移动SoC,正在朝AAA游戏招手

关于“移动SoC是否带得动AAA游戏”的话题,每隔一段时间就会被数码爱好者、DIY爱好者和网友们挖出来进行讨论。不论是任天堂Switch主机的横空出世,还是苹果M1芯片带来的ARM架构性能提升,都会被许多人认为是“非游戏设备迈向AAA游戏”的关键一步。那么在2023年,这一趋势是否有所变化?移动设备是否真的能够体验直接来自主机端,而非移动端原生的AAA游戏了呢?这就需要从我们身边这些数码设备的芯片本身说起。
 
我们目前能够接触到的所有可以运行电子游戏的设备,包括手机、平板电脑、智能电视、电视盒子、智能冰箱、笔记本电脑与台式机、游戏主机和掌上游戏设备都离不开CPU和GPU的驱动。其中,手机和掌上游戏设备由于CPU和GPU被封装在同一芯片上,因此这一颗集成了多种能力的芯片就被称为SoC(片上系统)。而不论是ARM架构还是X86-64架构的SoC,它们都长期受限于CPU和GPU制程以及设计规模的限制,在很小的面积上很难集成强大的计算性能。但随着制程工艺的不断演进,现在的SoC已经能够做到在很小的面积上集成足够的算力,甚至不仅在理论上,而是已经有不少玩家现在就在移动设备上玩上了诸如《死亡搁浅》《博德之门3》以及《赛博朋克2077》这样的游戏了。
 
相信正在看文章的您多多少少已经认识了如Steam Deck、ROG Ally以及AYANEO这些品牌及其掌上游戏产品。这些产品大都采用了AMD的Zen架构APU(AMD对自家SoC的称呼)这一解决方案。AMD的Zen架构在经历了几次迭代之后,已经成为了目前电子游戏消费者市场最具性价比的方案,尤其是AMD 6000系列、AMD 7040系列以及Z1系列APU都已经或正在成为掌上游戏设备厂商的必选方案。这些AMD的新APU凭借TSMC的先进制程,不仅有着出色的能耗表现,更有着出众的CPU和GPU性能。而更惊人的是,AMD部分移动端APU的理论性能,已经与中期更新的第八世代主机接近或相当,并且仅需第八世代主机的一成功耗就能实现。
 
关于不同设备的具体性能表现,数码爱好者社区往往会依赖统一标准下的理论性能——也就是硬件系统中GPU的FP32浮点计算能力,通常单位为TFLOPS——进行对比。并且在如各个品牌的官方文件以及TechPowerUp和AnandTech等知名数码爱好者社区中都能够查询到相关硬件的具体分数。因此,想要对比AMD APU和第八世代以及之后的设备的GPU理论性能,只需查阅相关性能分数即可,无需亲自购买相关设备和仪器。
 
通过查询,我们可以看到第八世代主机、第九世代主机和AMD APU的GPU理论性能如下:
 
Radeon 680M(AMD 6000系列APU,2021年)
3.68TFLOPS
 
Radeon 780M(AMD 7040系列/Z1系列APU,2023年)
4.36 TFLOPS
 
Steam Deck RDNA 2 GPU(2022年)
1.638 TFLOPS
 
PS4/PS4 Slim(第八世代,2014年)
1.843 TFLOPS
 
PS4 Pro(第八世代中期更新,2016年)
4.2 TFLOPS
 
PS5(第九世代,2020年)
10.28 TFLOPS
 
Xbox One(第八世代,2013年)
1.310 TFLOPS
 
Xbox One S(第八世代中期更新,2016年)
1.4 TFLOPS
 
Xbox One X(第八世代中期更新,2017年)
6.001 TFLOPS
 
Xbox Series S(第九世代,2020年)
4 TFLOPS
 
Xbox Series X(第九世代,2020年)
12.1 TFLOPS
 
需要说明的是,由于以上全部设备均采用AMD旗下的芯片,因此基本上可以直接从理论性能分数上看出孰优孰劣。此外,由于AMD的APU依赖机身内存而非显存实现数据传输,因此内存的频率就直接影响了这些GPU的性能发挥。不过由于APU中CPU会对内存频率有限制,这些GPU运行的内存频率都在较为合理的区间,并不会拖累或过分夸大GPU的性能。
 
