2015年7月14日19時(shí)49分，一艘飛行器掠過曾經(jīng)隸屬九大行星的冥王星，為它拍下了一組“證件照“，而后發(fā)出的信號(hào)穿越60億公里的路程，最終抵達(dá)NASA總部，經(jīng)由處理后公布在網(wǎng)上，數(shù)十億普通人得以一見這顆神秘星球的真容。

【資料圖】

這艘飛行器就是新地平線號(hào)，它的時(shí)速高達(dá)約5.8萬千米/小時(shí)（約16千米每秒），也是迄今為止人類發(fā)射的速度最快的太空飛行器，從2006年地球發(fā)射到2015年飛越冥王星，花了整整9年多時(shí)間，在經(jīng)歷了孤獨(dú)而又漫長(zhǎng)旅行后，終于掀起了浩瀚宇宙的一角。

驅(qū)動(dòng)新地平線號(hào)的，并不是什么頂尖的高算力芯片，而是一顆普普通通的MIPS R3000處理器，這顆處理器最早于80年代末搭載于工作站和服務(wù)器之上，而最出名的用途莫過于1994年發(fā)售的游戲主機(jī)PlayStation，賣出了1億多臺(tái)的它直到新地平線號(hào)發(fā)射那一年才正式宣布停產(chǎn)。

當(dāng)新地平線號(hào)無限接近冥王星的那一刻，擁有同一顆芯片的PS1正在壁櫥的某個(gè)角落里蒙上灰塵，而當(dāng)時(shí)發(fā)售的PS4，已經(jīng)有千倍萬倍于R3000的性能，輕松驅(qū)動(dòng)著以往數(shù)十臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)才能渲染出來的畫面，誕生于上世紀(jì)的游戲主機(jī)見證了一場(chǎng)計(jì)算革命。

而在算力進(jìn)化的背后，是延續(xù)到今天的幾大處理器架構(gòu)，還有半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在日美兩國的興起衰落，游戲主機(jī)的背后，就是一場(chǎng)微縮的芯片戰(zhàn)爭(zhēng)。

01 MOS 6502傳奇與日本崛起

1973年，35歲的Chuck Peddle加入摩托羅拉，負(fù)責(zé)研發(fā)和銷售著名的6800處理器，當(dāng)6800正式上市時(shí)，售價(jià)高達(dá)360美元，而Peddle認(rèn)為這個(gè)價(jià)格已經(jīng)超出了普通家庭的承受能力，此時(shí)的他萌發(fā)出簡(jiǎn)化6800架構(gòu)設(shè)計(jì)，推出低至50美元廉價(jià)芯片的想法。

但他的嘗試很快就被摩托羅拉高層叫停，因而6800上市后不久，Peddle就帶著自己早期的芯片設(shè)計(jì)方案離開摩托羅拉，轉(zhuǎn)投競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手MOS Technology（MOS），在這家公司，Peddle和同事成功完成了6800的簡(jiǎn)化版本6501微處理器，由于引腳相同，甚至可以在6800的電路板上直接換插，這也導(dǎo)致摩托羅拉和MOS訴諸公堂。

結(jié)果當(dāng)然是MOS告負(fù)，不得不在6501的引腳配置上進(jìn)行了調(diào)整，1975年下半年，6502微處理器正式發(fā)售，售價(jià)25美元，只有摩托羅拉6800和英特爾8080的六分之一。

便宜的價(jià)格引起了質(zhì)疑，美國的《電子工程時(shí)報(bào)》刊載了一篇對(duì)Peddle的采訪報(bào)道，題目為《我們是否需要一塊20美元的微處理芯片？》，報(bào)道的開頭是一連串疑問句：MOS售價(jià)25美元的CPU芯片是不是燒錢換市場(chǎng)？若是，低利潤(rùn)會(huì)不會(huì)限制他們提供軟件和服務(wù)？

但這些質(zhì)疑最終被消費(fèi)市場(chǎng)所打破了，當(dāng)廠商看到一款售價(jià)25美元且性能不遜于摩托羅拉和英特爾的處理器時(shí)，他們很快就敞開腰包向MOS下訂單，Apple I、Apple II、Commodore PET、Acorn Atom、BBC Micro……個(gè)人電腦在MOS 6502的基礎(chǔ)上，如雨后春筍般進(jìn)入市場(chǎng)，在70年代末掀起了一場(chǎng)普及電腦的風(fēng)暴。

