从再版游戏机看半导体发展的三十年

从再版游戏机看半导体发展的三十年
2020年06月02日 09:53 半导体行业观察

来源:本文由半导体行业观察翻译eetimes.jp,谢谢!

不断发布的再版游戏机

自2010年代以来,曾经火爆流行的游戏机迎来了三十周年、四十周年的诞辰,且不断发布再版机型(即外观忠实于原版)。再版游戏机的“先驱”是2016年任天堂发布的“Nintendo Classic Mini Family Computer”。

即使在这之前,也曾发布过多款模仿“Family Computer”、“Arcade Game”等产品的产品。但是,那些之前发布的产品大多是“极其类似的产品”,且仅能进行类似的游戏。此外,以上这些再版机型也都是由初代厂家监制生产的,且安装了当时了游戏软件(Game Software),可以说是为了针对之前的游戏迷而挖掘的市场。

下图1是2016年-2020年发售的再版游戏机的一览表(仅列举了具有代表性的机型)。外观与初代机型保持一致、尺寸比原版更小、抛弃了原来必须的用来插入软件的ROM 插孔(Slot)、基板上的闪存(Flash Memory)上预先写上了数据。与电视机相接的接口为HDMI。

图1:具有代表意义的再版游戏机与其搭载的处理器。

(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

除此之外还有很多其他再版的产品,2019年索尼Walkman、NEC的著名机型“PC-8001”等机型迎来了四十周年诞辰,Walkman发布了纪念版、PC-8001发布了再版机型。

下图2是Walkman四十周年纪念版与初代版本的外观。搭载的功能、大小尺寸都大相径庭。纪念版本具有通信、GPS等功能,而主要的处理器为灵活运用了14纳米工艺的高端产品。虽然外观类似,内部的性能却有四十年的发展差距。TechanaLye株式会社分别拆解了初版、四十周年纪念版,并做了“TechanaLye 377号报告”。

图2:索尼“Walkman”初版、四十周年纪念版。

(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

令人吃惊的半导体的发展,NEC“PC-8001”

下图3是2019年10月份发布的NEC PC-8001的再版,是HAI研究所的产品。宽度为10cm左右,如下图3左上角所示,包装箱、外观都忠实地和初代版本保持一致。此外,内部零件也是按照与初代版本一样组装的。由于尺寸更小了,因此采用了虚拟键盘(Dummy Keyboard)。其实也可以通过USB端口与外部键盘相连接,仅从外观来看,可以说能感觉到是初代版本的完全复活。右下角是拆下盖板后的图片。内部直接设置有Single Board Computer“Raspberry Pi Zero WH”(以下简称为:“Pi Zero WH”)。

图3:NEC“PC-8001”的再版。

(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

下图4是“Pi Zero WH”及其搭载的芯片。“Pi Zero WH”是在2018年1月份发布的。与最新版本的“Raspberry Pi4”相比,虽然“Pi Zero WH”的性能有所欠缺,但处理器采用了CPU/GPU/Audio/Video,而且还搭载了Wi-Fi芯片,可以作为IoT(物联网)基板而被广泛使用。再版的PC-8001(即Pi Zero WH)完全具有原版PC-8001的功能。

图4:“Raspberry Pi Zero WH”的处理器。

(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

下图5是1979年版的“PC-8001”(TechanaLye株式会社也拆解并分析了数个初代版本的产品)。与最初版本相比,各边长扩大了约4倍,且重量也更重。内部基板上紧密地排列着各家的、各种半导体芯片。(详细参见TechanaLye株式会社的报告402号)

图5:初代版本的“PC-8001”。

(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

最吸引眼球的是带NEC标志(Logo)的“uPD780C-1”,NEC产的8bit微控制器。CPU具有当时很多厂家采用的 Zilog的Z80A互换功能,且通过4MHz Clock来运作。

下图6是2019年发布的再版PC-8001的基板(Pi Zero WH)与初代版本的PC-8001的基板的比较图。基板的体积、搭载的芯片数量几乎都降低了2%-3%,虽然只有2%-3%的变化,却是历经了四十年的变化。就芯片的性能来看,搭载的处理器的频率提高了175倍(如果与最新的Raspberry Pi4相比较的话,频率提高了375倍)。与初代版本相比,虽然Pi Zero WH存在一部分过多的功能,但是由于性能的提高、面积的缩小这两方面的进步,可以说变化是十分明显的。

图6:初代版本的PC-8001与再版的PC-8001的比较。

(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

当前,虽然新冠肺炎还没有得以完全控制,但半导体行业却接二连三地发布细微化的未来计划。半导体生产工艺的细微化在持续发展(5纳米、3纳米、2纳米。。。。。。)、功能和容量在不断增加、尺寸在越来越小。毫无疑问,未来也会继续进步。假设2029年能诞生PC-8001的五十周年纪念版,那么届时将会搭载什么样的基板与半导体呢?其性能、面积的具体数值又会如何变化呢?让我们拭目以待。

