Игры и "железо" всегда идут рука об руку. Именно благодаря индустрии игр, благодаря энтузиастам создается спрос на "железо". Вы думаете, компании вроде nVidia стали бы производить видеокарты, стоимостью $300-$400, если бы не компьютерные игроки? Напомним, что первыми игровыми компьютерами являлись игровые приставки.

Есть в этих приставках что-то такое, что заставляет их всегда остаются в фокусе внимания, несмотря ни на мощь современных компьютеров, ни на невероятные возможности Интернета. И хотя некоторые приставки эмулируются на PC, все равно сложно, играя на PC, воспроизвести те чувства, которые возникают при прохождении Mario или во время драки в Street Fighter. То же самое касается и спортивных симуляторов. И хотя на компьютерах можно играть при более высоких экранных разрешениях, да и многопользовательский режим под PC реализован лучше, все же сложно представить себе пятерых расположившихся на кушетке человек, уставившихся в монитор и играющих в Madden за обычным компьютером.

Все это касается и любой другой приставочной игры, портированной с PC. Попробуйте, играя в Quake III: Revolution на Playstation 2 быть столь же проворным и играть так же эффективно, как и в Quake III: Arena на PC, - и вы поймете, почему настоящие игроки предпочитают пользоваться мышами и клавиатурами, играя в FPS на PC.

И хотя мы все время пытаемся представить персональные компьютеры и игровые приставки разными мирами, у них, все же, есть одна точка соприкосновения - это аппаратное обеспечение. Теперь вы видите интригу. На AnandTech мы рассматриваем различные новинки, и за все эти годы нам крайне редко встречались действительно интересные вещицы из мира компьютерных приставок. В итоге мы пришли к выводу, что приставкам не хватает памяти и нормальных накопителей, а с появлением карт типа 3dfx Voodoo и первенцев TNT от nVidia, стало понятно, что приставкам вроде Nintendo N64 также не хватает и хороших графических ускорителей, к которым так привыкли пользователи ПК.

Когда Microsoft объявила о своей новой игровой платформе - Xbox, по спецификациям оборудования она находилась на уровне достаточно быстрого персонального компьютера, и предполагалось, что это будет устройство равное компьютерам начального уровня в момент выпуска. Платформа не представляла собой никакого интереса и единственное, почему мы обратили на нее внимание - то, что она все же не обыкновенная телевизионная приставка, а нечто большее.

Microsoft приходится конкурировать с наиболее успешным игроком на рынке игровых приставок - с Nintendo. Последняя новинка Nintendo - GameCube - своим аппаратным обеспечением очень напоминает персональный компьютер. И это несмотря на то, что в отличие от Microsoft начинка GameCube более традиционна для рынка компьютерных приставок.

Итак, мы решили создать цикл статей "Железо" в компьютерных приставках>, в котором мы расскажем об аппаратном обеспечении Microsoft Xbox, Sony Playstation 2 и Nintendo GameCube.

В этой статье мы остановимся на Microsoft Xbox и рассмотрим все задействованное в этой приставке аппаратное обеспечение.

X-CPU - процессор приставки

Если вы разбираетесь в компьютерах, вы уже наверняка имеете представление о принципах создания высокопроизводительных игровых приставок. Вы наверняка понимаете, что "биты" больше являются маркетинговым инструментом, нежели чем-то ещё. Да и в сети можно встретить немало безграмотных разговоров об ущербности Xbox: дескать, даже Nintendo - это 64-битная приставка, а не 32-битная, к каковым относится Xbox. Напомним, что 64-битный процессор, кроме всего прочего, предоставляет разработчикам большее количество регистров и увеличенное адресное пространство. Но все это в настоящее время пока нигде не задействовано. И только отчетливое понимание предназначения разрядности процессора позволяет заниматься тем, что мы более всего любим делать - отделять зерна от плевел, разделять истину и маркетинговые ходы.

Приставка на самом деле обладает 32-разрядным процессором. И именно вокруг этого процессора ходят многочисленные противоречивые разговоры. Не так давно, Microsoft искала поставщиков процессоров для своей приставки. Естественно, что первыми, к кому обратилась Microsoft, были те, с кем у компании сложились дружеские отношения: AMD и Intel. Предполагалось, что AMD будет поставлять производные от K7, а у Intel было решение на базе Coppermine. К удивлению для AMD, конкурс выиграла Intel, и именно ей было предложено создать процессор для приставки на базе ядра Coppermine по техпроцессу 0,18 мкм.

