تکین گاید | اجرای دیسک‌های PS3 روی PS5 جیلبریک‌شده با RPS5S3

انقلاب در جامعه هک کنسول؛ وقتی ناممکن‌های سونی با یک دیسک بلوری فرو می‌ریزند

برای بیش از یک دهه، کمپانی ژاپنی سونی همواره یک پاسخ تکراری و از پیش آماده برای میلیون‌ها کاربر پلی‌استیشن داشت: «معماری پردازنده Cell در پلی‌استیشن ۳ آن‌قدر پیچیده و خاص است که شبیه‌سازی محلی آن روی سخت‌افزارهای مدرن ناممکن است؛ بنابراین تنها راه تجربه این بازی‌ها، استفاده از استریم ابری پلی‌استیشن پلاس است». این موضع رسمی نه تنها توجیهی برای فروش اشتراک‌های گران‌قیمت آنلاین بود، بلکه آرشیو عظیمی از دیسک‌های فیزیکی خریداری‌شده توسط بازیکنان در سراسر جهان را به اشیایی زینتی و خاک‌خورده در قفسه‌ها تبدیل کرد.

اما جامعه توسعه‌دهندگان مستقل و هکرهای سخت‌افزاری هرگز این محدودیت‌های تصنعی را نپذیرفتند. توسعه‌دهنده‌ای با نام مستعار Swordpdf که تنها سه روز پیش از این رویداد با انتشار پروژه PS5SX2 (پورت بومی امولاتور افسانه‌ای PCSX2 روی پلی‌استیشن ۵ برای اجرای دیسک‌های DVD پلی‌استیشن ۲) دنیای هوم‌برو را به لرزه درآورده بود، این بار گامی بسیار جسورانه‌تر برداشت. او با انتشار ویدیویی بدون دستکاری، دیسک اورجینال بازی شاهکار Gran Turismo 5 را درون درایو نوری پلی‌استیشن ۵ جیلبریک‌شده قرار داد و لحظاتی بعد، لوگوی نوستالژیک پلی‌استیشن ۳ با کیفیت کامل و اجرای روان روی نمایشگر نقش بست.

این دستاورد تاریخی که تحت پروژه‌ای موسوم به RPS5S3 پیاده‌سازی شده، صرفاً یک دستکاری نرم‌افزاری ساده نیست؛ بلکه یک تغییر پارادایم اساسی در مهندسی معکوس و احیای رسانه‌های فیزیکی است. این رخداد پیامی روشن به همراه دارد: سخت‌افزار مدرن پلی‌استیشن ۵ به لطف معماری هشت هسته‌ای Zen 2 و پردازنده گرافیکی قدرتمند RDNA 2، کاملاً توانایی رام کردن هیولای پردازشی Cell Broadband Engine را داراست و تنها مانع میان بازیکنان و گنجینه فیزیکی دیسک‌هایشان، قفل‌های نرم‌افزاری و سیاست‌های تجاری سونی بوده است.

سیاست استریمینگ سونی در برابر واقعیت سخت‌افزاری؛ نبردی بر سر منافع اشتراکی

تحلیل‌گران بازار بازی‌ها همواره به این نکته اشاره کرده‌اند که رویکرد سونی در قبال بازی‌های نسل هفتم، بیش از آن‌که فنی باشد، ریشه در مدل کسب‌وکار مبتنی بر اشتراک دارد. سونی با متمرکز کردن اجرای عناوین PS3 در بستر کلاود پلی‌استیشن پلاس پریمیوم، کاربران را مجبور به پرداخت سالانه صدها دلار می‌کرد، در حالی که گیمر حتی با در دست داشتن دیسک فیزیکی خریداری‌شده، اجازه اجرای محلی آن را نداشت. در کشورهایی با محدودیت‌های شدید پهنای باند و پینگ بالا، مانند کاربران خاورمیانه و ایران، استریم بازی‌ها عملاً غیرقابل استفاده و همراه با لگ‌های آزاردهنده بوده است.

