3 de janeiro de 2013

Análise (bem) técnica do hardware do Nintendo Wii U

Eu gosto de jogos de computador, mas se tem uma coisa que me atrai ainda mais é a parte técnica, programação e, principalmente, o hardware usado. A cada lançamento, seja de hardwares de computador ou videogame, eu procuro dar uma olhada mais aprofundada para ver as novidades. O Nintendo Wii U é um videogame um tanto interessante que sai do comum ao incluir um controle, que ao mesmo tempo é um tablet e um joystick. Esse "tablet" conta com uma ligação sem fio com o console para transmitir o vídeo em tempo real, isso é realmente difícil de fazer sem engasgos.


O Wii U foi anunciado em abril de 2011, mais de 1 ano e meio antes de seu lançamento, que era esperado para 2012. Algum tempo depois do anuncio, surgiram rumores que a Nintendo estava tendo problemas em fazer a tela funcionar, o que talvez tenha atrasado o lançamento, que só foi ocorrer perto do natal de 2012.

O seu desenvolvimento não deve ter sido fácil, já que o custo do hardware deveria ser baixíssimo, pois deveria acomodar o custo do tablet. O modelo de 8 GB foi lançado por 300 dólares, enquanto o modelo atual do Playstation 3 custa 270 dólares, então a Nintendo fez bem a lição de casa.

CPU, GPU e Memória

CPU + GPU + cache eDRAM (ifixit)
No entanto isso teve um grandes consequências,  o processador usado nele, conhecido como Espresso, segundo informações de um usuário do Twitter (vários sites grandes noticiaram isso também), são 3 do utilizado no Nintendo Game Cube rodando a um clock de 1,24 GHz (Xbox 360 e PS3 rodam a 3,2 GHz). Tenho sérias dúvidas se isso é verdade, já que ele também disse que o processador usa Out-of-order execution, o que não existia nos processadores do Game Cube e do Wii e não é usando atualmente na arquitetura dos processadores PowerPC (no qual os videogames atuais da Nintendo são baseados). Além disso, um tempo atrás a IBM divulgou que ele utilizada o mesmo processador do Watson, supercomputador baseado na série PowerPC 7, que disputou o Jeopardy com humanos (ele é muito diferente do que o Wii U aparenta ter).

Como o Wii U gasta por volta de 30 W, menos da metade da energia que o Xbox Slim e o Playstation 3 Super Slim (ele gasta apenas 1/7 do que o primeiro Playstation 3 gastava), é de se esperar um hardware que se não mais fraco, que se preocupe muito com economia de energia. E provavelmente é isso que ocorre, como o próprio Hector Martin disse, não se pode comparar apenas o clock, pois o Espresso tem um design muito mais inteligente do que seus concorrentes. Seria a mesma coisa que comparar um Pentium 4 3,2 GHz com um Core 2 rodando a metade do clock, onde apesar da grande diferença de clock em favor do Pentium 4, ele, caso fosse superior, a diferença não seria tão grande. Isso também deve ocorrer aqui, com Xbox sendo superior, mas não tanto quanto os número podem nos fazer imaginar.

Placa mãe do console (fonte da imagem)
O processador Pentium 4 tinha um recurso chamado Hyper-threading, que era uma forma mais rudimentar de dual-core, onde ele passa a poder, em algumas condições, processar duas coisas ao mesmo tempo. Essa mesma tecnologia, com nome de Simultaneous multithreading, é utilizada no processador do Xbox, ou seja, ele é um processador de 3 núcleos físicos com 6 núcleos lógicos. Era de se esperar que essa tecnologia se mantivesse no processador do Wii U, mas, aparentemente, foi retirada, o que, em primeira análise, pode diminuir o desempenho.

Menu de sistema do Wii U (fonte)
Agora saindo um pouco do processador principal dele. Quando você aperta o botão "Home" no meio do jogo no Xbox e abre a Dash ou no PS3 e abre a XMB, quem gerencia tudo isso é o processador principal do console, que divide o tempo de uso e a memória com o jogo em execução. No Wii , quem é responsável por isso é um processador de arquitetura ARM 9 (extraoficialmente conhecido como Starlet) presente dentro na GPU, o Hollywood, que roda o sistema IOS (não tem nenhuma relação com o sistema da Apple). Além disso, ele é responsável pelos diversos tipos de criptografia presentes no console (para evitar a pirataria principalmente), também controlando a internet sem fio, as entradas USB, o leitor de DVD, entre outras coisas.

Wii U sendo aberto (foto do iFixit)
No Wii U existe um processador ARM 11 no chip gráfico, que, segundo a Nintendo, acessa 1 GB dos 2 GB de memória do console. Ele tem exatamente a mesma função que no Wii, com a diferença que agora os menus podem ser melhores trabalhos, já que o chip é mais potente. A memória é do tipo DDR3, igual a existente em qualquer computador lançado nos últimos 4 anos, o que permite uma banda de 12,8 GB/s, em contraste a memória GDDR3 (que é memória gráfica, mais rápida que a normal, porém pode ser usada para qualquer coisa, mas, ao contrário do imaginado, é baseada no padrão de DDR2, a partir da GDDR4 que é baseada no padrão DDR3) presente no Xbox, que permite uma banda de 22,4 GB/s.

