Come ottimizzare videogiochi su PC e console? Risponde uno sviluppatore di videogiochi

PlayStation 5 Pro ha riacceso antiche discussioni su grafica, prestazioni e l’ottimizzazione dei videogiochi. Questioni in realtà molto più complesse di quanto si creda, motivo per cui ci siamo chiesti cosa si deve fare per ottimizzare videogiochi su PC e console e quali differenze ci sono tra le varie piattaforme, compresa la mid-gen di Sony, per poi approfondire l’argomento con questo articolo speciale.

Al di là però del rapporto tra le prestazioni e il costo di Ps5 Pro (che ha generato il malcontento generale), che rappresenta senza dubbio una questione spinosa, sono le varie comparative con il mondo PC a non trovare una effettiva utilità, salvo forse per quella piccola parte di utenza che sta valutando un cambio di piattaforma.

Per controbattere ai vari luoghi comuni e alle prese di posizione che si leggono ogni giorno sui vari social, abbiamo deciso pubblicare un’intervista a uno sviluppatore di videogiochi, Andrea Barillari, un professionista che lavora con gli hardware console e PC, situazione analoga a quanto fatto nel 2019 con l’intervista ad Angelo Pesce, uno degli ex direttori tecnici di Activision, articolo che ovviamente vi invitiamo a leggere.

Intervista a uno sviluppatore di videogiochi: Andrea Barillari ci spiega l’ottimizzazione dei videogiochi su PC e console

• Ciao Andrea. Innanzitutto grazie per la disponibilità e per averci concesso questa intervista. Per prima cosa parlaci di te, del tuo percorso professionale e di cosa ti occupi nello specifico.

Ciao, innanzitutto grazie a voi per lo spazio. Io sono un software engineer, specializzato nella programmazione di interfacce grafiche nei videogiochi. Lavoro nell’industria da circa 7 anni, e ho iniziato presso una piccola azienda indie, LKA, dove ho lavorato sullo sviluppo di Martha Is Dead, un horror psicologico, per quasi tutta la durata dello sviluppo.

Dopo aver lavorato per quasi un paio d’anni presso un’azienda americana di outsourcing (cioè che supporta gli studi con professionisti a contratto) su una manciata di progetti, sono infine approdato a Warner Bros Games, dove ho avuto modo di lavorare su titoli come Gotham Knights, Suicide Squad: Kill The Justice League e Mortal Kombat 1.

Ci tengo a precisare che sto rilasciando quest’intervista a titolo puramente personale, in quanto professionista del settore, e non come rappresentante del mio attuale datore di lavoro.

Collegamento al suo profilo LinkedIn.

Render target su console e giochi a 30fps

• Entriamo ora a gamba tesa nelle questioni più tecniche, data la tua esperienza vogliamo farti qualche domanda inerente alla tua mansione e alle tue competenze. Per farlo ci affidiamo a quelli che sono gli argomenti più diffusi sui social anche per fornire all’utenza delle informazioni attendibili su cui riflettere. Uno degli argomenti di tendenza negli ultimi mesi sono stati i giochi a 30fps su console e i motivi che possono spingere gli sviluppatori verso questo render target, considerato ormai anacronistico e figlio di una sorta di pigrizia da parte degli addetti ai lavori. Premettiamo subito di dissociarci da questa accusa irrispettosa e vorremmo sapere da te quali sono i reali motivi alla base della scelta di uno o l’altro render target. Più nel dettaglio: quali difficoltà si possono incontrare in fase di sviluppo capaci di influenzare la scelta dei render target o compromettere il raggiungimento dei 60fps?

Nei videogiochi moderni ci sono diverse sfide che concorrono a consumare le risorse dell’hardware e che quindi possono influenzare la scelta dei render target o il framerate.

Senza fare la lista della spesa si può citare la complessità degli shader, che al giorno d’oggi sono molto avanzati, la gestione e lo streaming degli asset (mesh, texture, animazioni, audio, particellari) che può causare memory swap o draw call non necessarie, o la qualità dell’illuminazione.

