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发信人: xhc (花自飘零水自流), 信区: Hardware
标  题: 图形加速卡的过去、现在和未来
发信站: 哈工大紫丁香 (2000年06月23日16:10:12 星期五), 站内信件

    过去
    在1996年，3D加速卡还是一个崭新的领域，S3 Virge系列和MATROX Mystique系列充
斥了整个市场。但是，这两个系列的产品性能都不能令人满意，在配备了高端处理器的
电脑中，有时软件加速的效果甚至比硬件加速的效果还要好，所以当时的3D加速卡被戏
称为“3D减速卡”。当默默无闻的3DFX推出VOODOO加速卡之后，这一现象才得到彻底改
变。
    但是VOODOO早期的天价，为它和3DFX带来许多麻烦。VOODOO拥有每秒4500万的像素
填充率，每秒100万个多边形的生成能力，支持双线过滤，板载4MB显示内存，这一切价
值300美元。而且VOODOO还是一块纯3D加速卡，也就是说它必须和普通的2D显示卡配合使
用，使得消费者花了300美元之后还要再掏钱购买一块2D显示卡。当时显示卡行业内的评
论家和企业家们，对VOODOO都不断的抨击，如：“它真是太贵了！”，“它只是一块纯
3D加速卡而已，没人会购买的。”，“现在的游戏根本就不需要这么强劲的加速卡，没
人需要它！”。但是对于使用低像素填充? 剩挥泄斯δ埽?D和3D应用都共享可怜的
1MB显存的低端显示卡的游戏玩家来说，VOODOO的出现无疑是个福音。
    Diamond的Monster系列和Orchid的Righteous系列是最早使用VOODOO芯片的3D加速卡
。当VOODOO加速卡上市一段时间后，支持VOODOO新特效的游戏也纷纷上市了。新的游戏
与以往的游戏有很大的区别，它们为游戏玩家带来了以前不可想象的视觉感受。这要归
功于VOODOO强劲的加速性能和能充分发挥VOODOO优势的Glide接口。直到3DFX发布VOODO
O 2以击败nVidia Riva128的挑战时，他们占据3D加速卡市场头把交椅已长达两年之久。
当两块VOODOO 2以SLI的方式工作时，它的加速性能是空前的，超出其他厂商的加速卡数
倍之多。3DFX已经成为3D游戏的代名词。继VOODOO 2之后，3DFX又发布了VOODOO系列中
第一块集2D和3D加速为一身的显示卡——VOODOO RUSH，这两个产品为他们赚取了大笔的
利润。当3DFX在1998年年末和1999年年初分别发布VOODOO BANSHEE和VOODOO 3时，俨然
已成为3D加速领域内的霸主，似乎没人可以将他从这个位置上拉下来。
    看着3DFX在显示加速卡领域中的巨大成功，新老群雄不甘落后，纷纷推出自己的新
产品，欲图从3DFX的碗中分一杯羹。本来，其他厂商对3DFX是构不成什么威胁的，可是
就在这时杀出了一个程咬金——微软。当时微软公司正在大力推广自己的硬件加速接口
——DirectX。凭借微软在软件行业中龙头老大的地位，众多的用户和软件商都使用了D
irectX接口，而显示卡行业的众多厂商们也纷纷宣布支持DirectX接口。相比之下，3DF
X的Glide阵营显得冷冷清清。在DirectX之火燎原之际，3DFX却紧抓Glide不放，致使VO
ODOO系列对DirectX的支持不足，在某些关键技术（如32位色渲染）上落后于其他厂商。
到了1999年，nVidia推出了TNT 2和TNT 2 Ultra芯片，以它们极快速度将3DFX从速度的
宝座上拉了下来。
    此时的3DFX陷入了内外交困的窘境。在外，技术已经不再领先，产品的市场占有率
也大为降低；在内，Napalm芯片开发计划不断跳票，CEO Gregory Ballard又在紧要关头
辞职。3DFX已经失去了3D加速领域内的霸主地位，显示加速市场进入了群雄逐鹿的状态
。
    现在
    现在有五家公司在竞争“图形加速之王”的宝座，他们是nVidia、3DFX、ATI、Mat
rox和S3；BitBoys和Gigapixel也在暗中努力，希望一炮打响。在新产品方面，3DFX有V
oodoo 4/5；nVidia有NV15；Matrox有G800；ATI有RAGE 6；S3有SAVAGE 2000+。BitBoy
s和Gigapixel在研发中的产品是Glaze3D和GP3。SONY和微软也分别发布各自的家用游戏
机——PlayStation 2和X-Box，说它们是家用游戏机可能有点不确切，因为它们都整合
了网络功能和PC通讯功能，应该说是游戏专用PC。这些新产品的性能都十分惊人，至少
是VOODOO的20倍，而这一切只经过了四年！发展速度比CPU领域的摩尔定律快了数倍之多
，INTEL和AMD也只能自愧不如。
    由于图形加速加速技术的快速发展，这个领域几乎每天都在创造着奇迹。根据厂商
们的开发计划，在一年内我们将可以用上比现今最快的图形加速卡快3-5倍的产品，这真
是令人难以置信。
    未来
    3DFX曾经提出一个“60 FPS”定律，意思是在任何3D游戏中，游戏画面的更新率达
到每秒60祯或是以上，人的眼睛是无法分辨的，也就是说人的视觉系统每秒最多只能更
