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发信人: gaea (嘎雅§无焦距的凝视), 信区: Hardware
标  题: nVIDIA真正的致命武器-nForce
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月06日08:23:44 星期三), 站内信件

[ PCPOP评测室 广州 陈寅初  2001-6-5 ]

特别感谢：美国NVIDIA公司对本文的大力支持，提供权威官方中文资料。 

[前言]

自从去年宣布与微软合作开发X-BOX中关键核心芯片以后，NVIDIA就已经专门组建
了一个该公司有史以来最大的研发团队进行相关的开发工作。在X-BOX中，NVIDIA
负责的核心芯片包括了X-CHIP以及MCPX，前者类似与我们平常说的北桥芯片，里面
整合了代号为NV2A的图形内核、内存控制器、CPU总线控制器等部件，而MCPX就比
较类似南桥，主要负责的是I/O处理以及音频合成。除了需要特殊的半封闭式操作
系统以外，X-BOX使用的架构实际上与我们平时的PC别无二致，换而言之，X-BOX里
的硬件设备略加修改后，完全可以运行我们平时使用的PC软件。从本质上来说，
NVIDIA负责的部分其实是一套整合芯片组，如果这套东西仅仅是用在X-BOX这台游
戏机中的话，难免有点可惜。

要知道，在2000年里，占全球显卡市场最大份额的产品及不是来自NVIDIA的，也不
是来自ATi的，更加不是来自什么S3这类只剩下半条命的公司，那幺是谁这幺厉害
连NVIDIA、ATi也抛在身后？答案非常简单：是来自全球最大的CPU制造商--Intel
。使用英特尔的i81x系列芯片组的主板统治了大部分的OEM整机市场，价格便宜、
性能稳定是该系列芯片组最吸引的地方。反观AMD方面，由于SiS以及VIA的品牌都
不怎幺样（相当于与英特尔来说），加上他们本身都有自己的CPU发展计划，而且
芯片组公司大都对占据市场各大份额的英特尔平台更加感兴趣，不敢得罪英特尔，
因此，AMD其实一直都未能在OEM市场的打开胜利之门。在内地，AMD的
Athlon/Duron都是在DIY市场上与INTEL直接对打，国内的整机厂商似乎都被英特尔
买下：P。

对于AMD来说，这是非常吃亏的。他们目前正在与INTEL拼价格，连Duron 750都打
到300元人民币都不到的血腥价位，如果销量还是徘徊不前无法在OEM市场突破的话
，接下来的前景就会变得很不明朗了。更何况……VIA不仅有芯片组业务，还有
CPU、显示芯片的市场可以挖掘，指望VIA能够帮助其在OEM市场突破显然是不足够
的。

NVIDIA和ATi都明白，谁控制了整合芯片组市场，谁就能在下一场搏杀中处于有利
的位置。在英特尔平台方面，ATi占了先机抢先与英特尔达成了P4整合芯片组的授
权协议，这对NVIDIA来说，无疑是较大的打击（考虑到XBOX上与英特尔的合作，还
算是扯平了:-P）。很快，NVIDIA就与英特尔的对手--AMD达成了Hyper Transport
连接技术的授权，某种程度上来说就有点要还ATi以颜色的味道。

Nvidia的GF256架构之所以能够成功，很大程度上是由于产品能够及时推出，当然
其T&L单元一开始就显得比对手成熟也是功不可抹的，nForce能不能够如GF架构一
样，击败众多的竞争对手突围而出呢？相信这是大多数读者都非常关心的问题，下
面就让我们来看一下NVIDIA这个新的芯片组架构到底如何吧。

[突破PC的瓶颈] 
 
众所周知，如今PC的变化要比其以往任何一个阶段都要快。但是，纵使CPU/GPU的
运算性能以及内存/硬盘容量已经戏剧性地提升了，但是PC的整体架构却没什幺大
的变化。事实上，自从PC当初仅仅是针对文书处理、电子表格以及电子邮件等传统
应用以来，PC机的芯片组架构基本上没有什幺变化。为了能够满足大多数PC用户苛
刻的要求--都希望能够大幅度地提升系统的性能、实现宽带网/大量流式数据的多
媒体/杜比数码5.1/高性能图形处理，Nvidia创建了名为nFORCE的平台处理架构
--(NVPPA，NVIDIA nForce Platform Processing Architecture) 。 

[创新的架构--芯片组就是处理器]

在NVIDIA nForce平台处理架构中，包含了三个主要的创新特色： 

1、这个革命性的系统架构被设计为分离式的处理平台，在这种平台中，CPU分配更
多的运算资源给其它重要程序。这个架构整合了NVIDIA在系统、内存及网络方面的
专利技术（目前还在申请中）--可以用来改善事务处理的效率以及整体性能；而对
称式的内存控制设计则为整个平台架构达致最高性能提供了可能性。

