Por qué PS5 y Xbox Series X no utilizan CPU Intel ni GPU NVIDIA, y por qué quizá nunca lo harán

Tanto PS5 como Xbox Series X utilizan CPU AMD Ryzen y GPU AMD Radeon, ninguna de las dos ha montado una CPU Intel o una GPU NVIDIA. Lo mismo ocurrió con las consolas de la generación anterior, tanto las versiones estándar como las mejoradas que llegaron después, ya que todas repitieron esa configuración con soluciones de AMD.

Sin embargo, Nintendo Switch sí que utiliza una GPU de NVIDIA, aunque su CPU está basada en la arquitectura ARM. Es la excepción a la regla, y parece que así seguirá siendo, ya que todo parece indicar que Nintendo Switch 2 volverá a contar con una CPU ARM y una GPU NVIDIA basada en una arquitectura más avanzada.

Por contra, PS5 Pro volverá a utilizar una CPU AMD Ryzen y una GPU Radeon, y lo más probable es que las consolas de próxima generación de Sony y Microsoft repitan esta misma estrategia, ¿pero sabes por qué? La respuesta es muy interesante, y nos da mucha información de gran valor sobre el pasado, el presente y el futro de las consolas. Por esa razón he preparado este artículo especial, donde hablaremos sobre este tema tan interesante.

Las consolas antes de la revolución de las APUs

PS3 por dentro. Imagen por cortesía de Copetti.org.

Parece un tiempo ya muy lejano, pero la verdad es que hace solo tres generaciones las consolas todavía tenían una clara división a nivel de CPU y GPU. El procesador tenía su propia pastilla de silicio y su propio empaquetado, y lo mismo ocurría con la GPU. Este diseño a nivel interno tenía sus ventajas, ya que:

• Cada componente tenía su propio TDP.
• Podían ocupar más espacio a nivel de silicio.
• Era posible incorporar GPUs y CPUs más potentes y complejas.

Esta estructura se utilizó hasta la llegada de PS4 y Xbox One no porque fuese la mejor opción, sino porque en realidad era la única. En la era de PS3 y Xbox 360 no existían soluciones capaces de integrar una CPU y una GPU en un mismo encapsulado con potencia y eficiencia suficientes para crear un sistema gaming con un buen nivel de rendimiento.

Aunque estos diseños tenían sus ventajas, también tenían sus desventajas:

• Integrar CPU y GPU por separado complica el diseño a nivel interno.
• También hace que sea más difícil dar forma a un sistema de refrigeración eficaz.
• Encarece los costes de producción y complica el suministro, sobre todo si se depende de dos marcas diferentes.
• Puede complicar también el desarrollo de videojuegos, aunque esto dependerá de las arquitecturas utilizadas.

Hay muchos ejemplos de lo que es posible conseguir con un diseño de CPU y GPU independiente, pero uno de mis favoritos es la Xbox original. Esta consola fue un auténtico monstruo, la más potente de su generación, y durante la etapa temprana de PS3, cuando todavía era muy complicado aprovechar su potencia real, los juegos de dicha Xbox tenían poco que envidiarle.

Xbox original por dentro. Imagen por cortesía de Copetti.org.

Xbox tenía un procesador Intel Pentium III personalizado capaz de funcionar a 733 MHz, una GPU GeForce 3 Ti personalizada y 64 MB de memoria RAM. Gracias a las optimizaciones que tenían sus kits de desarrollo y a su sistema operativo, que era extremadamente ligero, esta consola fue capaz de mover incluso juegos que estaban hechos para la próxima generación, como DOOM III y Half-Life 2.

Este diseño se mantuvo en Xbox 360, que contaba con una CPU PowerPC de IBM con tres núcleos y una GPU de AMD personalizada con 240 shaders unificados de primera generación, y en PS3, que tenía una CPU Cell de IBM y una GPU NVIDIA GeForce 7900 GT personalizada, que todavía mantenía la división entre sombreadores de píxeles y sombreadores de vértices.

En generaciones anteriores las consolas no diferían mucho de esa estructura. La división entre procesador y núcleo gráfico era evidente, aunque también era normal encontrar chips de apoyo y coprocesadores. Por ejemplo, PS1 tenía una CPU MIPS y una GPU GTE fabricada en el nodo de 600 nm, un diseño bastante convencional, pero Sega Saturn utilizaba dos procesadores SH2 de Hitachi.