Итак, в качестве процессора в приставке используется Pentium III на базе Coppermine с КЭШем L2 всего 128 Кб. Поэтому многие могут подумать, что на самом деле процессор - обыкновенный Celeron. Отметим, один из ключевых факторов, влияющих на производительность в Pentium III и не задействованных в Celeron, все же был использован в этом ядре. Вместо 4-way ассоциативного кэша Celeron, в ядре Coppermine используется 8-way ассоциативный кэш L2. А основываясь на том, что мы видели в ядрах Coppermine и Coppermine 128 (Celeron), можно утверждать, что 8-way ассоциативный кэш L2 дает по сравнению с Celeron прирост в производительности этому конкретному ядру в 10%.

То, что Intel решилась выпускать версию Coppermine на 128 Кб означает, что существует способ отключить половину кэша L2 не изменяя схемы ассоциативности (mapping associativity). Итак, мы предполагаем, что, скорее всего, процессор будет представлять собой обыкновенный Coppermine, с наполовину отключенным кэшем L2 на 256 Кб.

Все другие параметры остались без изменений; ядро не поддерживает SSE2, и поддерживает только SSE инструкции Intel. Кэш инструкций остался на 16 Кб, как и кэш данных, и, что очень важно, частота системной шины составляет 133 МГц. Мы уже не раз заостряли внимание на том, что на производительности системы главным образом сказывается частота работы системной шины. Это же самое относится и к игровым приставкам.

Ядро по техпроцессу 0,18 мкм упаковано в мобильную упаковку FC-BGA, которая припаяна непосредственно на материнскую плату. Это не только устраняет любую возможность модернизации процессора, но и уменьшает площадь, занимаемую процессором.

Поэтому, хотя сперва и кажется, что Microsoft от выбора такого процессора ничего не выиграла (мы сами так сначала подумали), на поверку выясняется, что выбор Microsoft не так уж плох.

nForce в действии - графическое ядро приставки

Несмотря на то, что сам чипсет был впервые объявлен на Computex 2001, мы уже видим, что он появляется на платах, которые ещё несколько неделей не выйдут в розничную продажу. И несмотря на печальный дебют nVidia на рынке PC, платформа nForce сыграла огромную роль на развитие Xbox.

Несколько месяцев назад nVidia рассказала нам, что именно для Xbox был разработан nForce, а вариант для PC является лишь следствием. Поэтому не удивительно, что чипсет nForce прекрасно работает как c Pentium III, так и с Athlon. Мы, пользователи ПК, привыкли видеть nForce в связке с Athlon, но благодаря лицензионной политике Microsoft касательно шины P6 от Intel, мир вполне вероятно увидит и nForce в связке с Pentium III.

Чипсет, задействованный в Xbox, несколько отличается от nForce 420-D для PC. Интегрированный графический процессор (IGP, Integrated Graphics Processor) все ещё работает как северный мост платформы, в то же время, его графическое ядро намного мощнее, чем в графическом процессоре nForce для PC. И если nForce IGP для PC использует ядро GeForce2 MX (NV11), то IGP Xbox использует специальное ядро с внутренним кодовым названием NV2A. Судя же по этому коду можно сказать, что по производительности графическое ядро примерно представляет собой что-то среднее между имеющимся NV20 (GeForce3) и ожидаемым NV25.

Ядро NV2A имеет четыре таких же пиксельных конвейера, что и GeForce 3, и работает на частоте 233МГц. Поэтому скорость заполнения у NV2A примерно сравнима с GeForce3 и GeForce3 Ti 500. Естественно, что NV2A поддерживает пиксельные и вершинные шейдеры DirectX 8.1, что и GeForce3 с одним лишь единственным отличием - NV2A обладает двумя вершинными шейдерами. Появление второго шейдера играет большую роль в приросте производительности. Ведь в большинстве случаев приходится выполнять сразу две инструкции, которые посылаются вершинным шейдерам. Обеспечив же видеосистему двумя вершинными шейдерами можно добиться значительного повышения производительности - позволяя вершинным программам выполнять некоторые инструкции за один цикл. Если же учитывать и такую впечатляющую возможность вершинного шейдера, как настройку эффектов освещения DOT3, два вершинных шейдера определенно сыграют свою роль в увеличении производительности системы, особенно в случаях, когда используется попиксельное DOT3.

