的升级版。但很可能无法绕出PS4 Pro Plus的境地。甚至我个人觉得，参考New 3DS的升级过程可能还是个不错的办法。直接通用光盘，在新主机提供高分辨率和光追等效果增强提供一点独占游戏。在成本下降后，降低价格迭代产品线，缓解初期价格问题。
当时当时是发布在了B站的专栏，不过没啥人看就是。毕竟那时候大部分人看我们也和胡吹差不多。
https://www.bilibili.com/read/cv2654947
Lastation编辑：子夜梦的死寂 & Youand
前一段时间外媒Wired采访了PS4首席架构设计师Mark Cerny，并得到了下一代PlayStation主机的一些消息，其中最引人注目的消息是下一代PlayStation将会支持光追和8K，向下兼容，并且不会在2019年上市。
顿时，关于下一代PlayStation的各种讨论再次被点燃，今天，我们结合以及公布的信息和行业的过去与现在。和大家一起聊一聊下一代PlayStation的硬件基础以及核心技术。当然，一切只是我们基于现有信息的讨论观点，如果你有不同观点，保留自己的观点一起讨论就好。
因为PS4首席架构设计师Mark Cerny对其的称呼也是下一代主机，并没有称呼其为PS5。所以我们也统一称之为下一代PS主机。
硬件规格
关于下一代PS硬件规格的猜测，印象中大约从2017年下半年就开始逐渐蔓延在贴吧和论坛。其实相对于之前的PS4和PS3，下一代PS的硬件规格算是相当好预测的。眼下游戏开发的规模越来越大，跨平台也已成为绝对主流，对硬件易用性和通用性的需求让主机基本上不再可能使用异质化硬件。
对于下一代PS的CPU部分其实从一开始就没有什么悬念，从PS4本身的情况出发，无论是出于感性的希望还是理性的分析，玩家选择的目标几乎一致指向AMD的Zen+或Zen2架构。唯一的偏差在于，大部分玩家都认为下一代PS会使用Zen+架构，而不是消息中的Zen2架构，出现偏差的原因在于大家普遍认为PS4的性能已经非常不够用了，下一代PS很有可能在2019年底前推出。
这完全是一次感性压制理性所造成的误判，实际上，去年一年里有许多人曾问过我下一代PS什么时候推出以及性能如何这两个问题，一直以来我的判断都是下一代PS的CPU会使用Zen2架构，GPU性能会处于GTX1080Ti/RTX2080的水平，从来没想过下一代PS会在2019年这么早推出。
这份感性的误判源自另一个主要性能部件GPU，以2018年的眼光来看，PS4非Pro型的GPU理论性能确实还要略逊于中低端的GTX950，而顶级显卡RTX 2080Ti性能几乎是PS4 GPU的10倍，乍一看确实差距不小。
但若仔细回顾一下过往，2013年底PS4发售时，PS3/XBOX360那200多Gflops的GPU在同年的顶级显卡GTX 780Ti前，二者的性能差距可是高达近20倍，可见PS4在纯粹的性能方面还远未达到亟需换代的紧迫程度。
况且游戏主机的换代，也并不是硬件提升个几倍性能、分辨率指标升级一下这么简单的。就以索尼和微软两家的主机发展来看，每次换代均是基于渲染技术大方向的进步，从来没有哪次是基于单纯性能提升。
PS1奠定了以多边形成像为基础的3D渲染基础；PS2/XBOX将固定渲染体系发挥到了顶点，并涉及了部分可编程渲染（对应DX7~DX8时期）；PS3/XBOX360一只脚踏在可编程渲染的巅峰，另一只脚已经初步踏入了通用计算领域（对应DX9.0c~DX10时期）；PS4和XBOXONE则是完全的通用计算体系，光栅化渲染的极致。
因此，下一代PS的GPU其实就看次世代渲染技术在大方向上的转变。而2018年时，这个答案其实已经非常明确了：从光栅化渲染开始转向光线追踪。确定了这一点，再结合合理的主机换代图形性能提升幅度，就可以大概估算出主机的推出时间，以及应该选择怎样的GPU了。
之前的几个世代，主机换代会带来约8~10倍的图形性能提升，当然越近代的主机性能提升幅度也越呈现缩小的趋势。我们权当下一代PS相比PS4依旧能维持8倍的图形性能提升，而PS4的GPU为GCN架构，浮点运算能力为1.84Tflops，8倍是14.72 Tflops，即相当于RX590交火、GTX 1080Ti或最新的Radeon VII、RTX2080。
心里还没点B数吗？以这种图形性能水平，还要能支持进一步的光线追踪，哪个时间点才能塞进一套功耗不超过250瓦或300瓦、售价不超过399或499刀的主机中？很明显2019年是几乎没可能的，起码也要2020年下半年的Navi才行。
特性&对游戏的影响
当今主流的图形渲染方式被称为“光栅化渲染”，名字虽然沾一个“光”字，但光栅化渲染中其实根本没有“光线”这种概念。“光栅化（Rasterization）”指的是3D几何转换为2D像素的过程，所有的画面特效都只是针对一个个像素的操作。
如果排除掉AI等与画面素质没有直接关系的部分，当游戏开始渲染一帧画面时，首先由CPU生成游戏场景中所有物体的顶点，然后把所有顶点的坐标信息发送给GPU内的几何单元。这也是光栅化渲染中唯一对CPU性能有需求的环节，而所谓CPU瓶颈也就出现在这一步。