Potrei continuare ad elencare altri aspetti tecnici ma il punto è che ogni videogioco ha esigenze diverse, che sono fortemente guidate dal design e dalla direzione artistica. Ogni videogioco è il frutto del lavoro di tantissime persone e del compromesso tra arte e ingegneria dovuto ai vincoli di tempo e budget a cui sono soggetti gli sviluppatori.

Non sempre raggiungere i 60 fps è l’obiettivo dei game director, i quali, magari, preferiscono concentrarsi su altri aspetti del gioco e preferiscono sacrificare quel frame rate target per ottenere altri obiettivi.

Ottimizzare videogiochi su PC e console: perché le console non arrivano a 60fps?

• Nell’immaginario collettivo domina la convinzione che siano i componenti hardware a rappresentare un limite. In particolar modo si parla dei componenti console in contrapposizione ai componenti desktop molto più performanti. A partire da questo presupposto l’utenza trae una sola conclusione: “se il gioco va a 30fps allora è perché le console non riescono ad andare a 60fps”. Per tua esperienza è così? Le console attuali, Ps5 e Xbox Series, rappresentano un limite di qualche tipo? O tutto dipende sempre da come si lavora e da come si progetta il gioco in base alle sue specifiche necessità?

Il frame rate non è una caratteristica intrinseca dell’hardware bensì del software. Sarebbe molto semplice progettare videogiochi che performano a frame rate altissimi ma che avrebbero una resa visiva e di impatto grafico inferiore allo standard dell’attuale generazione. Il framerate è una delle tante componenti che caratterizzano un videogioco, e a seconda dei casi, può essere più o meno importante.

Esistono videogiochi che raggiungevano i 60 fps persino sulla prima Playstation, come Mortal Kombat 4 e i Tekken! È chiaro quindi che le console non rappresentano mai un limite, ma è tutta una questione di priorità e di vincoli di budget e tempo.

Di nuovo, se i director ritengono che per un determinato gioco i 60 fps non siano la prima priorità, e il budget e il tempo non consentono di raggiungere quel frame rate SENZA sacrificare ciò che viene ritenuto essenziale e fondamentale per l’esperienza di gioco, avremmo un’esperienza a 30 fps.

CPU limitata su PlayStation 5 e Xbox

• Seguendo sempre un percorso logico e addentrandoci sempre più nello specifico della questione “PC contro console”, la pietra dello scandalo è quasi sempre il processore. L’utenza non punta il dito solo contro le configurazioni console a tutto tondo ma tende spesso a concentrare la sua indignazione verso la CPU, ritenuta un collo di bottiglia e un limite alla creatività dei team di sviluppo, non solo in termini di framerate massimo ma anche per quanto riguarda gli elementi demandati al processore. Per tua esperienza è così? Parlaci un po’ di come ci si relaziona ai processori console negli ambienti di sviluppo tripla A e se per voi sono effettivamente un problema.

Qui mi permetto di entrare un po’ più sul tecnico. La CPU gestisce tutti quegli elementi che  rientrano nel cosiddetto “game thread”, elementi di gameplay, come fisica, IA, collisioni, gestione degli input, ma non solo, anche il networking, ovvero tutti quegli algoritmi che consentono al gioco di parlare con altri client o server e replicare lo stato di gioco frame per frame in un ambiente multiplayer, rientrano tra i compiti della CPU.

Può capitare, che per scelta di game design, un videogioco possa richiedere molte più risorse alla CPU che alla GPU, in questo caso si parla di videogiochi CPU bound, ovvero dove il frame rate finale è deciso dal “game thread” della CPU e non dal “rendering thread” della GPU. Motivo per cui esistono videogiochi in cui andare a ridurre la risoluzione o i dettagli visivi non modifica minimamente il frame rate.

Nelle console vi è il grande vantaggio che l’hardware è fisso, pertanto si possono effettuare ottimizzazioni legate al multithreading e al principio di cache miss che su PC non sono possibili. Il problema però è che non sempre si riesce a fare.

Gli studi first party hanno sempre un engine cucito intorno all’hardware della console di riferimento, pertanto eseguono quasi sempre queste operazioni di ottimizzazione. Gli studi third party invece utilizzano engine proprietari cross-platform o addirittura engine commerciali pensati per essere general purpose, quindi l’ottimizzazione CPU (ma non solo) richiede molto, ma molto, più tempo.