这就意味着,曾经需要在Xbox One/PS4上才能运行的AAA游戏,现在不仅可以在Steam Deck这样的掌上设备上运行,由于AMD 6000系列和7040系列芯片也用于轻薄商务本、设计师全能本以及游戏本这些市场,因此这些笔记本电脑产品也能流畅运行第八世代主机的AAA游戏作品。
 
第八世代已经有很多不错的游戏值得体验。而更早的第七世代主机上也有非常多的游戏不仅好玩,并且也发布了PC版。所以如果您并非一位执着追新,而是希望找到和手机游戏体验不一样,又想在掌上获取主机游戏乐趣的玩家,那么有非常多在曾经轰动一时的AAA游戏现在即可捧在掌心游玩,包括:
 
《与狼同行》(The Wolf Among Us)
《行尸走肉:Telltale同捆包》(The Walking Dead: Telltale Starter Bundle)
《蝙蝠侠:阿卡姆疯人院》(Batman: Arkham Asylum)
《蝙蝠侠:阿卡姆之城》(Batman: Arkham City)
《蝙蝠侠:阿卡姆骑士》(Batman: Arkham Knight)
《战神》(God of War)
《暴雨》(Heavy Rain)
《超凡双生》(Beyond Two Souls)
《底特律:化身为人》(Detroit: Become Human)
《地铁2033》(Metro 2033)
《地铁:最后的曙光》(Metro: Last Light)
《瘟疫传说:无罪》(A Plague Tale: Innocence)
《古墓丽影》(Tomb Raider 2013)
《古墓丽影:崛起》(Rise of the Tomb Raider)
《古墓丽影:暗影》(Shadow of the Tomb Raider)
《杀出重围:人类革命》(Deus Ex: Human Revolution)
《杀出重围:人类分裂》(Deus Ex: Mankind Divided)
《光环:士官长合集》(Halo: The Master Chief Collection)
《地狱之刃:塞纳的献祭》(Hellblade: Senua's Sacrifice)
《奥日与黑暗森林》(Ori and the Blind Forest: Definitive Edition)
《精灵与萤火意志》(Ori and the Will of the Wisps)
《量子破碎》(Quantum Break)
《极限竞速:地平线3》(Forza Horizon 3)
《极限竞速:地平线4》(Forza Horizon 4)
《极限竞速:地平线5》(Forza Horizon 5)
《战争机器:旗舰版》(Gears of War: Ultimate Edition)
《战争机器4》(Gears of War 4)
《战争机器5》(Gears of War 5)
《狙击精英4》(Sniper Elite 4)
《僵尸部队三部曲》(Zombie Army Trilogy)
《黑道圣徒3》(Saints Row 3)
《黑道圣徒4》(Saints Row 4)
《泰坦陨落2》(Titanfall 2)
《孤岛危机2》(Crysis 2)
《孤岛危机3》(Crysis 3)
《极品飞车:超热力追缉》(Need for Speed Hot Pursuit 2010)
《极品飞车:最高通缉》(Need for Speed Most Wanted 2012)
《极品飞车:亡命狂飙》(Need for Speed The Run)
《极品飞车2015》(Need for Speed)
《镜之边缘:催化剂》(Mirror's Edge Catalyst)
《死亡空间2》(Dead Space 2)
《死亡空间3》(Dead Space 3)
《战地:硬仗》(Battlefield Hardline)
《战地1》(Battlefield 1)
《战锤40K:星际战士》(Warhammer 40,000: Space Marine)
《赤痕:夜之仪式》(Bloodstained: Ritual of the Night)
《逆转裁判123:成步堂精选集》(逆転裁判123 成歩堂セレクション,Phoenix Wright: Ace Attorney Trilogy)
《夏莉的炼金工房 ~黄昏海洋之炼金术士~ DX》(シャリーのアトリエ~黄昏の海の炼金术士~ DX,Atelier Shallie: Alchemists of the Dusk Sea DX)
《真·三国无双7:猛将传》(Dynasty Warriors 8: Xtreme Legends)
《火影忍者:究极风暴4》(Naruto Shippuden: Ultimate Ninja Storm 4)