2、NVPPA所整合的图形处理器（GPU）以及音频处理器（APU）提供了无出其右的
3D渲染、音频功能。

3、提供了包括10/100Base-T以太网络和家庭电话线网络 (HomePNA 2.0)。

我们都知道，传统的主板芯片组是由两部分组成的：北桥和南桥。而在NVPPA（或
者说nForce）中，虽然也采用了类似的搭配，但是名称已经有所改变了，它们是：
nForce整合式图形处理器（Integrated Graphics Processor，简称IGP）以及
nForce媒体通信处理器（ Media and Communications Processor，简称MCP）。之
所以称之为处理器，按照NVIDIA的说法，是由于这两枚芯片能够替代CPU的部分任
务--尽管它们的角色依然是充当系统芯片组而已。

--IGP： 

[双Bank内存控制器]

我们都知道，NVIDIA的GF3有一个非常引人瞩目的地方：闪电内存架构，可以有效
地提升GF3的内存利用效率，在IGP中，也有一个专门内存架构--TwinBank内存架构
。

目前还处于专利申请中的TwinBank内存架构是一个创新的、拥有128位内存带宽、
支持DDR-266MHz的系统内存控制器。这个内存控制器的设计初衷就是为了达到最佳
的（整体/图形）性能表现，提供尽可能高的内存带宽。 

TwinBank拥有两个独立的64位内存控制器(dual-independent，分别是MC0以及
MC1)，每个子控制器对应一条内存通道，每个周期可以提供128位的数据，使用
GF3闪电内存架构中的交叉式 (cross-bar)数据分配技术。因此，中央处理器
(CPU)以及图形处理器(GPU)、音效处理器(APU)都可以同时获得每秒4.2 GB的内存
带宽，而且还可以并保证每次都可持续性地完成所有的程序应用。事实上，与同级
的双通道RDRAM芯片组相比，TwinBank在测试中可以让将系统的最高内存带宽提升
大约30%。

与其他系统所使用的内存控制器不同的是，TwinBank的单步骤内存控制器可以有效
地降低系统内可能隐藏的不稳定性，而且还可以改进整体系统的表现。简单地来说
，TwinBank是IGP和MCP的地基，即使用户在同时查看e-mail、网络冲浪、看DVD电
影以及玩3D游戏的时候，都不会有任何明显的影响。

TwinBank内存控制器细节清单：

支持64位以及128位内存工作模式。
--在64位模式的时候， DIMM可以由MC0或者MC1来存取。
--在128位模式下，MC0(对应DIMM0)以及MC1对应(DIMM1/DIMM2）都会投入使用。
两个内存控制器的功能是一样的，所有控制、时序参数的控制是可以独立调整的。

支持3.3V标准SDRAM以及2.5V DDR SDRAM。
支持133/100MHz DDR（266/200MHz）SDRAM或者133/100MHz SDRAM。
支持1至3条unbuffered式、非-ECC的内存条。
支持64、128、256、512Mbitx8、x16的内存搭配方式。
支持64MB到1.5GB的系统内存容量
支持在不对等内存容量（例如：64MB + 128MB = 192MB）依然获得使用128-bit 
TwinBank内存架构的优势。 

[动态思路调整前置处理器]

许多研究指出，处理器与内存存取速度的差距，依然是其它传统芯片组架构难以解
决的问题。然而，NVIDIA IGP所整合的动态思路调整前置处理器 (DASP)就可以大
幅增强CPU的运作效率，大幅度缩短CPU<->芯片组<->内存这部分电路造成的延迟。
在某些情况下，DASP可以让CPU等待内存的时间缩短到原来得40%到60%。 

DASP使用特殊的算法，计算出哪些数据会是CPU下一步会使用的，然后提前把这些
数据存放到IGP内部的一个缓冲中，如此一来，就减少了CPU的等待时间（算是减少
了内存存取的环节）。

NVIDIA提供的打开/关闭DASP前后的性能参考： 

平台：1.2GHz/133MHz Athlon，256MB DDR SDRAM，WinMe

平时我们也会看到IOQ这类把CPU流水线所需数据存放在芯片组缓冲中的技术，与这
些技术相比，DASP可算是一个具备思维能力的IOQ，正是因为有这么一个东东，
NVIDIA才自豪地说自己的芯片组就是处理器。 

[整合GeForce2图形处理器。]

透过AGP 总线传输大量图形资料, 可以创造丰富而真实的3D 画面。NVIDIA平台处
理器架构中的GeForce2 GPU内核是在图形形片领域最为成功的作品。IGP整合的
GeForce2拥有第二代T&L引擎、逐像素着色操作 、填充速率达到每秒350百万像素
，而且其AGP总线（在使用整合显卡的时候）是AGP 8X的，远远超越了其它整合图
形芯片在品质以及性能方面的表现。 

使用整合图形内核的性能比较：NVIDIA nForce IGP的GF2 V.S. Intel 815MCH 的
i752。

由于GPU是整合在芯片组内的，所有的运算都在芯片组内进行，再也不需要不需要
透过外部AGP 总线来传输顶点数据、材质数据、渲染指令。

由于nForce采用了可扩展架构，提供了外部AGP插槽，因此用户还可以根据自己的
需要，越过nFORCE主板的整合芯片，安装类似GeForce 3这类功能更强的显示卡。
实际上…nForce的内置显卡对于绝大多数用户来说已经是足够强大了:P