Le CPU diventano quindi un problema solo nel momento in cui ci si accorge che il gameplay pensato da design è molto demandante di risorse computazionali e vi è poco tempo per effettuare le operazioni di ottimizzazione che ho riportato sopra.

Come si ottimizza un videogioco su PC e console: confronto tra componenti hardware

• Leggendo le varie argomentazioni social inerenti alla platform war “PC contro console“, emerge che la questione del limite hardware nasce quasi sempre dal confronto diretto tra piattaforma PC e piattaforma console dove le console hanno perso il vantaggio dell’ottimizzazione specifica, ritenuta ormai inesistente. Per tua esperienza si tratta di un confronto legittimo che trova riscontro nel concreto? Oppure su console si lavora o si può lavorare diversamente rispetto all’ecosistema PC? Sempre in tema di comparazioni, ritieni corretto un confronto uno a uno tra componenti console e componenti PC desktop? La domanda si collega ai vari paragoni tra configurazioni PC e console dove spesso la componentistica PlayStation o Xbox viene rapportata a qualche modello di GPU discreta di Nvidia o AMD, idem per i processori.

Confrontare i componenti hardware di PC e console, in termini prettamente numerici, ha poco senso. Una PS5 ha una GPU in grado di raggiungere una potenza di calcolo di circa 10 Teraflops, mentre una RTX 3070 ha una potenza di calcolo quasi doppia. Si potrebbe pensare che dunque un PC con una RTX 3070 otterrà sempre risultati migliori rispetto ad una PS5. Tuttavia non è affatto così, per diversi motivi.

In primis, su PC i driver grafici devono tenere di conto della variabilità dell’hardware e sono molto più complessi proprio per questo motivo, questo rappresenta un overhead a livello prestazionale. Iinoltre, sempre per via della variabilità hardware, le API grafiche per PC (DirectX, Vulkan, OpenGL) contengono molte più astrazioni e sono molto più generiche rispetto alle loro controparti console che sono costruite per dialogare con l’hardware, a livello molto più basso e senza che ci sia bisogno dell’intervento dei driver.

Questo discorso non si ferma alla GPU, ma è estendibile anche agli altri componenti, come CPU, memoria RAM e di archiviazione e i databus.

Una console, poi, è un dispositivo creato appositamente per giocare e pertanto anche i sistemi operativi che gestiscono i processi e il memory buffering sono ottimizzati molto di più rispetto ad un PC che è una macchina generica e pensata anche per fare molte altre cose.

Aggiungiamo poi, come ho già affermato in precedenza, che su console si possono andare a sviluppare giochi avendo come riferimento un solo hardware, cosa che fanno i first party, con risultati a dir poco strabilianti (ricordo ancora la resa grafica di The Last Of Us su PS3). Motivo per cui una console può ottenere risultati decisamente migliori rispetto a PC che montano componenti equivalenti in termini puramente numerici prestazionali.

Per mia esperienza personale, ho visto benchmark di build di sviluppo girare in modo praticamente equivalente su una PS5 e su un PC che monta una RTX 3070 e un processore Ryzen 7 5800, nonostante sulla carta, il PC sia numericamente più potente della PS5.

Il disco SSD di Playstation 5 è tutto marketing?

• Questa è una domanda particolare che riguarda gli SSD delle console. Si è fatto un gran discutere del magico SSD di PlayStation 5 annunciato in pompa magna da Sony durante la presentazione della console. Ciò nonostante ad oggi si percepisce una certa delusione generale perché all’apparenza nessun gioco è riuscito a scoperchiare gli effettivi vantaggi promessi dalla tecnologia a stato solido. Per tua esperienza l’SSD è stato un effettivo passo avanti? La maggiore velocità offerta da questo componente ha agevolato il lavoro dei professionisti?

Beh, sì che è stato un passo avanti. Avere una console che montasse un SSD di serie ha permesso agli sviluppatori finalmente di non preoccuparsi più di gestire sistemi di streaming che dovessero fare i conti con gli ormai obsoleti dischi meccanici. Non a caso vediamo che pure i titoli PC di oggi hanno lo SSD come requisito minimo e non più consigliato.

