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[模拟相关] 关于Mister FPGA或者说游戏机硬件仿真的未来

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1^# 大中小发表于 2021-4-27 22:47 只看该作者

今天官网有个新帖子有点意思,Mister的作者Sorgelig的观点是

There are limits where FPGA can be used regardless if it's FPGA in MiSTer or any other boards.
PS2, Dreamcast and later consoles/computers use very high clocks not reachable on FPGA. Also chips became more complex and less low-level technical info is available. To create the system in FPGA you need much more technical low-level info than for software emulator. And more modern system - more hard to find such info.
FPGA will remain at the 90x systems emulation in foreseeing future.
Also there is no real benefit of FPGA against software emulators on later systems. They are 3D systems where GPU is more useful than FPGA. Also these systems aren't depend on cycle accuracy.
So FPGA is pretty much fixed for pre-2000 systems.

More modern FPGAs may give some advantage for later computer systems such as PC or Amiga. Saturn is on very early stage, and PS1 is in unclear state too - so if they will fit into MiSTer then it will be pretty much the top of possible.

FPGA won't be better on PS2 emulation or anything more modern.

大意是，就目前而言，不管是Mister或者是其他以FPGA形式仿真游戏机的方案有些固有问题导致很难实现PS1/SS 以上级别游戏机的实现。大概是PS2,DC等有着FPGA很难实现的高频率，更复杂的芯片，缺乏比较底层的技术细节信息（相较于软件模拟的方式需要更了解底层细节）而且越是新的系统越难找到相关的信息。

所以在可预见的未来，硬件仿真最多也就止步于PS1, SS这个级别了

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jidatui

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2^# 大中小发表于 2021-4-27 22:55 只看该作者

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硬件越高级，越难用硬件模拟。

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魔头

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3^# 大中小发表于 2021-4-27 22:57 只看该作者

FPGA完全模拟硬件肯定不行
软件精确模拟性能也不够

简单玩玩模拟器就行
想彻底研究干脆游戏一个个反编译

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SONIC3D

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4^# 大中小发表于 2021-4-28 01:27 只看该作者

首先，"硬件模拟"这个词，对MisterFPGA来说是不完全正确的，而应该叫"逻辑硬件重实现"。
因为本质上，是在无官方硬件设计原案的情况下，仅通过逻辑分析仪或少数流出的官方文档对于特定I/O功能的设计描述，进行用VHDL重新实现过程，在实现的过程中，根据前期逻辑分析仪的输入、输出信号时序作的归纳，尽可能做到时序级精准，不能做到时序级精准的做到功能级（Function Level）精准，来实现原来的硬件。

这个重实现过程，本身和当年的游戏机的VDP硬件实现工程师新设计VDP这样的ASIC是类似的，只不过现在是别人设计好了一个现有的逻辑电路黑盒，你要在不知道这个黑盒原始设计者的情况下，通过仅有的不完整文档，和覆盖观测这个黑盒的各种输入输出表现来做出一个一模一样的黑盒。使连接这个黑盒的游戏机的其他部件，能够从时序级别或功能级别对这个黑盒无法鉴别是原始的还是第三方重新实现的。

那么这就有2类问题，导致了Sorgelig所提出的限制，也就是我们对这个黑盒的外部观测手段上所受到的限制（这两类问题，其实是会共存的，但是我们可以在讨论其中一类问题时，先假设另一类问题处理理想状态）：
* 第一个问题就是，假设我们对黑盒的输入输出观测很完整，纸面上已经可以重新实现整个黑盒，但是这个黑盒的逻辑信号时序密度要求高于任何通用FPGA。这个就好比我拿到了原子弹的设计图纸，但是没有基础工业去辅助提纯制造原子弹所需要的铀、外壳金属、发射场等等。
* 第二个问题，是假设现有FPGA已经能够应对一切硬件，但是我们对要重新实现的目标硬件的观测或者说已知信息极为有限，导致无法“重实现”这个目标硬件。就好比我们看到了别人有原子弹，并且也有基础工业可以支撑，但是我们无法从内部或者原理上知道一颗原子弹是如何能爆炸。

对于第一个问题，那这个FPGA器材本身的技术代数就变成一个不可逾越的障碍了，那这个就要等未来出现门数更多，响应时延更低的FPGA出现。DE10-Nano本身要去实现XBOX，显然是不现实的，但是放到20年前，你要用当时的FPGA去实现一个MD的VDP同样不现实，而现在DE10-Nano做这件事手到擒来，所以你很难说20年后的民用FPGA能否足够“重实现”XBOX的CPU和GPU部分。

