电视游乐器主机规格军备竞赛

虽然电视游乐器逐渐受到重视，但许多人还是认为，电视游乐器仅是在东亚这种地狭人稠才需要的休闲机器。一直到2000年3月10日世界软体霸主微软(Microsoft)宣布以「XBOX」跨足电视游乐器市场后，人们才更加重视电视游乐器的地位，并群起讨论新一代电视游乐器的规格与性能。为何微软会跨足电视游乐器？微软决定推出XBOX绝不是临时起义的行动。事实上，微软希望让PC进驻到客厅的企图心早在数年前即可看出，例如在PC硬体设计建议书中，要求新生产的PC要配备电视输出(TV-Output)功能，另外也买下WebTV公司，想尽各种方式将微软软体推向家庭客厅，但成效都有限。

《表一　》

而有鉴于SONY在电视游乐器市场上逐渐茁壮，新的PlayStation 2(以下简称PS2)电视游乐器亦不仅用于执行游戏(图一)，甚至可以上网、观赏VCD、DVD-Video。未来不无可能在此机台上建构应用程式，早微软一步奠定在客厅的软体地位。因此在TV-Output与WebTV皆未达预期普及度的情况下，也就直接推出XBOX，正面与SONY的PS2对抗(图二)。

除了MS与SONY的新机较劲外，一向是游乐器主流，直到SONY PlayStation出现才居于劣势的日本任天堂(Nintendo)公司，在发现Nintendo 64bit的电视游乐器不如PS2与XBOX后(甚至不如SEGA Sarturn与SONY PlayStation)，也急于推出新机种，企图挽回以往的主流地位，并与PS2、XBOX等新机抗衡(表一)。此一新游乐器之研发代号称为「Dolphi，海豚」，而正式名称最近也正式定案，称为「GameCube」(此名称大概受Apple的新电脑Cube所影响吧！)。

SONY PlayStation 2

PlayStation 2，顾名思义是PlayStation的第二代，PlayStation(以下简称PS)从1994年12月正式发表(售价39,800日币，300美元)，一直到2000年3月PS2的发表共相隔五年，与x86 PC的每18月提升一倍效能相较，消费性电子产品的汰旧换新是较慢的。 PS2的CPU是由SONY所开发的Emotion Engine，简称"EE"。由于3D游戏当道，所以CPU除了负责游乐器全系统的运作控制与协调外，更重要的任务是负责3D画面的座标、顶点等浮点运算，所以CPU的浮点运算能力必须以高标要求。EE晶片的运作时脉为294.912MHz，使用0.18um技术制造，每秒可以执行6.2G浮点运算（6.2GFlops）。

除了EE CPU，另一关键晶片是绘图晶片。这也是由SONY自行开发设计，称为Graphics Synthesizer，简称"GS"。同样的受到3D游乐风行的影响，绘图晶片的3D显示效能也成为最重要的性能评估指标，GS时脉为147.456MHz，128bit的运算核心，每秒可以产生66M个多边形(Polygon)。

而PS2的系统记忆体使用32MB的Rambus Direct-RDRAM，资料传输率为3.2GB/Sec，笔者猜测其组态为双通道的RDRAM(一个通道16bit)，时脉为800MHz，才能达3.2GB/Sec的效能。至于在视讯记忆体方面，PS2使用4MB的VRAM，4MB对3D显示而言实在"小气"。不过根据侧面了解，SONY似乎希望用较快的传输速度(48Gb/Sec)来弥补视讯记忆体容量过小的情形。

除了3D显示上有长足的进步外，音效方面PS2同样也有突破。原先PS使用SONY自行开发的SPU晶片来负责游戏音效，如今PS2使用SPU2的二代晶片，不仅MIDI同时发声数提升到48声道(PS仅24声道)，而且还加入AC-3与dts等环绕音效。加上PS2本身配备DVD-ROM，因此PS2也可以充当DVD-Video播放机使用。

