Modern GPU'ler Öncesinde Oyun Konsollarının Grafik İşleme Evrimi

Oyun konsollarının ilk yirmi yılı aşkın süresinde grafikler, özel olarak tasarlanmış sabit işlevli yongalar aracılığıyla ekrana yansıtılıyordu. Bu yongalar pikselleri çizebiliyor ve görüntü oluşturabiliyordu ancak harici bir kod çalıştıramıyor veya modern anlamda hesaplama yapamıyordu. Bu mimari yapı, Kasım 2001'de orijinal Xbox'ın piyasaya sürülmesiyle kökten değişti.

Engadget'tan Luke James'in derlediği tarihe mercek tutan analiz, erken dönem konsollarının donanım sınırlamalarını ve günümüzün bilgisayar tabanlı grafik mimarilerine uzanan yolu detaylandırıyor.

Sabit İşlevli Yongalar ve CRT Ekran Dönemi

1980'lerde ve 1990'ların başlarında piyasaya çıkan NES (Nintendo Entertainment System) gibi klasik konsollar, sabit işlevli donanım mimarilerinin tipik örneklerini sunuyordu. Örneğin, Super Mario Bros. oynarken aynı satırda çok fazla Goomba karakteri yan yana geldiğinde bazı karakterlerin yanıp sönmeye başladığı fark edilirdi. Bu durum, NES'in grafik yongasının tarama çizgisi başına sekiz sprite sınırına ulaşmasından kaynaklanıyordu. Sınırı aşan yongalar fazla nesneleri düşürür ve oyun motoru bu nesneleri tur usulü değiştirerek göstermeye çalışırdı.

NES'in grafiklerinden sorumlu olan Ricoh 2C02 Resim İşleme Birimi (PPU), yaklaşık 10 kilobaytlık bir bellekle çalışıyordu. Bu bellek, kartuş üzerinde saklanan 8kB'lık karo şekilleri ile konsol dahilindeki 2kB'lık arka plan haritası RAM'inden oluşuyordu. Katot Işınlı Tüp (CRT) televizyonların elektron demeti ekranın her bir satırını tararken, 2C02 yongası hangi karonun nereye ait olduğunu hesaplıyor ve bunu sprite konumlarıyla karşılaştırarak hangi pikselin gösterileceğine karar veriyordu. İşlem tarama demetiyle eş zamanlı yürüdüğü için merkezi işlem birimi, ekran çizilirken resmi güvenli bir şekilde yeniden yazamıyordu.

Daha da eski sistemlerde durum daha da kısıtlıydı. 1977 çıkışlı Atari 2600, televizyon arayüz adaptöründe bir kare arabelleğine sahip olmadığı için işlemcinin, taranan her bir satır için yongaya yeni değerler beslemesini zorunlu kılıyordu. 1972 tarihli Magnavox Odyssey ise tamamen işlemci ve bellekten yoksun olup, noktaları ve çizgileri ayrık diyot-transistör mantığıyla çiziyordu.

Çoklu Yongalar ve Sony'nin Yaklaşımı

1990'ların ortalarından itibaren 3 boyutlu grafiklere geçişle birlikte konsollar grafik yükünü birden fazla yonga arasında paylaşmaya başladı. Sony, Mart 1999'da PlayStation 2'nin mimarisini tanıttığında işlemci olarak Toshiba ile birlikte geliştirdiği 128-bitlik Emotion Engine yongasını kullanmış, grafikleri ise Graphics Synthesizer adı verilen ayrı bir birime yönlendirmişti. Nihai konsollarda bu iki bileşen sırasıyla yaklaşık 295 MHz ve 147 MHz hızlarında çalışıyordu.

Ancak Graphics Synthesizer henüz tam anlamıyla bir geometri hesaplayıcısı değildi. Bir üçgen bu yongaya ulaştığında zaten çerçeve içindeki yeri belirlenmiş oluyor; yonganın tek yapması gereken üçgeni renk ve dokuyla doldurmaktı. Geometri işlemleri ise Emotion Engine içerisindeki vektör birimlerinde gerçekleştiriliyordu. İlginç bir şekilde Sony, 1994 yılında piyasaya çıkan ilk PlayStation'ın Toshiba tasarımlı grafik yongası için GPU terimini, NVIDIA bu pazarlamayı GeForce 256 ile yapmasından beş yıl önce kullanmıştı. Buna rağmen, geliştiricilerin yazdığı küçük programları çalıştıran modern GPU tanımı, 2001 yılının başlarında GeForce 3 ile birlikte sektöre kazandırıldı.

Xbox ve Modern GPU Döneminin Başlangıcı

Microsoft ve NVIDIA, Mart 2000'de imzaladıkları anlaşmayla konsol dünyasında yeni bir dönemin kapısını araladı. Bu anlaşmadan beş gün sonra Bill Gates sahneye çıkarak orijinal Xbox'ı duyurdu. Intel Pentium III sınıfı bir işlemci, GeForce 3 tabanlı özel bir NVIDIA grafik işlemcisi, her iki birim tarafından paylaşılan 64 megabayt bellek ve 8 gigabaytlık sabit diske sahip olan konsol, Kasım 2001'de raflardaki yerini aldı.

Xbox'ın ardından endüstri hızla PC tarzı grafik mimarilerine yöneldi. Nintendo GameCube aynı ay IBM PowerPC işlemciyle çıkış yaparken, takip eden on yıl boyunca ana akım konsollar IBM tabanlı işlemcileri tercih etti. Xbox 360 üç adet IBM PowerPC çekirdeğine ve ATI grafik yongasına güvenirken, PlayStation 3 Sony, Toshiba ve IBM ortaklığıyla üretilen Cell işlemcisini ve NVIDIA grafik mimarisini kullandı. Grafik tarafı PC standartlarına çoktan evrilmiş olsa da ana işlemciler bir süre daha konsola özel mimarilerle yola devam etti.

Konsol Donanımında Standartlaşma

Donanım mimarisindeki ayrışma 2013 yılında sona erdi. PlayStation 4, sekiz adet AMD işlemci çekirdeği ile AMD Radeon PC kartlarından alınmış bir grafik tasarımına geçiş yaptı. Günümüz konsolları olan PlayStation 5 ve Xbox Series X, tek bir yonga üzerinde AMD Zen 2 işlemci çekirdeklerini ve RDNA 2 grafik mimarisini bir arada barındırıyor. Hazır GPU mimarilerinin konsol bütçelerine ve performans gereksinimlerine uyum sağlamasıyla birlikte, sıfırdan konsola özel grafik yongaları tasarlama devri de kapanmış oldu.