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1 AUTORES CIENTÍFICO-TÉCNICOS Y ACADÉMICOS Videoconsolas de última generación Miguel Ángel Martínez Ruiz The details are not the details. They make the design. Charles Eames. à Introducción Actualmente, la gran mayoría de familias de todo el mundo desarrollado tienen o han tenido en alguna ocasión una videoconsola con la que pasar su ratos de ocio. Es sorprendente destacar cómo el número de ventas va creciendo incesantemente, incluso en épocas de dificultad económica como la actual. Una videoconsola es un sistema electrónico de entretenimiento para el hogar que ejecuta juegos electrónicos (conocidos como videojuegos) que están contenidos en cartuchos, discos ópticos, discos magnéticos o tarjetas de memoria. En la industria de los videojuegos, las videoconsolas han sido clasificadas (según su tiempo de lanzamiento y la tecnología existente) en distintas generaciones. En este artículo se realizará un breve repaso por las distintas generaciones y se detallarán algunos aspectos interesantes de la tecnología de las videoconsolas de última generación, como son la PlayStation 3, la Xbox 360 y la Nintendo Wii. à Historia En 1972 la compañía electrónica Magnavox lanzó la primera videoconsola de sobremesa. Fue conocida como Magnavox Odysse y tuvo un éxito moderado en el mercado hasta que apareció el archico- 67

2 PÆgina 68 ACTA Videoconsolas de última generación nocido juego Arcade Pong (creado por Atari). Este novedoso juego hizo que los videojuegos se hicieran muy populares en aquella época y, sobre todo, consiguió despertar bastante interés en determinados sectores de la sociedad. cambio muy brusco en el mercado que se materializó en cuantiosas pérdidas. Se considera que en 1985 apareció la tercera generación con videoconsolas como Nintendo Entertainment System (NES) o la Sega Master System de SEGA y, con ellas, volvió a renacer el mundo de las consolas. NES fue un éxito rotundo y se mantuvo en el mercado hasta Estas videoconsolas incorporaban arquitectura de 8 bits, lo que ofrecía gráficos con una calidad superior a sus predecesoras, pero muy irreal comparada con la apariencia actual, que cuentan con más de 128 bits. Figura 1. Imagen del primer juego Arcade Pong. Figura 3. Fotografía videoconsola Sega Master System. Hacia 1988 llegó la cuarta generación. SEGA presentó su primer equipo de 16 bits, conocido como Sega Mega Drive, con una CPU Motorola Sucesora de Sega Mega System, arrancó con una de las guerras de videoconsolas más intensas. El equipo presentó una evolución en los entornos gráficos 2D; además, los juegos presentaban más detalles en los escenarios y personajes. Figura 2. Fotografía videoconsola Magnavox Odyssey. Sin embargo, la consola más vendida de esta generación fue la Super Nintendo Entertainment System (SNES), con su juego más vendido, Super Mario Bros. De hecho, sus juegos fueron transferidos con el tiempo a la Game Boy Advance. Años después aparecieron las consolas de segunda generación con videoconsolas como la Sega SG-1000, que supuso la primera incursión de una compañía japonesa en el mundo de las consolas. Por otro lado, Atari 5200 fue considerada la consola más avanzada de su tiempo. En el año 1983 comenzó una gran crisis en la industria de los videojuegos que hizo abandonar el sector a múltiples compañías. Aunque hasta dicho momento el mercado del videojuego estaba viviendo su mejor momento (debido a que las ventas de juegos se habían triplicado respecto a 1982), hubo un 68 Figura 4. Fotografía videoconsola Sega Mega Drive.

