Tema 4. Comparativa entre el Cell y el Xenon

                  La idea de una videoconsola es jugar a videojuegos. Los desarrolladores se tienen que preocupar de qué sistema es más rápido, que hardware es mejor y lo que eso significa para los juegos que ellos desarrollan. Pero, para el usuario final, que la Xbox 360 tenga una GPU más rápida o que el procesador de la PlayStation 3 sea el mejor invento desde el pan de molde, realmente no importa. Al final del día, son los juegos y la sensación global lo que vende las consolas. Puedes tener el mejor hardware del mundo, pero si los juegos y la experiencia no están ahí, no sirve de nada.

            Las consolas de última generación han traído dos novedosos procesadores que han introducido importantes modificaciones respecto a lo que se veía hasta ahora. La Xbox 360 estrena el flamante procesador Xenon, del que hablamos en este blog. Por su parte, la PlayStation 3 lleva el procesador Cell desarrollado por Sony, IBM y Toshiba.

CELL (PlayStation 3)

- PowerPC-base Core (PPE) @3.2GHz
- 1 VMX vector unit per core
- 512KB L2 cache
- 7x Synergistic Processing Elements (SPE) @3.2 GHz

- 7 x 128b 128 SIMD GPRs
- 7 x 256KB SRAM per SPE (1.75MB Total)
- 1 of 8 SPEs reserved for redundancy
- 217.6 GFLOPS

XENON (Xbox 360)

- Custom IBM PowerPC-based CPU

- 3 symmetrical cores running @3.2 GHz each
- 2 threads per Core (6 threads Total)- 1 VMX-128 vector unit per core (3 total)
- 128 VMX-128 registers per hardware thread
- 1 MB L2 cache

- 9.6 Billion Dot Product Operations per Second
- 115.2 GFLOPS

               El procesador Cell y el procesador Xenon tienen sus parecidos y sus diferencias. Para empezar, los dos tienen varios núcleos, aunque en el caso de Xenon son 3, y en la Playstation aparecen 8. Los 3 de Xenon son de propósito general, mientras que en la Playstation 3 hay un núcleo principal y los 7 demás están bajo su mando.

           El PPE (Power Processor Element) del procesador Cell es muy parecido a un núcleo del Xenon. Ejecuta instrucciones en orden y puede ejecutar 2 hilos simultáneamente. También está basado en la tecnología PowerPC y funciona a la misma velocidad. Del mismo modo, cuenta con la tecnología VMX. La memoria caché del PPE también tiene 2 niveles, con 32 KB para instrucciones y 32 KB para datos en la caché de nivel 1 y 512 KB en la de nivel 2. Como se puede ver este núcleo es bastante similar a un núcleo del procesador Xenon.

             El diseño del procesador de la Xbox 360 está pensado para ejecutar aplicaciones que procesan grandes cantidades de datos y para ello se han dispuesto 3 núcleos que funcionan a velocidades de reloj elevadas con unidades vectoriales potentes pero que no dejan de ser procesadores de propósito general. En el Cell el objetivo es el mismo, proporcionar mucha potencia de calculo para este tipo de aplicaciones pero para ello se han añadido al diseño procesadores mucho más especializados. Estos son los llamados SPE (Synergistic Processing Elements).

La CPU de la Xbox 360 tiene más potencia de procesamiento de propósito general,
porque tiene 3 núcleos de propósito general y Cell sólo tiene uno.

                Los núcleos SPE tienen ciertas características que los hacen especialmente potentes para algunos cálculos a cambio de simplificar al máximo su diseño. Cada uno de estos nucleos tiene 128 registros de 128 bits y es capaz de hacer 4 operaciones de coma flotante de precisión simple en un ciclo de reloj. Un SPE tiene una memoria local de 256 KB , ejecutan las instrucciones en orden, carecen de caché y de predicción de saltos. Una unidad tiene un pico teórico de 25.6 GFLOPS, sin embargo el rendimiento con (por ejemplo) código con muchos saltos condicionales se reduce drásticamente. Este tipo de código debería ejecutarse en el PPE.

La ventaja de Cell está en el streaming floating point,
que se realiza en sus 7 procesadores DSP 

                 En ambos casos los procesadores dejan bastante responsabilidad al programador y al compilador que deben asegurarse de generar código paralelizado que utilice los recursos del procesador en cuestión adecuadamente. En el caso del Cell el hecho de tener núcleos heterogéneos y en el caso de los SPEs muy especializados en cierto tipo de cálculos, obliga a un esfuerzo mayor a la hora de decidir cómo realizar la división y adaptación de un programa en hilos, teniendo en cuenta en qué tipo de núcleo deben ejecutarse. Mientras tanto en el Xenon todos los núcleos son iguales y la división y adaptación es más sencilla. A cambio, el procesador Cell puede conseguir un rendimiento altísimo si se programa adecuadamente para él.

               En conclusión, los dos procesadores tienen una tecnología muy avanzada y muy potente, aunque las altas prestaciones del procesador Cell y Xenon, traen por contra, enormes dificultades para el compilador y los desarrolladores a la hora de implementar juegos. Tanto el uno como el otro son muy similares, si bien, la balanza se decanta para el Cell de PlayStation 3, que tiene mayor capacidad de cómputo y cálculos por segundo. No obstante, hay que mencionar que los tres núcleos de propósito general de Xenon son más eficientes que los 7 específicos de Cell, para según qué tareas. Y se debe tener en cuenta, también, que el rendimiento final de cada consola depende además de otros factores, como la GPU, la memoria... 

            Como se ha comentado previamente, y volvemos a recalcar, el hardware es sólo una parte del triplete: hardware-software-servicios, pues no sólo una consola triunfa por la potencia física de la máquina, sino por la calidad y atractivo de su catálogo de juegos, y otros factores que rodean a la consola como periféricos, online...

Referencias:

• SONY, El microprocesador Cell
http://www.sony.net/SonyInfo/News/Press/200502/05-0208BE/

• Microprocesadores. Xbox 360 y PlayStation 3
http://sriver50.blogspot.com/2007/05/microprocesadores.html

• Microsoft's Xbox 360, Sony's PS3 - A Hardware Discussion:
http://www.anandtech.com/show/1719/4

• Xenon vs Cell: http://www.elotrolado.net/hilo_xenon-vs-cell_440328

• Wikipedia http://wikipedia.org