Кроме того, ядро поддерживает те же режимы многосемплового полноэкранного сглаживания, что и GeForce3, включая Quincunx. Вообще говоря, это важно, так как большинство игр просчитываются и отображаются в режиме 640 х 480, с отвратительным сглаживанием.

Без сомнения, NV2A значительно мощнее, чем Sony Graphics Synthesizer - графический процессор, используемый в PlayStation2. Этот процессор не имеет тех пиксельных или вершинных шейдеров, что есть у NV2A, а вся мощь достигается избыточным параллелизмом. И если NV2A использует четыре параллельных пиксельных конвейера, то GS в общей сложности работает на 16. Вследствие этого увеличивается размер кристалла, а, соответственно, увеличивается и стоимость ядра. Кроме того, для достижения лучшей производительности все конвейеры должны быть обеспечены данными. К тому же, GS не имеет T&L модуля, что означает, что все вычисления трансформаций и освещения возлагаются на основной процессор. А в Xbox основной процессор (напомним, работающей на частоте 733 МГц) не занимается ни T&L, ни вершинными вычислениями. Позднее в этой статье мы ещё вспомним, чем отличаются архитектуры Xbox и PS2.

В остальном же, графическое ядро сходно с ядром nForce, о котором мы уже достаточно рассказали в этой статье.

nForce в действии - медиа и коммуникационный процессор (MCP) приставки

Несмотря на то, что в качестве главного процессора в приставке используется процессор от Intel, IGP и MCP все же связаны между собой шиной AMD HyperTransport. Шина эта, конечно же, от процессора не зависит, это так же важно для Xbox, как и для nForce. Характеристики этой шины такие же, как и на платформе nForce. Пропускная способность между IGP и MCP в обе стороны составляет 800 Мб/с, а изохронный виртуальный канал памяти гарантирует определенную полосу пропускания для работы сетевой карты или APU.

И если решения 5.1 существуют на рынке уже несколько лет, в играх все эти возможности пока что не задействованы. Что же касается Xbox, то уже первые объявленные игры будут использовать 5.1 возможности платформы. Но тут ещё предстоит обширное поле для деятельности. Например, игры типа Halo используют центральный канал в схеме 5.1 совсем не так, как задумывалось.

Встроенный контроллер Ethernet 10/100 процессора MCP-D обеспечивает работу с Интернетом в Xbox. Microsoft пока не делала официальных заявлений относительно работы приставки в Интернете. К сожалению, по умолчанию порт Ethernet не настроен на автоматическое получение IP адреса от DHCP сервера, поэтому пока единственная польза от этого Ethernet порта - это связывание нескольких приставок в одну локальную сеть. Для соединения используется стандартная витая пара пятой категории. Microsoft предлагает такой соединительный кабель по $15, и это его красная цена. Интересно отметить, что Microsoft не требует больших денег за этот кабель. Наверное, они полагают, что смогут извлечь большую выгоду, если оборудование будет стоить дешевле.

nForce в действии - материнская плата приставки

Сама материнская плата произведена Intel, и имеет 4-слойный дизайн. Кроме того, на плате имеются следы отладочных контактов Intel, хотя самих контактов не было. Для тех, кто использует подобные материнские платы впервые, поясним, при замыкании этих отладочных контактов можно вызвать утилиту для конфигурации BIOS. Мы ещё не замыкали контактов, но удивимся, если при замыкании не попадем в BIOS. Не стоит ожидать от BIOS Xbox чего-то особенного, но посмотреть, в любом случае, было бы любопытно.

Память

Приставка оснащена 64Мб оперативной памяти, состоящей из четырех чипов DDR SDRAM на 32 Мбита. В нашем случае использовались чипы Samsung, но с течением времени, Microsoft может пожелать перейти к другому производителю. По стандартам PC, память, используемая в приставках - очень быстрая, но по меркам видеокарт - довольно скромная. Чипы Samsung, используемые в нашем устройстве, работают со скоростью 200 МГц (400 МГц DDR), а время доступа составляет 5 нс. В паре со 128-битной архитектурой памяти TwinBank от nVidia, суммарная пропускная способность составляет 6,4 Гбайт/с. Этот канал разделяется между IGP и главным процессором.

