Analyse des Innenlebens von Super-Nintendo-Cartridges

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

Interner Aufbau von Super-Nintendo-Cartridges

• Super-Nintendo-Spielmodule konnten auf dem ROM-Chip neben Befehlen und Assets auch zusätzliche Elemente enthalten.
  • Auf der Platine konnten sich ein CIC-Kopierschutzchip, SRAM und sogar ein „Leistungssteigerungsprozessor“ befinden.

CIC (Kopierschutz)

• Der Kopierschutzmechanismus des SNES funktionierte über zwei Chips in Konsole und Cartridge, die im synchronisierten Zustand miteinander kommunizierten.
• Wenn das CIC der Konsole eine Anomalie erkannte, setzte es alle Prozessoren zurück.

ROM: Befehle & Assets

• Die Größe von Spiel-ROMs wurde früher statt in Bytes in Bits angegeben (zum Beispiel hatte The Legend of Zelda 3 8Mb).
• Das Spiel mit der größten Kapazität ist Star Ocean (48Mb), während ein Klassiker wie Super Mario World nur ein einziges 4Mb-ROM verwendet.
• In einer vom Autor selbst erstellten CSV sind Schätzungen zur ROM-Nutzung von 3.378 Titeln zusammengefasst.

SRAM (Speicherfunktion)

• Einige Spiele boten eine Speicherfunktion mithilfe eines SRAM-Chips und einer Batterie.
• Wenn die Konsole ausgeschaltet wurde, wechselte das SRAM in einen Energiesparmodus, um den Batterieverbrauch zu senken.

Leistungssteigerungsprozessor (Enhancement Processor)

• Der bekannteste ist der 1993 in Star Fox eingesetzte Super FX (auch bekannt als „MARIO“, „GSU-1“).
• Auf Wikipedia und snescentral.com gibt es vollständige Listen aller SNES-Spiele mit Leistungssteigerungschips.
  • Insgesamt wurden 13 verschiedene Chips in 72 Spielen verwendet.

SA-1

• „Super Accelerator 1“ ist der MVP unter den Leistungssteigerungschips und wurde in 34 Cartridges verwendet.
  • Es handelt sich um dieselbe 65C816-CPU wie in der Konsole, sie läuft jedoch viermal schneller mit 10,74 MHz.
  • Er verfügt über 2KB SRAM und ein integriertes CIC.
• Der SA-1 besitzt drei Betriebsmodi (Beschleunigung, Parallelverarbeitung, Mischverarbeitung). In der leistungsstärksten Konfiguration steigert er die Gesamtleistung des Systems um das Fünffache.
• In der Retro-Gaming-Community wird der SA-1 genutzt, um das Gameplay älterer Spiele mit Slowdown-Problemen zu verbessern (Super Mario World, Gradius 3, Contra 3 usw.).

CX4

• Der CX4 ist eine Entwicklung von Capcom und wurde in Mega Man X2 und X3 verwendet.
  • Er bietet 3D-Wireframe-Rendering, verschiedene Berechnungen sowie Sprite-Skalierung und -Rotation für den VRAM.
• Er ist zwar für Wireframe-Effekte bekannt, wurde im gesamten Spiel aber auch für die komplette Sprite-Verarbeitung eingesetzt, sodass mehr Sprites ohne Bildschirmflackern dargestellt werden konnten.

Sonstige Enhancement Processor

• CS-DD1: Chip zur Sprite-Dekompression. In 2 Spielen verwendet.
• DSP-Serie: In 16 Spielen verwendet. Bietet schnelle 16-Bit-Multiplikation und Befehle wie sin/cos.
• OBC-1: In 1 Spiel verwendet. (Es gibt nur Vermutungen im Zusammenhang mit Sprite-Manipulation.)
• S-RTC: Bietet eine Echtzeituhr. In 1 Spiel verwendet.
• SPC7110: Chip zur Daten-Dekompression. In 3 Spielen verwendet.
• ST-010, ST-011, ST-018: Chips von SETA zur Verbesserung von KI; jeweils in 1 bis 2 Spielen verwendet.

SUPERFX (GSU-1, GSU-2)

• Der GSU-1 wurde in 5 Spielen wie Star Fox verwendet.
  • Er läuft mit 10,74 MHz und kann dank eines 512-Byte-Befehlscaches arbeiten, ohne die SNES-CPU auszuhungern.
• Während die SNES-PPU auf Kacheln und Sprites ausgerichtet ist, ist SuperFX auf Pixel-Rendering und Polygon-Rasterisierung spezialisiert.
  • In der Regel rendert er in den Framebuffer der Cartridge und überträgt die Daten bei VSYNC in den VRAM.
• Der GSU-2 ist im Grunde ein GSU-1, der mit voller Geschwindigkeit von 21,47 MHz läuft. Er wurde in 3 Spielen wie Yoshi’s Island und Doom verwendet.
• In der SNES-Community laufen Projekte, die mit GSU-1 und GSU-2 ältere Spiele verbessern.

