CPU de las Game&Watch

[javu61]

Es y era mucho mas economico usar una CPU de 4 bits diseñada para una calculadora, que un conjunto de chips discretos. El echo de que no se vea ROM ni RAM no es significativo, si usas un microcontrolador tienes en su interior una CPU, algo de RAM, una pequeña ROM, y un controlador de periféricos, y en esa época ya se usaban.

Saludos

[Bubu]

Pues yo estoy de acuerdo contigo. De hecho trabajo en una empresa de I+D en la que construimos cacharros, e integrar (coger chips existentes y situarlos en una placa) sale 1000 veces más barato que fabricar de cero. Cosa que por otra parte es lógica. Y como Nintendo por aquellos tiempos estaba empezando en esto de los vídeo juegos, dudo mucho muchísimo que se pusiera a diseñar integrados., ni si quiera a re integrar integrados, jiji.

Yo sigo pensando (y además los chinos así lo contaban) que usaron un chip de calculadora / reloj muy genérico, extendido y barato, pero nu sé cuál. Además, de muy reducido tamaño. ¿No sus acordáis de los relojes de aquella época, CASIO, que tenían juegos de tipo segmentos, y además tenían calculadora? Mi padre tenía un reloj con botoncitos superchicos a modo de calculadora, con un juego creo que de submarinos. Eso sería el año 80/81. Y meter un chip en un reloj pues... como que cabe en una G&W, ¿nor?

[antoniovillena]

Repito que lo de los chips discretos era para hacer el prototipo, luego lo metían todo en un sólo chip. Hacían los prototipos así porque por aquella época era lo que había. Y tampoco existían los microcontroladores (CPU+ROM+RAM), o si existían eran carísimos. Lo que había eran CPUs a secas y eran muy primitivas porque apenas llevaban unos años en el mercado.

Que tienes razón en cuanto a que hoy en día es más fácil y barato hacerlo con un microcontrolador, pero por aquella época la tecnología no daba para más. De todas formas todo son conjeturas, porque los diseños eran cerrados, y hasta que alguien no se ponga a decapar un chip de estos y a observarlo en el microscopio no sabremos realmente qué hay dentro.

[antoniovillena]

Rectifico, había salido el TMS 1000, que era de 4bits y tenía 256 bytes de ROM y 32 bytes de RAM. El precio era de $2 para tiradas muy grandes. Ahora bien, la ROM no era programable, tú le enviabas el archivo al fabricante y éste te fabricaba los chips con la ROM ya grabada, por supuesto todos los chips de esa tirada tendrían la misma ROM. En el caso de que fuese factible usar un micro de estos, el precio depende de la tirada. Para una tirada pequeña (por ejemplo 1000 unidades) posiblemente salga más barato con un micro de estos, pero a medida que sube la tirada la opción custom chip se hace más barata.

En resumen, la opción del chip que integra el circuito digital tiene muchísimos menos transistores que la opción del microcontrolador, por tanto ocupa menos área de silicio y sale más barato si la tirada es lo suficientemente grande. Eso pasa con cualquier sistema y en cualquier momento. Si se tuviesen que fabricar hoy en día las G&W en un volumen de, digamos 100.000 unidades, lo más barato seguiría siendo un custom chip.

[Bubu]

okis, antoniovillena. Queda claro el asunto. Lo que me ha extrañado entonces es la seguridad con la que los propios diseñadores decían que usaban un chip SIN MODIFICAR de calculadora:

http://www.plasticpals.com/?p=23596

Incluso el titular del punto 2 es "An Unmodified Calculator CPU".

Y más adelante:

Izushi: Don’t forget that the chip used in the Game & Watch was the same chip used in those pocket calculators. Originally, each number on the display of a calculator had seven segments…

[jotego]

En resumen, la opción del chip que integra el circuito digital tiene muchísimos menos transistores que la opción del microcontrolador, por tanto ocupa menos área de silicio y sale más barato si la tirada es lo suficientemente grande. Eso pasa con cualquier sistema y en cualquier momento. Si se tuviesen que fabricar hoy en día las G&W en un volumen de, digamos 100.000 unidades, lo más barato seguiría siendo un custom chip.

Es lo que he intentado decir dos veces. A lo mejor la terminología de "máquina de estados" ha confundido por aquí.

Izushi: Don’t forget that the chip used in the Game & Watch was the same chip used in those pocket calculators. Originally, each number on the display of a calculator had seven segments…

Puede estar refiriéndose a un chip analógico que hace de interfaz entre los segmentos y la parte digital. Esta última sería seguramente un diseño totalmente hardware (a ver si así queda claro) sin ninguna ROM. El circuitito que hace falta para controlar estas máquinas, se puede diseñar en Verilog en una mañana. En la época, sin Verilog, llevaba más trabajo pero no tanto como para justificar una CPU. Seguramente sería un chip "de verdad" hecho a propósito para el tema y no lógica programable.

Es verdad que usar el mismo hardware en todas las maquinitas haciéndolo programable (bien por fusibles o bien porque sí fuera una CPU) es algo que puede abaratar costes, según las circunstancias. Dado el coste por flip flop de la época y la diferencia de inversión inicial necesaria en cada caso (mayor para el programable), yo me sigo inclinando por chips originales, no programables.