几乎由同样的芯片构成的“Core Grafx mini”和“Genesis mini”

下图7是2020年3月份科乐美数码娱乐株式会社(英语:Konami Digital Entertainment Co., Ltd.,简称为:“KDE”)发布的“PC Engine Core Grafx mini”(以下简称为:“Core Grafx mini”)的外观图。“Core Grafx mini”是NEC-H(NEC Home Electronics)发售的著名游戏机--“PC Engine”的再版(为欧洲版本,日本版本为“PC Engine mini”),与初代版本相比,尺寸缩小了1cm左右,控制器、机体都忠实于初代版本。其实,初代版本发布于1989年,相当于诞生于1987年的PC Engine的第二代产品。

图7:科乐美数码娱乐株式会社(KDE)于2020年3月发售的“PC Engine Core Grafx mini”。(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

作为再版的“PC Engine mini”由六个芯片构成,如图7所示,搭载了瑞起的处理器“Z7213”、中国西安紫光国芯半导体有限公司(Xi'an UniIC Semiconductors,以下简称为:“UniIC”)的存储半导体。

下表1是2020年发售的Core Grafx mini与2019年世嘉株式会社(SEGA Corporation)发布的著名游戏机—“ GENESIS”(为北美版本,在日本的版本为“MEGA DRIVE”)的再版—“ Genesis mini”所搭载的主要芯片一览。

表1:Core Grafx mini与Genesis mini搭载的芯片的比较。(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

两款产品的初代版采用的是不同的芯片(GENESIS采用的是Motorola的MC68000,PC Engine采用的是当时Hudson Soft Company  Limited的芯片组)。两款再版的产品内部采用的处理器都为瑞起、DRAM都为UniIC、电源IC都为中国X-POWERS、用于HDMI输出的发射器(Transmitter)都为中国台湾的EXPLORE。

近年来,处理器的性能越来越高,可以说一个处理器就汇集了三十年前的多个处理器的功能(当然这也不是很容易地做到的)。两款产品的差异仅仅在于它们搭载的NAND型闪存的容量。控制器上搭载的微控制器也是一样的。

虽然硬件是一样的,世嘉搭载的平台为“Genesis mini”、KDE搭载的平台为“Core Grafx mini”。打个比方,硬件就是“器皿(容器)”,我们应该是可以读取“器皿(容器)”的发展趋势的。“器皿(容器)”越大,其内部可容纳的东西就会越多。

Classic mini与Core Grafx mini 采用了同样的处理器

下图8是解析了2016年发售的Classic mini Family Computer 与2020年发售的Core Grafx mini的处理器之后的图片,任天堂采用的是中国台湾Allwinner Technology(全志科技) 的普通处理器--“R16”(这是一款应用十分广泛的芯片)。Core Grafx mini采用的是瑞起的Z7213。

图8:任天堂Classic mini Family Computer 与Core Grafx mini分别搭载的处理器。(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

但是,解析两个芯片后,发现二者居然完全一样。后来我们又将扩大后的图片进行对比分析,发现其内部完全一致。毫无疑问,R16=Z7213。封装(Package)另当别论,内部同样是硅,这在半导体IC行业是极其普遍的,不需要大惊小怪。这也是大型企业的惯用做法。

2017年发售的任天堂Classic mini Super Family Computer也搭载了Allwinner Technology的R16,可以说很多再版的游戏机都采用了R16。

下图9是并排排列了PC Engine、PC Engine Core Graphics(1989年发售)、PC Engine Core Grafx II(1991年发售)、再版的Core Grafx mini的图片,以及取出基板后Hudson的芯片组的照片。

图9:从初代版本到再版的PC Engine图片。

(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

Core Grafx mini不再搭载日本产的芯片

下图10是开封PC Engine Core Grafx与Core Grafx mini的所有芯片后,基板上配置的所有产品的汇总,虽然初代版本的芯片全部是日本产品,然而再版的芯片没有一个日本芯片。反而由中国、台湾、韩国的芯片构成。

图10:PC Engine Core Grafx与再版(Core Grafx mini)的芯片。

(图片出自:TechanaLye株式会社的报告)

从初代版到再版,频率扩大了168倍,DRAM的容量扩大了4000倍,如果计算一下CPU的数量以及Bit数量、扩大了16倍。由此我们可以感觉到三十年来半导体厂家的变迁、产品性能的进步。

经历了新冠肺炎的2020年充满了不确定性,但是却是下一个十年(到2030年)的开始。经过下一个十年,以上数据又会如何变化呢?未来,我们将继续基于解析、分析,保留、汇总产品的证据。

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