PowerPC представляет собой процессор с 64-битной архитектурой. Gekko же использует только её часть - 32-бита. Процессор поддерживает 32-битную адресацию, и обладает двумя 32-битными целочисленными арифметико-логическими устройствами. Кроме того, имеется 64-битное устройство для выполнения операций с плавающей точкой, способное работать либо с одним 64-битным числом, либо с двумя 32-битными числами. При этом можно использовать 32 64-битных FP регистра. Кроме того, имеется столько же регистров общего назначения (GPR). В этом отношении GameCube переплюнула Xbox с её ограничениями архитектуры x86 и восемью регистрами общего назначения.

И хотя и Gekko, и процессор Intel, использующийся в Xbox, производятся по одинаковому техпроцессу (0,18 мкм), Gekko уступает процессору Intel из-за относительно короткого конвейера. В результате тактовая частота процессора не может превзойти 500МГц. В Gekko используются медные проводники. Известно, что они проводят электричество эффективнее алюминиевых, использующихся в том же Xbox. Но выиграть за счет этого в тактовой частоте процессора все равно не возможно. Итак, в GameCube тактовая частота процессора составляет 485МГц, - три частоты системной шины (162МГц). В результате более короткого конвейера увеличивается количество выполняемых за цикл инструкций. Однако, судя по всем данным, по производительности PowerPC 750 нельзя сравнить даже с Intel Celeron.

Те, кто имеет опыт работы с компьютерами, уже наверняка знают, что когда речь идет об играх, производительность процессора встает на задний план, если в системе имеются другие узкие места. Поэтому теоретически Gekko могло бы быть вполне достаточно. У нас же сложилось мнение, что его производительности не хватает.

Итак, выбор был остановлен на Gekko только лишь благодаря его физическим характеристикам: хотя размеры кэша L1 и L2 на кристалле больше, в сравнении с Xbox (64кб/256кб против 32кб/128кб) да и количество используемых в процессоре транзисторов здесь больше (более 21 миллиона против примерно 9 миллионов в Xbox), размер кристалла Gekko не превышает 45 квадратных миллиметров. Для сравнения, размер кристалла процессора Xbox примерно равен 100 квадрантным миллиметрам.

Gekko практически не выделяет тепла - он рассеивает примерно 5 Вт, работая на частоте 485МГц. И снова, в сравнении с Xbox этот показатель в три раза лучше.

В итоге, хотя Gekko и проигрывает по производительности процессору Xbox, размер его ядра меньше, и тепла он выделяет меньше. Это сказывается и на стоимости приставки (она становится дешевле), и на её размерах, что целиком удовлетворяет поставленные Nintendo задачи.

Пропускная способность системной шины Gekko больше, чем у процессора Xbox - шина работает на частоте 162МГц, а не 133МГц (по спецификации Intel AGTL+). В результате процессор соединен с северным мостом каналом в 1,3Гб/с. Сам же северный мост, как и в платформе Xbox на базе nForce, встроен в один чип вместе с графическим ядром.

Настало время познакомиться с приятелем Gekko - мы называем его Flipper.

Какое будущее ожидает ATI?

Что-то около года назад ATI приобрела компанию ArtX. Мы уже рассказывали об этой компании - несколько лет назад она занималась производством интегрированных графических ядер для чипсетов Ali Super7 - Aladdin 7.
И хотя сам чипсет появился слишком поздно для рынка Super 7, ArtX привлекла внимание Nintendo, с коей и заключила контракт на производство графического ядра для приставок следующего поколения. В итоге эта малоизвестная компания была куплена намного более известным игроком в этой индустрии, компанией ATI.

Но уже во время заключения этой сделки - в середине 2000 года - разработка GameCube, как и разработка чипов ATI для компьютеров следующего поколения, была завершена. И хотя обе компании находились теперь под одной крышей, объединить усилия при создании графического ядра для GameCube не удалось. Впрочем, ATI поступила очень мудро, добившись размещения наклейки ATI на корпусе GameCube. Такая маркировка - по сути снабжение товара торговой маркой - очень сильный ход, особенно в свете планов ATI. Как-никак, партии приставок разойдутся миллионными тиражами, и это очень сильно поддержит ATI. И когда счастливый пользователь GameCube решит обзавестись новой видеокартой, скорее всего он обратит свое внимание на продукцию ATI.

