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L’utilisation de FPGA pour répliquer des systèmes de jeux vidéo classiques est une pratique qui gagne du terrain depuis quelques années maintenant, mais en quoi ces projets sont-ils différents de l’émulation logicielle standard ? Vaut-il le prix d’entrée élevé pour la plupart des utilisateurs ?
Que signifie FPGA ?
FPGA signifie Field Programmable Gate Array, un type de circuit intégré qui peut être reconfiguré après fabrication. Contrairement à une puce informatique traditionnelle, les FPGA utilisent des blocs logiques programmables et des interconnexions qui peuvent être reconfigurées pour répondre à une variété d’objectifs différents.
Essentiellement, un FPGA peut être reprogrammé pour agir comme n’importe quel type de circuit numérique. Cela peut être fait encore et encore en chargeant simplement une nouvelle configuration dans la RAM pour émuler un type de puce différent. Alors que les anciens FPGA utilisaient des schémas de circuit, les plus récents utilisent la programmation textuelle pour décrire le comportement.
Ces puces ont une grande variété d’utilisations différentes, en particulier dans l’accélération de l’IA et l’apprentissage automatique. Microsoft s’est associé à Intel pour améliorer la recherche Bing à l’aide de la famille de FPGA Arria d’Intel. Ils sont utilisés dans les systèmes de traitement du signal et de l’image et jouent un rôle unique en aidant les concepteurs à tester les concepts dans les premiers stades de développement.
Étant donné que les FPGA peuvent être reprogrammés pour se comporter comme différents types de circuits encore et encore, ils sont également parfaits pour émuler du matériel de jeu vidéo. Au lieu d’exécuter un émulateur dans un logiciel, les FPGA émulent efficacement différents systèmes de jeux vidéo au niveau matériel.
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Comment fonctionne l’émulation de système FPGA ?
L’émulation FPGA nécessite que quelqu’un écrive un « noyau » pour le matériel qui reproduit le comportement du matériel d’origine. Ce processus implique souvent l’ingénierie inverse du matériel d’origine et même le « déballage », dans lequel le couvercle de protection d’un dissipateur thermique intégré est retiré pour révéler la matrice à l’intérieur.
Cela permet une inspection visuelle du circuit intégré pour aider à la production d’un cœur FPGA fonctionnel. Ce processus délicat implique l’utilisation de produits chimiques comme l’acide sulfurique et l’acétone, la chaleur, des respirateurs et beaucoup de patience. Des images de référence sont ensuite prises et les cœurs sont écrits dans un langage de description matérielle (HDL) qui peut être interprété par un FPGA.
Le processus d’apprentissage, d’ingénierie inverse et d’écriture d’un cœur FPGA peut prendre des mois et beaucoup de dévouement. Étonnamment, bon nombre de ces cœurs sont mis à disposition gratuitement dans l’intérêt de la préservation du matériel. Les noyaux sont généralement publiés dans un état bêta afin qu’ils puissent être améliorés, et le développement peut prendre des années.
Malgré l’émulation du matériel d’origine, l’émulation FPGA est toujours sujette aux erreurs, tout comme l’émulation logicielle. Les noyaux sont régulièrement mis à jour au fur et à mesure que de nouveaux correctifs et modifications sont implémentés dans la quête d’une émulation matérielle parfaite.
Quels sont les avantages du FPGA ?
L’émulation matérielle FPGA est la chose la plus proche du jeu sur un système original, offrant une expérience authentique. Cela peut inclure des bizarreries qui étaient présentes sur le matériel d’origine, en supposant que le noyau fournit une réplique 1: 1 de l’original. Les problèmes tels que la latence qui peuvent être présents avec les émulateurs logiciels sont résolus car l’émulation a lieu à un niveau (matériel) beaucoup plus bas.
Le matériel d’origine peut ne pas être fiable, surtout à mesure qu’il vieillit. Reproduire la façon dont les circuits d’origine se comportent avec un FPGA est un moyen de préserver le matériel d’origine et peut être mis en œuvre encore et encore. Lorsque ces projets sont rendus open source, n’importe qui peut en bénéficier tant qu’il possède le matériel FPGA prérequis.
Pour la plupart des gens, il est plus pratique d’avoir un seul matériel qui peut être reprogrammé à la volée. Le matériel d’origine peut être coûteux, prendre de la place et être difficile à trouver pour les ordinateurs et les plateaux de jeu rares. Ce matériel ne rajeunit pas, et comme la production a cessé il y a longtemps, il peut être difficile à réparer ou à remplacer.
Étant donné que le système est émulé au niveau matériel, les systèmes doivent pouvoir s’interfacer avec presque n’importe quel matériel conçu pour cette plate-forme. Cela inclut les cartouches d’origine, les périphériques et les accessoires qui n’ont pas nécessairement été pris en compte lors de l’écriture du noyau.
Ceci est différent des émulateurs logiciels qui doivent prendre en compte les différents appareils que l’opérateur souhaite utiliser (comme un pistolet léger, par exemple).