پیش از این، گزارش‌های تحلیلی تکین در پرونده بررسی عمیق فریم‌ور و فناوری ارتقای تصویر PSSR در PS5 Pro نشان داده بود که معماری مدرن تراشه‌های سفارشی AMD پتانسیل پردازشی فوق‌العاده‌ای در اختیار دارد که در فریم‌ورهای قفل‌شده کمپانی سونی بلااستفاده مانده است. در همین راستا، در مقاله کالبدشکافی اجرای بومی God of War 3 روی پی‌سی دیدیم که چگونه جامعه مادسازان توانست با شکستن قفل‌های معماری، کارایی سخت‌افزار را به حداکثر برسانند.

پروژه Swordpdf ثابت کرد که پلی‌استیشن ۵ استاندارد نه تنها از پس اجرای بازی‌های پرتقاضایی مانند Gran Turismo 5 برمی‌آید، بلکه به دلیل پهنای باند بالای حافظه GDDR6 کنسول، بارگذاری تکسچرها و مدیریت دستورات برداری پردازنده Cell بسیار سریع‌تر از کنسول اصلی پلی‌استیشن ۳ انجام می‌گیرد. این دستاورد، پوسته ادعاهای بی‌پایه درباره ناتوانی فنی کنسول را در هم شکست.

این ماجرا دقیقاً تکرار تاریخ است؛ در سال ۲۰۰۶ نیز مدل‌های اولیه پلی‌استیشن ۳ (نسخه‌های ۶۰ گیگابایتی CECHA01) از تراشه سخت‌افزاری Emotion Engine کنسول PS2 روی مادربورد بهره می‌بردند، اما سونی برای کاهش هزینه‌های ساخت سرسام‌آور خود، این سخت‌افزار را در نسخه‌های بعدی حذف کرد و تلاش‌ها برای شبیه‌سازی نرم‌افزاری را نادیده گرفت. در سال ۲۰۱۲ نیز سونی با خرید ۳۸۰ میلیون دلاری سرویس گایکای (Gaikai)، به جای سرمایه‌گذاری روی توسعه شبیه‌ساز بومی، سرورهای ابری اختصاصی با بردهای دستکاری‌شده PS3 ساخت تا بازیکنان را به پرداخت مداوم اشتراک ماهیانه وابسته سازد.

از سوی دیگر، قوانین فیزیک شبکه همواره مانعی تسخیرناپذیر برای تجربه ابری بازی‌های سرعتی بوده‌اند. در بازی‌های شبیه‌ساز رانندگی مانند گرن توریسمو ۵، هر میلی‌ثانیه تاخیر در بازخورد فرمان و انحراف لاستیک‌ها بر روی آسفالت تعیین‌کننده است. تاخیر ۱۲۰ میلی‌ثانیه‌ای استریم ابری این تجربه را نابود می‌کرد، در حالی که اجرای مستقیم دیسک با پروژه RPS5S3 تاخیر را به عدد اعجاب‌انگیز ۱۶.۶ میلی‌ثانیه می‌رساند که با استانداردهای مسابقات حرفه‌ای برابری می‌کند.

کالبدشکافی اپتیکال درایو PS5؛ فیزیک لیزرها و پرده‌برداری از دروغ بزرگ نرم‌افزاری

برای درک عظمت فنی پروژه Swordpdf، ابتدا باید به ساختار فیزیکی درایو نوری پلی‌استیشن ۵ و تفاوت طول موج‌های لیزر در مدیوم‌های اپتیکال نگاهی دقیق بیندازیم. درایو نوری کنسول PS5 یک درایو Ultra HD Blu-ray استاندارد است که از دو دیود لیزری مجزا بهره می‌برد: یک دیود لیزر آبی-بنفش با طول موج ۴۰۵ نانومتر برای خواندن دیسک‌های بلوری استاندارد و اولترا اچ‌دی، و یک دیود لیزر قرمز با طول موج ۶۵۰ نانومتر برای خواندن دیسک‌های DVD. نکته جالب‌توجه اینجاست که دیسک‌های بازی پلی‌استیشن ۳ دقیقاً از نوع بلوری استاندارد (BD-ROM تک‌لایه ۲۵ گیگابایتی یا دولایه ۵۰ گیگابایتی) با ساختار شیارهای ۰.۳۲ میکرومتری هستند.