3 PÆgina 69 Videoconsolas de última generación Los años que van desde 1993 hasta 2002 fueron considerados como la quinta generación (también conocida como la era de los 32 bits). Las compañías desarrolladoras de juegos comenzaron a presentar títulos en un entorno tridimensional, aprovechando la capacidad del hardware que tenían los equipos. Se trata de una generación que supuso el paso de los 2D a los entornos tridimensionales, un hecho esencial en el camino a los gráficos actuales. En ese momento el mercado estaba dominado, básicamente, por dos consolas, PlayStation (1994) y Nintendo 64 (1996). La PlayStation 2 de Sony continuó con el mismo éxito de su predecesora, la PlayStation, y fue la primera videoconsola casera en incluir un reproductor de DVD, lo que fue un paso muy interesante, pues la consola se convertiría en algo más que en una máquina para jugar. Esta consola es considerada como la auténtica joya de la corona de Sony, ya que ha logrado ser la consola más vendida de la historia. En 2004 la lucha fue por el mercado de las consolas portátiles. Hasta esa fecha sólo se habían visto evoluciones de la Game Boy (GameBoy Pocket, Game Boy Color, Game Boy Advance). Nokia entró en la lucha con su N-Gage, Nintendo respondió con la Nintendo DS y poco después vino Sony con su PSP (PlayStation Portable). El mercado de la séptima y actual generación de videoconsolas está dominado por tres consolas: Xbox 360, PlayStation 3 y Wii. En esta nueva generación, Microsoft y Sony apuestan por un salto cualitativo en el apartado gráfico, mucho más potente y realista, manteniendo una manera de interacción con la videoconsola similar a la de generaciones anteriores. Por otro lado, Wii favorece la jugabilidad frente a la calidad de los gráficos y revoluciona el mercado con su mando interactivo. Figura 5. Fotografía videoconsola PlayStation. En esta generación, los usuarios podían disfrutar de juegos como Virtua Fighter 2, Gran Turismo, Super Mario 64, Sonic Adventure. Figura 6. Imagen videojuego Virtua Fighter 2. En la sexta generación se produjeron equipos con similitudes respecto a la arquitectura de un computador personal; no obstante, las consolas de sobremesa prescindieron de los cartuchos y utilizaron medios de almacenamiento de gran capacidad, como el DVD, CD-ROM, GOD, lo que hizo que los juegos fuesen más largos, con más fases y visualmente más atractivos. Figura 7. Fotografía de las tres videoconsolas de última generación (Xbox 360, PlayStation 3 y Wii). El siguiente esquema resume el sorprendente proceso que han sufrido las videoconsolas en los últimos años. 69

4 PÆgina 70 ACTA Videoconsolas de última generación Figura 8. Generación de consolas. à Videoconsolas de última generación La Xbox 360 y la PlayStation 3 suponen un cambio de filosofía respecto a sus predecesoras, pues para aumentar el rendimiento de sus CPU han apostado por el empleo de varios core o núcleos, incorporando múltiples procesadores en su interior. También está marcada por la integración del formato de disco óptico Blu-ray, utilizado únicamente en la PlayStation 3. Han aparecido controladores inalámbricos y detección de movimiento que han desplazado el clásico controlador por cable. con el que se ha diseñado la Wii, se ha posicionado en primer lugar en las ventas de videoconsolas de sobremesa. La gran novedad del nuevo sistema de control, unido a la fiel legión de fans que la marca nipona se ha ganado a través de los años, hacen que la Wii pueda competir con Microsoft y Sony. Xbox 360 La primera videoconsola que se ha procedido a estudiar ha sido la Xbox 360 de Microsoft. El esquema general de esta videoconsola puede visualizarse en la siguiente figura: Es curioso mencionar cómo en esta generación ya no se cuenta con una de las compañías importantes en la fabricación de videoconsolas que se ha venido citando hasta ahora, Sega. Únicamente tres compañías se disputan el mercado (Nintendo, Sony y Microsoft). A finales del año 2005, la Xbox 360 de Microsoft fue la primera en pertenecer a esta generación y en noviembre de 2006 se incorporaron la PlayStation 3 de Sony y la Wii de Nintendo. Respecto a las ventas, la compañía Nintendo recuperó el mercado perdido en las dos últimas generaciones debido a la popularidad de la marca PlayStation de Sony. Gracias al nuevo enfoque de Nintendo 70 Figura 9. Esquema de la Xbox 360.

5 PÆgina 71 Videoconsolas de última generación Si se desmonta la carcasa de esta videoconsola se pueden observar los siguientes componentes: Cada core, basado en la arquitectura PowerPC, dispone de 32 KB + 32 KB de caché L1 (instrucciones y datos). La caché L2, de 1 MB, es compartida por los tres procesadores. Su ancho de banda con el bus de sistema es de 21,6 Gb/s. Xenos, su GPU Figura 10. Fotografía del interior de una Xbox 360. Los dos elementos más importantes y que merece la pena detallar son la CPU y la GPU; es decir, las dos unidades de procesamiento que hacen de esta videoconsola una auténtica revolución en la tecnología. Xenon, su CPU La Unidad de Procesamiento Central (CPU) de esta videoconsola es conocida como Xenon. Es un chip de tres cores con tecnología de 90nm funcionando a 3,2 GHz. Cada uno de los cuales puede ejecutar dos threads simultáneamente, y disponen de una unidad de ejecución VMX (que se encarga del cálculo vectorial), que le otorga casi todo su rendimiento en coma flotante. Ha sido desarrollado por IBM. Figura 11. Esquema de Xenon. Se recuerda que una Unidad de Procesamiento Gráfico (GPU) se encarga de las tareas gráficas específicas, como son los cálculos de la geometría, texturizado, iluminación, efectos y generación de la imagen. Hasta hace unos años, los cálculos de geometría y orientación se hacían en lugares diferentes que los relacionados con las texturas e iluminación. Hoy en día, este concepto ha cambiado en algunas GPU y los mismos procesadores son capaces de hacer ambas tareas. A esto se conoce como arquitectura unificada. La unidad de procesamiento gráfico que cuenta esta consola es la primera GPU, fabricada por ATI y Microsoft, con arquitectura unificada que se incluye en una consola de videojuegos. Es decir, que no distingue entre procesadores de vértices o de píxeles. Incluye un array de 48 shaders genéricos que pueden procesar píxeles y vértices indistintamente. Cada shader sólo puede ocuparse de una de las dos tareas (vértices o fragmentos), pero en un momento posterior puede cambiar para ocuparse de la otra. Esto otorga más flexibilidad, debido a que si en un momento dado se requiere más píxel shading, se pueden dedicar los 48 shaders a ello, y si más tarde esta demanda decae, se puede rebalancear la carga, dedicando más shaders al procesado de vértices. Este es uno de los grandes problemas de las GPU con cauce gráfico clásico, con procesadores especializados. Figura 12. Fotografía de la GPU. 71