Integración de CPU y GPU: primeros pasos y primeras APUs

CPU y GPU de Wii U en el mismo empaquetado, pero con diferentes encapsulados.

La primera consola que utilizó una solución que integraba CPU y GPU fue Wii U. Esta consola tenía un procesador PowerPC de IBM y un núcleo gráfico Radeon de AMD con 160 unidades de sombreado. Ambas compartían empaquetado, pero tenían sus propios encapsulados, así que esta solución no encajaba con el concepto de APU, donde CPU y GPU están en la misma pastilla de silicio, y por tanto en el mismo encapsulado.

Un año después del lanzamiento de esta consola llegaron PS4 y Xbox One, dos consolas que marcaron una auténtica revolución al abrazar de lleno la APU como solución definitiva para eliminar la separación entre procesador  y núcleo gráfico. Ambos componentes se integraban en la misma pastilla de silicio, y representó una evolución enorme que solo fue posible gracias a la apuesta de AMD por los diseños personalizados.

La APU de PS4 fue capaz de integrar el rendimiento de una GPU de gama media de su generación en un encapsulado de solo 348 mm2. Dentro de ese encapsulado teníamos un núcleo gráfico capaz de rendir más o menos al nivel de una Radeon HD 7850, aunque utilizaba una arquitectura más avanzada (GCN 2.0) que esta y era compatible con más funciones gráficas.

En el caso de Xbox One teníamos un núcleo gráfico menos potente que se acercaba a una Radeon HD 7770 en potencia bruta, y estaba limitada a la arquitectura GCN 1.0. Las diferencias entre ambas consolas a nivel de rendimiento gráfico se hicieron evidentes desde el primer momento, y PS4 salió como la gran ganadora de esa generación.

La APU de PS4 está marcada en rojo. CPU y GPU dentro del mismo encapsulado. Imagen cortesía de iFixit.

Para poder integrar una GPU tan potente en una pastilla de silicio compartida con la CPU fueron necesarios muchos avances, y muchos cambios, aunque los más importantes fueron dos: el salto al nodo de 28 nm hizo posible un nivel de miniaturización de transistores sin precedentes, y se sacrificó potencia a nivel de CPU para dar prioridad total al núcleo gráfico, que al fin y al cabo es el componente más importante en una consola.

Al limitar la complejidad de la CPU fue posible reducir su espacio ocupado a nivel de silicio, y también su consumo de recursos. Para conseguir esto, AMD utilizó la arquitectura Jaguar, que era el equivalente a la arquitectura de los procesadores Intel Atom, es decir, una solución de bajo consumo y bajo rendimiento que no tenía nada que ver con las arquitecturas más avanzadas y potentes de la época.

Si AMD no hubiera apostado por la arquitectura Jaguar no habría podido diseñar las APUs de PS4 y Xbox One tal y como las conocemos, porque habría sido posible integrar una GPU tan potente y compleja con una CPU más potente basada en la arquitectura Piledriver, por poner un ejemplo sencillo. Esa CPU Jaguar estaba configurada con ocho núcleos a baja frecuencia, y los kits de desarrollo con APIs de bajo nivel hicieron su magia.

Al principio generaron, dudas, pero cumplieron con las expectativas. La APU de PS4 le permitió mover juegos en 1080p a 30 FPS en casi todos los casos durante toda su vida útil, y Xbox One normalmente se movió entre 900p y 720p y 30 FPS por su menor potencia. Los buenos resultados que consiguieron las APUs de AMD hicieron que tanto Sony como Microsoft decidieran volver a apostar por ellas para diseñar PS5 y Xbox Series X.

PS5 y Xbox Series X: la consagración de la APU y el adiós a NVIDIA

La APU de PS5 que integra, de nuevo, CPU y GPU en el mismo encapsulado.

El salto a un diseño basado en una APU permitió a Sony y Microsoft simplificar la arquitectura y la construcción de PS4 y Xbox One. También abarató los costes, hizo que fuera más fácil negociar un acuerdo de diseño y de suministro, e hizo que ambas compañías solo dependieran de AMD para tener un buen nivel de stock de la APU que necesitaban para fabricar sus consolas.