此外搭配SPU2晶片的音讯记忆体(应当是Wavetable用的音色记忆体)，也由原来PS的512KB提升成2MB。就因为具有AC-3、dts等音效输出功能，所以PS2也就具有S/PDIF(Sony/Philips Digital InterFace)的光纤输出端子，用于输出多声道音效。此外回过头来补充GS晶片，GS晶片内也具备了硬体MPEG-2的解码电路，如此才能让PS2顺畅播放DVD-Video。

接着是光碟机方面，原PS使用2倍速的CD-ROM，特别版本的PS机种可以播放VCD，而PS2则是使用4倍速的DVD-ROM，相容于CD-ROM时则为24倍速的CD -ROM。至于其他方面，PS2的许多规格都与x86 PC相仿，例如USB v1.0/1.1埠、i.Link埠(即是IEEE-1394埠)、PCMCIA埠(Type III)，必要时可用PCMCIA连接硬碟机。至于控制器方面维持两个，与PS相同，也可以使用以前PS的控制器。

此外更重要的一点，PS2可以相容执行既有PS的游戏。为了达到相容，原本PS的CPU：特制版的MIPS R3000(32bit，33.8688MHz)，在PS2内也将具备，以便在执行原有PS游戏时可以派上用场，而平常这颗晶片也负责PS2内的I/O处理工作。 PS2的此一相容做法相当正确，因为截至2000年5月为止，PS至少已经出货达7,300万台，所以相容执行PS平台上的游戏，也成为SONY不得不给消费者的承诺。虽然新推出的PS2游戏机价格偏贵，但至今在日本境内也已经出货达400万台。

Microsoft XBOX

微软跨足的领域不断增加，2000年4月宣布Pocket PC(手持式电脑)与XBOX(电视游乐器)，2000年底的Comdex Fall电脑展也推出Tablet PC(手板式电脑)，因此MS跨足PC之外的领域相当明显。 XBOX的所有组件都与x86厂商有关，首先是CPU部份，参选者有AMD的K6-2与Intel的Pentium III(简称P3)。后来Intel入选，有侧面消息是说Intel给予极优惠的价格供应XBOX用的Pentium III处理器，并且五年内不变动价格(XBOX与其他电视游乐器相同，预估主机寿命为五年)，但此消息未被证实。

2000年3月公布XBOX时，据说会使用600MHz的P3，并预计2001年秋天(七月)正式推出。不过至2001年3月，已经将时脉标准往上拉抬到733MHz，相信到正式推出前都可能再往上推升，似乎把x86 PC的演进速度带到电视游乐器领域中。由于P3的相关规格许多人都相当熟悉，笔者在此就不赘述，而将目标转移到其他晶片上。其实XBOX最令人讶异的，除了已经成熟的P3晶片外，MS更大胆采用许多新架构、新设计与新晶片，并且都尚在开发中，令人相当不解。

首先是3D绘图晶片，MS XBOX采用nVIDIA正在研发中的X-Chip，研发代号称为NV25(后改称为NV2A)，预计比最近才发表的NV20：GeForce3还要快速。 NV25/NV2A将使用0.13um制造(可能委请台积电代工)，时脉为300MHz(后来调降为250MHz)，视讯记忆体方面的速度达200MHz；但使用DDR SDRAM的结果，实际效果可达400MHz ，X-Chip推估将使用达6,000万的电晶体来完成。

X-Chip除了时脉向下修正外，其余规格也与2000年3月的公布有出入，且都是向下修正。原本宣称有300M Polygon/Sec，后来修正为150M Polygon/Sec，之后又降成125M Polygon/Sec。另外也公布另一项效能指数为Pixel产生速度，最高的宣称为4.8G Pixel/Sec，后来修正为4.0G Pixel/Sec。

