Por mais de duas décadas, os consoles de videogame dependiam de chips gráficos dedicados e de função fixa para gerar suas imagens. Essa abordagem limitada, mas eficiente, começou a mudar radicalmente em 2001, quando o primeiro Xbox chegou ao mercado com uma placa de vídeo baseada em arquitetura de computador pessoal, abrindo uma nova era para os jogos eletrônicos.
Quem jogou em consoles clássicos como o Nintendinho certamente já se deparou com falhas curiosas em determinados jogos. Quando muitos Goombas se alinhavam na mesma fileira em Super Mario Bros., por exemplo, alguns deles começavam a piscar na tela. Esse problema acontecia porque o chip gráfico Ricoh 2C02 do console atingia seu limite máximo de oito sprites por linha de varredura, descartando qualquer objeto que excedesse essa quantidade e alternando quais figuras eram exibidas.
O processador de imagens Ricoh 2C02 do Nintendinho trabalhava com aproximadamente 10 quilobytes de memória. Deles, cerca de 8 quilobytes armazenavam os padrões dos blocos de imagem presentes no cartucho, enquanto 2 quilobytes de memória RAM no console mantinham mapas de fundo. O chip também controlava até 64 objetos gráficos através de pequenas memórias internas. Sua saída de vídeo era de 256 por 240 pixels, construída a partir de blocos de 8 por 8 pixels.
Enquanto o feixe de elétrons do tubo de imagem varria cada linha da tela, o processador determinava qual bloco de 8 por 8 pixels deveria aparecer em cada posição. Ele então comparava essa informação com os objetos presentes naquela linha específica e decidia qual pixel mostrar. Todo esse processo acontecia em sincronia com o feixe, o que impedia a unidade central de processamento de alterar a imagem enquanto ela estava sendo desenhada.
Diferentemente do Nintendinho, o Atari 2600, mais antigo, exigia que o processador principal também cuidasse da parte gráfica. Como seu adaptador de interface para televisão não possuía buffer de quadro, o processador precisava enviar novos valores ao chip para cada linha de varredura desenhada. Já o Magnavox Odyssey, lançado em 1972, não tinha processador nem memória, desenhando seus pontos e linhas através de lógica transistorizada discretora.
Todas essas máquinas foram projetadas para funcionar com tubos de imagem de cathode ray tube, o que explica parcialmente por que os jogos retrô costumam ter aparência melhor em televisões antigas desse tipo. Os tubos de imagem conseguiam disfarçar limitações gráficas que se tornam bastante evidentes nas telas modernas de cristal líquido.
A Sony revelou os chips do PlayStation 2 em março de 1999. O processador central era o Emotion Engine, um projeto de 128 bits desenvolvido pela Sony em parceria com a Toshiba, enquanto os gráficos ficavam a cargo de um chip separado chamado Graphics Synthesizer. Nos consoles finais, os dois componentes operavam a aproximadamente 295 megahertz e 147 megahertz, respectivamente.
O Graphics Synthesizer não realizava nenhum trabalho de geometria. Quando um triângulo chegava até ele, já havia sido posicionado dentro do quadro, e o chip precisava apenas preenchê-lo com cores e texturas. Todo o trabalho de geometria acontecia no Emotion Engine, através de duas unidades vetoriais. A CPU podia designar tarefas secundárias para a unidade VU0, enquanto a VU1 ficava principalmente responsável pelas transformações tridimensionais que convertiam os modelos do jogo em triângulos na tela.
Engenheiros da Sony e da Toshiba afirmavam que uma única unidade vetorial podia realizar 85 milhões dessas transformações por segundo. Embora nenhum console fosse idêntico ao outro, muitos consoles tridimensionais da época dividiam a carga gráfica entre múltiplos chips.
Curiosamente, a Sony já utilizava o termo GPU para o chip gráfico do PlayStation de 1994, projetado pela Toshiba. Isso ocorreu cinco anos antes de a NVIDIA marketingar o GeForce 256 como a primeira GPU do mundo. No entanto, a definição moderna de GPU, um chip capaz de executar pequenos programas escritos pelos desenvolvedores de jogos, só surgiu com o GeForce 3 no início de 2001.
A Microsoft e a NVIDIA firmaram parceria para o Xbox em março de 2000, e cinco dias depois, Bill Gates subiu ao palco e anunciou o console. O aparelho utilizaria um processador equivalente ao Intel Pentium III, um processador gráfico personalizado da NVIDIA, 64 megabytes de memória compartilhada entre ambos e um disco rígido de 8 gigabytes. O produto finalizado foi revelado na CES de 2001 e chegou às lojas em novembro daquele ano.
No entanto, os consoles não migraram para hardware estilo PC de uma só vez. O Nintendo GameCube foi lançado no mesmo mês com um processador PowerPC da IBM, e todos os principais consoles utilizaram esse tipo de processador durante a próxima década. O Xbox 360 abandonou a Intel em 2005 em favor de três núcleos PowerPC da IBM, o processador Cell do PS3 foi desenvolvido pela Sony, Toshiba e IBM em torno de um núcleo PowerPC, e o Wii e o Wii U utilizaram versões atualizadas do chip IBM do GameCube.
No lado gráfico, a mudança para o estilo PC já havia acontecido, com o chip ATI do Xbox 360 e o chip NVIDIA do PS3. Mas os processadores centrais ainda não tinham feito essa transição. Isso mudou em 2013, quando o PS4 passou a utilizar oito núcleos de processamento da AMD e um projeto gráfico derivado das placas Radeon de computador.
Os consoles atuais, como o PS5 e o Xbox Series X, operam oito núcleos AMD Zen 2 junto com gráficos AMD RDNA 2 no mesmo chip que a CPU. Em última análise, projetar chips gráficos do zero para consoles deixou de fazer sentido quando as arquiteturas de GPU prontas começaram a caber no orçamento dos consoles.