6 PÆgina 72 ACTA Videoconsolas de última generación Cada shader es capaz de realizar diez operaciones en coma flotante por ciclo de reloj, lo que le confiere la capacidad de hacer 240 GFLOPS. Esta cifra se puede comparar con la PlayStation 2, considerada en su momento una de las más potentes herramientas en coma flotante, con 6,2 GFLOPS. Los píxeles procesados son almacenados en la memoria de vídeo, listos para ser ensamblados en la imagen final, que pueda ser mostrada en pantalla. De esta tarea se encargan los ROP (Raster Operations Pipelines). Xenos tiene ocho ROP, cada uno de los cuales puede generar un píxel, para ser mostrado por pantalla, lo que significa que es capaz de dibujar de píxeles por segundo en pantalla, como máximo. PlayStation 3 Su nuevo procesador, el esperado Cell Processor de IBM, es una arquitectura completamente nueva, con siete procesadores trabajando de forma paralela, que puede compararse con supercomputadores científicos. Posee un disco duro de 60 GB. El PPE está basado en la arquitectura PowerPC, capaz de ejecutar dos threads, como el Xenon. Es tan potente que puede hacer 256 millones de cálculos por segundo, lo que permite interactuar con una impresionante cantidad de personajes de manera simultánea, cada uno con texturas reales e inteligencia artificial propia. RSX, su GPU La PlayStation 3 tiene una GPU (la Reality Synthesizer) de bastante potencia, fabricada por NVIDIA en tecnología de 90 nm, y equiparable en muchos aspectos a una Geforce 7800 GTX. Es capaz de procesar 1,8 TFLOPS de rendimiento en cálculo de operaciones de coma flotante (las más abundantes en los videojuegos). Tiene un pipeline completamente programable; sin embargo, debido a su alto grado de paralelismo, resulta tremendamente complicado hacerlo. Al contrario que el Xenos de la Xbox 360, el RSX no es una arquitectura unificada y, por tanto, dispone de vertex y píxel shaders. En concreto, tiene ocho unidades de vertex shaders y 24 de píxel shaders, así como ocho ROP. Los vertex shaders del RSX son capaces de hacer diez operaciones en coma flotante por ciclo pero, además, los píxel shaders son más robustos, pues permiten hacer veinte operaciones, al disponer de dos unidades vectoriales y dos escalares. Mientras que la Xbox 360 es capaz de hacer 240 GFLOPS, el RSX alcanza los 280 GFLOPS. La calidad de los gráficos de los videojuegos creados en esta videoconsola puede llegar a ser asombrosa. Figura 13. Aspecto interno de la PlayStation 3. Cell, su CPU La arquitectura consiste en un único chip con 234 millones de transistores. Cuenta con un procesador maestro (PPE) cuya función principal es sincronizar y jerarquizar los procesos que se producen en los ocho procesadores satélites (SPE) de 3,2 GHz, con capacidades reducidas donde se realizan las tareas intensivas de cómputo en coma flotante. 72 Figura 14. Aspecto de un videojuego corriendo en la PlayStation 3.

