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微软介入3D API的开发以及 ...Mhz的核心频率,单条渲染管线

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每一个成功的IT企业都有自己的一种代表颜色,比如Intel的蓝表明了对计算科学的不懈探索,ATI的红象征了其艳丽的显示画面,而NVIDIA的绿从一开始就和游戏结下了不解之缘。


 

  绿巨人的第一次:NVIDIAidia的第一件图形产品代号为NV1,诞生于1995年。这块显卡除了是NVIDIA的第一块显卡,同时还是史上第一块PCI接口的声卡。与世嘉公司的合作诞生了这块显卡,除了将声音与图像处理芯片整合在一起,更增加了一个世嘉土星游戏机的手柄接口。世嘉也透过NV1的支持,将其代表的硬派游戏代表作如铁甲飞龙和VR战士Remix移植至PC上。然而由于各种客观条件,NV1在市场上最终还是败给了S3、Trident等老牌显卡厂商。NV1基于二次曲面技术开发,与当时常见的Polygan渲染的常用3D生成技术有着很大不同,这也就限制了NV1在3D游戏中的发挥。最后随着微软介入3D API的开发以及操作系统逐步升级至Win95,非主流的NV1也逐渐淡出了市场。


 
(帝盟Edge3D 2120此时的芯片还没有打上NVIDIA的标志)

 
(世嘉代表作之一铁甲飞龙)

  比NV1更为不幸的是NV2。由于NV2基于NV1的基础设计,不可避免的与主流的Polygan渲染方式冲突,在上世纪90年代末个人计算机的伟大变革中,NV2成了Direct3D的累赘,从世嘉到NVIDIA都清楚地认识到二次曲面贴图技术将不可能是历史的发展方向,于是NV2被NVIDIA果断放弃,尚未有任何成品面世的NV2旋即腹死胎中。

  NVIDIA的第一次尝试从游戏开始,也因为不熟悉游戏规则而失败,但是失败的只是产品,NVIDIA的信心并没有丧失,他们的第二次尝试很快就又开始了。

挑战者:
  随着Voodoo带来了个人计算机历史上最大的变革,无论是游戏还是硬件都开始了自己3D化的进程。

  面对自己失败的NV1和黑历史一般的NV2,NVIDIA没有气馁,他坚信中国一句古话:坏事不过三。

  1997年诞生的NV3和前辈一样激进,前辈将声卡和显卡整合到了一起,NV3则将3D与2D加速整合到了一起,消费者们不必再像Voodoo那样用一块2D显卡+3D子卡的方式来运行3D游戏了。

  放弃了二次曲面贴图技术,NV3按照流行的Direct3D 5.0和OpenGL的API来进行软硬件的设计。100Mhz的核心频率,单条渲染管线,4M SGRAM显存,提供16位色3D画面的支持,采用了先进的128bit显存位宽,最高支持960x720的3D游戏分辨率,这些在当时看来都是非常出色的硬件性能指标。所以NV3零售版本被寄予厚望的NVIDIA取名为RIVA128,意思是128位实时交互视频动画加速器。


 
(又是一块帝盟的经典产品)

  随着RIVA128而来的是第一次由硬件主导的3D游戏大潮,以Quke2为代表的首批支持3D硬件加速的游戏软件诞生,玩家们被3D硬件支持下的高分辨3D游戏画面所震惊,2D画面精细的优势在临场感极强的3D图像技术面前不堪一击。

 

 
(Quake2尽管没有Quake3那么深入人心,但作为游戏引擎要比后者更为成功)

  尽管此时NVIDIA在市场上仍然处于一个挑战者的地位,面对的是不可一世的Voodoo王朝。RIVA128的出现让游戏玩家们认识到了另一个实力强劲的显示芯片厂商,借助PC游戏的发展的一次硬件高潮,NVIDIA逐渐扩大了自己的品牌知名度。

大规模杀伤性武器:
  诺贝尔用TNT来命名威力巨大的炸药,130年后,NVIDIA用同样的名字来称呼了自己的0第四代产品,1998年的RIVA TNT拥有强大的3D性能。