A questão da divisão de memória é complicada, pois deixar reservado 1 GB de memória para um sistema em segundo plano é demais, nem o Windows Vista precisaria de tanta memória. É provável que a Nintendo corrija isso em alguma próxima versão dos sistema, o Playstation 3, para se ter uma ideia, reserva apenas 24 MB de memória para o sistema quando o sistema rodando algum jogo. O 1 GB disponível para jogos é dividido entre a CPU e a GPU, de uma forma semelhando ao que ocorre com o Xbox 360.

MCM, a GPU (a maior), a CPU (o da esquerda)
Sua CPU e GPU estão no mesmo mesmo encapsulamento (ou seja, os dois chips estão soldados no mesma pastilha, que por sua está soldada na placa do console), além de uma cache eDRAM da placa de vídeo. Não se sabe qual a tamanho exato desse cache, mas ele serve como uma apoio a GPU, é usada, entre outras coisas, para fazer anti aliasing quase sem perda de desempenho. Para se ter uma ideia, uma placa como a Geforce GTX 680 tem uma bande de 192 GB/s, por isso a necessidade de um cache, para remediar os efeitos de uma memória lenta.

Os chips são produzidos na fabrica da IBM em East Fishkill, em New York. E a Renesas, uma empresa japonesa, é provavelmente responsável por integrar os 3 chips em apenas um.

O Xbox 360 foi lançado em uma época que todas as placa de vídeo ainda usavam Direct X 9c, enquanto ele tinha uma arquitetura semelhante a requerida pela versão 10 (de shaders unificados, isso sai do escopo do artigo, se quiser mais informações você pode encontrar aqui). Isso foi antes da série HD 2000 sair para computadores, ou seja, por algum tempo o Xbox tinha o chip gráfico mais avançado do mercado. O Wii U tem uma GPU muito mais refinada, baseada na 3ª geração desses chips (os PCs estão na 6ª geração, enquanto a do Xbox poderia ser considerada uma precursora da primeira geração), então espere um desempenho consideravelmente superior gastando bem menos energia.

Radeon HD 4770, código RV740, a GPU na qual o Wii U foi baseado (fonte)
A GPU do Wii U, ao que tudo indica (foi verificado falso, leia no fim do artigo), é fortemente baseada na AMD Radeon HD 4770. Uma placa de vídeo lançada em 2009, que não conta mais com updates de drivers da AMD, porém ainda permite jogar  qualquer lançamento. O clock normal dela é de 750 MHz, com 640 núcleos e uma interface de memória rodando a um clock efetivo de 3,2 GHz. Para reduzir o consumo energético o clock foi reduzido para 550 MHz, o numero de núcleos provavelmente também foi reduzido, além da interface de memória, agora, ser muito mais lenta, por isso o uso cache eDRAM.

A GPU do Wii tem aproximadamente 156 mm² (segundo dados da AnandTech), enquanto uma RV740 ocupa 138 mm², isso é condizente, pois é provável que exista também o chip ARM dentro dela, além de possíveis melhorias. Para ser uma base, a RV740 tem 826 milhões de transistores, o Xbox por sua vez, utiliza uma que possui 232 milhões (sem contar o cache eDRAM com 105 milhões) e a do PS3 pouco mais de 300 milhões. Logo, é um melhoria de mais de 3 vezes em comparação com o Xbox (dizem que a GPU do Xbox é melhor que a do PS3), logo apesar de uma CPU fraca, o Wii U conta com uma ótima GPU.

O Gamepad

Gamepad do Wii U (fonte da imagem)
Eu ainda não joguei nele, então não sei se é anatômico, mas como o foco desse artigo não é falar sobre jogos... Existem dois tipos de touchscreen usados. Um chamado resistivo, presente nos antigos celulares touch, onde é necessário de canetas para uma boa precisão. E o capacitivo, usado no iPhone e na maioria dos celulares android, que é muito mais preciso e sensível. O problema é que o capacitivo é mais caro para implementar, então a Nintendo usou o resistivo, sacrificando a precisão. Pelo que vi no demo do ZombiU, onde é necessário arrastar itens na tela do gamepad, a imprecisão pode tornar o jogo irritante.

A tela tem resolução de 854 x 480, com 6,2", isso da uma densidade de 158 ppi, menor que os 264 do novo iPad, mas muito mais do que o suficiente para esse tamanho de tela. Minha critica é em relação a bateria, apenas 1500 mAh, menor que a da maioria dos celulares Android do mercado. Se você for parar para pensar, ela deveria ser bem maior, já que ao contrário do celular a tela e a rede (para receber a imagem) tem que ficar ligadas a todo momento. Segundo reviews a bateria dura por volta de 3 horas. A imagem ao lado demonstra que existe espaço para baterias bem maiores.