На материнской плате приставке кроме различного рода микросхем памяти имеется всего два чипа. Первый - это уже известный нам процессор IBM Gekko. Второй чип - это интегрированный северный мост, контроллер ввода-вывода и графический процессор производства команды ArtX, которая входит сейчас в ATI. По размерам этот чип ещё меньше Gekko. Сам же по себе он представляет не меньший интерес. Имя ему - Flipper.

Именно на Flipper возложена роль северного моста - ведь он соединен с главным процессором Gekko 64-битной шиной, работающей на частоте 162МГц. Сам чип работает тоже на частоте 162МГц, что благотворно влияет на сокращения задержек при выполнении операций, ведь при этом все шины работают синхронно. Кроме того, это означает, что и графическое ядро работает на той же частоте.

Несколько слов о графическом ядре Flipper - это достаточно простой графический процессор с фиксированной функциональностью. Работу ядра обеспечивает память с большой пропускной способностью. Но сначала все же рассмотрим архитектуру самого графического ядра. Итак, в каждый момент времени Flipper работает с четырьмя пикселями благодаря использованию четырех пиксельных конвейеров. Каждый из этих конвейеров может накладывать по одной текстуре на пиксель. Это сразу же наводит на мысль, что на дизайн ArtX ATI вообще никак не повлияла. А то, что конвейеры и Radeon, и GeForce2 могут накладывать одновременно минимум по две текстуры на пиксель - сейчас оказывается очень даже кстати, ведь уже ни одна современная игра не использует только одну текстуру на пиксель.

То, что функциональность T&L модуля у Flipper фиксирована - несколько разочаровывает. Но для ArtX было практически невозможно внедрить технологию SmartShader от ATI - технологию программируемых пиксельных и вершинных шейдеров, и при этом уложится в график Nintendo. Единственное, что говорит в пользу GameCube - это то, что Flipper полностью задумывался как процессор для игровой приставки, и его T&L устройство более соответствует требованиям разработчиков, нежели более ранние модели T&L устройств для графических карт ПК. И хотя может быть оно лучше подходит для игровых приставок, чем первые T&L устройства для персональных компьютеров, факт остается фактом. Из-за фиксированной функциональности конвейера T&L, разработчики игр столкнутся с некоторыми ограничениями. За два года мы уже разобрались, чем чревата фиксированная функциональность T&L модулей в играх на ПК, и не хотелось бы, чтобы те же проблемы возникли и перед разработчиками игр на Flipper.

Когда речь идет об игровых приставках, очень важным фактором считается возможность полноэкранного сглаживания. Поэтому отметим, что Flipper поддерживает полноэкранное сглаживание. Ядро обеспечивает 7-семпловое multisample полноэкранное сглаживание. Но справедливости ради отметим, что в таком режиме игры будут тормозить. ATI заявила, что количество сэмплов можно изменять - все зависит от воли разработчика. Но пока же, как и в случае с Xbox, мы не обнаружили ни одного случая, когда бы применялось полноэкранное сглаживание - пока таких игр ещё не появилось.

Зная рабочую частоту ядра (162МГц), можно сказать, что графическое ядро Flipper в отношении скорости заполнения ничего особенного не представляет. Тем не менее, это достаточно эффективный графический процессор. Эффективность обусловлена использованием встроенной памяти DRAM.

"Если кэш такой быстрый, почему бы не поместить всю память в кэш?"

Самым интересным в дизайне GameCube, пожалуй, является эффективность пропускной способности памяти. Эффективность достигается путем использования памяти специального типа, известной как 1T-SRAM. Эта память позволяет снизить задержки и более эффективно использовать шину, чем традиционная DRAM. Перед тем, как мы обратимся непосредственно к самой 1T-SRAM, сначала рассмотрим отличия традиционной DRAM и SRAM.
Кэш на кристалле процессора Gekko, как и любого другого графического процессора, представляет собой статический тип памяти - Static RAM, SRAM. Слово "статическая" появилось в результате того, что в отличие от DRAM (Dynamic Random Access Memory), ячейки этой памяти не должны постоянно "обновляться", чтобы хранить данные (ведь в основу DRAM положено емкостное сопротивление: через некоторое время заряд теряется, и если его не "обновить", данные потеряются). Одна из причин, по которой DRAM работает медленнее, чем SRAM - это постоянный процесс "обновления". А самый популярный способ "обновлять" данные - это считывать данные.

