เจาะโครงสร้างภายในตลับเกม Super Nintendo

 (fabiensanglard.net)
1 คะแนน โดย GN⁺ 2024-04-23 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp

Here is a summary of the key points from the article on Super Nintendo cartridges, translated into Korean and organized using Markdown syntax:

โครงสร้างภายในของตลับ Super Nintendo

  • ตลับเกม Super Nintendo สามารถมีองค์ประกอบเพิ่มเติมนอกเหนือจากคำสั่งและแอสเซ็ตในชิป ROM ได้
    • ภายในแผง PCB ยังพบชิปป้องกันการคัดลอก CIC, SRAM และแม้แต่ "โปรเซสเซอร์เพิ่มประสิทธิภาพ" ได้ด้วย

CIC (ระบบป้องกันการคัดลอก)

  • กลไกป้องกันการคัดลอกของ SNES ทำงานโดยให้ชิปสองตัวในเครื่องคอนโซลและตลับสื่อสารกันแบบซิงก์กัน
  • หาก CIC ในเครื่องคอนโซลตรวจพบความผิดปกติ ก็จะรีเซ็ตโปรเซสเซอร์ทั้งหมด

ROM: คำสั่งและแอสเซ็ต

  • ในอดีต ขนาดของ ROM เกมมักระบุเป็นหน่วยบิตแทนไบต์ (เช่น The Legend of Zelda 3 มีขนาด 8Mb)
  • เกมที่มีความจุมากที่สุดคือ Star Ocean (48Mb) ขณะที่เกมระดับคลาสสิกอย่าง Super Mario World ใช้เพียง ROM ขนาด 4Mb ตัวเดียว
  • ผู้เขียนได้จัดทำ CSV ด้วยตนเองซึ่งรวบรวมค่าประมาณการใช้ ROM ของเกมจำนวน 3,378 รายการ

SRAM (ระบบบันทึกข้อมูล)

  • เกมบางเกมใช้ชิป SRAM และแบตเตอรี่เพื่อรองรับการบันทึกความคืบหน้า
  • เมื่อปิดเครื่องคอนโซล SRAM จะเปลี่ยนไปสู่โหมดพลังงานต่ำเพื่อลดการใช้แบตเตอรี่

โปรเซสเซอร์เพิ่มประสิทธิภาพ (Enhancement Processor)

  • ตัวที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ Super FX (ชื่อเล่น "MARIO", "GSU-1") ซึ่งใช้ใน Star Fox ปี 1993
  • บน Wikipedia และ snescentral.com มีรายชื่อเกม SNES ทั้งหมดที่ใช้ชิปเพิ่มประสิทธิภาพ
    • มีชิปรวม 13 ชนิด ถูกใช้ในเกม 72 เกม

SA-1

  • "Super Accelerator 1" ถือเป็น MVP ของชิปเพิ่มประสิทธิภาพ โดยถูกใช้ในตลับ 34 รายการ
    • แม้จะเป็น CPU 65C816 แบบเดียวกับในเครื่องคอนโซล แต่ทำงานเร็วกว่า 4 เท่าที่ 10.74Mhz
    • มี SRAM ขนาด 2KB และ CIC ในตัว
  • SA-1 มีโหมดการทำงาน 3 แบบ (เร่งความเร็ว, ประมวลผลขนาน, ประมวลผลผสม) และในการตั้งค่าที่ทรงพลังที่สุดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพทั้งระบบได้ 5 เท่า
  • ในชุมชนเรโทรเกมมิงมีการใช้ SA-1 เพื่อปรับปรุงการเล่นของเกมเก่าที่เคยมีปัญหาความหน่วง เช่น Mario World, Gradius 3 และ Contra 3

CX4

  • CX4 เป็นผลงานของ Capcom และใช้ใน Mega Man X2 และ X3
    • มอบความสามารถด้านการเรนเดอร์ไวร์เฟรม 3D การคำนวณหลากหลายแบบ และการย่อ/ขยายและหมุนสไปรต์ให้กับ VRAM
  • แม้จะโดดเด่นเรื่องเอฟเฟกต์ไวร์เฟรม แต่ในความเป็นจริงมันถูกใช้กับการประมวลผลสไปรต์ทั้งหมดของเกม ทำให้แสดงสไปรต์ได้มากขึ้นโดยไม่เกิดการกะพริบบนหน้าจอ

