FPGA ou émulation : quelle différence, et est-ce que ça se voit ?

Deux machines affichent le même jeu Game Boy, avec les mêmes couleurs et le même son. L'une coûte 90 €, l'autre 240 € quand elle est en stock. La première fait tourner un programme qui imite la console d'origine. La seconde reconfigure une puce pour qu'elle se comporte, circuit par circuit, comme la console d'origine. C'est toute la différence entre l'émulation et le FPGA, et elle fait couler beaucoup d'encre pour un écart que la plupart des joueurs ne verront jamais. Reste à savoir dans quels cas précis il devient visible, ce que coûtent les machines concernées, et pourquoi tout change si vous possédez encore vos cartouches.

Deux façons de faire tourner un jeu de 1990

L'émulation : une imitation par logiciel

Un émulateur est un programme. Il lit les instructions du jeu une par une et calcule ce que le processeur d'origine aurait produit à chaque cycle, puis fait de même pour la puce graphique, la puce sonore et la mémoire.

Tout cela est séquentiel, et partagé avec le système d'exploitation et l'affichage. La qualité dépend du soin apporté au programme : plus l'émulateur reproduit finement les cycles d'origine, plus il demande de puissance.

Le FPGA : un circuit qui se reconfigure

Un FPGA (field-programmable gate array) est une puce faite de milliers de blocs logiques et de connexions programmables. On ne lui écrit pas un programme : on lui décrit un circuit, et elle se câble pour devenir ce circuit, avec ses vrais parallélismes.

C'est la démarche revendiquée par Analogue, qui parle d'une implémentation « au niveau du transistor » : là où l'émulateur imite un comportement par logiciel, le FPGA recrée le matériel au niveau du circuit. La puce fait, en même temps, ce que les différentes puces d'origine faisaient en même temps.

Ce que ça change concrètement

La latence

C'est l'argument le plus mis en avant. Sur une machine FPGA, l'appui sur un bouton entre dans un circuit qui traite le signal en même temps qu'il calcule l'image ; Analogue annonce une prise en compte « quasi instantanée » par le matériel. Sur une console Linux ou Android, la manette passe par le pilote, le système, l'émulateur, puis la file d'affichage, et chaque étape ajoute son délai.

L'écart se compte en images, pas en dixièmes de seconde. Et il existe une contre-mesure sérieuse : la fonction Run-Ahead de RetroArch calcule des images en avance et rembobine l'action au plus près de la commande, au point de descendre sous la latence de la console d'origine puisqu'elle supprime le retard interne du jeu. La documentation du projet annonce le prix à payer : plus d'images d'avance, plus de charge processeur, et des artefacts sonores possibles en mode à instance unique. Sur une petite machine Linux, ce budget manque parfois. Voir nos réglages essentiels de RetroArch.

La compatibilité

Là, l'avantage change de camp. Un core bien écrit fait tourner tout le catalogue de son système, y compris les titres à puce spéciale dans la cartouche, parce que le circuit est reproduit et non contourné. Mais il n'existe pas de core pour tout : le projet libre MiSTer, bâti sur une carte DE10-Nano à FPGA Cyclone V, cite des cores PlayStation, Saturn, SNES, NES ou Megadrive. Au-delà, la capacité de la puce devient un mur. L'émulation, elle, monte aussi haut que le processeur le permet, d'où des consoles Android qui atteignent la GameCube ou la PlayStation 2 quand aucune machine FPGA grand public ne s'en approche.

Les comportements particuliers

Certains jeux exploitent des détails du matériel que l'émulation doit deviner : effets modifiés en cours de balayage de l'image, transparences obtenues en clignotant une image sur deux, timings sonores serrés, cartouches à matériel intégré (horloge, capteur d'inclinaison, vibration). Un circuit reconstitué reproduit ces cas par construction ; un émulateur les reproduit s'il a été écrit pour, ce qui est le cas des plus matures.

Est-ce que ça se voit vraiment ?

Réponse honnête : sur la grande majorité des jeux, non. Avec un Zelda de Game Boy Color dans le canapé, personne ne fera la différence entre un bon émulateur bien réglé et une machine FPGA. Les écarts sont mesurables, pas perceptibles. Il y a en revanche des cas où ils deviennent sensibles.

Autrement dit : le FPGA gagne sur la fidélité au matériel ancien, l'émulation sur l'étendue du catalogue.

Les machines concernées, et ce qu'elles coûtent

Le marché FPGA est étroit, produit en petites séries et régulièrement en rupture. Prix officiels constructeurs en dollars, hors taxes et frais d'importation, au moment où nous écrivons.

Deux précisions. L'Analogue Pocket lit d'autres formats via un jeu d'adaptateurs officiels à 99,99 $ (Game Gear, Neo Geo Pocket, Atari Lynx, PC Engine), et sa plateforme openFPGA ouvre la publication de cores à des développeurs tiers. Le MiSTer n'est pas un produit fini : c'est une carte de développement à compléter de mémoire, d'un hub USB et d'une carte d'entrées-sorties, montage compris.

Le cas des cartouches d'origine

C'est l'argument le plus solide en faveur du FPGA. Une machine à port cartouche lit votre cartouche : pas une copie, pas un fichier, la cartouche achetée à l'époque, avec sa pile de sauvegarde et son horloge interne s'il y en a une. La question des fichiers de jeu ne se pose plus, puisqu'il n'y a pas de fichier.

Vrai confort si votre collection est encore là, vrai handicap si elle a disparu : sans cartouche, une telle machine ne sert à rien.

Sur les copies, la ligne est simple. La copie de sauvegarde de votre propre cartouche relève de l'article L122-6-1 du Code de la propriété intellectuelle, mais le jeu vidéo est une « œuvre complexe » depuis l'arrêt de la Cour de cassation du 25 juin 2009 et aucune jurisprudence française ne tranche ce cas. Télécharger une ROM reste en revanche une contrefaçon, même si vous possédez la cartouche. Nous sommes commerçants, pas juristes : information, pas conseil juridique. Le détail est sur notre page Où jouer légalement, la méthode dans notre guide sur la copie de cartouches et le matériel au rayon lecteurs de cartouches.

Pour qui le FPGA se justifie

Le FPGA a du sens si vous possédez encore vos cartouches, si vous jouez à des genres exigeants sur le timing, si vous tenez aux accessoires et au câble link d'époque, ou si l'exactitude du matériel vous intéresse. Ajoutez-y une tolérance à l'achat en dollars et à l'attente.

L'émulation suffit largement partout ailleurs, et elle fait des choses que le FPGA ne fait pas : sauvegarde à tout instant, retour en arrière, filtres, plusieurs dizaines de systèmes sur une seule machine, budget qui commence sous les 100 €. Une console Linux couvre l'ère 8 et 16 bits, la PlayStation et souvent la Nintendo DS ou la Nintendo 64 selon le modèle ; une console Android monte à la PSP, la GameCube et la PlayStation 2 sur les plus puissantes.

Les deux approches ne s'excluent pas : beaucoup de collectionneurs gardent une machine FPGA pour leurs cartouches et une portable d'émulation pour tout le reste. Pour cette seconde partie, notre comparateur filtre par système émulé et par budget, et nos modèles sont au rayon consoles portables.