리코 2A03

3. 상세

MOS Technology 6502 코어의 비인가 파생형을 포함하는 리코 2A03^[1]은 2진화 십진법 모드가 비활성화되어 있다. 이는 모스 테크놀로지의 특허 침해를 피하기 위한 것으로 추정된다.^[2] 2A03은 프로그래밍 가능 사운드 발생기(APU)를 내장하고 있으며, 22개의 메모리 맵 I/O 레지스터를 가진다.^[3] 또한, 초보적인 DMA 기능과 게임 컨트롤러 폴링을 지원한다.^[4]

리코(Ricoh)는 1981년 오사카부 이케다시에 반도체 공장을 설립했지만, 반도체 제조사로서는 후발 주자여서 공장 가동률이 매우 낮았다. 리코의 마츠오 카즈요시는 미쓰비시 전기(Mitsubishi Electric) 재직 시절 닌텐도의 아케이드 게임을 담당했던 인연으로 우에무라 마사유키(당시 닌텐도 개발 제2부장)와 친분이 있었다. 마츠오는 우에무라에게 ASIC(주문형 반도체)를 판매했고,^[7] 패밀리 컴퓨터 개발에서는 우에무라가 리코에 제안을 했다.^[9]

2A03 CPU는 6502를 기반으로 하여 회로 면적이 작아 하나의 IC에 사운드 기능 등 주변 회로를 추가하면서 제조 비용을 낮출 수 있었다. 닌텐도는 일본에서 6502 채택 실적이 적다는 점을 이용해 게임 소프트웨어 독점 공급을 계획했고, 다른 회사가 무단으로 패밀리 컴퓨터용 게임 소프트를 만드는 것을 억제하려 했다.^[7] 리코는 록웰 인터내셔널(Rockwell International)에서 저전력 CMOS판 6502 생산 기술을 습득할 예정이었기 때문에, 다른 CPU를 채택하는 것보다 빠르게 ASIC를 완성할 수 있었다.^[8]

패밀리 컴퓨터의 ASIC는 아케이드 게임에 필적하는 화질과 스트링스에 가까운 소리를 낼 수 있는 음원을 목표로 개발되었다.^[9] 처음부터 아케이드 게임 기판으로의 활용을 고려하여 CPU인 2A03과 TV 출력 PPU(Picture Processing Unit, 2C02)를 분리했으며, 닌텐도 VS. 시스템에는 2A03과 RGB 출력 PPU가 사용되었다.^[8]

1982년 6월부터 ASIC 사양 검토가 시작되었고, 10월에는 사양이 거의 확정되었다. 리코와 닌텐도 기술자들은 기능 검증 및 소프트웨어 개발에 사용할 시제품을 공동으로 완성했다. 록웰 6502용 개발 툴은 일본에서 취급하지 않아 대만 제조사의 인서킷 에뮬레이터를 사용했고, 닌텐도는 PC-8001을 호스트 컴퓨터로 하는 프로그래밍 툴 "NCAP (Nintendo-capture)"를 자체 개발했다. 마작 (닌텐도)이나 베이스볼 (패미컴) 등 초기 게임 소프트웨어는 이 툴을 사용하여 개발되었다.^[10]

닌텐도는 리코에 ASIC 가격을 2,000엔 이내로 요구했고, 리코는 2년간 300만 개 주문을 요구했다. 리코는 시제품의 화질, 음질, 가격을 바탕으로 100만 개 생산을 예상했다. 개발 계약서에는 "2년간 300만 개 보증"이 기재될 예정이었지만, 최종 계약 시 제외되었다. 닌텐도는 리코에 CPU와 PPU를 독점 공급하는 대신, 외판에는 닌텐도의 허가를 받도록 했다.^[11]

리코는 록웰에 EPROM 기술을 제공하고 CMOS 버전 6502 프로세서 "R65C00 패밀리" 생산 기술을 얻었다. 2A03은 이 기술을 기반으로 리코가 개발한 CPU를 코어로 하는 ASIC이다.^[12][13] 65C02는 동시대 다른 CPU보다 IC 칩 회로 면적이 작았다.^[14] 1985년에는 리코가 65C02를 코어로 한 주문형 ASIC을 제품화했다.^[15]