新60次。游戏虽然能提供更高的画面更新率，但是超过每秒60祯后是毫无意义的，不如
将系统资源用在提高画面质量上。而现今的高速图形加速卡能轻易的在游戏中达到60 F
PS，例如我所用的系统：超频为805MHz的PIII，超频为160 MHz/345 MHz的GeForce DDR
，因此我更重视游戏画面的质量。
    正因为许多像我这样的玩家们的要求，新的图形加速卡将集成更多的画面特效。如
硬件光影转换（Hardware T&L）、全屏反锯齿（Full Scene Anti-Aliasing）、材质压
缩（Texture Compression）、阴影柔化（Soft Shadows）、动态模糊（Motion Blur）
、空间景深（Depth of Field）、环境碰撞映射（Environmental Bump Mapping）等等
。
    就我看来，今年内推出的图形加速卡应具有以下特点，才有可能在市场上取得成功
。
    450MHz的RAMDAC（提供DVI功能）
    加速芯片采用0.18微米、六层工艺来生产，核心频率为250MHz，具有12条pixel管道
，24条texel管道，像素填充率为3亿pixels/每秒和6亿Texels/每秒
    运行在250MHz下的128MB DDR显示内存
    每秒能生成2500万个全特征多边形，支持硬件光影转换的多边形生成引擎
    32位高精度Z缓冲
    完全支持AGP4x Pro模式
    完全支持OpenGL和DirectX接口
    支持FXT1材质压缩、全屏反锯齿、环境碰撞映射、阴影柔化和反射、动态模糊、空
间景深等特效
    8位高精度模板缓冲
    支持8k x 8k材质贴图
    450MHz的RAMDAC
    引人注目的是，市场上销售的高端显示器的平均价格正在下降。数字式纯平显示器
的价格正在慢慢地接近大众，不久的将来会有很多人使用这种显示器。一颗450MHz的RA
MDAC将发挥很大的作用，它能提供很高的分辨率和刷新率，使显示器能完整的显示2D图
像。
    采用0.18微米、六层工艺来生产的加速芯片
    在基于0.18微米六层的工艺技术下，生产运行速度为250MHz的加速芯片是切实可行
的（有传言说，Matrox将采用这项工艺来生产G800芯片）。该芯片的渲染管道的宽度应
为12像素/每秒，像素填充率为3亿pixels/每秒。考虑到今后的游戏将采用多重贴图，因
此双重纹理贴图管道将会比传统的处理管道更有效率。在每秒2500万个全特征多边形的
生成速度和3亿pixels/每秒、6亿Texels/每秒像素填充率下，您的Quake III将达到惊人
的300 FPS（虽然这并没有意义），到那时候整个系统的性能瓶颈应该是CPU了。
    如果Rampage芯片如传说中的那样，渲染管道的宽度为VSA-100的两倍——16像素/每
秒，那么它在250MHz下的像素填充率将达到4亿pixels/每秒、8亿Texels/每秒。但是我
不知道如此恐怖的像素填充率对我们来说有什么用？
    图像质量的进步
    在新的图形加速芯片惊人的像素填充率的支持下，诸如全屏反锯齿、环境碰撞映射
、阴影柔化和反射、动态模糊、空间景深等特效使用起来将易如反掌，画面更新率将保
持在60 FPS或以上。
    实现图像质量的进步，有两项技术是关键——硬件光影转换和材质压缩。
    请仔细看一下你周围的环境，数以百万计的颜色、纹理和形状，每个物体都有很多
层次的细节，虽然这只是我们每天生活的一个景观，但是却不能通过现有的软件和硬件
技术在游戏中真实再现。要使游戏画面更接近真实景观的方法是增加多边形的数目，你
可以比较一下两个游戏——PC上的GL-Quake和Dreamcast上的Shenmue。Shenmue的画面是
不是看起来更真实呢？主要的原因是Shenmue使用了比GL-Quake多得多的多边形。
    但是，更多的多边形需要更多的贴图，这时候材质压缩就派上了用场。FXT1材质压
缩技术在保证纹理质量的情况下能提供高达8：1的压缩比，相比之下，S3TC只能提供6：
1的压缩比，这就是我选择FXT1的原因。在128MB的显示内存中，除去作为1280x1024分辨
率祯缓冲的28MB之外，还剩下100MB。经过FXT1材质压缩后，能为游戏提供多达800MB的
材质！这是起着决定性作用的一项技术。
    结束语
    今年图形加速卡领域的竞争将十分激烈，下一轮竞争的主角应该是Rampage、G800和
nv20，它们的技术规格已经慢慢的浮出水面。在不久的将来我们就能在市场上看见它们
，可以想象，当我们将它们买回家，并配合AMD Thunderbird（K8）或INTEL Willamett
e使用，那将是多么激动人心的事情。我认为这样的技术进步将不亚于当年VOODOO的推出
，所造成的影响也将是深刻的。

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    古来进退雍容难!
进则易伤，退则易损，该当如何？难!


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