《白色相簿》(White Album)
《机甲战魔》(Daemon X Machina)
《女神异闻录5皇家版》(Persona 5 Royal)
《狂战传说》(Tales of Berseria)
《人中之龙零》(龍が如く0,Yakuza 0)
《人中之龙:极》(龍が如く極,Yakuza Kiwami)
《人中之龙:极2》(龍が如く極2,Yakuza Kiwami 2)
《人中之龙7:光与暗的去向》(龍が如く7 光と闇の行方,Yakuza: Like a Dragon)
《二进制领域》(Binary Domain)
《鬼泣HD合集》(Devil May Cry HD Collection)
《鬼泣4》(Devil May Cry 4)
《鬼泣5》(Devil May Cry V)
《DMC:鬼泣》(DmC: Devil May Cry)
《猎天使魔女》(Bayonetta)
《征服》(Vanquish)
《最终幻想XV》(Final Fantasy XV)
《歧路旅人》(Octopath Traveler)
《潜龙谍影V:幻痛》(Metal Gear Solid V: The Phantom Pain)
《马克思佩恩3》(Max Payne 3)
《极度恐慌2》(F.E.A.R. 2)
《极度恐慌3》(F.E.A.R. 3)
《生化危机5》(Resident Evil 5)
《生化危机6》(Resident Evil 6)
《怪物猎人:世界》(Monster Hunter World)
《波斯王子》(Prince of Persia 2008)
《波斯王子:遗忘之砂》(Prince of Persia: The Forgotten Sands)
《细胞分裂:断罪》(Tom Clancy's Splinter Cell: Conviction)
《细胞分裂:黑名单》(Tom Clancy's Splinter Cell: Blacklist)
《幽灵行动:未来战士》(Tom Clancy's Ghost Recon: Future Soldier)
《刺客信条3》(Assassin’s Creed III)
《刺客信条4:黑旗》(Assassin’s Creed IV Black Flag)
《刺客信条:大革命》(Assassin’s Creed Unity)
《刺客信条:枭雄》(Assassin’s Creed Syndicate)
《看门狗》(Watch Dogs)
《看门狗2》(Watch Dogs 2)
《孤岛惊魂3》(Far Cry 3)
《孤岛惊魂4》(Far Cry 4)
《使命召唤:黑色行动2》(Call of Duty Black Ops 2)
《使命召唤:幽灵》(Call of Duty Ghosts)
《使命召唤:高级战争》(Call of Duty Advanced Warfare)
《使命召唤:黑色行动3》(Call of Duty Black Ops 3)
《使命召唤:无限战争》(Call of Duty Infinite Warfare)
《使命召唤:现代战争》重制版(Call of Duty Modern Warfare Remastered)
《使命召唤:二战》(Call of Duty WWII)
《使命召唤:现代战争》(Call of Duty Modern Warfare 2019)
《真人快打XL》(Mortal Kombat XL)
《黑暗之魂2原罪学者》(DARK SOULS II: Scholar of the First Sin)
《黑暗之魂3》(Dark Souls III)
《毁灭战士2016》(DOOM)
《毁灭战士永恒》(DOOM Eternal)
《德军总部:新秩序》(Wolfenstein: The New Order)
《德军总部:旧血液》(Wolfenstein: The Old Blood)
《德军总部2:新巨像》(Wolfenstein II: The New Colossus)
《恶灵附身》(The Evil Within)
《恶灵附身2》(The Evil Within 2)
《生化奇兵合集》(Bioshock The Collection)
《无主之地2》(Borderlands 2)
《无主之地3》(Borderlands 3)
《杀手:赦免》(Hitman: Absolution)
《杀手:暗杀世界》(HITMAN World of Assassination)
《耻辱》(Dishonored)
《耻辱2》(Dishonored 2)
《死亡岛》(Dead Island)
《消逝的光芒》(Dying Light)
 