7 Videoconsolas de última generación Wii de Nintendo Wii es el nombre de la videoconsola de séptima generación de Nintendo, que no puede competir con la PlayStation 3 o la Xbox 360 en lo que a gráficos se refiere. Por ello, Wii es la consola más barata, pequeña y ligera de esta generación, debido a su inferioridad potencial respecto a sus competidoras, siendo una máquina más destinada a la experiencia de juego que al realismo gráfico. Es la consola de sobremesa más pequeña hasta la fecha. Mide 44 mm de ancho, 157 mm de alto y 215,4 mm de profundidad en su orientación vertical, el equivalente a tres cajas de DVD apiladas juntas. La consola pesa 1,2 kg, lo que hace de ella la más ligera de las tres principales consolas de séptima generación Todas las evoluciones antes y después del uso de gráficos tridimensionales han sido únicamente aumentos de potencia, mejorar la calidad visual con más colores, efectos, número de polígonos, escenarios mayores y detallados... La Wii es otro tipo de revolución en los videojuegos, ya que cambia por completo el concepto de jugar creando una especie de realidad virtual en las videoconsolas domésticas. La principal característica de Wii es el control inalámbrico de la consola, que es capaz de detectar el movimiento y rotación en un espacio de tres dimensiones. Este famoso mando ha tenido una reciente mejora, conocida con el nombre de Wii Motion Plus. Este nuevo accesorio viene a completar la captura de movimientos, haciendo que la detección sea mucho más sensible a los giros (cosa de la que carecía el mando original). Su novedoso sistema está basado en un giroscopio, que combinado con el acelerómetro del mando original puede capturar casi perfectamente el movimiento real y plasmarlo en movimiento virtual. Por otro lado, accesorios como la tabla Wii Fit, hacen de la videoconsola algo más que un aparato para jugar. Figura 16. Manipulación de los mandos de la Wii. Otra de sus peculiaridades es lo que se ha llamado WiiConnect24, que permite recibir mensajes y actualizaciones a través de Internet en el modo de espera. Por último, la Wii puede sincronizarse con la consola portátil Nintendo DS, lo que permite que la consola Wii aproveche la pantalla táctil de la Nintendo DS. Vamos a desmontar la Wii para analizarla por dentro: Figura 17. Consola Wii por dentro. Figura 15. Fotografía del nuevo Wii Motion Plus. Broadway, su CPU La CPU de la Wii es conocida como Broadway, realizada con tecnología 90nm SOI CMOS y desarrollada y fabricada conjuntamente con IBM. Es un 73

8 ACTA Videoconsolas de última generación PowerPC a 729 MHz, frente a los 485 MHz que alcanzaba la Gamecube, su antecesora. shaders. Hollywood es un chip integrado a larga escala que incorpora la GPU, DSP, puente I/0 y 3 MB de memoria para texturas. Es un microprocesador superescalar con seis unidades de ejecución (unidad punto flotante, unidad de ramificación, unidad de los registros del sistema, unidad de load/store, dos unidades del número entero). Figura 18. Fotografía del procesador central de la Wii. En el siguiente esquema se puede apreciar la distribución y las conexiones de todos los componentes de la Wii. Aspectos como el Wi Fit, el sistema operativo o demás cosas secundarias que tiene la Wii, corren a cargo del Starlet, que no es más que un microprocesador ARM9 (Advanced RISC Machines) a 243 MHz, con lo que no se pierde nada de rendimiento de los chips principales con esas cosas extras. à Conclusiones Las videoconsolas, junto con su tecnología, han evolucionado muchísimo en las últimas décadas. Empezaron siendo simples máquinas para jugar y han terminado convirtiéndose en increíbles centros de ocio, con un diseño que permite que la videoconsola se convierta en un elemento más en nuestro salón. La potencia de cálculo que tienen, hace que la PlayStation 3 o la Xbox 360 (en menor medida) sirvan como clústers para realizar cálculos científicos que necesiten una gran potencia computacional, no obtenida en computadores personales con una arquitectura tradicional. No obstante, el éxito de este tipo de máquinas no lo otorga el disponer de grandes gráficos o insuperable potencia. Nintendo ha demostrado a lo largo de los años que la jugabilidad es un factor muy importante (si bien no es el único), y está consiguiendo hacer frente a dos máquinas de muy alto diseño. Así, se ha llegado al nivel de incluir la realidad virtual en los videojuegos comunes y se presupone que esa será la línea de investigación que lleve a la creación de una octava generación. Figura 19. Esquema de la Wii. Hollywood, su GPU Su nombre en clave es Hollywood, desarrollado conjuntamente con ATI y BroadOn, y fabricado por NEC Electronics. Su estructura no tiene nada que ver con la estructura de una GPU de un PC. Es un sistema LSI; es decir, tiene varios núcleos funcionando paralelamente. Aunque casi nada está confirmado por Nintendo, se dice que alcanza una velocidad de reloj de unos 243 MHz y que no posee à Bibliografía n Periódico El Mundo. 30 años de videoconsolas. Gráficos Interactivos. /s4/consolas.html n n n La nueva generación de videoconsolas. David Senabre Albujer n Libro de Nvidia GPU Gems y GPU Gems2. n Páginas de la PlayStation 3 y la Xbox