[Hyper Transport连接技术] 

目前的"内核-逻辑型"芯片组所能提供的南北桥单路连接峰值带宽是266MB/s，这对
于目前的PC来说，其实是不够了。 

nForce的IGP与MCP之间的连接采用了来自AMD的Hyper Transport连接技术，两者间
的带宽达到了800MB/s，6倍于一条33MHz 32bit PCI总线的带宽。由于Hyper 
Transport使用的是同步式设计，因此在处理诸如视频、音频等事务的时候，数据
的传输是无缝，不会出现中断现象。 

[MForce媒体通讯处理器] 

MForce媒体通讯处理器（MCP）整合了以下功能： 

2条IDE ATA-100通道
完全硬件支持DirectX 8的音频处理器（简称APU），包括了一个硬件杜比数码5.1
编码器
6个USB通道
LPC总线，用来实现对PS/2键盘、PS/2鼠标、COM串行口、LPT打印机口、软盘驱动
器的支持。
网络控制器，支持10/100 Mbit以太网、HomePNA 1.0/2.0。
整合软件modem以及2/4/6声道音频编解码器
PCI总线控制器 

[音频处理器--APU] 

音频处理器（APU）是MCP中的组成部件之一，其设计初衷就是为了降低CPU在处理
音频时的负担。这枚APU能够提供以下的特性：

1、拥有一个先进的架构，硬件支持256条同步立体音频流，或者64条3D音频流
+192条同步立体音频流
2、支持所有的DirectX 8.0音频特性
整合杜比数码5.1的支持，拥有一个硬件杜比编码器。 

与传统南桥整合的音频单元主要是为了降低成本、提供最基本的音频处理能力不同
的是，nForce MCP的APU是为了提供业界领先的音频处理能力，降低CPU在处理音频
时消耗的运算资源，是名符其实的"音频处理器"。这枚整合式的APU对于类似创新
这样依赖于分离式声卡获取利润的公司来说，无疑是当头棒喝。 
 
[StreamThru技术] 

传统南桥整合的媒体存取控制器是挂在南桥中的仲裁器（负责数据的路由）上的，
如果是网卡的话，则是透过PCI总线再连接到南桥中的仲裁器上的，而在传统北桥
中还有一个仲裁器，这就意味着网卡的数据需要经过两次的路由处理才能到达系统
主内存中，数据的同步性也就受到了影响。 

StreamThru是NVIDIA公司还在申请中的同步数据传输系统专利技术。MCP整合的
10/100Mbps媒体存取控制器不再是挂在PCI总线上，而是透过一条同步感知内部总
线直接与MCP的上行连接器（AMD的HyperTransport控制器）相连到IGP中的
HyperTransport控制器。

IGP中HyperTransport控制器可以把同步以及非同步的数据申请递交到一个单步式
智能仲裁器，这个单步式智能仲裁器可以确保为数据读取以及写入路径分配到内存
等待时间和带宽，从而提升流式多媒体、数据包传输以及数据下载的效率。采用
StreamThru技术后，系统在网络应用方面的性能可以提高15%左右，提高幅度要视
乎具体应用而定。

NVIDIA提供了一个性能参考：在Windows2000中，使用netiQ Chariot这个业界公认
的网络基准测试软件得到的网络应用性能测试结果： 

NVIDIA平台：1GHz Athlon、128MB DDR266内存，Windows2000
Intel Pro/100、NetGear FA301、3COM 3C905：AMD760主板+1GHz Athlon，
128MB DDR266内存，Windows2000

为了更容易让大家明白这个技术的含义，NVIDIA已经在Computex上把这个技术重新
命名为NetBoost（有点仿效Intel Pentium4的NetBurst:P） 

[常见问题回答]

问：nForce是什么时候开始研发的呢？
答：两年到1年半以前，是在X-BOX之前就已经展开的计划。

问：nForce目前有几个方案呢？
答：目前而言，nVIDIA只获得了AMD的授权，因此暂时只有对应AMD socket-A处理
器的nFORCE芯片组。其中包括了4个版本，分别是： 

我们最常见的版本将是nForce 420(-D)。

问：目前已经有哪些厂商推出采用nForce芯片组的主板呢？
答：华硕、技嘉、微星、升技、神达（MITAC）。华硕的A7N266-V还在Computex的
展馆中进行了3D MARK2001动态演示，而且A7B266-V是目前看到的唯一一块ATX规格
nForce主板。

问：nForce整合的图形内核可以支持DirectX 8.0吗？
答：可以，但是不清楚该内核是否能够支持DirectX 8.0中的新特性。

问：驱动程序方面如何？
答：采用一体化驱动，Windows XP已经提供了对应的支持。

问：上市日期是什么时候？价格会是多少？性能表现会如何？
答：正式版本的芯片会是8月份投入生产，具体上市时间由主板厂商自己决定。
价格未定。
光是由芯片组本身的先进架构所能带来的性能提升就可以达到20%。

问：适用什么用户
答：嗯，家庭用户，例如家用电脑。工作站以及服务器都不是目前nFORCE针对的市
场（缺乏ECC、Reg内存模组的支持）。 


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