No hay duda de que con el nuevo diseño basado en una APU todo eran ventajas, tanto a nivel de arquitectura como de costes. La renovación de este diseño con PS5 y Xbox Series X supuso su consagración en el mundo de las consolas, y puso punto y final a los diseños basados en CPU y GPUs separadas e independientes.

Ya os he explicado las cosas positivas y negativas que tienen ambos enfoques. Al final para Sony y Microsoft el tema de los costes es el más importante a la hora de fabricar una consola. También hay que tener en cuenta que las APUs que utilizan PS5 y Xbox Series X han vuelto a conseguir buenos resultados,  así que no creo que volvamos a ver nunca una consola que recupere ese diseño con CPU y GPU en diferentes empaquetados.

Las consolas portátiles se han beneficiado mucho de la evolución de las APUs, una realidad que ha permitido crear sistemas muy potentes que son capaces de mover juegos actuales en 1080p incluso mejor que la generación anterior de consolas. Podría poner muchos ejemplos, pero sin duda los más conocidos son la ASUS ROG Ally y la Steam Deck.

Nintendo Switch ha sido una excepción muy curiosa, ya que ha sido la única consola portátil que ha apostado por una CPU ARM y una GPU NVIDIA, basada en la veterana arquitectura Maxwell. Esto tiene una explicación, y es que el NVIDIA podía proporcionar una solución SoC que integraba todo lo que Nintendo necesitaba en aquel momento, y a un coste muy razonable, ya que el gigante verde necesitaba dar salida a su chip Tegra X1.

Si NVIDIA solo hubiera ofrecido una solución GPU a Nintendo para su consola híbrida esta no habría aceptado, y habría buscado otra alternativa que incluyera como mínimo CPU y GPU en un único chip. En cualquier caso, lo importante es que aunque Nintendo Switch utiliza un núcleo gráfico de NVIDIA al final su apuesta es la misma que la que hemos visto en las dos últimas generaciones, combinar CPU y GPU en un único chip para simplificar diseño y abaratar costes.

Entonces, ¿por qué PS5 y Xbox Series X no utilizan CPUs Intel y GPUs NVIDIA?

Pues es muy sencillo, porque para hacerlo tendrían que volver al diseño de la era de PS3 y Xbox 360, es decir, tendrían que implementar una CPU Intel y una GPU NVIDIA separadas en dos chips con sus propios empaquetados, ya que no existe una APU que integre ambos componentes de dichas compañías.

Esto encarecería y complicaría el diseño de futuras consolas con dos chips independientes, y además obligaría a Microsoft y a Sony a negociar dos contratos de personalización y de suministro, un para la CPU y otro para la GPU. Por último hay que tener en cuenta también que pasar a una CPU Intel y una GPU NVIDIA complicaría el mantenimiento de la retrocompatibilidad de las nuevas consolas con las generaciones anteriores.

En su momento compartí un artículo hablando de cómo podría ser una Xbox Next con CPU Intel y GPU NVIDIA donde profundizo también en este tema, y os invito a echarle un visto si no tuvisteis la oportunidad de leerlo, ya que es muy interesante y no os dejará indiferentes.

Si Intel y NVIDIA pudieran llegar a algún tipo de acuerdo para colaborar y diseñar una solución que integre CPU y GPU en un único encapsulado la cosa podría ponerse muy interesante, sobre todo porque NVIDIA tiene la arquitectura gráfica más avanzada que existe para trabajar con trazado de rayos, y porque esta cuenta además con tecnologías únicas dentro del ecosistema NVIDIA DLSS 3.5.

Sé que alguno estará pensando que esto es imposible, pero la verdad es que si Intel y AMD fueron capaces de colaborar para crear los Intel Kaby Lake G con gráficos Radeon creo que no podemos descartar que el gigante del chip y el gigante verde puedan llegar a trabajar juntos algún día. No digo que vaya a pasar, solo digo que no es imposible, y que con lo importante que es el mercado de las consolas podría ser una aventura valiosa para ambas empresas.

La única consola de nueva generación que va a contar con una GPU de NVIDIA seguro será Nintendo Switch 2. No va a competir directamente con PS5 y Xbox Series X, pero va a ser muy interesante porque nos permitirá ver cómo compite un núcleo gráfico Ampere de NVIDIA personalizado contra consolas como la Xbox Series S, la ASUS ROG Ally X y la Steam Deck.