MiSTer : émulation matérielle FPGA pour la maison
MiSTer FPGA est un projet FPGA open source dédié à l’émulation et à la préservation des consoles, des ordinateurs personnels et des machines d’arcade. C’est le projet le plus réussi de son genre, avec des centaines de noyaux disponibles et en développement actif.
Le seul composant « requis » pour exécuter un FPGA MiSTer est le DE10-Nano, un petit appareil de type Raspberry Pi qui abrite un système sur puce Cyclone V. La carte peut être étendue avec de la RAM supplémentaire, un concentrateur USB et une entrée /extensions de sortie qui ajoutent des fonctionnalités telles que la sortie VGA, la sortie SCART ou la sortie JAMMA pour les bornes d’arcade.
Pour commencer, vous aurez besoin d’un DE10-Nano, d’un boîtier et d’un peu de refroidissement. Pour une émulation plus avancée, une extension de RAM est requise. Vous pouvez étendre votre configuration MiSTer FPGA en fonction de votre objectif en utilisant des modules complémentaires de revendeurs tels que MiSTer Addons ou Ultimate MiSTer. Vous devrez ensuite configurer votre carte SD avec la dernière version de MiSTer.
Le processus est plus complexe que l’utilisation d’émulateurs « traditionnels », mais nécessite toujours des fichiers de données et des ROM comme un émulateur logiciel. Si vous êtes un passionné qui souhaite une expérience comparable au matériel d’origine, il n’y a rien de mieux que MiSTer. Pour d’autres, c’est une grande dépense pour réaliser quelque chose qui peut être fait gratuitement grâce à l’émulation logicielle.
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Analog Pocket : émulation matérielle FPGA à la volée
L’Analogue Pocket est un ordinateur portable multi-système qui utilise l’émulation FPGA pour s’interfacer avec les cartouches Game Boy, Game Boy Color et Game Boy Advance d’origine. Il existe également des adaptateurs de cartouche supplémentaires pour les systèmes Game Gear, Neo Geo Pocket, Atari Lynx et TurboGrafx-16.
Le système prend en charge les avancées modernes telles que la possibilité de suspendre le jeu lorsque la console est en veille. Le Pocket dispose d’un bel écran qui recrée des fonctionnalités telles que les motifs de grille de pixels et les effets de rétroéclairage LCD. Il peut également être connecté à une station d’accueil (vendue séparément) pour une lecture sur un téléviseur via HDMI.
À 219,99 $, c’est un bel ordinateur de poche qui plaira à tous ceux qui possèdent une bonne collection de cartouches originales. Il n’est pas possible de charger des ROM à partir du logiciel, mais Analogue Pocket est compatible avec n’importe quel linker qui fonctionne sur le matériel d’origine.
Les inconvénients des FPGA pour le jeu rétro
Le plus gros inconvénient de l’utilisation de FPGA pour jouer à des jeux rétro est le prix. Les émulateurs logiciels modernes fonctionnent sur presque tous les appareils, des anciens ordinateurs aux smartphones. La plupart sont gratuits et beaucoup sont des projets entièrement open source. Certains ont traversé des décennies de développement et sont hautement configurables.
MiSTer FPGA et Analogue Pocket sont des passe-temps coûteux. Le projet MiSTer, en particulier, pourrait facilement coûter plus de 500 $ avec suffisamment d’add-ons, et bien qu’il s’agisse d’un excellent rapport qualité-prix par rapport à une seule carte d’arcade ou à un ordinateur domestique rare, c’est une vente difficile pour quiconque ne recherche pas de pixel. parfaite émulation.
La disponibilité est également une préoccupation. Au moment d’écrire ces lignes en février 2022, le DE-10 Nano est en rupture de stock partout et l’Analogue a une liste d’attente d’un an pour le prochain lot de consoles Pocket. Les choses sont aggravées par une pénurie mondiale de semi-conducteurs et des revendeurs facturant des prix exorbitants sur les sites Web des revendeurs.
L’émulation matérielle et logicielle moderne a atteint un niveau où de nombreux joueurs occasionnels ne sauront pas faire la différence entre un émulateur logiciel et le matériel d’origine. Les projets FPGA comme MiSTer et Pocket s’adressent directement aux passionnés. Le prix et la disponibilité devraient s’améliorer avec le temps, de sorte que l’avenir de l’émulation au niveau matériel FPGA est très prometteur.
Autres façons d’imiter les classiques
Il existe des moyens moins chers et plus faciles d’entrer dans l’émulation en ce moment. Il est très probable que l’appareil que vous utilisez pour lire ceci exécute un émulateur multi-système comme RetroArch.
L’une des meilleures machines d’émulateur domestique à l’heure actuelle est la Xbox Series S (ou Series X), qui peut être trouvée relativement facilement et est utilisée pour exécuter un grand nombre de cœurs RetroArch. Si vous cherchez quelque chose de portable, consultez les derniers émulateurs portables alimentés par Android et Linux.
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Article anglais original