Sul fatto che poi nessun gioco è riuscito a scoperchiare gli effettivi vantaggi promessi dalla tecnologia non sono d’accordo. Mi viene in mente Spider-Man 2, dove sono riusciti a mantenere uno streaming costante degli asset, mantenendo alta qualità visiva e 60 frame al secondo, nonostante l’altissima velocità di traversal dei protagonisti, in un mondo open world comunque denso di elementi.

Non è un caso che ho citato un titolo first party che riesce a sfruttare al massimo le API di storage e di lettura del disco PS5. Posso assicurarti che difficilmente avremmo visto uno Spider-Man 2 con tale traversal costruito con Unreal Engine, almeno non quello vanilla.

Motori grafici e Unreal Engine

• Sviluppo e strumenti di lavoro, non solo componenti ma anche i fondamentali middleware. Quanto e come l’utilizzo di un engine rispetto a un altro può fare la differenza? Stiamo assistendo alla sempre maggiore diffusione del motore di Epic, il famosissimo Unreal Engine. Come mai sempre più team di sviluppo adottano questa soluzione al posto magari di motori proprietari o aziendali (vedi frostbite, cryengine, REDengine)?

Anche il nuovo Halo sarà sviluppato con Unreal Engine. Questo si aggiunge ad una lista di studio che negli ultimi anni hanno abbandonato i loro engine proprietari per passare ad Unreal, come Crystal Dynamics, Square Enix, o la stessa CD Projekt Red, che svilupperà il nuovo titolo della saga di The Witcher col motore di Epic Games.

Le motivazioni sono sostanzialmente due. La prima è che Unreal è un engine accessibile a tutti. Chiunque può andare sul portale web di Epic e scaricare l’ultima versione del motore, e ormai ci sono innumerevoli risorse di apprendimento, tutorial e documentazione online che rendono Unreal Engine accessibile anche per un novello game developer.

Questo ha fatto sì che negli ultimi anni molti sviluppatori abbiano ottenuto esperienza nell’utilizzo del motore. Questo consente alle aziende di trovare nuovo personale molto facilmente ed evitare di effettuare training intensivo sul loro engine proprietario.

Il secondo motivo, credo il più importante, è che creare e mantenere un engine al giorno d’oggi, e stare al passo con tutte le nuove piattaforme di gioco e le nuove tecnologie messe a disposizione dai produttori di hardware è estremamente costoso in termini di denaro e tempo. Unreal Engine viene costantemente aggiornato da Epic e ciò permette agli sviluppatori di non preoccuparsi di queste integrazioni o aggiornamenti.

Tuttavia questo utilizzo massivo di Unreal Engine porta alcuni svantaggi.

Unreal Engine nonostante nasca con Unreal Tournament, un FPS arena, è ormai un motore general purpose, e la sua versione vanilla si può considerare usando un detto inglese “jack of all trades, master of none”, ovvero è un motore che mette a disposizione agli sviluppatori tantissimi strumenti, alcuni anche molto potenti e di alto livello, ma che ha bisogno di tantissima customizzazione per ottenere determinati risultati, sia di gameplay che di performance. Customizzazione che spesso solo i grandi studios con tanto budget possono permettersi.

Ma indubbiamente Unreal ad oggi rimane uno dei migliori motori di gioco disponibili, con tools che neanche i più blasonati motori proprietari possiedono (così mi è stato riferito), e che ha anche consentito a molti studi piccoli e indie di nascere e produrre videogiochi.

Unreal engine 5 su console

• Per tua esperienza è vero che Unreal Engine 5 mostra il fianco a dei problemi progettuali che compromettono le prestazioni dei giochi? Sì parla soprattutto di problemi di stuttering e sfruttamento dei processori. Oppure è sempre tutto nelle mani degli sviluppatori e come e quanto decidono di lavorare per modificarlo? Si vocifera inoltre che le console siano messe in crisi dall’uso dell’UE5 rispetto all’UE4. Motivo per cui i giochi recenti sono molto più ingordi di risorse e quindi più instabili nelle performance. Lo ritieni corretto? L’UE5 mette a dura prova le console attuali?