而对于第二个问题，同样时间和技术革新会有一定帮助。就好比现在的民用逻辑分析仪，同样的价格下、精准度、存储深度可以比20年前牛逼上天了。未来也会有更多技术方便我们去观测既有逻辑硬件的内部。比如说，一种比较有可实现性的方案，是通过电子显微镜，对开片后的ASIC芯片进行内部高分辨率拍照，然后用图像识别方式，自动将内部的与门或门的熔丝连接转化为逻辑表达式，进而再转化为更高阶的VHDL代码，从而实现百分百与原始ASIC设计时序上百分百等价的硬件。这个技术是完全可实施的（实际上已经应用于小规模ASIC克隆），瓶颈仅仅在于需要高价的电子显微镜和图像转逻辑表达式的软件。

所以，如果放眼之后15年，首先MisterFPGA这样的逻辑器件级别的对传统游戏机的“重实现”是可实施并且是相对低成本的。目前可以看到的2类限制，也会随着时间推移逐渐改善。

以上只是我个人观点。
附图是WonderSwan的卡带Mapper芯片的其中一种“Bandai 2001”的电子显微镜图的缩略图，原图是8000的像素分辨率。来源是一个WS硬件爱好者up-n-atom，摄制于对该逻辑芯片的重实现研究过程。

[ 本帖最后由 SONIC3D 于 2021-4-28 01:39 编辑 ]

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5^# 大中小发表于 2021-4-28 08:06 只看该作者

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要说硬件仿真，当年的小霸王等山寨fc早就做到了，不见得要用FPGA。。。。。

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6^# 大中小发表于 2021-4-28 09:35 只看该作者

未来？

这种东西哪有未来？

用1000块钱代价实现5块钱的效果

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7^# 大中小发表于 2021-4-28 10:33 只看该作者

引用:

原帖由 SONIC3D 于 2021-4-28 01:27 发表
首先，"硬件模拟"这个词，对MisterFPGA来说是不完全正确的，而应该叫"逻辑硬件重实现"。
因为本质上，是在无官方硬件设计原案的情况下，仅通过逻辑分析仪或少数流出的官方文档对于特定I/O功能的设计描述，进行用VHD ...

老哥很专业啊。以后肯定会有基于更强大板子的类Mister实现。只是就当下来看，在S大描述里可预见的瓶颈，是不是还会有其他能给我们带来惊喜的东西，还是就此止步于ps1,ss（就这两是否能达到sfc,md之类的成熟程度都还没谱），这是个问题

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8^# 大中小发表于 2021-4-28 16:03 只看该作者

作者的意思好像是有3d显卡的主机就难以模拟了，那看来这种东西主要是应用于2d显示为主的硬件。。。

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HDE

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9^# 大中小发表于 2021-4-28 18:57 只看该作者

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早就说过了，玩游戏被几十块的电视盒子吊打，就是给技术宅折腾的玩意。

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10^# 大中小发表于 2021-4-28 21:01 只看该作者

既然折腾这个，还是实机吧

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sig1b

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11^# 大中小发表于 2021-4-28 21:21 只看该作者

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很好，终于要看到这东西没法折腾了，，，再说，这个之前吹嘘过于神奇，我想说软件模拟也可以达到很高的精确度。不想否定硬件模拟的意思，有些人容易误解。

[ 本帖最后由 sig1b 于 2021-4-28 21:28 编辑 ]

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12^# 大中小发表于 2021-4-28 22:15 只看该作者

引用:

原帖由 VODKA 于 2021-4-28 08:06 发表
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要说硬件仿真，当年的小霸王等山寨fc早就做到了，不见得要用FPGA。。。。。

小霸王的ASIC设计，和FPGA设计从开发上是一回事。
差异是ASIC生产后内部逻辑电路不可改变，FPGA可以在上电时任意按需改变。
你可以理解成类似Mask ROM和EEPROM/FlashROM之于存储数据上的差异，只不过现在是存储"逻辑"。

开源项目你不可能指望每个版本都去ASIC流片，所以必须要用FPGA而不是“不见得要用”。
反过来，当项目的成熟度达到一定，是可以将MisterFPGA的某些内核经过精简剥离和移植，去流片成不可再改变但是单片成本极低的ASIC的。