  与RIVA128一样是128位的显存位宽,TNT的核心频率降低到了90Mhz显存频率提升到了110Mhz,显存容量也提升到了16M。为了与Voodoo2竞争,TNT的渲染管线也增加到了两条。与RIVA128相比,TNT在速度,在画质上都有相当大的提高,TNT提供了32位色与24位Z-buffer的3D模式,采用了改进的材质过滤技术——各向异性过滤,提高了游戏中的画质。

  TNT2是TNT的工艺改进版本。显存上升到32M,核心频率提升到了150,显存频率提升到了183,而芯片的制程工艺也从350nm提升到了250nm。工艺的上升提升了核心和显存的频率,原本的TNT炸药在改造了配方后,爆炸的威力更为惊人了。


 
(帝盟的Viper 770,曾经让人怦然心动的YY物)

  在与对手Voodoo3的竞争中,1x2架构的Voodoo3只能在自己极端优化过的部分游戏上勉强胜过2x1架构的TNT2,而TNT2所特有的32位色3D画面更让Voodoo3的16位色相形见绌。无论在游戏画质还是游戏速度上,TNT2都成为了Voodoo3无法摆脱的梦魇。NVIDIA强大的驱动编写能力,诞生了史上第一代的神油系列驱动,驱动软件的按时更新从此成为了游戏玩家日常的工作之一,被雷管驱动所引爆的TNT炸药威力将Voodoo的王座炸得粉碎。

  1999年初,Quake3测试版的给了Voodoo3沉重一击,由于id放弃了对其专用的miniGL的支持,Voodoo不得不与TNT2站在了同一起跑线,TNT2在Quake3中对Voodoo3的胜利标志了OpenGL的成功,之后的游戏Voodoo专用API的适用性越来越底,TNT2的胜利也越来越多,越来越大。


 
(将FPS竞技运动推向世界每一个角落,令硬件厂商们头疼多年的前一代“显卡危机”Quake3)
从3dfx狂妄的收回显卡制造的授权开始,就已经注定了他未来的失败。NVIDIA不仅仅开放了显卡的授权,吸引了帝盟、大力神、艾尔莎等顶级显卡厂商加入自己的联盟,还细化了市场,规划出一份详细的产品线,涉及显卡市场的每一角落。推出了64bit显存的TNT系列中低端版本TNT Vanta、TNT2 M64等各种简化芯片后,NVIDIA更针对超高端玩家推出了旗舰超频版本TNT2 Ultra,Ultra也成为了每一代NVIDIA产品旗舰型号的名称。

  TNT2时代,NVIDIA成为了市场上的赢家。从TNT2开始,胜利的天平开始向NVIDIA倾斜,为了给3dfx压上最后一根稻草,NVIDIA继续加快新产品的推出速度。TNT2发布一年以后,Geforce256发布,已经完全跟不上的3dfx宣布退出显卡生产领域,TNT2与Voodoo3之间的对决终于有了结果。

公元0年:
  对于现在的NVIDIA来说,历史从1999年10月31日开始。如果说之前的RIVA是旧时代的象征,那么新时代的标志就是当时发布的Geforce256。从那时起,Geforce纪元延续至今,成为了显示芯片变迁的重要见证。


 

  Geforce相比较与之前的显示核心来说,首次提出了GPU的概念,将显示核心看成了和CPU一样重要的运算单元。在架构上,Geforce256增加了对硬件T&L的支持,这也是当时先进的Direct3D 7.0所支持的重要特性,同时将2x1的渲染管线增加到了4x1,而显存也从SDRAM进化到了DDRRAM。架构规格重大改变的结果是性能的暴涨,与上代顶级的显示芯片相比,Geforce 256的性能至少提升了50%以上。而由于硬件T&L的引入,NVIDIA终于有了涉足专业领域的技术资本,与Geforce品牌相对应的专业显卡品牌Quadro诞生。


 
(创新也曾经在高端市场上叱诧风云过)