而MOS 6502早期知名的應(yīng)用中，包括了1977年雅達(dá)利發(fā)售的游戲主機(jī)Atari VCS/2600，當(dāng)時(shí)個(gè)人電腦通常能賣到1000多美元，因而幾十美元的處理器不會(huì)構(gòu)成什么阻礙，但對(duì)于一臺(tái)計(jì)劃售價(jià)199美元的游戲主機(jī)來說，即使是25美元的6502處理器，也過于昂貴了。

雅達(dá)利希望Peddle能為自己的游戲機(jī)供應(yīng)兩塊芯片，即6502和I/O芯片（負(fù)責(zé)信號(hào)的輸入輸出），采購價(jià)為12美元，最終MOS簽下了這個(gè)單子，原因很簡(jiǎn)單，經(jīng)過計(jì)算，大批量生產(chǎn)芯片的物料生產(chǎn)成本只要4美元，雖然單顆芯片賺的比之前要少，但是規(guī)模效應(yīng)反而會(huì)帶來更高的利潤(rùn)。

最終搭載在Atari 2600的CPU是6502的小改款6507，與6502相比，它把40引腳封裝改為了28引腳封裝，縮減了一筆相當(dāng)可觀的成本，不過這也限制了主機(jī)游戲畫面的表現(xiàn)力，8位CPU通常可以一次訪問64K內(nèi)存，但引腳變化后的MOS 6507一次只能訪問8K內(nèi)存，實(shí)際上只能做4位CPU能做的事情。

芯片性能和價(jià)格的取舍難題在個(gè)人電腦還沒完全普及前，就擺在了廠商面前，壓低成本實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，還是維持高價(jià)攫取利潤(rùn)？

不論別人怎么選，雅達(dá)利和MOS已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了雙贏，截至1982年，Atari 2600一共賣出了1000萬臺(tái)，這一年蘋果的Apple II銷量不過27.9萬臺(tái)，IBM個(gè)人電腦也才售出了24萬臺(tái)，可以說，沒有砍了幾刀的MOS 6502，就不會(huì)有千萬級(jí)別的主機(jī)市場(chǎng)。

壞消息是寒冬很快來臨，由于第三方開始自行生產(chǎn)Atari主機(jī)游戲，且質(zhì)量極差，甚至于雅達(dá)利自己也加入到了這一隊(duì)伍當(dāng)中，最終在1983年引發(fā)了一場(chǎng)雅達(dá)利大崩潰，商店里的主機(jī)和游戲無人問津，大量游戲公司倒閉，雅達(dá)利本身也未能幸免。

頗有些微妙的是，此時(shí)世界半導(dǎo)體的這座天平已經(jīng)悄然傾斜，表面上英特爾、摩托羅拉和德州儀器等企業(yè)憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)而風(fēng)光無限，但日本在70年代末以舉國體制發(fā)展DRAM，成立了VLSI聯(lián)合研發(fā)體，在80年代初期迅速搶占世界半導(dǎo)體市場(chǎng)。

美國半導(dǎo)體行業(yè)日本企業(yè)的巨大沖擊，保大還是保小讓摩爾定律的提出者都撓禿了頭發(fā)， 事實(shí)上，一個(gè)國家半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的繁榮，往往會(huì)帶動(dòng)消費(fèi)電子發(fā)展，而消費(fèi)電子又會(huì)反哺芯片產(chǎn)業(yè)，由此形成良性循環(huán)，而反過來就變成了惡性循環(huán)，當(dāng)雅達(dá)利大崩潰發(fā)生之際，所有供應(yīng)Atari VCS芯片的企業(yè)都迎來了一場(chǎng)漫長(zhǎng)的寒冬。

與之相反的是，日本半導(dǎo)體成為了朝陽產(chǎn)業(yè)，NEC、東芝、日立、富士通、三菱這五巨頭自然不用多說，夏普、索尼、松下這樣的企業(yè)也憑借芯片垂直整合的優(yōu)勢(shì)迅速崛起。