2A03은 오리지널 6502에서 2진화 10진법(BCD) 연산 기능이 제거되었다. 이는 모스 테크놀로지 특허 침해를 피하기 위한 것으로, 당시 모스 테크놀로지는 코모도어 자회사였고, 코모도어는 코모도어 64와 같은 게임기를 개발하여 닌텐도와 경쟁 관계였다. 로버트 러셀은 NES의 2A03을 분석하여 모스 테크놀로지 특허 회로가 제거되었음에도 6502 명령의 99%를 실행할 수 있음을 발견했다.^[16]

2A03은 음원 역할을 하는 APU(Audio Processing Unit)를 내장한다.^[17] APU는 2계통의 펄스파 발생 장치, 1계통의 삼각파 발생 장치, 1계통의 노이즈 발생 장치, 1계통의 DPCM을 가진다. 펄스파 발생 장치는 주로 BGM 멜로디, 삼각파 발생 장치는 베이스 라인, 노이즈 발생 장치와 DPCM은 드럼과 효과음에 사용되었다.^[18]

3. 1. NTSC 버전과 PAL 버전

4. 지역 차이

유럽과 오스트레일리아 버전의 패밀리 컴퓨터인 NES에는 리코 2A07 (RP2A07)이 사용되었는데, 이는 2A03과 PAL 텔레비전 규격의 50 Hz 수직 재생률에 맞추어 클럭 디바이더와 사운드 주파수가 조정된 것을 제외하면 동일한 칩이었다. 유럽, 아시아, 오스트레일리아에서 판매된 NES의 PAL 버전은 '''리코 2A07''' 또는 '''RP2A07''' 프로세서를 사용하는데, 이는 PAL 텔레비전 표준에서 사용되는 50 Hz 수직 재생 빈도에 더 적합하도록 수정된 2A03이었다. 그러나 대부분의 개발자는 NTSC에서 PAL로 게임 음악을 적절하게 조정할 자원이 부족하여, 많은 PAL 게임이 원래 NTSC 출시 버전에 비해 느리고, 약간 낮은 음높이로 들리며, 경우에 따라 음정이 맞지 않는 결과를 낳았다.

참조

_[1] 웹사이트 Nintendo RP2A03 and RP2A07 http://visual6502.or[...] 2020-08-12
_[2] 특허 Patent US3991307 https://patents.goog[...]
_[3] 웹사이트 Sound generators of the 1980s home computers http://www.atkinsoft[...] 2019-12-02
_[4] 웹사이트 2A03 technical reference https://www.nesdev.c[...] 2004-04-23
_[5] 웹사이트 Voice Samples in 'Double Dribble (NES)' https://tcrf.net/Dou[...] 2023-04-05
_[6] 웹사이트 NES Expanded Audio: 100k Pot Mod https://curriculumcr[...] 2017-01-24
_[7] 웹사이트 社長が訊く「スーパーマリオ２５周年」 https://www.nintendo[...] 2010-09-13
_[8] 웹사이트 【任天堂「ファミコン」はこうして生まれた】第7回：業務用機の仕様を家庭用に、LSIの開発から着手 https://web.archive.[...] 日経BP 2008-10-03
_[9] 서적 ドキュメント・家族 筑摩書房
_[10] 웹사이트 ファミコン誕生、家庭用ゲーム機の代名詞に https://xtech.nikkei[...] 日経BP 2020-04-02
_[11] 학술지 ｢ファミコン現象｣を演出した任天堂の凄さ 月刊経済社
_[12] 서적 電子海外技術導入調査総覧 : 最新版 富士経済
_[13] 서적 シリコンアイランド : 世界のIC生産基地 九州・山口地区IC・関連企業の全貌 日刊工業新聞社
_[14] 학술지 CMOS 8ビットワンチップマイクロコンピュータ65シリーズ リコー研究開発本部
_[15] 학술지 カスタム1チップマイコン設計システム 工業調査会
_[16] 서적 I Am Error: The Nintendo Family Computer / Entertainment System Platform Penguin Random House LLC 2017-09-08
_[17] 웹사이트 ファミコンで動くソフトを自作しよう、カギはグラフィックスの理解 https://xtech.nikkei[...] 2022-10-18
_[18] 서적 ファミコンの驚くべき発想力 ―限界を突破する技術に学べ― 技術評論社
_[19] 웹사이트 Cycle reference chart https://www.nesdev.o[...] 2024-10-17
_[20] 문서 2A03 technical reference http://www.nesdev.co[...] 2004-04-23
_[21] 웹인용 Nintendo RP2A03 and RP2A07 http://visual6502.or[...] 2020-08-12