Artigo Técnico | ‘Nintendo Switch 2’ – Como produtores podem ter seus jogos a 60fps e 4K no próximo sistema?

Recentemente, dois rumores (1) (2) foram compartilhados na internet sobre a Nintendo ter exibido a portas fechadas versões para demonstrar a tecnologia que a companhia deseja alcançar com seu próximo sistema, o suposto sucessor do Nintendo Switch.

Uma dessas versões demo teria sido The Legend of Zelda: Breath of the Wild, jogo lançado originalmente para o Nintendo Switch atual em 2017. Essa demo não representa um potencial relançamento no novo sistema, mas sim uma forma de exibir aos desenvolvedores e parceiros que jogos atuais poderiam receber melhorias significativas no próximo console da companhia.

A pergunta que ficou aos leitores foi: “Como alcançar essa performance?”

Com auxílio de usuários do fórum Famiboards, trazemos à vocês um resumo do que poderá ser feito unindo o que já se sabe com vazamentos da NVIDIA, rumores e especulações.

Vamos começar dizendo que, para que um jogo possa alcançar essa performance e resolução, precisará seguir alguns passos e cumprir alguns requisitos:

1. Carregar os dados do armazenamento
2. Convertê-los em algo que ele possa usar
3. Iniciar as simulações do jogo
   • Essas primeiras 3 etapas levam cerca de 30 segundos, atualmente.
   • A primeira tela do menu leva cerca de 1,4 segundos para desaparecer antes da tela de carregamento.
   • “Instantâneo” precisa durar cerca de 1,5 segundos, então.
4. Desenhar 8,3 milhões de pixels na tela
   • No Switch, Zelda tem 900p, então são apenas 1,4 milhão de pixels
5. Desenhar 8,3 milhões de pixels novamente, 16,6 milissegundos depois.
   • No Switch, Zelda tem 30fps, então são 33,3ms
   • Vamos passo a passo e falar sobre como o “esperado” Next Gen Switch altera essas etapas, para fazer esse
   • Zelda 4k60 sem carregamento acontecer.

A parte mais lenta deste processo, e o Switch tem três locais onde pode carregar os dados. Do armazenamento interno, de um cartucho ou do cartão SD. No “Switch NG” (de próxima geração) pelo menos dois destes fatores receberão upgrade.

O mesmo tipo de armazenamento que existe em um smartphone
O armazenamento interno do Switch é eMMC – que está basicamente morto. Ele está presente nos telefones econômicos, mas os chips telefônicos modernos nem sequer têm a opção de usá-lo.

Quase todos os telefones Android migraram para o UFS. No final das contas, você pode esperar uma melhoria de algo como 5x em relação ao Switch atual.

Um novo formato de cartucho para combinar
Existem rumores sólidos de que a Nintendo atualizou o formato do cartucho para algo muito mais rápido. Isso não se aplica apenas à Mais Poderio, mas a tecnologia antiga estavam ficando caros de serem fabricadas e os jogos estão cada vez maiores.

E quanto ao armazenamento expandido?
Ainda não há clareza aqui, então seguimos com uma grande incógnita sobre o tema.

A segunda etapa é principalmente a descompactação – transformar os ativos compactados no disco em formatos não compactados que o jogo pode consumir. O Switch NG adiciona duas novas ferramentas:

Hardware de Descompressão Dedicado
Está praticamente confirmado que o Switch NG possui hardware de descompressão dedicado. Em dias de armazenamento mais lento, a compactação também acelerava as coisas, porque o armazenamento era muito lento. Ler quantidades menores de dados que você precisava descompactar era mais rápido do que ler grandes quantidades de dados descompactados na memória.

Os sistemas modernos têm o problema oposto. O armazenamento é rápido, mas as CPUs estão mais ocupadas do que nunca. Mas os jogos também são grandes, então a compactação ainda é necessária. O hardware de descompactação tira totalmente a CPU da equação, descompactando mais rápido do que a CPU poderia, mas sem qualquer carga para a CPU.

Novos Formatos
Não é apenas o hardware que está evoluindo, mas o software. A Nvidia vem desenvolvendo novos formatos de compactação projetados para funcionar com armazenamento mais rápido. Esta demo provavelmente não foi apenas “Breath of the Wild em novo hardware”, mas “Breath of the Wild portado para nosso novo conjunto de ferramentas”, incluindo novos formatos.