Все это было бы просто замечательно, если бы не необходимость в считывании или записи для "обновления" данных. SRAM избегает этого с помощью 4-6 транзисторов, которые статически сдерживают данные в памяти. С другой стороны, для хранения данных в DRAM используется всего лишь один транзистор в сочетании с конденсатором. Благодаря конденсатору значительно уменьшается размер ячеек DRAM на кристалле. В результате производство памяти обходится дешевле. Но при этом возникает проблема "обновления" данных, о которой мы уже рассказали.

Именно вследствие ценового фактора память SRAM не используется в больших количествах. Ведь она в несколько раз дороже DRAM. Поэтому SRAM не используют в качестве основной памяти системы. Но применение этой памяти в небольших объемах очень даже оправдано. Например, она идеально подходит для кэша.

Компания Monolithic System Technology, Inc. (MoSys) предложила более разумный дизайн памяти. Благодаря этому решению производительность новой памяти не уступала SRAM, а стоимость при этом сильно не возросла.

Технология, над которой работала MoSys, носит название 1T-SRAM. Название указывает на то, что в памяти используется один единственный транзистор (1 transistor - 1T) вместо стандартных 6 транзисторов. По сути дела, такое решение больше похоже на модернизацию DRAM, а не на SRAM. А все потому, что для сохранения данных эта память все так же требует "обновления" ячеек. Разница лишь в том, как именно происходит это "обновление". По сведениям MoSys, дизайн 1T-SRAM позволяет добиться "маскировки" процесса обновления данных, в результате по времени задержки и по пропускной способности новая память не уступает традиционной SRAM (хотя и не превосходит). Очевидно, что подтвердить такое утверждение, или опровергнуть его будет очень сложно, так как пока память 1T-SRAM используется лишь на очень малом числе пригодных для тестирования платформ. Но очевидно и то, что задержки на самом деле меньше, и пропускная способность используется эффективнее. Остается вопрос, сколько это будет стоить.

MoSys утверждает, что размер кристалла памяти 1T-SRAM 64Мбит является на 10-15% больше, чем у аналогичной памяти SDRAM. И хотя кому-то это может показаться незначительным, не стоит забывать, что по размерам 64Мбит RDRAM память на 15-30% больше 64 Мбит SDRAM. В результате добавочная стоимость чипа 1T-SRAM будет составлять от 30% до 100% добавочной стоимости чипа RDRAM (мы оцениваем лишь цену производства без лицензионных выплат) по сравнению с чипом SDRAM. Тем не менее, 1T-SRAM будет в любом случае дешевле, чем обычная память SRAM, опять же вследствие того, что вместо шести транзисторов используется лишь один.

В смысле же производительности оценить 1T-SRAM будет очень сложно, так как мы не встречали ещё пригодных для тестирования платформ с этой памятью. Поэтому делать какие-либо предположения или сравнения очень сложно. Отметим только, что Nintendo планирует полностью использовать память 1T-SRAM в своих приставках GameCube.

Встроенная во Flipper DRAM

Итак, подход Flipper заключается в использовании 0,18 мкм техпроцесса NEC для встраивания 1T-SRAM от MoSys, которая составляет два кэша очень большой емкости: Z-буфер на 2Мб и кэш текстур на 1Мб. В итоге такое решение получается дешевле, чем оснащение чипа тремя мегабайтами SRAM памяти. А если говорить о размере кристалла и о стоимости чипа, то такое решение могло бы дать фору большинству серверных процессоров (GameCube не обрела бы такого успеха, если бы Nintendo теряла с каждой приставки $500, как не обрела бы успеха и если бы приставка стоила $700). Теоретически встроенная память работает быстрее DRAM в свете уже описанных преимуществ 1T-SRAM.
Итак, графическое устройство Flipper состоит из 51 миллиона транзисторов, примерно половина из которых предназначена для 1T-SRAM. Если бы Flipper использовал традиционную SRAM, в нем бы работало не 51, а 170 миллионов транзисторов. В результате размер кристалла оказался бы больше, чем размер обоих кристаллов Xbox. Использование 1T-SRAM вместо традиционной SRAM необходимо для обеспечения Flipper достаточным объемом памяти.