به این ترتیب، از منظر فیزیک محض و اپتوالکترونیک، هد خواننده درایو PS5 هیچ مشکلی در بازخوانی سکتورهای خام دیسک‌های PS3 ندارد. تنها دلیلی که درایو PS5 نمی‌تواند دیسک‌های پلی‌استیشن ۱ یا دیسک‌های سی‌دی صوتی را بخواند، حذف اقتصادی دیود لیزر مادون قرمز ۷۸۰ نانومتری توسط سونی برای کاهش چند سنت از هزینه تولید کنسول بود. اما در مورد دیسک‌های PS3، سخت‌افزار کاملاً آماده و منطبق بود؛ مانع اصلی، کدهای سیستم‌عامل Orbis/Prospero سونی بود که شناسه رسانه (Media ID) دیسک‌های نسل هفتم را بلافاصله پس از چرخش اولیه در درایو، غیرمجاز تشخیص داده و درایو را به حالت خواب اجباری می‌برد.

کاری که تیم هک با بهره‌گیری از آسیب‌پذیری BD-JB و اکسپلویت‌های کرنل ۳.xx و ۴.xx انجام دادند، دسترسی مستقیم به درایور کرنل درایو نوری از طریق مسیر دستگاهی /dev/bdvd بود. با لود شدن پی‌لود هوم‌برو، درایورهای امنیتی کنسول بای‌پس شده و فایل‌سیستم اختصاصی دیسک بلوری PS3 مستقیماً به حافظه موقت مانت می‌شود تا داده‌های کد اجرایی EBOOT.BIN و بسته‌های دیتای بازی در اختیار شبیه‌ساز محلی قرار گیرد.

از منظر فیزیک نورشناسی، خواندن دیسک‌های بلوری PS3 به گشودگی عددی (Numerical Aperture) معادل ۰.۸۵ و عمق پرتو متمرکز بر لایه محافظ ۰.۱ میلی‌متری نیاز دارد. مجموعه پیکاپ نوری پیشرفته پلی‌استیشن ۵ (سری KES-497A) مجهز به سرووهای فوق‌العاده دقیق و سنسورهای فوتودیود نسل جدید است که خطاهای ردیابی شیار را به مراتب کمتر از لنزهای قدیمی KES-400A کنسول سال ۲۰۰۶ پلی‌استیشن ۳ ثبت می‌کند. بنابراین، بازخوانی اطلاعات خام حتی از روی دیسک‌های کمی خط‌وخش‌دار با پایداری بهتری نسبت به کنسول مادر انجام می‌شود.

در ساختار اصلی پلی‌استیشن ۳، پردازنده مرکزی به ۲۵۶ مگابایت رم XDR با پهنای باند ۲۵.۶ گیگابایت بر ثانیه متصل بود و کارت گرافیک به ۲۵۶ مگابایت رم GDDR3 با پهنای باند ۲۲.۴ گیگابایت دسترسی داشت و ارتباط آن‌ها از طریق پل باریک FlexIO با سرعت ۲۰ گیگابایت انجام می‌گرفت. در پلی‌استیشن ۵، تمام ۱۶ گیگابایت حافظه فوق‌سریع GDDR6 در قالب معماری یکپارچه حافظه (UMA) با پهنای باند سرسام‌آور ۴۴۸ گیگابایت بر ثانیه به اشتراک گذاشته شده است. داده‌های بافت پردازش‌شده توسط نوى SPU مستقیماً و بدون عبور از گذرگاه‌های فیزیکی مجزا، در دسترس واحدهای سایه‌زن گرافیک RDNA 2 قرار می‌گیرند که این امر امکان فعال‌سازی فیلترینگ بافت ۱۶ برابری Anisotropic و رفع لبه‌های دندانه‌دار با تکنیک TAA را فراهم می‌سازد.

