FPGA を使用して古典的なビデオ ゲーム システムを複製することは、数年前から盛んになっていますが、これらのプロジェクトは標準的なソフトウェア エミュレーションとどう違うのでしょうか?そして、ほとんどのユーザーにとって、高額な参加費にそれだけの価値があるのでしょうか?
FPGAとはどういう意味ですか?
FPGA はフィールド プログラマブル ゲート アレイの略で、製造後に再構成できる集積回路の一種です。従来のコンピューター チップとは異なり、FPGA は、さまざまな目的に合わせて再構成できるプログラマブル ロジック ブロックと相互接続を使用します。
本質的に、FPGA はあらゆる種類のデジタル回路として動作するように再プログラムできます。これは、新しい構成を RAM にロードして異なるタイプのチップをエミュレートするだけで、何度でも実行できます。古い FPGA では回路図が使用されていましたが、新しい FPGA では代わりにテキストベースのプログラミングを使用して動作を記述します。
これらのチップは、特に AI アクセラレーションと 機械学習 において、さまざまな用途に使用できます。 Microsoft は Intel と提携し 、Intel の Arria ファミリ FPGA を使用して Bing 検索を強化しました。これらは信号および画像処理システムで使用され、設計者が開発の初期段階でコンセプトを証明するのに役立つ独特の役割を果たします。
FPGA は、異なるタイプの回路として動作するように何度も再プログラムできるため、ビデオ ゲーム ハードウェアのエミュレーションにも最適です。 FPGA は、ソフトウェアでエミュレータを実行するのではなく、ハードウェア レベルでさまざまなビデオ ゲーム システムを効果的にエミュレートします。
FPGA システム エミュレーションはどのように機能しますか?
FPGA エミュレーションでは 、元のハードウェアの動作を再現するハードウェアの「コア」を誰かが作成する必要があります。このプロセスには、元のハードウェアのリバース エンジニアリングが含まれることが多く、統合ヒート スプレッダーの保護カバーを取り外して内部のダイを露出させる「デキャッピング」も含まれます。
これにより、集積回路の目視検査が可能になり、動作する FPGA コアの製造に役立ちます。この繊細なプロセスには、硫酸やアセトンなどの化学薬品の使用、熱、人工呼吸器、そして多くの忍耐が必要です。次に、参照イメージが取得され、FPGA で解釈できるハードウェア記述言語 (HDL) でコアが作成されます。
FPGA コアについて学習し、リバース エンジニアリングし、作成するプロセスには、数か月と多大な労力がかかる場合があります。驚くべきことに、これらのコアの多くは、ハードウェアの保存を目的として無料で利用できるようになります。通常、コアはベータ版の状態でリリースされるため、改良を加えて開発を何年も続けることができます。
オリジナルのハードウェアをエミュレートしているにもかかわらず、FPGA エミュレーションでもソフトウェア エミュレーションと同様にエラーが発生する傾向があります。完璧なハードウェア エミュレーションを追求するために、より多くの修正や変更が実装されるにつれて、コアは定期的に更新されます。
FPGAにはどのような利点がありますか?
FPGA ハードウェア エミュレーションは、オリジナルのシステムでのプレイに最も近いため、本物のエクスペリエンスを提供します。これには、コアがオリジナルの 1:1 レプリカを提供していると仮定すると、元のハードウェアに存在していた不具合が含まれる可能性があります。エミュレーションははるかに低い (ハードウェア) レベルで実行されるため、ソフトウェア エミュレーターに存在する可能性のある遅延などの問題は解決されます。
オリジナルのハードウェアは、特に古くなると信頼性が低くなることがあります。元の回路の動作を FPGA で再現することは、元のハードウェアを保存する手段であり、何度でも展開できます。これらのプロジェクトが オープンソース になると、前提条件となる FPGA ハードウェアを所有していれば、誰でもその恩恵を受けることができます。
ほとんどの人にとって、その場で再プログラムできる単一のハードウェアを所有する方が現実的です。オリジナルのハードウェアは高価で場所をとり、希少なコンピュータやアーケード ボードの場合は見つけるのが難しい場合があります。このハードウェアは古くなっているわけではなく、ずっと前に生産が中止されているため、 修理 や交換が難しい場合があります。
システムはハードウェア レベルでエミュレートされるため、システムはそのプラットフォーム用に設計されたほぼすべてのハードウェアと接続できる必要があります。これには、コアの作成時に必ずしも考慮されていなかった、元のカートリッジ、周辺機器、およびアクセサリが含まれます。
これは、オペレータが使用したいさまざまなデバイス (たとえば、光線銃など) を考慮する必要があるソフトウェア エミュレータとは異なります。
MiSTer: 家庭用FPGAハードウェアエミュレーション