  Geforce256与Geforce2同属NV1X的系列显示芯片,按照Geforce早期的命名规则,GeForce256与GeForce2为同一代的显示芯片。之后的Geforce系列显示芯片基本上也按照一代革新一代改良的方式来运作,即可以对一个成功的架构进行潜力的挖掘也可以节约部分研发的成本。所以GeForce2的发布与GeForce256之间仅相隔了短短的6个月。

  Geforce2在继承了GeForce256的各种特性和架构后,为了满足当时游戏对大量纹理贴图操作的需求,Geforce2在4条渲染管线中各增加了一个纹理贴图单元,改造成为了4x2的结构。渲染管线的改造和核心频率提升到200让Geforce2的性能提升了40%以上。在性能无敌于世的时候,NVIDIA开始重视起自己被人诟病的视频质量问题,新增的HDVP视频技术,对HD视频的回放提供了一定的帮助。

  2000年前后,新世纪玩家们的心因为Quake3、CS等竞技游戏而躁动起来,加上CBI等媒体的推波助澜,电子竞技逐渐成为一项运动,而电竞装备成为玩家们关注的一个焦点。因为其强大的OpengGL性能与良好的兼容性,GeForce2屡屡成为评测的胜利者,在宣传游戏的同时,也为NVIDIA做了最好的广告。在GeForce2时代,无论是性能还是销售市场的桂冠都被NVIDIA牢牢把持着。


 
(Geforce2MX,第一代统治DirectX7.0市场的产品)

  从Geforce256开始,NVIDIA为了宣传自己显示芯片的画质与实力,开始为每代GPU制作并提供演示Demo下载,首批对应Geforce256的demo是Grass、Crystal Ball与Bubble三个Demo,每个Demo都用来展示Geforce256的一项优点,Bubble演示了Cube Mapping,Crystall Ball宣传了硬件T&L,Grass则表明了各向异性过滤对画质的影响。

(Grass、CrystallBall和Bubble是NV的第一代Demo,从制作上看还是存在不少不成熟的设定)

  千禧年诞生的Geforce256同样为显示芯片开创了一个新的世纪,Geforce256的发布预示着显示芯片未来的进化方向,也就是将CPU的运算工作逐渐转移到GPU上。Geforce256的硬件T&L进一步发展成为了可编程的处理单元顶点着色器VS与像素着色器PS,最后发展成为如今的流处理单元SP。在这之后,性能强大的SP单元将会参与到各种必要的运算中来,GPGPU也许将是Geforce的最终归宿。

  跟着盖茨哥,又吃又有喝:NVIDIA与微软大力推广的硬件T&L已经具备了顶点着色器VS的雏形,而NVIDIA专有的一般用于Demo展示的NSR则更像是原始形态的像素着色器PS。新的Direct3D8.0发生了巨大的变化,可编程着色器被纳入DirectX的范畴。紧紧追随巨人脚步的NVIDIA在2001年推出了硬件支持VS与PS的显示芯片Geforce3。


 
(由于与Geforce2在性能上拉不开太大差距,且当时整个市场依然是DirectX7.0的天下,Geforce3并没有带来想要的革命)

  GeForce3最大改变就是增加了可编程的VS和PS单元,这对于显示芯片来说是一个巨大的改进。原本固定的T&L和像素处理电路被可编程单元代替,程序员们可以灵活的操作这些单元,作出原本很难实现的一些效果。还有就是LMA技术的引入,节约了显存的带宽降低了消耗,加上新的抗锯齿模式——更有效率的多重采样技术与更高等级的各向异性过滤的加入,大大提升了Geforce3的AA和AF性能与质量。Geforce3架构的大改变对于当时的游戏而言却没有带来多大的性能上的提高,甚至在一些场合比Geforce2Ultra还慢。面对ATI的8500所带来的PS 1.4,Geforce3更是无论当时的性能还是未来的潜力均不如对手。为此,NVIDIA改进了LMA为LMAII,并为Geforce4增加了一个VS单元,同时大大提高了核心频率,这些改进的举措让Geforce4游戏性能相比Geforce3提高了50%以上。2002年下半年,发售仅半年多的Geforce4Ti4200降至999的举措让Geforce4Ti被神话成为了“史上最具性价比”的显示芯片。中低端的NVIDIA产品也毫不马虎,Geforce4MX系列尽管只是NVIDIA偷换概念的一个小把戏,却让这块性能强大的纯DX7显卡主宰了市场整整3年,也让DX7游戏主宰了3年,创造了NVIDIA史上最大的商业奇迹。通过NV2A的芯片授权给了微软的XBOX游戏机也让NVIDIA大赚了一笔。NVIDIA从与微软的合作中获得了很大帮助,微软的软硬件技术和资金给了NVIDIA最好的支持。NV2X时代是NVIDIA的黄金时代,正是此时的积累为NV3X失败后的东山再起做好了充分的准备。