در بررسی بازی Gran Turismo 5 که یکی از پیچیده‌ترین پروژه‌های تاریخ استودیو پولی‌فونی دیجیتال بوده و حتی روی کنسول اصلی PS3 در صحنه‌های بارانی یا ترافیک ۱۶ خودرویی دچار افت فریم‌های شدید می‌شد، نسخه اجراشده از روی دیسک فیزیکی روی PS5 موفق شد نرخ فریم پایدار ۶۰ فریم بر ثانیه با فریم‌تایم ثابت ۱۶.۶ میلی‌ثانیه را به نمایش بگذارد. این امر مهر تاییدی بر کارایی فوق‌العاده سخت‌افزار مدرن در مقایسه با استریم کدر و تاخیردار ابری بود.

از PS5SX2 تا RPS5S3؛ چگونگی مهار هسته‌های Cell با ریزمعماری Zen 2 و گرافیک RDNA 2

توسعه‌دهنده Swordpdf با درایت فنی بالا متوجه شد که سخت‌افزار پلی‌استیشن ۵ بهترین بستر ممکن برای اجرای شبیه‌ساز RPCS3 است. پردازنده PS5 دارای ۸ هسته فیزیکی و ۱۶ رشته پردازشی بر پایه معماری AMD Zen 2 است. در معماری اصلی پلی‌استیشن ۳، پردازنده Cell دارای ۱ هسته دو رشته‌ای PPE و ۶ هسته SPU فعال برای بازی‌ها بود (یک هسته برای سیستم‌عامل ذخیره می‌شد و یکی در خط تولید به دلیل بازده سیلیکون غیرفعال بود). این بدان معناست که شبیه‌ساز RPS5S3 می‌تواند به راحتی هر یک از رشته‌های پردازشی SPU را به صورت اختصاصی بر روی یکی از رشته‌های پردازنده Zen 2 نگاشت کند بدون آن‌که دچار تداخل زمینه (Context Switching Penalty) شود.

از سوی دیگر، چیپ گرافیکی پلی‌استیشن ۳ معروف به Reality Synthesizer (RSX) که بر پایه معماری G70 انویدیا با فرکانس ۵۰۰ مگاهرتز و ۲۵۶ مگابایت حافظه اختصاصی ساخته شده بود، ساختار رندرینگی به شدت وابسته به توابع OpenGL و رندرهای مستقیم سایه‌زن‌ها داشت. در پروژه RPS5S3، تمام فراخوان‌های گرافیکی RSX به کتابخانه‌های ولکان (Vulkan) بازنویسی شده و به صورت بومی به پایپ‌لاین‌های محاسباتی ۳۶ واحد سایه‌زن (CU) پردازنده گرافیکی RDNA 2 پلی‌استیشن ۵ تزریق می‌شوند. نتیجه این جهش معمارانه، اجرای فوق‌العاده نرم بازی‌ها بدون ذره‌ای افت فریم است.

در بررسی بازی Gran Turismo 5 که یکی از پیچیده‌ترین پروژه‌های تاریخ استودیو پولی‌فونی دیجیتال بوده و حتی روی کنسول اصلی PS3 در صحنه‌های بارانی یا ترافیک ۱۶ خودرویی دچار افت فریم‌های شدید می‌شد، نسخه اجراشده از روی دیسک فیزیکی روی PS5 موفق شد نرخ فریم پایدار ۶۰ فریم بر ثانیه با فریم‌تایم ثابت ۱۶.۶ میلی‌ثانیه را به نمایش بگذارد. این امر مهر تاییدی بر کارایی فوق‌العاده سخت‌افزار مدرن در مقایسه با استریم کدر و تاخیردار ابری بود.