當(dāng)時(shí)任天堂的社長(zhǎng)山內(nèi)溥在看到雅達(dá)利的暢銷后，打算讓開發(fā)部設(shè)計(jì)一臺(tái)家用游戲主機(jī)，性能要強(qiáng)力到短期內(nèi)任何對(duì)手都無法追上，成本還要盡可能地壓縮，最好限制在10000日元以內(nèi)。

要知道80年代初的1美元約等于250日元，這也就說，要設(shè)計(jì)出一臺(tái)售價(jià)40美元且能玩游戲的主機(jī)。這是什么概念呢？1982年Atari 2600的生產(chǎn)成本都在40美元左右，還是后續(xù)年銷量達(dá)上百萬的情況下，前期的生產(chǎn)成本只會(huì)更高。

任天堂憑什么這么自信？憑的就是如日中天的日本半導(dǎo)體，彼時(shí)任天堂已經(jīng)在1980年和夏普聯(lián)手，利用它生產(chǎn)過剩的計(jì)算器的芯片和液晶屏，打造出了Game&Watch，既能當(dāng)電子表，又能玩簡(jiǎn)單的游戲，售價(jià)5800日元，最終一炮而紅。

正式基于這樣的思路，開發(fā)部開始尋找能夠?yàn)橹鳈C(jī)提供芯片的日本企業(yè)，但由于成本摳得太死，在五大巨頭那里都吃了閉門羹，就算賣到百萬級(jí)別，對(duì)于大企業(yè)來說還是蚊子腿上的肉，利潤(rùn)太少甚至于不值一提，有這個(gè)精力還不如多供貨幾臺(tái)大型機(jī)。

最終接下這個(gè)訂單的，是名不見經(jīng)傳的理光，來為任天堂的主機(jī)提供芯片，理光向任天堂推薦了MOS 6502，即定制的理光2A03，其表示，6502的芯片面積是當(dāng)時(shí)火熱的Z80的1/4，剩下的3/4可以放置其他電路，如此一來芯片價(jià)格就來到了可接受的范圍內(nèi)。

值得一提的是，此時(shí)MOS已經(jīng)被Commodore所收購，由于專利費(fèi)用的問題，任天堂和理光走了一條“歪路”，沒有申請(qǐng)授權(quán)，而是直接發(fā)揮工匠精神，把專利所在的十進(jìn)制校正部分電路刪去，保留了6502的其他部分，把成本壓制到了最低。

而任天堂也是抱著一把子梭哈的態(tài)度，直接同理光簽訂了300萬枚芯片的合同，至于原計(jì)劃的10000日元鑒于成本實(shí)在做不到，最終售價(jià)定在了15000日元。

任天堂的Family Computer（FC）于1983年正式在日本上市，剛上市時(shí)候的低迷并不能阻礙它本本來的光輝，隨著源源不斷的優(yōu)質(zhì)游戲推出，這款搭載MOS 6502的主機(jī)掀起了一場(chǎng)更勝于Atari 2600的家用機(jī)革命，從美國紐約到日本東京，幾乎每個(gè)中產(chǎn)階級(jí)家庭都在考慮購買FC，一塊1975年的芯片，在10年后以一種意想不到的方式席卷全球。

02 Z80與68000的登場(chǎng)

前面已經(jīng)提到了兩款MOS 6502同時(shí)代的處理器，一款是Zilog推出的Z80，另一款是摩托羅拉推出的6800，后續(xù)摩托羅拉推出了對(duì)應(yīng)的迭代68000。

它們?cè)诋?dāng)時(shí)的流行程度并不遜色多少，但在游戲主機(jī)領(lǐng)域卻沒有MOS 6502來得成功，其中不僅僅是芯片價(jià)格的問題，還有主機(jī)廠商間的明爭(zhēng)暗斗。

先來說Z80，1974 年，英特爾 8080 處理器的一位開發(fā)者Federico Faggin 離職后自立門戶創(chuàng)辦了Zilog ，而他和11 位員工一起開發(fā)的第一款產(chǎn)品就是8位處理器Z80 ，不僅可以兼容英特爾8080 代碼，也可以執(zhí)行為8080 編寫的CP/M 系統(tǒng)，繼承了前者開發(fā)完備的生態(tài)。