以及更多。而浩如烟海的独立游戏则更不在话下。对DIY感兴趣的玩家还可以安装模拟器软件,直接在Windows掌机上玩PS2、PS3、任天堂3DS和Switch游戏。甚至,如果你平时还有在客厅玩游戏的需求,也完全可以将这些掌机接上线缆和电源,使其进入桌面模式,并连上手柄,就可以在客厅继续畅享这些AAA游戏了。
 
而就在2023年9月,网络上曝光了在iOS手机端和iPadOS端将会有卡普空和Kojima Productions的AAA游戏上线之后,我们也确实有必要将真正在手机和平板电脑领域的ARM SoC考虑进来。而由于ARM架构的特殊性,运行AAA游戏时就需要考虑更多SoC性能之外的因素。不过在说明影响ARM SoC的外部因素之前,我们可以先一窥2020年以后ARM SoC的理论GPU性能:
 
Adreno 660(来自高通骁龙888 SoC,2020年)
1.72 TFLOPS
 
Adreno 730(来自高通骁龙8/8+ Gen 1 SoC,2022年)
2.5~2.7 TFLOPS
 
Adreno 740(来自高通骁龙8 Gen 2/领先版 SoC,2023年)
3.4~3.6 TFLOPS
 
Apple A16 5-Core GPU(2022年)
1.8 TFLOPS
 
Apple A17 Pro 6-Core GPU(2023年)
2.15 TFLOPS
 
Apple M1 8-Core GPU(2020年)
2.6 TFLOPS
 
Apple M1 Pro 14-Core GPU(2021年)
4.6 TFLOPS
 
Apple M1 Max 16-Core GPU(2021年)
10.4 TFLOPS
 
Apple M1 Ultra 48-Core GPU(2022年)
15.9 TFLOPS
 
Apple M1 Ultra 64-Core GPU(2022年)
21.2 TFLOPS
 
Apple M2 10-Core GPU(2022年)
3.6 TFLOPS
 
Apple M2 Pro 19-Core GPU(2023年)
3.6 TFLOPS
 
Apple M2 Max 38-Core GPU(2023年)
13.6 TFLOPS
 
Apple M2 Ultra 76-Core GPU(2023年)
27.2 TFLOPS
 
可以看出,从2020年下半年开始,移动SoC的GPU理论性能开始逐渐跟上2013年的客厅游戏设备,并在短短两年时间内发展出了可以和PS4 Pro/Xbox Series S理论能力相当的移动GPU。所以如果一切都按照最美好的设想进行下去的话,那么在2023年我们已经正在手机或者Macbook上畅玩各类AAA大作了。但就目前官方和游戏厂商发布的兼容性预告来看,在ARM SoC设备上实现AAA游戏的流畅运行似乎还有一段路要走。
 
这就需要提到上文提及的ARM SoC硬件之外的因素了。
 
从硬件方面,限制ARM SoC游戏性能的因素是机身内存(RAM)和功耗限制。RAM决定了核心元件与周边硬件的通讯速度,功耗限制决定了硬件的最大性能。出于成本、型号级别和便携设备握持舒适性的考虑,制造商会考虑选用性能和容量大小不一的RAM内存,并对硬件的功耗做出严格限制,这几乎是从根本上限制了ARM SoC的性能发挥。
 
从周边方面,硬件的散热规模会导致ARM SoC在极端工况下的性能表现。诸如Xbox One、PS4或者ROG Ally能够释放其强大性能的关键在于它们硕大的机身体积和与体积相配的散热能力。SoC的使用率越高,发热就会越大,这就需要更大的散热模组将积攒在SoC上的热量快速排走,以保证SoC的工作稳定性,否则SoC将会出现降频。而没有安全措施限制的SoC,在严重过热后会直接停止工作甚至烧毁报废。目前,一些DIY玩家会为自己的ARM设备加装各类辅助散热模块,并通过刷机等方式解锁这些设备的功耗限制和频率上限,使其发挥出更强劲的性能。
 
最后也是最最关键的,就是ARM架构下差异较大的软件开发生态极大限制了AAA游戏在ARM架构设备上的运行能力。从历史上来看,绝大多数AAA游戏都是基于X86-64生态开发,因此许多优化和功能都是围绕X86和X86-64生态构建的,架构上具有天然的排斥性。但随着通用游戏引擎的逐渐成熟,面向多端开发逐渐成为主流,一部分有实力的厂商和独立开发者便开始开发更多ARM架构原生的游戏。而随着智能手机在电子游戏市场的占比越来越大,专为移动设备开发的AAA游戏也逐渐增多,这些游戏大都可以通过模拟器在X86生态的设备上流畅运行。而大多数基于X86-64生态开发的PC和主机AAA游戏由于开发环境和所用工具的不同,导致它们难以直接通过简单的方法移植到ARM架构的设备上,而是需要通过名为“转译”的方式才能让这些游戏在ARM设备上运行,而转译效率就成为了阻挡AAA游戏在ARM架构上发挥的主要瓶颈。
 
目前,具有转译能力的软件和工具,其效率仍有非常大的提升空间。不过,随着Apple不断迭代优化其内部开发工具的转译能力,以及通过MetalFX Upscaling等新的AI技术帮助X86-64生态下的AAA游戏在ARM架构设备上呈现高清画质,相信很快我们就能看到在ARM SoC设备上畅享最新AAA游戏的日子了。