مکانیزم چرخش دیسک تا رندر پیکسل‌ها؛ کالبدشکافی خط به خط فرآیند بوت در RPS5S3

فرآیندی که در لحظه قرار دادن دیسک فیزیکی PS3 درون درایو کنسول PS5 رخ می‌دهد، نمونه‌ای بی‌نظیر از تعامل هماهنگ لایه‌های هوم‌برو با سخت‌افزار مدرن است. در مرحله نخست، کنترلر درایو نوری با چرخش دیسک، هدرهای استاندارد بلوری را می‌خواند. در حالت عادی، سیستم‌عامل پلی‌استیشن ۵ با مشاهده کد محصول دیسک (برای مثال BCES-00569 برای دیسک گرن توریسمو ۵) بلافاصله برچسب Unsupported Disc را صادر می‌کند و اجازه ارسال دستورات بیشتر به درایو را نمی‌دهد.

در سیستم بهینه‌سازی‌شده Swordpdf، پس از کلیک کاربر روی این آیکون، یک هوک نرم‌افزاری فعال می‌شود که درایور نوری را مستقیماً از کنترل کرنل خارج کرده و به یک سرور محلی متصل می‌کند. در این مرحله، داده‌های رمزگشایی دیسک با استفاده از کلیدهای عمومی ریجن در حافظه بارگذاری می‌شوند و ساختار فایل‌های دیسک به صورت آنی خوانده می‌شود. برای دستیابی به حداکثر سرعت بارگذاری و جلوگیری از استهلاک لنز درایو در لودینگ‌های طولانی، شبیه‌ساز داده‌های حجیم بازی را یک‌بار در کش پرسرعت حافظه SSD کنسول پلی‌استیشن ۵ کپی می‌کند و در اجراهای بعدی، تنها برای اعتبارسنجی فیزیکی به حضور دیسک در درایو استناد می‌نماید.

همزمان، کامپایلر آنی (JIT) شبیه‌ساز RPS5S3 کدهای باینری سلول‌های برداری SPU را دریافت کرده و با استفاده از دستورات پیشرفته AVX2 پردازنده Zen 2، آن‌ها را به کدهای فوق‌العاده سریع محلی تبدیل می‌کند. لایه گرافیکی نیز تمام شیدرهای قدیمی انویدیا را به فرمت استاندارد SPIR-V ترجمه کرده و به رندرر وولکان می‌سپارد تا بازی با نرخ پاسخ‌دهی ۱۶.۶ میلی‌ثانیه و بدون هرگونه افت نرخ فریم آغاز شود.

یکی از پیچیده‌ترین موانع فنی در بازتولید رفتار پردازنده Cell، شبیه‌سازی کنترلر جریان حافظه (Memory Flow Controller یا MFC) بود. در سخت‌افزار اصلی، هسته‌های SPU به صورت مستقیم به حافظه دسترسی نداشتند و برای هر تبادل داده، درخواست‌های مستقیم حافظه (DMA) را به صورت همگام‌سازی‌شده در صف قرار می‌دادند. در شبیه‌سازهای PC، این صف‌بندی‌ها باعث معطلی پردازنده می‌شد. اما در پروژه RPS5S3، با تعریف یک بافر حلقوی بدون قفل (Lock-free Ring Buffer) مستقر در حافظه کش ۳۲ مگابایتی L3 پردازنده Zen 2، درخواست‌های DMA در کمتر از ۲۰ چرخه کلاک پاسخ داده می‌شوند.

علاوه بر این، در بازی‌هایی نظیر گرن توریسمو ۵، دو هسته از هسته‌های SPU به صورت مداوم مشغول فشرده‌سازی و پردازش لایه‌های صوتی با کتابخانه LibAudio بودند. پروژه RPS5S3 با هوشمندی تمام، پردازش صوتی و افکت‌های فضایی را به موتور صوتی سخت‌افزاری Tempest 3D Audio کنسول PS5 محول می‌کند. این جداسازی بار پردازشی باعث می‌شود تا هسته‌های Zen 2 بدون کوچک‌ترین گلوگاهی روی منطق شبیه‌سازی فیزیک خودروها تمرکز کنند و زمان بارگذاری بازی از ۴۵ ثانیه در نسخه اصلی دیسک، به کمتر از ۳ ثانیه روی حافظه پرسرعت SSD کاهش یابد.