在游戲相關(guān)領(lǐng)域中，Z80也得以大放光彩，南夢(mèng)宮推出的街機(jī)吃豆人 (Pac-Man) ，基板正是搭載了Zilog Z80，作為一款8位處理器，Z80的壽命也是罕見的廠，即使后期的街機(jī)系統(tǒng)例如Capcom CPS1 、CPS2 與SNK 的Neo Geo，都還在用Z80 作輔助／音效處理器，這也是當(dāng)初任天堂一度考慮用Z80作為FC處理器的主要原因，相同的處理器能夠方便移植街機(jī)游戲，吸引街機(jī)玩家購買。

80年代初，Z80正式進(jìn)入家用機(jī)市場(chǎng)，打著「將街機(jī)游戲帶到家庭」名號(hào)的ColecoVision （搭載3.58MHz的Zilog Z80A)一度是繼雅達(dá)利之后市場(chǎng)上最受歡迎的主機(jī)，而世嘉在1983年推出的SG-1000，也搭載了Z80A的同款——NEC780C（由NEC自家制作的Zilog Z80A），但它們?cè)谑袌?chǎng)上的表現(xiàn)卻遠(yuǎn)不如同時(shí)期的FC，原因有很多，最重要的還是任天堂利用權(quán)利金制度，拉攏了一大批日本游戲廠商來為FC開發(fā)游戲，利用自身街機(jī)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)與第三方優(yōu)質(zhì)游戲打響了名號(hào)，而其他兩家仿佛還停留在雅達(dá)利時(shí)代，直到兩三年后才勉強(qiáng)跟上步伐。

再來說說摩托羅拉的68000處理器，摩托羅拉在1976年開始進(jìn)行MACSS（Motorola Advanced Computer System on Silicon）計(jì)劃，1979年，摩托羅拉68000開發(fā)成功，它使用3.5微米HMOS技術(shù)（即高性能N通道金屬氧化物半導(dǎo)體，CMOS的前身）制造，集成了68000個(gè)晶體管，最大支持16MB內(nèi)存，雖然68000還是16位處理器，但卻使用了32位內(nèi)部總線，因而可以直接使用32位指令軟件，對(duì)比同時(shí)期16位處理器有不小的性能優(yōu)勢(shì)。

但是68000的成本高昂，在近十年后才正式進(jìn)入游戲市場(chǎng)，第一款搭載68000處理器的家用機(jī)，依舊是世嘉，它推出的Mega Drive搭載了摩托羅拉 68000 ( 7.67MHz)，成為第一款真正意義上的16位主機(jī)，上一代的Z80也沒浪費(fèi)，變?yōu)榱薓ega Drive的音頻處理芯片，這個(gè)配置放在當(dāng)時(shí)來看已經(jīng)到了空前強(qiáng)大的地步。

不過，任天堂后發(fā)的SFC主機(jī)在性能上也并未陷入劣勢(shì)，此時(shí)MOS 6502已經(jīng)發(fā)展出了多個(gè)變種，而SFC就選擇了依舊由理光開發(fā)的5A22，其源自 WDC公司開發(fā)的65C816，是一塊基于6502的16位處理器，主頻為3.58MHz，相較于Mega Drive，SFC還支持了更高的發(fā)色數(shù)。

可以看到，80年代的游戲主機(jī)，實(shí)質(zhì)上為70年代末涌現(xiàn)出的各家處理器提供了一個(gè)舞臺(tái)，一枝獨(dú)放不是春，百花齊放春滿園，其中的佼佼者延續(xù)至今，被奉為經(jīng)典。

而更值得大家注意的是，80年代里暢銷的FC、SFC、MD等主機(jī)，并未直接采用美國企業(yè)生產(chǎn)的處理器，而是選擇通過日本半導(dǎo)體企業(yè)進(jìn)行定制，且在圖形和音頻處理部分中，日本本土企業(yè)生產(chǎn)的比重也相當(dāng)之高。

數(shù)千萬臺(tái)的游戲主機(jī)為日本半導(dǎo)體帶來了源源不斷的利潤(rùn)，成為了日本消費(fèi)電子與半導(dǎo)體攻城略地，擊敗美國半導(dǎo)體的一個(gè)縮影。