谈完XBOX的CPU与GPU(Graphics Processor Unit)后，接着是XBOX的记忆体架构。 XBOX的记忆体与其他游乐器相较相当不同，使用64MB的QBM SDRAM，据说是4倍速的SDRAM，传输速率达6.4GB/Sec。更耐人寻味的一点在于，无论系统记忆体、视讯记忆体还是音讯记忆体，统统使用此一64MB；即是与以前RISC工作站或现有低价x86 PC用的UMA(Unifield Memory Architecture)架构相同。

除了X-Chip外，另外还有一颗专责其他附属工作的“MCPX“晶片，也是由nVIDIA所开发。负责XBOX的音效、通讯以及其他I/O等工作，预计使用0.15um制造，运作时脉200MHz，负责乙太(Ethernet)网路、USB、1394、EIDE界面等工作。 MCPX所提供的音效功能，是256声道的ADPCM音效，另外也支援AC-3、THX等多声道环绕音效。

另外光碟机方面，XBOX最初的公布是使用4倍速的DVD-ROM，不过后来也考虑使用更高倍速的碟机。虽然XBOX与PS2相同都使用DVD-ROM，但XBOX预设却无法播放DVD-Video。其理由是因为DVD-Video有区码的问题，会使XBOX的销售受限，所以DVD影片的播放功能在XBOX中属于选用功能，可透过套件附加此一功能。

XBOX与以往电视游乐器最大的一点差异，在于XBOX预设出货就有硬碟跟乙太网路。这当然是微软希望能将其在PC与Internet上的优势可以快速移植到游乐器上，而此两种周边与功能却是PS2与后面介绍的GameCube所缺乏的，或许是选购才有的。

在控制器上，XBOX使用4个USB埠来连接控制器。不过仅是插座使用USB零件，既有PC用的USB控制器无法在XBOX使用。而大家当初所期望，XBOX可以直接读取与执行PC上的游戏，事实上也无法做到。仅是欧美等习惯开发PC Game的厂商，可以很容易将游戏移植到XBOX而已。

另外XBOX使用的作业系统，即是特别版本的Windows 2000。不过这不用太讶异，因为日本SEGA的DreamCast游乐器，也是使用特别版的Windows CE；也因为XBOX使用Windows 2000，所以主要的Game API就是DirectX喽！据宣称至少是DirectX v8.0(简称DX8)。最后是价格与上市时间。微软宣布XBOX绝对低于399美元，并且希望在2001年7月推出后。销售一年的时间，到2002年6月要有500万台的销量，并且希望到2004年时有1000万台的销量。

Nintendo GameCube

以往电视游乐器的主流一直都是任天堂的天下，从最早的红白机(Family Computer；FC)到超级任天堂(Super Family Computer；SF)。这段独霸期间无论SEGA推出任何第四代、第五代主机都无法动摇任天堂的地位，而昙花一现的PC Engine与SNK NeoGeo更是不在话下。不过因为长期胜利的结果，更新一代的任天堂64(Nintendo 64；N64)则大大败北。

最大的错误在于N64沿袭以往机种采行Mask-ROM为主的卡匣，虽然任天堂强调卡匣速度快于光碟，但Mask-ROM容量有限。愈来愈华丽的游戏需要更大的储存容量，每每为了推出N64专用的游戏，游戏开发商必须不断压缩与牺牲原游戏的资料与品质；因此游戏推出速度缓慢，导致N64无法成为新世代主机的主流。

不过任天堂并没有伤到太多元气，一方面GameBoy的掌上游戏机跨入市场极早，成为目前最成功的掌上游乐器，发表至今已经有11年，出货达一亿台。任天堂当然也想挽回家庭主流市场，并展开新一代的主机计画，主机代号为“Dolphi，海豚“，而近日也已经证实其正式名称为“GameCube“，这大概是受Apple PowerPC G4 Cube的影响吧！名称都为“Cube“，主机模样也都是四四方方的。