Enhancement Processor อื่น ๆ

  • CS-DD1: ชิปคลายการบีบอัดสไปรต์ ใช้ใน 2 เกม
  • DSP series: ใช้ใน 16 เกม มีคำสั่งคูณ 16 บิตความเร็วสูง และคำสั่งอย่าง sin/cos
  • OBC-1: ใช้ใน 1 เกม (มีเพียงการคาดเดาว่าเกี่ยวข้องกับการจัดการสไปรต์)
  • S-RTC: ให้ความสามารถนาฬิกาเรียลไทม์ ใช้ใน 1 เกม
  • SPC7110: ชิปคลายการบีบอัดข้อมูล ใช้ใน 3 เกม
  • ST-010, ST-011, ST-018: ชิปของ SETA เพื่อเสริมความสามารถด้าน AI ใช้ในเกมละ 1–2 เกม

SUPERFX (GSU-1, GSU-2)

  • GSU-1 ถูกใช้ใน 5 เกม รวมถึง Star Fox
    • ทำงานที่ 10.74Mhz และมี instruction cache ขนาด 512 ไบต์ จึงทำงานได้โดยไม่แย่งทรัพยากรจาก CPU ของ SNES มากเกินไป
  • ในขณะที่ PPU ของ SNES เน้น tile/sprite เป็นหลัก SuperFX กลับเชี่ยวชาญด้าน pixel rendering และ polygon rasterization
    • โดยทั่วไปจะเรนเดอร์ลง framebuffer บนตลับก่อน แล้วค่อยส่งไปยัง VRAM ตอน VSYNC
  • GSU-2 คือ GSU-1 ที่ทำงานแบบ full speed ที่ 21.47Mhz และถูกใช้ใน 3 เกม เช่น Yoshi's Island และ Doom
  • ในชุมชน SNES ก็กำลังมีโปรเจ็กต์ที่ใช้ GSU-1 และ GSU-2 เพื่อปรับปรุงเกมเก่าเช่นกัน

ชิปเพิ่มประสิทธิภาพและอีมูเลเตอร์

  • แม้ชิปเพิ่มประสิทธิภาพจะช่วยยกระดับประสบการณ์การเล่นและลดต้นทุนให้ผู้จัดจำหน่ายได้มาก แต่ต่อมากลับกลายเป็นเรื่องปวดหัวสำหรับนักพัฒนาอีมูเลเตอร์
    • เกมบางเกมพึ่งพาชิปแปลก ๆ จนเพิ่งถูกอีมูเลตได้อย่างถูกต้องในปี 2012
  • การทำอีมูเลเตอร์ต้องอาศัยความพยายามจำนวนมากในการรีเวิร์สเอนจิเนียร์ชิปเหล่านี้
    • ชิปที่มี ROM ภายในตัว (แบบ ARM-based) จำเป็นต้องมีไฟล์ BIOS ให้กับอีมูเลเตอร์
  • แม้ถึงปี 2020 การอีมูเลตชิปหายากบางตัวก็ยังไม่สมบูรณ์

ความเห็นของ GN⁺

  • ชิปเพิ่มประสิทธิภาพเป็นกรณีศึกษาที่น่าสนใจในประวัติศาสตร์ของการออกแบบฮาร์ดแวร์และการพัฒนาเกม แสดงให้เห็นถึงแนวคิดและความพยายามหลากหลายในการรีดศักยภาพจากฮาร์ดแวร์ที่มีอยู่อย่างจำกัด
  • หากมองจากมุมของการพัฒนาอีมูเลเตอร์ในปัจจุบัน มันอาจเป็นสิ่งที่น่ารำคาญ แต่ในยุคนั้นมันคือวิธีที่มีประสิทธิภาพในการยกระดับคุณภาพเกมและประหยัดต้นทุนการพัฒนา
  • ตัวอย่างคล้ายกันในอุตสาหกรรมมีทั้งชิปเสริมต่าง ๆ ของ Sega Mega Drive/Genesis (SVP, Sega Virtua Processor ฯลฯ) และช่องเสียบเมมโมรีการ์ดของ Neo Geo
  • ชิปขยายลักษณะนี้มักปรากฏในช่วงปลายวงจรชีวิตของเครื่องคอนโซล ซึ่งดูเป็นความพยายามในการก้าวข้ามข้อจำกัดของสเปกฮาร์ดแวร์ ขณะเดียวกันก็เป็นช่วงเปลี่ยนผ่านก่อนการเปิดตัวคอนโซลรุ่นใหม่
  • น่าประทับใจที่ชุมชนเรโทรเกมมิงยังคงทำโปรเจ็กต์ปรับปรุงประสิทธิภาพของเกมเก่า ซึ่งอาจมองได้ว่าเป็นการตีความผลงานเดิมใหม่ด้วยมุมมองสมัยใหม่ โดยยังรักษาเจตนาของผู้สร้างในอดีตไว้