03 流星般劃過的PowerPC和MIPS

爽口物多終作疾，快心事過必為殃。當(dāng)日本企業(yè)因?yàn)橛螒蛑鳈C(jī)而賺得盆滿缽滿之時(shí)，忽視了自身的局限和實(shí)力后，隱患就一個(gè)接一個(gè)地爆發(fā)了出來。

說說世嘉吧，MD在北美市場(chǎng)取得意料之外的成功，大賣4000余萬臺(tái)，東方不亮西方亮，這也讓它堅(jiān)定了搞家用機(jī)的心，而且由于68000用于多款街機(jī)基板，更方便于移植世嘉街機(jī)上的豐富陣容，最終讓世嘉下了一個(gè)決定——繼續(xù)用街機(jī)芯片。

具體配置上，SEGA SATURN使用了兩枚和CAPCOM的CPS3基板相同的日立SH2處理器，主頻為28MHz，通過分散、并行處理使土星擁有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)還使用了兩枚VDP芯片(VIDEO PROCESSOR)來處理畫面顯示。VDP1芯片負(fù)責(zé)2D活動(dòng)塊處理，可擴(kuò)大縮小、變形回轉(zhuǎn)，還可以使用軟件形式計(jì)算四角多邊形，VDP2芯片負(fù)責(zé)處理背景，有4層可放大縮小的普通卷軸，2層自由旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)卷軸，同畫面最大顯示5層卷軸。

雙CPU加雙圖像處理器，這種配置組合拿到今天來看也是非常炸裂的，開發(fā)人員看了就頭大，移植和研發(fā)都難如登天，強(qiáng)調(diào)2D性能的它，很快就在索尼PS1的3D游戲強(qiáng)烈攻勢(shì)中敗下陣來，此時(shí)日本的半導(dǎo)體企業(yè)已經(jīng)走向衰落，無奈的世嘉開始尋求美國企業(yè)的幫助，甚至一度打算找英偉達(dá)來定制圖形和音頻處理部分。

世嘉最終把下一代主機(jī)被定為Dreamcast，它的硬件配置比上一代合理了不少：CPU是NEC生產(chǎn)的日立SH4芯片，主頻200MHz 128位總線（運(yùn)行32位代碼）；圖形芯片是Power VR2， 由NEC與英國Video logic公司聯(lián)合開發(fā)，每秒可計(jì)算300萬個(gè)以上的多邊形。可惜的是，DC依舊遭遇了一場(chǎng)慘敗，在PS2強(qiáng)大游戲陣容的攻勢(shì)下，世嘉最終黯然退出主機(jī)舞臺(tái)。

于1994年崛起的索尼Playstation走上了一條與世嘉截然不同的道路，它最終選擇了MIPS作為CPU的架構(gòu)，搭載了一顆MIPS-R3000A處理器，即前文中所提到的新地平線號(hào)搭載的處理器，與大部分主機(jī)相比，加入了3D圖形芯片的它擁有了更加強(qiáng)悍的3D性能。

這也是MIPS第一次登上游戲主機(jī)的舞臺(tái)，后續(xù)多款日本廠商的主機(jī)都搭載了MIPS處理器的定制款，包括N64的R4300，PS2的R5900等，藉由游戲主機(jī)成為了當(dāng)時(shí)幾大主流架構(gòu)之一。

MIPS能夠崛起，主要原因是美國計(jì)算機(jī)廠商的鼎力支持，但在風(fēng)云變幻的90年代后期，SGI決定放棄MIPS架構(gòu)，轉(zhuǎn)向IA-64架構(gòu)的開發(fā)，并徹底剝離了MIPS業(yè)務(wù)，而和MIPS有密切合作的日本廠商也是猝不及防，合作剛有了點(diǎn)起色，本來還想靠MIPS架構(gòu)抗衡Wintel，結(jié)果說放棄就放棄，讓MIPS架構(gòu)的主機(jī)徹底沒了下文。