Кроме того, не стоит сбрасывать со счетов и объем памяти. Если бы те 64Мб памяти, имеющиеся в Xbox, использовались только в качестве буфера кадров для GPU, то этого было бы вполне достаточно. Но эта память используется также и для хранения рабочей копии игрового кода, который будет выполняться, и другую сопутствующую информацию. По этой причине, нам кажется, использование 128Мб памяти было бы вполне разумным и уместным. Во всяком случае, это облегчило бы задачу разработчикам. И хотя 64Мб памяти - это больше, чем имеется практически в любой другой приставке (для сравнения, в PS2 - всего 32Мб, а в GameCube - 40Мб), мы ждем большего. Использование же 64Мб и в качестве буфера кадров, и для хранения других данных, может привести к тому, что разработчики игр пойдут на некоторые жертвы, а игры от этого интереснее и красивее не станут.

Настоящий PC - жесткий диск приставки

Решение включить в приставку жесткий диск - очень мудрое решение со стороны Microsoft - ведь приставки (особенно системы, основанные на CD/DVD) крайне нуждаются в более скоростных устройствах хранения информации. И жесткий диск в Xbox предназначен не для установки игр, а для сохранения и возобновления сеансов игры, для сохранения профилей пользователей, для выполнения кэширования привода DVD - чтобы сохранять наиболее часто употребляемые данные, к которым требуется более быстрый доступ, чем позволяет привод DVD.

Microsoft остановила свой выбор на Seagate и Western Digital, поэтому если вскрыть приставку, внутри вы скорее всего увидите Seagate U Series 5 или Western Digital Protege WD80EB. Оба они считаются медленными по стандартам PC (5400 об/мин), но зато работают довольно бесшумно. Оба диска - однопластинные, то есть работают они тише, и не так нагреваются, как диски из нескольких пластин.

В U Series 5 используется лишь одна сторона пластины на 20Гб. Другую же сторону даже не тестировали на предмет дефектов, поэтому она может оказаться и полностью исправной, и целиком бесполезной, дефективной. В любом случае, полезный объем Seagate U Series 5 составляет 10Гб, и именно такая цифра заявлена в спецификациях Xbox Microsoft. Все ли эти 10Гб используются - это уже второй вопрос. Мы же лишь рассказали о размере диска. Теоретически, Seagate могла бы за те же деньги предоставить диски с двумя рабочими сторонами, тем самым увеличив объем диска до 20Гб.

Диск WD80EB, в отличие от U Series 5, в розничную продажу не попал. По техническим характеристикам этот диск можно сравнить с WD84EB - он имеется в розничной продаже. Этот диск опять же использует одну пластину, и объем его составляет лишь 8Гб.

То, как производительность жестких дисков влияет на производительность приставки, можно увидеть по следующим игровым тестам: Project Gotham Racing (PGR) и Dead or Alive 3 (DOA3). К примеру, когда вы выбираете автомобиль в PGR или персонаж в DOA3, между выбором и тем моментом, когда вы увидите непосредственно ваш выбор, проходит достаточно много времени. Сначала мы думали, что задержка объясняется тем, что привод DVD не успевает считать картинку, но при более детальном рассмотрении оказалось, что задержка вызвана временем доступа к диску. А что ещё интереснее - задержка эта не исчезает, даже если выбирать один и тот же автомобиль или персонаж несколько раз - то есть данные в главную память не кэшируются. Так вот, если бы в системе имелось 128Мб памяти, разработчики смогли бы ликвидировать эту задержку, предварительно считав данные о моделях в память.

1) Получение образа старого жесткого диска. Пожалуй, ни одна операционная система не позволит вам без изменений скопировать старый диск.
2) Не факт, что приставка распознает новый диск. Пока приставка не распознает других дисков вообще - вместо загрузки системы выскакивает сообщение об ошибке. И до сих пор не ясно, можно ли решить проблему простым копированием образа диска.
3) Сложно подобрать диск, который бы одновременно был быстрым и не перегревался. Приставка устроена таким образом, что жесткий диск не охлаждается - движения воздуха внутри приставки не наблюдается. Сам диск смонтирован в пластиковый корпус, и находится над процессором - с точки зрения охлаждения это худший вариант. Итак, смена жесткого диска на диск пооборотистее - 7200 об/мин IDE - вызовет целый ряд проблем. В итоге такая замена может сказаться на стабильности системы или вовсе может привести к поломке диска.