O chip contornado é responsável pela comunicação com
o Gamepad (foto é do iFixit)
O Gamepad não renderiza nenhuma imagem, apenas recebe os dados do videogame. A tecnologia de rede necessária para isso foi desenvolvida pela Broadcom, é chamada de Wi-Fi Miracast. Permite o envio de áudio e vídeo, com baixa latência e longo alcance. O pessoal do Polygon fez alguns testes e conseguiram uma distancia de quase o dobro do que os 8 metros recomendados pela Nintendo, ainda mais em locais de baixa densidade populacional, onde foi possível chegar a quase o quadriplo.

O chip que controla a transmissão com a gamepad é o Broadcom BCM43362KUB6, segundo o iFixito mesmo presente no Roku 2 XS. No lado do controle é o BCM4319XKUBG. Ele utiliza o padrão Wifi N, presente em qualquer notebook e celular lançado neste ano, só que utiliza uma frequencia de 5.2 GHz, em contraste a 2.5 ou 5 GHz utilizada pelos roteadores.

Conclusão

Do ponto de vista de hardware, o Nintendo Wii U não tem nada de mais, é um hardware com tecnologia datada, que em grande parte é utilizada para manter 100% de compatibilidade com o Wii sem adicionar mais chips. No entanto, isso trás uma grande vantagem, ao contrário do PS3 super slim, que consegue derreter cabos HDMI (ele pega o ar que sai do cooler) ou do Xbox Slim, que você não consegue deixar sua mão em cima muito tempo, o Wii U não esquenta muito. Isso prolonga e muito sua vida útil. Tanto o Xbox quanto o PS3 tem problemas com a solda dos chips derreterem (as 3RL e a YLOD) devido a elevada temperatura de operação, logo, nesse ponto, o Wii U é superior. E na boa, quero um console que dure, como o Playstation 2, não um que seja descartável como os dessa geração, eles são caros!

Editado em 07/02/2013: Eu estava bem errado, segundo usuários do NeoGAF, o cache eDRAM está no próprio chip da GPU, logo não é possível a comparação com a Radeon HD 4770, estaria mais para uma Radeon HD 4670, ou nem isso. Além disso contém componentes da GPU do Wii para compatibilidade, o processador de áudio (DSP) e o chip ARM. Quando surgirem mais informações atualizo o artigo.

5 comentários:

Luan Carlos Martins dos Santos disse...

Olá Ricardo,
Eu venho comentar nessa sua postagem, porque é a mais recente, pois o assunto é totalmente diferente. Eu ainda sou um vestibulando de Engenharia Elétrica. Além disso, só prestei Unicamp, porque é o meu maior sonho. Já passaram os períodos de provas e só me resta aguardar o resultado, mas eu estou procurando algo que me deixe com menos medo de não conseguir. Então, na primeira fase eu tirei 611,5, na segunda fase eu fui bem em todas as matérias, exceto inglês e Matemática, por falta de tempo. No entanto, eu Ciências Naturais fui bem, assim como Matemática tem peso 3. Eu estou esperando que os 30 pontos referente a eu ter estudado em escola pública ajude a superar a nota de matemática. Eu acredito que de 72 questões que são os 3 dias de prova da segunda fase eu só não vou pontuar em 7. O que você acha? Eu me escrevi para engenharia Elétrica nas duas opções, a primeira é integral.

Abraço!

RicardoZ disse...

Pode responder no outro, não tem problema ser antigo. :)

Olha, não pontuar em 7 não tem problema não. Quão mal vc foi em matemática?

Abraço.

Luan Carlos Martins dos Santos disse...

Então man,
Eu infelizmente me perdi com o tempo da prova e não deu tempo de fazer uma boa prova de matemática, eu acredito que será algo próximo da metade. E nas outras matérias, exceto Inglês, minhas expectativas é de obter uma nota a cima da média em todas, até mesmo, em ciências humanas e português. E cara não importa minha colocação. Então contando que na primeira fase eu fiz 35 acertos, 30 na redação, e na 2ª fase mais 30 pontos por ter estudado a vida inteira em escola pública e mais essa estimativa do meu desempenho. Entre o primeiro colocado da primeira chamada e o último da 10ª chamada. Você acha que eu tenho chance?

Abraço!

RicardoZ disse...

Tem chance sim cara! Boas chances!

Boa sorte!

Se passar volta aqui, me add no facebook!

Abraço!

Luan Carlos Martins dos Santos disse...

Pode deixar man,
É o meu sonho. Eu gosto muito de teoria. Por exemplo, calcular velocidade de elétrons, posição de elétrons e estou muito ancioso para descobrir mais sobre os átomos. Muito bom seu Blog.

Abraço!