Allora facciamo chiarezza: dire che UE5 mette a dura prova le console attuali è un’affermazione che ha poco significato.

Il motore di gioco è uno strumento e i risultati che produce dipendono da come viene usato. UE5 poi non è altro che UE4 con nuove feature, come Nanite, Lumen e World Partition (e ovviamente miglioramenti ai tools e alla quality of life per i dev). Ma sta agli sviluppatori decidere se e come usare i tool e le funzionalità che il motore offre. E il se e il come, poi rientra sempre nei vincoli di budget e tempo a cui ho accennato all’inizio dell’intervista.

Per quanto riguarda i problemi di stuttering che affliggono i giochi sviluppati con Unreal su PC (e sottolineo solo su PC, perché su console questo problema è assente), è un problema specifico e ben chiaro che riguarda come Unreal Engine 4 / 5 comunica con le API grafiche DirectX 12.

In particolare il problema è legato alla compilazione degli oggetti PSO (degli oggetti che contengono dati che permettono di velocizzare alcune operazioni eseguite nella GPU) legate agli shader. Questi oggetti non esistevano in DirectX 11. La compilazione di questi PSO può richiedere fino a diverse centinaia di millisecondi di tempo, il che se avviene mentre il giocatore è in una fase di gioco attiva causerà un stutter più o meno intenso. Una volta che il PSO è stato generato viene salvato in una cache locale.

Alcuni giochi hanno implementato una precompilazione al primo avvio del gioco dei PSO, questa è un’operazione manuale che va implementata dagli sviluppatori, tramite un pre-collecting dei possibili PSO nella build di distribuzione che avviene prima di rilasciarla al pubblico, e che l’engine, quindi, non può eseguire out-of-the-box. Anche effettuando questa operazione, non è detto che l’operazione di pre-collecting riesca a catturare tutte le permutazioni possibili degli shader, pertanto può capitare che qualche PSO sfugga, e che venga poi compilato mentre il giocatore esegue il gioco sul suo PC, causando degli stutter.

Epic sta lavorando ad una soluzione più semplice per risolvere questo problema e che vedrà probabilmente luce nei futuri aggiornamenti del motore, ma ripeto che questo è un problema esclusivo dei giochi PC, in quanto la generazione dei PSO per la riduzione delle draw call è un operazione non necessaria su console.

Tripla A e ambienti di sviluppo: come si lavora in indie e tripla A? 

• Il tuo percorso professionale passa attraverso diverse realtà e diversi contesti di sviluppo. Sappiamo da sempre che il budget inteso come tempo e denaro è la discriminante numero uno, ti chiediamo però di raccontarci la tua esperienza personale, nei limiti del possibile, per scoperchiare potenziali differenze tra le produzioni minori (non per qualità si intende) e quelle ad alto budget. Vorremmo collegare la questione alle domande poste in precedenza, quindi in relazione all’iter di sviluppo e di conseguenza in relazione alle varie piattaforme. Si lavora a partire dalle console? O tutto cambia a seconda dei contesti? Quali difficoltà si incontrano a seconda dei settori?

Per mia esperienza personale, nel mondo AAA si lavora sempre partendo dalle console come hardware target. Questo consente di avere un prodotto cucito e stabile, solitamente su due hardware principali di riferimento, che compongono una grandissima fetta del mercato AAA. La versione PC viene spesso realizzata come porting da studi specializzati, che si occupano di lavorare sulla scalabilità del videogioco sulle diverse fasce hardware e di implementare le funzionalità relative agli store di riferimento del mercato PC.

Al contrario, quando lavoravo in studi più piccoli e indipendenti, si è sempre partiti dal PC come piattaforma di riferimento e poi si realizzavano le versioni console in un secondo momento, tuttavia questo approccio, è a mio parere non ottimale, anzi rallenta e complica lo sviluppo.

Questo perché solitamente si usano PC molto potenti per lavorare sullo sviluppo di videogiochi, servono CPU performanti per avere tempi di compilazione rapidi, tantissima RAM e GPU altrettanto potenti per gestire i tools di sviluppo e l’editor del motore di gioco. Questo porta ad una distorsione delle performance quando si va a profilare il gioco, e si crea caos perché non è chiaro quali sono i limiti giusti da porre tra design, arte e ingegneria mentre si lavora al gioco.