Enhancement-Chips und Emulatoren

• Leistungssteigerungschips verbesserten das Spielerlebnis deutlich und senkten die Kosten für Publisher, wurden später aber zu einem Problem für Emulator-Entwickler.
  • Einige Spiele waren auf ungewöhnliche Chips angewiesen und konnten erst 2012 korrekt emuliert werden.
• Für Emulatoren war erheblicher Aufwand beim Reverse Engineering der Chips nötig.
  • Bei Chips mit internem ROM (ARM-basiert) muss dem Emulator eine BIOS-Datei bereitgestellt werden.
• Auch 2020 war die Emulation einiger seltener Chips noch nicht abgeschlossen.

Meinung von GN⁺

• Leistungssteigerungschips sind ein interessantes Beispiel aus der Geschichte von Hardware-Design und Spieleentwicklung. Die Vielfalt an Ideen und der Aufwand, mit denen man aus begrenzter Hardwareleistung das Maximum herausholte, stechen hervor.
• Aus heutiger Sicht der Emulator-Entwicklung sind sie lästig, damals waren sie jedoch eine effektive Methode, um die Spielqualität zu erhöhen und Entwicklungskosten zu sparen.
• Ähnliche Beispiele in der Branche sind verschiedene Zusatzchips im Sega Mega Drive/Genesis (SVP, Sega Virtua Processor usw.) oder der Speicherkarten-Slot des Neo Geo.
• Solche Erweiterungschips tauchen häufig in der späten Phase des Lebenszyklus einer Konsole auf, was als Versuch erscheint, an die Grenzen gestoßene Hardware-Spezifikationen zu überwinden. Zugleich ist es oft eine Übergangsphase zur Vorbereitung neuer Konsolenstarts.
• Beeindruckend ist, dass in der Retro-Gaming-Community Projekte laufen, die die Leistung alter Spiele verbessern. Das lässt sich als Arbeit verstehen, die die ursprüngliche Absicht der Entwickler bewahrt und Spiele aus heutiger Sicht neu interpretiert.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Spielmodule früherer Konsolen waren ähnlich wie PCI-Erweiterungskarten in PCs direkt mit dem Bus verbunden und konnten dadurch verschiedene Funktionen implementieren. Seit dem GBA werden sie jedoch nur noch zur einfachen Datenspeicherung verwendet.
• Mit heutiger Technik könnte man Raytracing-Chips oder Erweiterungschips wie den MSU1 in ein Modul integrieren und die Leistung der Konsole deutlich steigern. Auch die tatsächliche Herstellung physischer Chips wäre theoretisch möglich.
• Die CPU des SNES läuft normalerweise mit 3,58 MHz, aber bei einigen günstigen SlowROM-Modulen sinkt die Geschwindigkeit auf 2,68 MHz. Es gibt auch eine Modding-Community, die das per Patch zu verbessern versucht.
• Der Kopierschutz des SNES funktionierte so, dass die CIC-Chips in Konsole und Modul synchronisiert arbeiteten, ließ sich aber mit Backup-Geräten leicht umgehen.
• Wenn frühere Spieleentwickler detaillierte Technik in Blogform teilen, ist die Informationsdichte höher als bei YouTube-Videos.
• Super Mario World ist ein Meisterwerk, das auf 360 KB verschiedenste Figuren, Sprites und Level unterbringt.
• In Kombination mit moderner Technik könnte das Erweiterungschip-Konzept des SNES auch weiterentwickelte Grafik ermöglichen. Der SuperFX-Chip hatte seinen eigenen Framebuffer und kopierte daraus in den VRAM.
• Der Entwickler des Doom-Ports für das SNES hat alles per Reverse Engineering umgesetzt, ohne Dokumentation zum GSU-Chip oder zum Doom-Sourcecode.
• Ein erheblicher Teil des früheren Spielpreises entfiel auf die Herstellung der Module. Heute fallen für die Verbreitung von Spielen kaum noch Kosten an.
• In Yoshi’s Island ist in bestimmten Situationen ein Einbruch der Bildrate zu beobachten.
• Spielgrößen richten sich nach der Größe der ROM-Chips und erscheinen daher in Zweierpotenzen. Woher die in den Dokumenten angegebene exakte Byte-Zahl stammt, ist unklar.
• Die Erweiterungschips des SNES ermöglichten Spiele, die die Grundleistung der Konsole weit übertrafen. Besonders der SA-1-Chip war viermal schneller als die Haupt-CPU.
• Inoffizielle Spiele nutzten verschiedene Tricks, um den Kopierschutz zu umgehen, etwa indem ein originales Modul eingesteckt sein musste.
• Eine Analyse der Zusammenhänge zwischen Spielgröße und anderen Faktoren könnte interessante Einblicke in die Entwicklung von SNES-Spielen liefern.