《图二　XBOX》

GameCube的CPU是名称为“Gekko，月光“的PowerPC晶片(G3等级)。 PowerPC虽然是Motorola所开发，但衍生版本非常多。 IBM也有生产PowerPC的权利，而GameCube的PowerPC正是由IBM所生产的；时脉为405MHz，整数运算为32bit，浮点数运算为64bit，浮点效能为每秒13Gflops；以0.18um铜制程技术制造，内建L1快取64KB(32KB指令，32KB资料，2Way组态)，L2快取256KB(指令资料不区分，8Way组态)。

接着是3D晶片，GameCube用的是加拿大ATi公司所开发的Flipper晶片。该晶片将使用上ArtX公司(原为SGI的子部门，后来独立成公司，之后又被ATi公司并购)的3D技术，运作时脉205MHz，3D效能为6M至12M Polygon/Sec，由NEC公司以0.18um技术制造(图八)。 Flipper晶片内具有2MB的视讯记忆体，跟1MB的材质快取记忆体(Texture Cache)，此两内建的记忆体都是使用5nS存取间隔的Mosys 1T-SRAM，资料宽度为40bit，材质快取的传输率高达12.8GB/Sec。另外除了ArtX公司的3D技术外，Flipper也使用上ATi的Radeon256晶片的3D技术。 Gekko内部跑405MHz，外部跑202.5MHz，好与Flipper晶片连接；如此Gekko与Flipper间的传输率为1.6GB/Sec(32bit位址，64bit资料)。

系统记忆体方面，GameCube的系统记忆体是24MB的1T-SRAM。虽然Flipper内建的是5nS的1T-SRAM，但系统记忆体的1T-SRAM是使用10nS以下的1T-SRAM，资料传输率达3.2GB/Sec。视讯记忆体方面GameCube做法比较传统，使用16MB的SDRAM，速度达100MHz(PC-100)。至于音效上，GameCube有个特殊的16bit DSP晶片专责音效，运作时脉为101.25MHz(Flipper只有Gekko的一半速度，音效DSP又比Flipper慢一半)，可以提供48KHz的ADPCM音效，最多可达64声道，至于音讯记忆体则是与系统主记忆体共用。

接着关于光碟机，这次任天堂终于舍卡就碟，不过仍是使用专属规格(可能是怕游戏片被盗拷吧！)。 GameCube使用特制的8cm直径的DVD-ROM碟片，容量达1.5GB，碟机的资料传输率为16Mbps至25Mbps，平均存取速度为24mS。此外，GameCube的其他规格还包括四个控制器埠、选用性网路设备(乙太网路、数据机)、类比与数位电视输出埠、高速串列埠x2与高速并列埠x1等等。其中最值得一提的是控制器埠，GameCube将可与任天堂新一代的掌上型游乐器：GameBoy Advance(简称GBA，2001年3月21日正式发表)连接；达到外出时2D，在家时3D的娱乐效果。甚至GBA与GameCube连接，可以玩纸牌、麻将等游戏，GBA上的液晶显示器只显示自己的私密画面，电视则显示公众画面。

另外GameCube虽然不能播放标准的DVD-Video，但任天堂已经与Panasonic计画合作。 Panasonic将会推出一系列与GameCube相容的影音设备，借以弥补GameCube在游戏之外的娱乐功能。最后关乎售价与正式发表时间，GameCube预计以199美元发售，时间为2001年下半年正式发表。

结语

从这三部新的游乐器主机中，我们逐渐能发现一些趋势：

绘图晶片重要性超越处理器有的绘图晶片内部就具有浮点运算功能，如XBOX。如此处理器仅完全着重在控制与游戏的逻辑、人工智慧演算方面，绘图运算能力不被强调。

电视游乐器与PC规格愈来愈接近如USB、1394、PCMCIA等，尤其是任天堂几乎完全采用欧美规格，不似SONY仍有关键晶片自行研发的概念。

游戏全面DVD光碟化虽然任天堂采用专属的8cm DVD-ROM，但总体而言都趋向使用DVD技术储存游戏。

朝连线能力发展XBOX直接内建网路功能，而PS2与GameCube在选购上也可以连接上宽频。

---本文作者任职于资策会---

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