Далее: проигрыватель DVD...

Итак, с появлением Xbox Microsoft расширяет сферу влияния и попадает в спальную и гостиную - туда, где обычно стоят телевизоры с видеомагнитофонами, но никак не компьютеры. Нового графического ядра (NV2A), и процессора на 733 МГц с лихвой хватает на проигрывание MPEG-2 потока, поэтому не удивительно, что Xbox поддерживает и проигрывание DVD. Игры для приставки записаны на диски DVD-9 (односторонние двухслойные диски на 9 Гб). То, как именно они записаны - тема для отдельного разговора. Игры записаны от внешней стороны к внутренней, то есть в большинстве игр данные записаны по внешнему периметру диска. Так как привод DVD в Xbox - привод с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity, CAV), то он считывает быстрее те данные, которые расположены ближе к внешнему периметру диска. Именно этим обуславливается такой способ записи данных. Очевидно, привод может читать и обыкновенные CD, и DVD.

Интересно, что для просмотра DVD на приставке Microsoft вынуждает своих клиентов приобретать также специальный пакет за $30. В него входит всего-навсего инфракрасный пульт дистанционного управления и приемник, который подключается к порту манипулятора. Качество, с каким проигрываются диски, на самом деле заслуживает уважения. Мы сравнили приставку с Sony DVP-NS700P, и в чересстрочном режиме (480i) качество воспроизведения DVD через видеокабель нас порадовало. Настоящие же ценители качества и любители крутых домашних кинотеатров, скорее всего, разочаруются в приставке из-за ограничений в разрешении - она не может воспроизводить сигнал 480 строк в режиме прогрессивной развертки. Такое ограничение вызвано не проблемами с аппаратным обеспечением, а в отсутствии поддержки Macrovision в режиме 480 строк. Тем не менее, специалисты легко справятся с этим ограничением.

В сравнении с режимом 480p строк у NS700P, Xbox, конечно же, оказался не таким четким, но на фоне простеньких проигрывателей, приставка выглядит вовсе не так плохо. В сравнении же с PlayStation 2, Xbox явно выигрывает. Посмотрим, что получится после смены программного обеспечения PlayStation 2. С текущим же программным обеспечением на PlayStation видны ошибки при преобразовании 3:2. Итак, Xbox прекрасно справляется с проигрыванием DVD, но без поддержки режима 480p строк профессиональным аппаратам она все же уступает.

Немного о разрешениях

Итак, до выхода Xbox наиболее активно обсуждалась тема, в каких разрешениях будут выпускаться игры для приставки. Сперва необходимо понять, что система NTSC с чересстрочной разверткой позволяет работать с разрешением, близким к 640 x 480. Это означает, что выпускать игры, работающие на больших разрешениях, по крайней мере, нецелесообразно. Так как система NTSC - это система с чересстрочной разверткой, то для получения изображения в каждый момент времени в буфере кадров достаточно иметь лишь половину строк горизонтального разрешения. Поэтому некоторые игры формируют кадры размером 640 x 240. Именно поэтому, например, PlayStation 2 не поддерживает разрешения выше 640 x 480 (что ещё называется 480i). Тем не менее, предполагается, что Xbox поддерживает высокие разрешения (HD).

Большинство пользователей ПК привыкли к разрешениям вроде 1024 x 768, но в телевизионном мире разрешения принято измерять строками по горизонтали. Например, при формате кадра 4:3 (соотношение ширины и высоты кадра), разрешение 1024 x 768 было бы представлено как 768p. Буква p означает, что развертка прогрессивная (в любой момент времени имеется 768 строк по горизонтали). Итак, в телевизионных стандартах разрешения 768p не существует, зато имеются разрешения 720p и 1080i - по формату кадра оба стандарта - 16:9. На компьютере это будет соответствовать разрешениям 1280 x 720 и 1920 x 1080. Последнее разрешение будет чересстрочным, так как ни один телевизор пока не позволяет работать с прогрессивной разверткой в разрешении 1920 x 1080.