Vi sono delle motivazioni però, per cui alcuni studi piccoli lavorano in questo modo. Accedere ai tools, devkit e SDK per console non è semplice se si è uno studio emergente o non si hanno contatti con publisher più grandi, pertanto lavorare direttamente su PC rappresenta un approccio più semplice e immediato, anche se meno potenzialmente molto meno efficace.

PlayStation 5 Pro e configurazioni console sbilanciate

• PlayStation 5 Pro e console di mezza generazione. Il nuovo hardware Sony non è ancora arrivato sul mercato (data dell’intervista NdR), quindi è ovvio che non possiamo addentrarci in questioni tecniche dettagliate. Ti chiediamo solo un parere personale. Come vedi questi dispositivi di mezzo? Lasciaci spiegare meglio: nell’immaginario collettivo c’è chi pensa che siano dispositivi necessari agli sviluppatori per fronteggiare i limiti crescenti delle console base. Ritieni sia vero? Oppure agli sviluppatori non importa granché dell’esistenza delle mid-gen, in quanto non ritengono limitanti le versioni standard? Molti altri giocatori si scagliano invece sulle configurazioni sbilanciate delle console di mezza generazione. Le critiche si rivolgono quasi sempre alla scelta di minimizzare l’incremento lato processore per massimizzare il rendering nudo e crudo, quindi la GPU. Credi che sia un effettivo problema per chi deve ottimizzare anche su Ps5 Pro? Oppure la GPU più potente basta e avanza per offrire un margine di miglioramento tangibile anche sul fronte del framerate?

Come ho già detto gli hardware delle console attuali, processore incluso, non rappresentano un limite. Avere delle console mid-gen può aiutare a raggiungere risultati migliori in quei giochi dove i compromessi fatti sul lato visivo per ottenere una modalità performance sono stati palesi ed evidenti.

Mi viene in mente, ad esempio, Final Fantasy VII Rebirth, dove la risoluzione si abbassa dinamicamente sotto i 720p nei momenti più concitati e dove i dettagli sono così bassi nella modalità performance che il gioco risulta sfocato e poco piacevole da vedere. O magari permetterà ad alcuni titoli, non CPU bound, di avere più facilmente una modalità performance, sempre se gli sviluppatori decideranno che ne varrà la pena di investire tempo e denaro per la loro implementazione.

Per il resto, come anche mostrato durante la presentazione tecnica di PS5 Pro, si vedranno in genere miglioramenti grafici sui dettagli e sulla qualità dell’immagine, anche grazie alla “versione Sony del DLSS“. Ma come per la generazione passata, questa midgen, non comporterà alcun salto qualitativo generale in quanto per gli sviluppatori gli hardware di riferimento continueranno a rimanere le versioni base delle console, almeno fino alla prossima generazione.

Considerazioni finali sul futuro del gaming

• Per chiudere una domanda un po’ più personale: in un mondo dove non si fa altro che parlare di framerate e di componenti hardware, dove l’impressione è che si stia riducendo il videogioco a un semplice elemento misurabile, credi sia auspicabile un futuro dove le prestazioni saranno l’unica priorità anche su console?

Io, ancor prima di essere uno sviluppatore, sono un giocatore, e personalmente, sarà che videogioco dal 1998, la rincorsa e il feticismo dei numeri non mi interessa.

I videogiochi che sono entrati nella storia, non lo sono diventati perché avevano un comparto tecnico misurabilmente migliore degli altri (anche se magari alcuni di essi effettivamente lo avevano), ma perché il loro game design, la loro direzione artistica, o il loro gameplay portava nel mercato qualcosa di rivoluzionario o mai visto prima.

Quindi mi auspico che questa mania dell’alto framerate si raffreddi e si torni ad apprezzare i videogiochi per i loro contenuti, e sinceramente da sviluppatore è avvilente vedere giochi che magari sono molto validi o comunque modesti venire massacrati dall’utenza solo perché non sono presenti i 60 fotogrammi al secondo.

• Grazie ancora per la disponibilità e per la preziosa testimonianza che ci hai offerto.

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