由于日本半導(dǎo)體此時(shí)只剩下一群老弱病殘，日本主機(jī)廠商們開始直接求助美國廠商，寄希望于他們能夠給予技術(shù)支持，風(fēng)頭正盛的英特爾是沒指望，坐擁全球PC市場(chǎng)的它看不上主機(jī)這三瓜兩棗，但陷入困境的IBM卻拋來了橄欖枝。

1998年，IBM推出了世界上第一塊銅導(dǎo)線處理器PowerPC750，由于使用了銅導(dǎo)線技術(shù)，處理性能提高了近1/3，此時(shí)的任天堂恰好找上了門來，于是在PowerPC750的基礎(chǔ)上，IBM為任天堂的新一代主機(jī)NGC定制了Gekko處理器，該處理器使用銅導(dǎo)線和0.18微米制程工藝制造，運(yùn)行頻率為485MHz，性能比起沿用MIPS架構(gòu)的PS2主機(jī)強(qiáng)了不少。

而美國市場(chǎng)中的巨無霸——微軟也在此時(shí)正式登上舞臺(tái)，和日本廠商相比，微軟進(jìn)入市場(chǎng)就簡(jiǎn)單粗暴了不少，別人限于成本和功耗不敢用的x86處理器，微軟大手一揮就采購了幾百萬塊奔騰3，把它作為初代Xbox的處理器，其性能在NGC的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，成為了當(dāng)時(shí)市面上畫面表現(xiàn)最好的游戲主機(jī)。

索尼在PS2之后，也跟隨任天堂的腳步，與IBM展開了合作，開始研發(fā)Cell處理器，在索尼和IBM的預(yù)想中，是打造出如英特爾x86一般的通用架構(gòu)處理器，不僅能用在下一代主機(jī)上，還能在數(shù)碼家電和服務(wù)器中發(fā)光發(fā)熱，只可惜這塊耗費(fèi)了數(shù)十億美元的處理器最后被證明是一個(gè)半殘廢，自信的索尼重蹈了世嘉的覆轍。

從MIPS到PowerPC，日系廠商逐步喪失處理器之上的話語權(quán)，亦步亦趨地跟隨美國半導(dǎo)體企業(yè)的部分，更讓部分日本人扼腕嘆息的是，MIPS架構(gòu)的處理器還有不少是由日本半導(dǎo)體廠商所定制生產(chǎn)的，但到了PowerPC之后，芯片代工生產(chǎn)徹底與日本無緣，想要高性能芯片？那就先交一筆遠(yuǎn)比之前昂貴的費(fèi)用吧。

崛起，然后無奈墜落，在日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)衰落之后，曾經(jīng)被引以為傲的日本游戲主機(jī)，只能基于美國設(shè)計(jì)主導(dǎo)的芯片來做加減法，其競(jìng)爭(zhēng)力局限于軟件而非硬件，再也不復(fù)上世紀(jì)80年代的風(fēng)采。

04 尾聲

如今索尼的PS5，微軟的Xbox Series X/S，均搭載了一顆來自AMD的x86處理器，其集CPU和GPU的功能于一身，而任天堂的Switch，則是選擇英偉達(dá)生產(chǎn)的Tegra X1處理器，CPU來自Arm，GPU為英偉達(dá)自研。

你很難從這三款主機(jī)的其他芯片或組件中找到日本廠商的身影，甚至于Switch初版所采用的JDI屏幕，后面也悄悄換成了群創(chuàng)的LCD和三星的OLED，拋開微軟不談，索尼和任天堂的角色在近四十年的角色里悄然變化，從定義硬件變成了定義軟件。

當(dāng)然，不止游戲主機(jī)，日本市場(chǎng)中的電子產(chǎn)品在進(jìn)入千禧年之后，大量芯片和組件不再由日本企業(yè)操刀，悄然換成了其他國家設(shè)計(jì)代工的產(chǎn)品，日本半導(dǎo)體在芯片戰(zhàn)爭(zhēng)中敗下陣來，代價(jià)不光是產(chǎn)值和失業(yè)，還連累到了消費(fèi)電子市場(chǎng)。

當(dāng)日本半導(dǎo)體行業(yè)叫囂著研發(fā)2nm技術(shù)的時(shí)候，要怎么樣才能說服市場(chǎng)和廠商，說服他們?cè)俣韧瞥龃钶d日本芯片的產(chǎn)品呢？

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