В режиме 720p количество пикселей для обработки увеличивается на 135168 по сравнению с режимом 1024 x 768. А с такой задачей легко справится практически любая карта, начиная с GeForce2 GTS, причем частота кадров будет выше 60 fps. К сожалению, необходимо отметить ещё одну проблему, с которой вы, скорее всего, столкнетесь. Дело в том, что большинство высококачественных телевизоров HDTV не поддерживает режим 720p, но поддерживает режим 1080i. Но беспокоиться по этому поводу не следует - изображение может быть преобразовано в режим 1080i как чипом, так и непосредственно телевизором. В итоге возникает вопрос, кто лучше справится с задачей трансформирования сигнала: чип, или телевизор. В будущем мы надеемся увидеть больше игр, поддерживающих режим 720p, так как сейчас даже при разрешении 480p без полноэкранного сглаживания возникают дефекты.

Итак, перед нами возникает следующая проблема - недостаточное использование полноэкранного сглаживания в современных играх. Ни одна из игр, которые мы тестировали (DOA3, Halo, NFL Fever or Project Gotham) не поддерживала полноэкранного сглаживания в режиме multisample, поддерживаемого графическим ядром. Сами же игры выглядели неплохо лишь благодаря текстурам с высоким разрешением и использованию пиксельных и вершинных программных шейдеров. Однако в играх все равно в той или иной степени проявляется эффект "лесенок". Благодаря же преимуществам полноэкранного сглаживания в режиме multisample, включение режима nVidia Quincunx не столь серьезно сказывается на производительности, особенно в 640 x 480. Единственная проблема, которая может возникнуть - это размытость текста. Но мы более чем уверены, что решить её можно. Использование более высоких разрешений (например, 960 x 720 (720p)) при прорисовке практически сведет на нет эффект лесенок. Для простых же смертных, у которых нет высококачественных телевизоров HDTV, лучшим выходом бы стала прорисовка игр в разрешении 640 x 480, и использование какого-нибудь полноэкранного сглаживания, будь то Quincunx, 2X или 4X - в зависимости того, каким образом используется пропускная способность памяти. И если в первых играх о полноэкранном сглаживании, к сожалению, и говорить не приходится, то мы надеемся, что в дальнейшем, разработчики учтут свои ошибки, и будут впредь использовать полноэкранное сглаживание.

Манипуляторы на USB? Мы надеемся...

С момента выхода приставки о манипуляторах ходят различные мнения. Основной тому причиной - огромный их размер. И хотя на самом деле все не так плохо, как кажется, мы считаем, в этом отношении GameCube значительно превосходит Xbox. Манипулятор Nintendo лежит в руках намного более естественно, чем у Xbox. Мы намеренно завели разговор о манипуляторах, так как Microsoft планирует выпускать в Японии манипуляторы меньших размеров, причем функциональность их останется на том же уровне. Поэтому, в Феврале мы ожидаем небольшой ажиотаж вокруг этих контроллеров - люди жаждут экзотики.

Эта часть кабеля подключается к приставке

Второй же разъем подключается непосредственно к приставке, и для того, чтобы его разъединить, потребуется намного большее усилие. Вероятно, промежуточный разъем служит для повышения выносливости приставки. Если игрок сильно потянет за кабель - приставка не упадет, а просто разъединится кабель. Напомним, что внутри приставки работает жесткий диск.

Контроллер USB. К каждому из белых портов подключается два манипулятора

Если посмотреть на разъем манипулятора, он напоминает разъем USB. На самом деле, мы предполагали, что манипуляторы будут использовать разъемы USB и дополнительный провод питания для моторчиков внутри манипулятора. Скорее всего, они несколько мощнее, чем допускается спецификациями USB. Внутри приставки к плате контроллера можно подключить четыре манипулятора. Сам же контроллер затем подключается к материнской плате.

Контроллер USB. К каждому из белых портов подключается два манипулятора

Если посмотреть на разъем манипулятора, он напоминает разъем USB. На самом деле, мы предполагали, что манипуляторы будут использовать разъемы USB и дополнительный провод питания для моторчиков внутри манипулятора. Скорее всего, они несколько мощнее, чем допускается спецификациями USB. Внутри приставки к плате контроллера можно подключить четыре манипулятора. Сам же контроллер затем подключается к материнской плате.