[antoniovillena]

Creo que la confusión viene del titular "An Unmodified Calculator CPU", ya que en ningún momento los entrevistados dicen que sea una CPU. Supongo que sería un chip semicustom como lo que he explicado antes, parecido a una FPGA en el sentido de que hay unas celdas que se repiten, pero electrónica entrada/salida muy específica. Pero al contrario de una FPGA moderna, se programa con la capa de metalización, para lo cual hay que diseñar y fabricar una máscara.

Las calculadoras de bolsillo llevaban un tiempo asentadas, casi desde principios de la década de los 70. Lo normal es que los primeros chips fuesen totalmente custom (se fabricaban todas las máscaras) y que poco a poco se fuesen "especializando", siendo necesarias menos máscaras para ello. El chip sería menos eficiente, puesto que las celdas en un chip de este tipo están más separadas y las líneas son más largas, pero por el contrario se tendría mayor versatilidad a un menor coste. Básicamente de lo que se trataba era de convertir diseños de calculadoras antiguas multichip a un sólo chip, y con la aproximación semicustom se conseguía lo mismo pero con mucha menos inversión. Como contrapartida, las calculadoras semicustom serían un poco más lentas, pero esto en una calculadora apenas tiene importancia, lo fundamental es que fuesen baratas y fáciles de diseñar.

En resumen, que seguramente se trataba de chips (no CPUs) semicustom empleados en calculadoras. También habría otros chips semicustom más genéricos para elegir, la ventaja de estos es que el hardware era muy parecido. Los segmentos LCD se alimentan con una corriente específica y en alterna (una señal digital cuadrada también vale). Además, la entrada de una calculadora es de un teclado tipo matriz NxM como en un ZX Spectrum. En los G&W se necesitan menos teclas, con una sola columna nos vale (M teclas), así tendríamos las filas libres como salidas genéricas, por ejemplo como salida para el altavoz piezoeléctrico.

Ahora bien, diseñar la máscara para programar ese chip no era una tarea trivial. Posiblemente habría herramientas de desarrollo para simular y automatizar el proceso en aquella época, pero dados los precios prohibitivos de los ordenadores no te extrañe que lo hicieran a mano. Al menos el prototipado según la entrevista lo hacían con circuitos TTL discretos (según se puede aventurar), por lo que la simulación la usaban poco.

[jotego]

Lo que dice @antoniovillena de usar sólo las capas de metal para modificar un chip digital más amplio tiene sentido que pasase. No sé si llegó a pasar por otra parte. A lo mejor se lo pregunto a alguno de los viejos dinosaurios de Texas Instruments, a ver si vieron algo de eso de jóvenes.

Dudo bastante de que tuvieran herramientas de CAD. Si en esa época no eres ni capaz de simular un circuitillo de escasas puertas, olvídate de calcular retrasos de línea, tiempos de setup/hold, etc. Tendrían unas tablitas y harían algunas cuentas a mano para tener margen en el diseño.

[Bubu]

Para confirmar todo esto lo mejor sería abrir una G&W y ver qué tiene, por supuesto una G&W que esté irreparablemente petada. Aunque seguramente no tenga encapsulado, sino que tendrá un chapapote, por lo que nu sé si serviría mucho. ¿Existe algún producto para eliminar el chapapote? Y aun así, ¿se podría saber algo sobre el chip si éste no lleva encapsulado?

Quizás lo más fácil sea simplemente ver el pinout y deducir así cosas. ¿Sabéis si el pinout de un chip "desnudo" coincide normalmente con el pinout del mismo chip encapsulado? Pienso que sí, pero cualquiera sabe, jiji.

[antoniovillena]

No es tan fácil. Chris Smith lo hizo con la ULA y los de visual6502...

http://visual6502.org/wiki/index.php?ti ... collection

...lo están haciendo con otros chips, aunque todavía ninguno de G&W. Lo más complicado es el ataque químico, aparte de que son ácidos muy corrosivos (ácido nítrico, etc...) hay que tener cuidado de eliminar sólo lo necesario. Sería algo así: primer ataque de ácido, luego fotografías la primera capa, luego otro ácido que se coma sólo la primera capa, luego fotografías la segunda capa. Luego tienes que tener microscopios donde tengas un control total y milimétrico de los ejes X e Y de la muestra, hacer varias fotos, y juntarlas. Digamos que los megapixeles de una sóla foto no dan para el nivel de detalle que se necesita, y recomiendan dejar un margen de solapamiento entre fotos para facilitar luego el montaje.

Las G&W originales (las de Nintendo) tenían un encapsulado de verdad (no sé si plástico o cerámico). Lo que tú dices del chapapote lo hacían los fabricantes de clónicas, que es poner el chip directamente en la PCB, soldarla con los hilitos de oro y luego ponerle un gota de EPOXI negra para proteger el chip del exterior. Esto era más barato pero con el inconveniente de no poder reparar el chip si éste se avería.

Y sí, normalmente coincide el pinout del chip desnudo con el del encapsulado. Lo que coincide es la secuencia lineal de pines, es posible que un lado del chip se corresponda con una esquina en lugar de con un lado del encapsulado. Es posible cruzar pines entre encapsulado y chip, pero no es muy recomendable (los hilos de oro tendrían que ir a distintas alturas para no tocarse) y seguramente lo hacen sólo cuando no hay remedio con fines de compatibilidad.