 
(Geforce4MX440接过Geforce2MX的班,继续左右着中低端市场。)

  在进入“Shader”时代后,NVIDIA的Demo也开始有了变化,一味的技术展示Demo会让人觉得枯燥乏味,玩家不会在意贴图技术的种类,让人眼前一亮的画面才是真正吸引玩家的地方,Geforce4著名的狼人Demo就是NVIDIA思想转变的结果。10万的多边形,真实的骨骼与皮毛模拟,完美的光照效果,狼人Demo让玩家们看到了未来游戏可能拥有的实际画面,这也就是狼人Demo引起轰动的原因。


 
(像游戏一样的演示是促使NVIDIA的Demo转变的思想)
让人意想不到的是最早抵制DX7游戏软件大潮,引导用户逐渐过渡到新一代DirectX来的是Konami的PS2移植游戏寂静岭3,这是首个强制要求支持VS、PS架构硬件的游戏。DX7的显卡根本无法通过寂静岭3的硬件检测就会跳出来,之后该公司的完美进化足球3也是采取这样的做法。尽管当时的Konami被大量GF4MX的用户抱怨,但正是这两个游戏的发售,让玩家们开始认识到DX7时代的终结,“Shader”时代的来临。
 
(尽管这只是一款年代久远的游戏,由于美工出色的发挥,游戏画面在今天看来依然非常出色。)

  滑铁卢:

  Geforce4诞生四个月后,ATI史上最耀眼的明星R300系列显示芯片登场,无论是性能还是画质以及对未来DirectX9的支持度都全面压制住了Geforce4家族。2003年1月,NVIDIA为了对付眼前的强敌,结合早前收购的3dfx的技术,发布了新一代的显示芯片Geforce FX。

  相比较于NV2X与对手的R300,GeforceFX是一个激进的物理架构。130nm的先进工艺,在提高晶体管密度的同时带来了无法忽视的发热,提供对DDR、DDR2、DDR3三种存储介质的支持,显存位宽进一步升级成256bit,AF的算法也有所改进,画质得以提高。完整支持SM2.0/SM2.0a指令集,硬件支持DirectX9.0。然而在激进的同时,GeforceFX也保守的采用了之前的4条完整渲染管线,每条渲染管线2个纹理单元的4x2的设计。


 
(鼓风机并没有带来期望的性能,FX5800U成为了噪音、发热、性能低下的代名词)

  在物理架构上过于激进的后果就是产品的延期,在把空白的DX9市场拱手让给对手长达三个月后,GeforceFX5800才姗姗来迟,此时已错过了最好的宣传时机。GeforceFX又一个重大的失误是NVIDIA错误的估计了DX9的形势。NVIDIA认为第一代DX9显示芯片对于PS的要求并不大,所以采用了4x2的结构。但面对FarCry等新一代的DX9游戏,PS运算要求极高,GeforceFX 4x2的架构在这样的情况下就显得力不从心了。在大多数DX9的游戏中,R300都能远远胜过价位的NV3X芯片,只有在OpenGL的Doom3中,充斥了大量的Z-only操作,NV3X才找回了哪么一点自信。

 


责任编辑: 整理时间:2008-7-19 9:21:46
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