MiSTer FPGA は、コンソール、家庭用コンピュータ、アーケード マシンのエミュレーションと保存に特化したオープンソース FPGA プロジェクトです。これは、この種のプロジェクトとしては最も成功したプロジェクトであり、数百のコアが利用可能であり、活発に開発されています。
MiSTer FPGA を実行するための唯一の「必須」コンポーネントは DE10-Nano です。DE10-Nano は、Cyclone V システムオンチップ を内蔵した小型の Raspberry Pi に似たデバイスです。このボードは、追加の RAM、USB ハブ、および VGA 出力、SCART 出力、またはアーケード キャビネット用の JAMMA 出力などの機能を追加する入出力拡張によって拡張できます。
始めるには 、DE10-Nano 、ケース、および冷却装置が必要です。より高度なエミュレーションを行うには、RAM の拡張が必要です。 MiSTer Addons や Ultimate MiSTer などの再販業者のアドオン モジュールを使用して、意図した目的に合わせて MiSTer FPGA セットアップを拡張できます。次に、 最新バージョンの MiSTer を使用して SD カードをセットアップする 必要があります。
このプロセスは「従来の」エミュレータを使用するよりも複雑ですが、ソフトウェア エミュレータと同様に データ ファイルと ROM が 必要です。オリジナルのハードウェアに匹敵するエクスペリエンスを求める愛好家にとって、MiSTer に勝るものはありません。他の人にとっては、 ソフトウェア エミュレーション を介して無料で実行できることを実現するには多大な費用がかかります。
Analogue Pocket: 外出先での FPGA ハードウェア エミュレーション
Analogue Pocket は 、FPGA エミュレーションを使用してオリジナルのゲームボーイ、ゲームボーイ カラー、ゲームボーイ アドバンスのカートリッジと接続するマルチシステムのポータブル ハンドヘルドです。 Game Gear、Neo Geo Pocket、Atari Lynx、TurboGrafx-16 システム用のアドオン カートリッジ アダプターもあります。
このシステムは、コンソールをスリープ状態にすることでゲームプレイを一時停止する機能など、最新の進歩をサポートしています。 Pocket は、ピクセル グリッド パターンや LCD バックライト効果などの特徴を再現した美しいディスプレイを備えています。ドック（別売り）に接続して、 HDMI 経由でテレビで再生することもできます。
価格は 219.99 ドルで、オリジナルのカートリッジを豊富に揃えている人なら誰でも気に入る美しいハンドヘルドです。ソフトウェアから ROM をロードする機能はありませんが、Analogue Pocket はオリジナルのハードウェアで動作するフラッシュカートと互換性があります。
レトロゲーム用FPGAの欠点
レトロゲームをプレイするために FPGA を使用する場合の最大の欠点は価格です。最新のソフトウェア エミュレータは、古いコンピュータからスマートフォンに至るまで、ほぼすべてのデバイスで実行できます。ほとんどは無料で、多くは完全にオープンソース プロジェクトです。中には数十年かけて開発され、高度に構成可能なものもあります。
MiSTer FPGA と Analogue Pocket は、始めるには高価な趣味です。特に MiSTer プロジェクトは、十分なアドオンを追加すると簡単に 500 ドルを超える可能性があり、これは 1 台のアーケード ボードや珍しい家庭用コンピューターと比較すると非常に価値がありますが、ピクセルを探していない人にとっては厳しい買い物です。完璧なエミュレーション。
可用性も懸念されます。この記事を書いている 2022 年 2 月の時点では、DE-10 Nano はどこでも売り切れで、Analogue は Pocket コンソールの次期バッチが 1 年間待ちの状態になっています。 世界的な半導体不足 と、転売業者のウェブサイトで法外な価格を請求する ダフ屋 によって状況はさらに悪化している。
ソフトウェア エミュレーションと最新のハードウェアは、多くのカジュアル ゲーマーがソフトウェア エミュレータとオリジナルのハードウェアの違いに気付かないレベルまで進歩しました。 MiSTer や Pocket のような FPGA プロジェクトは、まさに愛好家を対象としています。価格と可用性は時間の経過とともに改善されるはずなので、FPGA ハードウェアレベルのエミュレーションの将来は非常に明るいです。
クラシックをエミュレートするその他の方法
現在、エミュレーションを導入するための、より安価で簡単な方法があります。これを読むために使用しているデバイス では、 RetroArch のようなマルチシステム エミュレータ を実行できる可能性が高くなります。
現時点で最も価値のある家庭用エミュレータ マシンの 1 つは Xbox シリーズ S (またはシリーズ X) です。これは比較的簡単に見つけることができ、 膨大な数の RetroArch コアを実行する ために使用できます。ハンドヘルド機をお探しの場合は、 代わりに最新の Linux および Android 搭載のポータブル エミュレータ をチェックしてください。