بحران استراتژیک در مدیریت پلی‌استیشن؛ آیا سونی ناچار به تسلیم در برابر اراده کاربران خواهد شد؟

رخداد اخیر و دستاورد تحسین‌برانگیز Swordpdf سونی را در موقعیت بسیار دشواری از نظر افکار عمومی قرار داده است. تا پیش از این، روابط عمومی پلی‌استیشن فقدان پشتیبانی از دیسک‌های PS3 را یک محدودیت مهندسی لاینحل جلوه می‌داد. اما اکنون که یک برنامه‌نویس مستقل نشان داده سخت‌افزار استاندارد کنسول به راحتی آب خوردن قادر به خواندن دیسک، ترجمه کدهای پردازنده Cell و تحویل نرخ فریم ۶۰ هرتز است، دیگر هیچ عذر و بهانه‌ای برای عدم ارائه این قابلیت به صورت رسمی از سوی سونی باقی نمانده است.

از منظر حقوقی، دادگاه‌های فدرال ایالات متحده از پرونده تاریخی سونی در برابر Connectix تا شبیه‌سازهای مدرنی چون Bleem همواره تاکید کرده‌اند که مهندسی معکوس و توسعه شبیه‌سازهای مستقل (Clean-Room Emulation) در صورتی که از کدهای کپی‌رایت‌دار بایوس سوءاستفاده نکند، کاملاً قانونی است. اجرای دیسک فیزیکی خریداری‌شده توسط خود کاربر، نماد بارز حق استفاده منصفانه (Fair Use) و اصل پایان حق کپی‌رایت پس از اولین فروش فیزیکی (First Sale Doctrine) به شمار می‌رود.

برای جامعه گیمرهای ایرانی که با بحران‌های مضاعف کاهش کیفیت اینترنت، فیلترینگ شدید، تحریم‌های مالی و پینگ‌های نجومی دست‌وپنجه نرم می‌کنند، دستاورد اجرای دیسک‌های فیزیکی یک معجزه واقعی است. در شرایطی که دسترسی به سرویس ابری پلی‌استیشن پلاس برای کاربر ایرانی عملاً غیرممکن و توام با قطعی مداوم است، میلیون‌ها دیسک بازی PS3 که در بازار کشور با قیمت‌های مناسب دست به دست می‌شوند، با این پروژه جان دوباره‌ای می‌گیرند و کنسول پلی‌استیشن ۵ را به باارزش‌ترین گنجینه سرگرمی در خانه گیمرهای ایرانی بدل می‌سازند.

از منظر پایداری آرشیو، دیسک‌های بلوری پلی‌استیشن ۳ برخلاف سی‌دی‌ها و دی‌وی‌دی‌های قدیمی که مستعد پوسیدگی دیسک (Disc Rot) و اکسیداسیون لایه‌های آلومینیومی بودند، از روکش محافظ فوق‌العاده مقاوم Durabis سونی بهره می‌برند که طول عمری بین ۵۰ تا ۱۰۰ سال به آن‌ها می‌بخشد. این مقاومت فیزیکی سبب می‌شود تا در روزگاری که کنسول‌های نسل هفتمی به دلیل فرسودگی خازن‌های توکین و معضل چراغ زرد مرگ (YLOD) یکی پس از دیگری از کار می‌افتند، دیسک‌های فیزیکی روی سخت‌افزار مدرن، خنک و ساکت پلی‌استیشن ۵ تا دهه‌ها جاودانه بمانند.

همچنین شاهکارهای تکرارنشدنی تاریخ پلی‌استیشن مانند Metal Gear Solid 4: Guns of the Patriots، سه‌گانه Resistance، MotorStorm، Folklore و نسخه اروجینال Demon's Souls که هرگز پورت پی‌سی یا ریمستر رسمی دریافت نکردند، با شبیه‌ساز RPS5S3 از تاریکی انحصار خارج می‌شوند. این رویداد بازیکن ایرانی را از خرید گیفت‌کارت‌های دلاری گران‌قیمت و اسارت در بند سرویس‌های اشتراکی بی‌نیاز کرده و حاکمیت مطلق بر بازی‌های خریداری‌شده را به دستان خود گیمر بازمی‌گرداند.