2 Мб Z-буфер/кадровый буфер оказывается как нельзя кстати. Из наших опытов с HyperZ и популярными архитектурами рендеринга, с которыми работает Z-буфер, мы знаем, как сильно они используют пропускную способность памяти. Итак, этот Z-буфер на кристалле полностью исключает обращения к основной памяти, в результате чего снижается нагрузка на и без того ограниченный по пропускной способности канал от графического устройства Flipper к основной памяти. Для тех, кого интересуют подробности, скажем, что в чипе имеется четыре устройства памяти 1T-SRAM, в сумме дающие 2Мб. Каждое из этих устройств соединяется по 96-битной шине, что в сумме дает пропускную способность в 7,8 Гбайт/с. Такую пропускную способность Z-буфера можно сравнить с монстрами типа Radeon 8500 или GeForce3 Ti 500. Так как память 1T-SRAM скоростная, то и все обращения к Z-буферу происходят очень быстро. Кроме того, отображаемая поверхность также сначала попадает в эти 2Мб, а уже затем пересылается на внешнюю память для отображения. В результате этого снижается зависимость от пропускной способности основной памяти.

Кэш текстур на 1Мб обеспечивает систему текстурами, но он не играет такой роли, как, скажем, Z-буфер на 2Мб. В нем используется 32 устройства 1T-SRAM (каждое по 256 кбит), и каждое из них соединено 16-битной шиной. В результате пропускная способность кэша составляет 10,4 Гбайт/с.

Первое, что заставляет задуматься насчет устройств 1T-SRAM на кристалле Flipper - это то, что они очень кстати подошли бы для платформы PC. Впрочем, вряд ли кто-то вздумает просчитывать графику на Flipper в разрешении большем, чем 640 x 480 (надо сказать, это разрешение не сильно загружает пропускную способность памяти), при современных графических картах лишь немногие игроки согласятся играть в разрешениях, меньших, скажем, чем 1024 x 768. Но хорошо бы оснастить карты таким же 2 Мб Z-буфером, встроенным в кристалл. Это положительно бы сказалось на производительности, особенно если учитывать, насколько требовательнее к пропускной способности памяти большинство игр для PC. ATI, пожалуй, в самом деле стоит задуматься об использовании подобных технологий в своих продуктах для PC. Но скорее всего, это окажется слишком дорогим удовольствием.

Кроме того, возможно, со временем производить Flipper станет дешевле. В настоящее время NEC выпускает встроенную DRAM по 0,15 мкм технроцессу, но пока эта технология не настолько хороша, как 0,18 мкм eDRAM. Именно по этой причине в настоящее время Flipper производится по техпроцессу 0,18 мкм. Ко второй половине следующего года, вероятно, развитие технологии позволит создавать eDRAM по техпроцессу 0,13 мкм. А это означает, что в 2003 году мы сможем увидеть Flipper с техпроцессом 0,13 мкм. Переход на 0,13 мкм техпроцесс позволит вдвое уменьшить размер ядра, а производить кристалл меньших размеров дешевле. Но все это зависит от NEC.

1T-SRAM вне Flipper

В качестве главной памяти в GameCube используется ещё 24 Мбайт 1T-SRAM. 64-битная шина памяти работает на вдвое большей частоте, чем Flipper (то есть 324МГц), в результате чего пропускная способность шины, соединяющей Flipper и основную память составляет 2,6 Гбайт/с. И хотя такая пропускная способность соответствует GeForce 256, напомним, что все обращения к Z-буферу используют встроенную 1T-SRAM, и прорисовываемый кадр вначале обрабатывается во встроенном на кристалле 2Мб буфере. В результате требования к пропускной способности становятся не такими высокими.

Но мы не уверены, захочет ли Nintendo продолжать использовать 1T-SRAM даже в главной памяти. Ведь уже имеется значительно более быстрая DDR SDRAM, в том числе и в XBox используется 200 МГц DDR SDRAM, которая обеспечивает большую пропускную способность, чем 1T-SRAM в GameCube. Жаль, что решение об использовании памяти было принято до приобретения ArtX компанией ATI, иначе бы в приставке работала 128-битная DDR шина памяти, как в Radeon. Поэтому, единственная выгода от использования 1T-SRAM в качестве основной памяти - это низкие задержки при доступе к памяти, а, следовательно, и более эффективное использование шины. А если учитывать, что шина памяти синхронизирована с системной шиной Gekko и рабочей частотой Flipper (шина памяти работает в два раза быстрее - 324МГц = 162МГц*2), можно предположить, что с таким дизайном время задержки сокращается до минимума. Итак, мы видимо что при разработке акцент был смещен в сторону эффективности, а не в сторону "грубой силы".