随后，几何单元以屏幕位置为基准构建出可视空间，将这些顶点按照坐标安置到空间中，紧接着将顶点连接成线框，构造出物体的轮廓，然后在表面覆盖上一层带有带光照信息的底层纹理作为蒙皮。到这一步，游戏画面已初具几何形态。
接下来便是整个光栅化渲染流程的核心：光栅化，GPU内的光栅化单元（Rasterizer）依照线透视关系，将整个可视空间从三维立体形态压成一张二维平面。之后流处理器再根据场景中物体之间的几何位置关系，通过各种渲染算法，确定哪些像素亮&有多亮，哪些像素暗&有多暗，哪些像素是高光，哪些像素是阴影。
在流处理器忙着计算像素信息的同时，GPU内的纹理单元也开始将预设的“整张”纹理材质剪裁成画面所需的形状。最后，流处理器和纹理单元分别把计算好的像素信息和剪裁好的纹理材质递交给处于GPU后端的ROPs，ROPs将二者混合填充为最终画面并输出。除此之外，游戏中雾化、景深、动态模糊和抗锯齿等后处理特效，也是由ROPs完成的。
看到这里应该明白，每一帧游戏画面，都是GPU画给你的一张3D立体画而已。3D立体画看起来真不真实，取决于绘画者的构思水平如何；而光栅化渲染出来的画面真不真实，取决于渲染算法的欺骗是否完善，面面俱到。
光栅化的简单和快速决定了其对现实世界中画面的模拟是有限的，这也导致了光栅化普遍存在光照、反射和阴影不自然等缺陷。如果光栅化是如此不准确，游戏如何进一步提高其图像质量？
光线追踪是一种渲染方式，可模拟光在现实世界中的表现（反射、折射、散射等）。实现它的最大问题在于它近乎于无底洞一样夸张的性能的需求，如果使用最原始的方法来尝试跟踪计算场景中每个光源发出的所有光线及其反射、折射、散射，将会在场景中追踪到无穷无尽的光线。
多年以来，算法工程师们为光线追踪开发了许多优化措施，其中最重要的是把“光照”这一简单的概念颠倒过来，不是从光源开始追踪光线，而是从屏幕、从观测者的视点逆向追踪光线，这样便可以只计算实际到达屏幕的光线，大幅缩减所需的计算量。
然而即便使用了包括此法在内的许多优化方式，光线追踪对性能的需求依然高的惊人。除了最基本、最粗糙的光线追踪之外，其他任何情况都依然超出了实时渲染的范围。这些优化技术仅仅是让光线追踪可以在计算机上以相对“合理”的时间完成，当然这个“合理”是以小时或天来衡量的，这要取决于场景的复杂程度以及你所期望达到的渲染效果。实际上到目前为止，光线追踪一直被主要是3D动画电影等“离线”场景。
光栅化当然可以继续这么走下去，解决光照、反射和阴影不准确的问题并非不可能，只是所需要的计算性能将会高速膨胀。就像撒一个谎要用十个谎来圆一样，某些情况下想用光栅化渲染生成逼真的画面，甚至会比光线追踪的自然过程更复杂。
换句话说，与其在光栅化这种本质是视觉欺骗的渲染方式上消耗这么多性能，何不把这些努力投入另一种可以准确渲染虚拟世界的技术上？
2018年，整个计算机行业都在思考这一问题，目前的结论是，前进的道路不应该再是纯粹的光栅化，也不是立即从光栅化跳转到光线追踪并失去前者的所有性能优势，而是混合渲染：将光栅化与光线追踪相结合。
开发人员可以根据需求平衡光栅化的高性能和光线追踪的高质量，使用传统的光栅化来完成场景的基本渲染，只在照明、阴影和其他所有涉及光的相互作用的最有意义的地方使用光线追踪，这也正是NVIDIA Turing架构以及未来AMD Navi架构和下一代PS的核心思想所在。
主机业态的展望
随着新主机的即将到来，主机业态已和过去大不相同。传统的主机每代更新的固有形式，在半代主机，跨平台，订阅制以及向下兼容的影响下，已经需要以新的视角去审视。并且外部还有免费游戏以及手机游戏的大冲击。当然，主机业态形式更多是一种商业上的策略。并不像上文有着明确的技术依据。以下更多是我自身在游戏行业经验的想法。猜测成分更大，甚至有些纯粹是我个人想法。欢迎讨论，但吵架就没必要了。
下一代PS面对玩家的第一点大概就是贵。价格可能会比过去有的提升，过去399美元的价格，很有可能失守。虽然过去的历史告诉我们高价主机下场都不会太好，但考虑到玩家对于新主机性能的期望，恐怕没有太多节约成本的余地。哪怕是拖到2021年底发售，考虑到这几年各家硬件厂都在挤牙膏，硬件性能提升越来越小，很难说价格成本能下降到一个比较廉价的区间。毕竟大家熟悉的GTX10系显卡已经是2016年中的产品了，而RTX20系的实际性能提升，多方的分析已经很多了。CPU上英特尔到底有多少提升，大家应该也都很清楚。所以有一定可能性，下一代PS会和PS4以及PS4 Pro弄成三代同堂局面。
因为光线追踪和8K，相信不少朋友都体验过或者有一定概念了。这东西是方向，但对玩家的意义大概率又会来一波分辨率不足和帧数下降。分辨率和帧率恐怕依旧是玩家面临的首要问题。虽然官方说下一代PS绝对不会是单纯的升级版。但很可能无法绕出PS4 Pro Plus的境地。甚至我个人觉得，参考New 3DS的升级过程可能还是个不错的办法。直接通用光盘，在新主机提供高分辨率和光追等效果增强提供一点独占游戏。在成本下降后，降低价格迭代产品线，缓解初期价格问题。
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