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-04-23
ความเห็นจาก Hacker News
  • ตลับเกมของเครื่องเล่นเกมยุคก่อนสามารถเชื่อมต่อเข้ากับบัสได้โดยตรง คล้ายการ์ดขยาย PCI ของพีซี ทำให้ใส่ความสามารถหลากหลายได้ แต่หลังจาก GBA เป็นต้นมา ตลับถูกใช้เพื่อเก็บข้อมูลอย่างเดียว
  • หากใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ ก็สามารถใส่ชิป ray tracing หรือชิปขยายอย่าง MSU1 ลงในตลับเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องเกมได้อย่างมาก และในทางทฤษฎีก็สามารถผลิตชิปจริงได้ด้วย
  • CPU ของ SNES ปกติทำงานที่ 3.58MHz แต่เมื่อใช้ตลับ slow ROM ราคาถูกบางรุ่น ความเร็วจะลดลงเหลือ 2.68MHz และก็มีชุมชนม็อดที่พยายามแก้ไขเรื่องนี้ด้วยแพตช์
  • ระบบป้องกันการก๊อบปี้ของ SNES ใช้วิธีให้ชิป CIC ในคอนโซลกับตลับทำงานซิงก์กัน แต่ก็สามารถหลบเลี่ยงได้ง่ายผ่านอุปกรณ์สำรองข้อมูล
  • ในอดีต นักพัฒนาเกมที่แบ่งปันรายละเอียดทางเทคนิคอย่างลึกซึ้งผ่านบล็อกให้ความหนาแน่นของข้อมูลสูงกว่าวิดีโอ YouTube
  • Super Mario World เป็นผลงานชิ้นเอกที่บรรจุตัวละคร สไปรต์ และฉากหลากหลายไว้ในความจุเพียง 360KB
  • หากนำแนวทางชิปเสริมของ SNES มาผสานกับเทคโนโลยีสมัยใหม่ ก็อาจทำกราฟิกที่ล้ำหน้ากว่านี้ได้ โดยชิป SuperFX มี framebuffer ของตัวเองและใช้วิธีคัดลอกไปยัง VRAM
  • ผู้ที่พอร์ต Doom ลง SNES พัฒนางานทั้งหมดด้วยการทำ reverse engineering โดยไม่มีเอกสารของชิป GSU หรือซอร์สโค้ดของ Doom
  • ในอดีต ราคาของเกมส่วนใหญ่เกิดจากต้นทุนการผลิตตลับ ขณะที่ปัจจุบันแทบไม่มีต้นทุนในการกระจายเกมแล้ว
  • ใน Yoshi's Island สามารถสังเกตเห็นอัตราเฟรมตกได้ในบางสถานการณ์
  • ความจุของเกมมักออกมาเป็นหน่วยกำลังของ 2 ให้ตรงกับขนาดชิป ROM ส่วนที่มาของจำนวนไบต์ที่แน่นอนในเอกสารนั้นยังไม่ชัดเจน
  • ชิปเสริมของ SNES ทำให้สร้างเกมที่ไปไกลเกินกว่าสมรรถนะพื้นฐานของเครื่องได้มาก โดยเฉพาะชิป SA-1 ที่ให้ประสิทธิภาพเร็วกว่า CPU หลักถึง 4 เท่า
  • เกมที่ไม่เป็นทางการใช้วิธีลัดหลายแบบเพื่อหลบระบบป้องกันการก๊อบปี้ เช่น ต้องเสียบตลับของแท้ไว้ด้วยจึงจะเล่นได้
  • หากวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างความจุเกมกับปัจจัยอื่น ๆ ก็น่าจะได้มุมมองที่น่าสนใจเกี่ยวกับการพัฒนาเกมบน SNES