Flipper создает звук

Кроме всего прочего, в Flipper работает специальный DSP от Macronix, который выполняет те же функции, что и APU от nVidia в Xbox. Единственное отличие заключается в том, что этот DSP не настолько мощный, чтобы выполнять кодирование Dolby Digital в реальном времени без значительных задержек. При кодировании в Xbox задержек не возникало - в этом мы убедились с помощью наших тестов.
Но если бы разработчики решили, что мощностей для кодирования в реальном времени достаточно (как в случае с DTS кодированием EA на PlayStation2), и захотели бы это попробовать, цифрового выхода для этих целей в Nintendo все равно не имеется. Мы знаем лишь один случай, когда было создано что-то необычное, отличное от стандартного Stereo или Pro Logic, - это Dolby Pro Logic II в Star Wars Rogue Squadron II.

Dolby Pro Logic II - это алгоритм, выделяющий звук 5.1 из стерео сигнала путем сравнения отличий и сходств двух сигналов. Такая технология известна также как матричный декодер (matrix surround decoder), так как с его помощью создается большее количество каналов, чем имеется в исходном сигнале. И хотя такая технология не сравниться с отдельными аудио сигналами 5.1, с которыми работает Dolby Digital или DTS, это лучше, чем стандартная Pro Logic, появившаяся ещё в 1970-х. Кроме того, новая технология полностью совместима с Pro Logic, то есть сигнал Pro Logic II без проблем можно проиграть на приемнике Pro Logic, и наоборот.

В случае же Game Cube, закодированный в Pro Logic II сигнал можно воспроизвести как в стерео, так и на устройстве Pro Logic - в силу совместимости. Отметим, что в последнем случае сигнал воспроизводится с моно surround, пропускная способность центрального и surround каналов ограничена (на каждом из этих каналов применяется фильтр нижних частот на 7КГц). Что же касается разделения каналов, то оно не такое хорошее, как на стандартном декодере Pro Logic.

С другой стороны, раздельный сигнал 5.1 использует для своих пяти основных каналов всю пропускную способность. По самой своей природе, он поддерживает полное разделение каналов, при этом направляя конкретный звук на конкретный канал.

Pro Logic II только начинает обретать популярность в приемниках, а Dolby Digital используется повсеместно уже несколько лет. Очевидно, Pro Logic II станет стандартом для приемников. Но лишь через год или два. И любое устройство, поддерживающее Pro Logic II будет также поддерживать и Dolby Digital и DTS. Что же касается Pro Logic, то уже лет пятнадцать она имеется практически на каждом многоканальном приемнике.

Ещё один интересный факт, касающийся звукового процессора - он связан с 16Мб DRAM 8-битной шиной памяти, работающей на частоте 81МГц (половина рабочей частоты Flipper). Очевидно, 16Мб памяти для обработки звука более чем достаточно. Эту память можно использовать и для хранения любой другой информации, не критичной к пропускной способности, которая составляет всего 81 Мбайт/с.

Связь с внешним миром

GameCube не имеет встроенного жесткого диска, как не имеет ни модема, ни карты Ethernet. Тем не менее, на приставке имеются разъемы расширения для подобных устройств. Nintendo уже хвасталась своими адаптерами Ethernet и модемами, но возникает вопрос, насколько популярными будут эти дополнительные устройства. История показала, что они не пользуются большим спросом. В основном это объясняется тем, что разработчики не уделяют внимания дополнительным устройствам. Разработчикам и так приходится ограничивать свои продукты для использования лишь на конкретной приставке. Если же для игры придется приобретать дополнительный адаптер Ethernet или жесткий диск, их игры вряд ли станут покупать. Конечно, в этот раз все может оказаться несколько иначе, но имея представления о вещах вроде Sega CD или тихого ужаса - привода 64DD, не стоит ожидать чего-то сверхъестественного от дополнительных устройств к GameCube.

Nintendo действительно постаралась на славу, создав контроллер для GameCube. Манипулятор подходит практически под любую руку, хотя некоторым из нас он показался все же слишком маленьким. Благодаря размерам контроллера, приходится использовать менее мощные моторчики отдачи, чем в Xbox. Но это вовсе не так плохо.

Единственное, на что приходится сетовать - это длина шнура. Уж слишком он короткий - всего шесть дюймов, против девяти у Xbox.