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ゲームキューブ本体解析

ゲームキューブの基盤です。
大きさはCDアルバムサイズ!
MPU(CPU)『Gekko』はPowerPC750をゲーム機用にカスタマイズ
GCに搭載されているCPU『Gekko』は、IBMのPowerPC750を元にゲーム機ならではの機能を盛り込んだGC専用CPU。銅配線の0.18μmプロセスで製造され、トランジスタ数は2250万トランジスタ(うち2次キャッシュが1600万)。
チップサイズは約43mu(爪ほどの小ささ)と当時のPentium4 217muの5分の1以下の大きさです!!これにより、消費電力、発熱量もかなり抑えられています。消費電力は、たったの4.9W。
→GCシステム設計責任者の竹田取締役は「最新アークテクチャーの世界一きれいなCPU」と賞賛しています。

CPU内部には合計64KBの1次キャッシュと256KBの2次キャッシュを内臓しています。
単にキャッシュが大きいだけでなく、アクセス速度の速いスクラッチパッドメモリのようにも使える。
(CPUが命令処理を行いながら、メインメモリ上のデータをメインメモリと1次キャッシュの間でやりとりできる。(DMA転送))

Gekkoの特殊な特徴の1WGP(Write Gather Pipe)出力バッハと、ロード/ストアユニットに内臓された量子化/逆量子化機能
 →CPUが別の処理をしている最中でもシステムLSI側に描画用のデータやコマンドを渡せるように設けられた特殊なバッファ。
一般道である1次〜2次キャッシュやDMAと介さずにデータを送り出せる、データの高速道路的役割。
他にも座標系の32bit浮動小数点データをの一部を8bitにノーコストで圧縮してバスの負荷を減らしたりする工夫も盛り込まれている。LSIの内部ではノーコストで解凍される仕組みや、ディスプレイリスト内データにインデックス型を採用する事でのデータ圧縮と合わせて、実行バスバンド領域の向上のための工夫も盛り込まれている。

システムLSI Flipper
GCの心臓ともいえる最重要プロセッサ。ビデオチップ、ビデオメモリ、I/Oコントローラ、オーディオDSPを内蔵したメモリ混在型プロセッサになっている。0.18μmプロセスで製造され、NECが製造を担当している。FlipperはSilicon Graphics社のエンジニア達が設立した半導体設計企業ArtXと任天堂の共同開発。2000年2月にArtXがPCビデオチップメーカー大手のATIに買収さらたため、ATIのロゴがついています。
一般的にビデオメモリと呼ばれる部分は1T−SRAMメモリ3MB(テクチャーキャッシュ1MB/フレームバッファ2MB)
と少なく思われるけれど、メモリの少なさをカバーする工夫がしてある。
テクチャーデータのリアルタイム解凍機能を装備
 →テクチャーは圧縮した状態のまま置いてメモリを節約。(PS2は圧縮したまま使えないため同じテクチャーでもメモリを多く使用)
メインメモリ上にもテクチャーデータを格納して、それをキャッシュしている。
 →(メインメモリのレイテンがSRAM並に早いため、容易に利用できる。)

メインメモリには3次キャッシュ的役割な1T-SRAMを採用
ゲームキューブが多よりも一番優れている部分、それがこのメモリだと思います。
PCなどのスペックに詳しい人ならメモリ性能の重要さが理解できると思いますが、
マシーンの全体バランスを考えた時、CPUをクロックアップするよりもメモリの重要性の方が大事になってきます。
GCには1T-SRAMとい呼ばれるSRAMの高速応答とDRAMの高集積を備えた新しいメモリを採用したのです。
N64やPS2に採用されたRDRAMは、連続したアドレスをアクセスする際にとても早いという特徴をもってますが、メモリ内部を激しくランダムアクセスする場合は待ち時間が長いという欠点があります。(たいていのメモリも同じ)
実際のところ、ゲーム機の場合ランダムアクセスの割合がとても高いので、DRAMの苦手な分野なのです。
そのため、N64で当時注目されていたRDRAMを採用したが、GCでは違うメモリに変えているのです。

DVD-ROMよりも高速な8cmディスク(自社企画の8cmDVD−ROM)
CD-ROMやDVD-ROMを使ったゲーム機では、ゲームの起動やプレイ中のデータ読み込みで
待たされることも多くゲームのテンポを悪くするという欠点がある。(工夫すれば少なくできるけど)
そこで任天堂が松下電器と共同開発したGCのディスクドライブには、欠点を補う工夫が盛り込まれている。
1.メディアサイズが直径8cmと小さいこと
 →メディアサイズが小さければモーターで回転させたときのぶれが少なく安定する。
2.回転方式がCAV(回転速度一定)方式を採用
 →HDDと同じCAV方式なので、ディスクのどこを読むのにもいちいちモーターの回転速度を変える必要がない。
 ※PS2やXboxなど普通のDVD-ROMドライブには記憶容量を稼ぐためにCLV(線速度一定)方式を採用している。
<結論>
これらの工夫によって、光ディスクとしては高速な読み取り速度を実現している。
<欠点>
記憶容量が1.5GB(ギガバイト)とDVD-ROMより少ないので、演出にムービーや音声を大量に使いたい開発者にとっては少しネックになる。

浮動小数点演算システム性能はXboxより上
10.5GFOPS(ピーク)は次世代3機種の中でトップです。
※CPU、Geomerty Engine、 HW Lighting総計
実際のところ浮動小数点演算システム性能はXboxが一番低いです。
そのかわりにXboxはビデオチップ性能やメモリが多くテクチャーに容量が使えるでグラフィックは一番華麗に見えます。


参考文献
月刊アスキー10月号(2001年)

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