Para iniciar o jogo, isso pode demorar mais, mas no jogo normal você precisa fazer isso a cada quadro. O que devemos ter em mente é que isso geralmente não tem nada a ver com resolução. A física de Breath of the Wild é a mesma em 4k e 540p, a mesma para a IA Bokoblin. Então é tudo uma questão de taxa de quadros. 30fps ⇒ 60fps é duas vezes mais rápido.

CPUs Simplesmente Mais Rápidas
Exatamente como no subtítulo. A CPU do Switch foi projetada em 2012. A CPU do Switch NG foi projetada em 2020, pela lendária equipe ARM Austin, e ainda é, em muitos aspectos, o auge de seu trabalho, com novos núcleos ARM só agora voltando para onde este estava.

Em um Switch com overclock contra o Orin NX (que é basicamente primo do Switch NG, com CPUs quase idênticas), há registro de um salto muito maior que 2x.

Simplesmente Mais Núcleos
O Switch possui 4 núcleos. O Switch NG tem 8 deles. Nem todas as tarefas podem ser divididas para serem executadas duas vezes mais rápido e com o dobro de núcleos, mas um dos melhores concorrentes é, na verdade, o carregamento onde muitas tarefas de configuração diferentes acontecem independentemente umas das outras.

1,4 milhão de pixels a 8,3 milhões de pixels. Isso é um salto de 6x. Como?

Uma GPU Gigante
O Switch possui uma GPU de 256 núcleos. O Switch NG possui 1536 núcleos. Esse é o seu salto de 6x, pronto. As GPUs são muito boas em escalar com mais núcleos, ao contrário das CPUs, e esse tipo de “apenas jogue mais núcleos” realmente funciona exatamente como você ingenuamente presumiria que funcionaria.

Tudo isso assumindo que os núcleos rodam na mesma velocidade do Switch. Geralmente, os avanços que permitem inserir mais núcleos em um chip de tamanho semelhante também trazem consigo um pouco mais de eficiência de energia, permitindo que você aumente os clocks. Portanto, 6x representa o piso aqui, com relógios adicionais variando de 7x a 8x.

Mas ainda estamos apenas em 30fps. É bastante claro como colocamos a lógica do jogo em 60fps – temos o dobro de potência na CPU, apenas ficamos mais rápidos. Mas temos potência de GPU suficiente para chegar a 4k, muito menos fazer isso o dobro de vezes por segundo, certo?

DLSS 2 (ou 3)
A resposta é Super Amostragem de Aprendizado Profundo (Deep Learning Super Sampling). DLSS é uma tecnologia da NVIDIA que permite obter (a maior parte) dos detalhes de um jogo de alta resolução com (a maior parte) da taxa de quadros de um jogo de resolução mais baixa.

Há muitos detalhes sobre como o DLSS funciona em tópicos diversos pela internet, mas você pode conferir aqui a versão resumida: A reconstrução temporal é um grupo de técnicas que lembra detalhes de quadros mais antigos e os combina de maneira inteligente em um novo quadro, com resolução mais alta.

DLSS é a versão da NVIDIA dessa tecnologia que usa IA para fazer essa combinação. Essa IA é possível em um computador doméstico por causa de aceleradores de IA especiais que a NVIDIA construiu, chamados Tensor Cores. É amplamente considerada a técnica de upscaling da mais alta qualidade, produzindo os melhores resultados no menor tempo possível.

Isso ocorre porque a GPU desenha apenas metade dos pixels de cada quadro, com o DLSS preservando esses detalhes entre os quadros. E esse é o segredo aqui. O Switch NG é grande como GPU “apenas” para desenhar imagens de 1440p em cada quadro, com o DLSS criando uma linda imagem de 4K, e com o DLSS, o anti-aliasing é efetivamente gratuito.

Os arquivos de Breath of the Wild são convertidos para um novo formato projetado para um hardware moderno. Eles são lançados na memória por uma solução de armazenamento incrivelmente rápida, descompactada em tempo real por hardware especial. Enquanto isso, um cluster de 8 CPUs trabalhando em velocidade quádrupla configura os dados iniciais do jogo em milissegundos. Uma GPU nova e mais poderosa atrai três vezes mais pixels do que antes. A IA transforma esses pixels em 4k, enquanto a CPU e a GPU avançam para renderizar a 60fps.

Com isso, fica um pouco mais fácil de compreender como jogos semelhantes já disponíveis no console da Nintendo atual podem receber melhorias no próximo hardware – ou até mesmo novos títulos chegarão à plataforma inédita com uma facilidade maior para atingir resoluções mais altas e performance melhores.