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王者歸來(lái)!NVIDIA歷代旗艦級(jí)顯卡回顧

最具爭(zhēng)議的作品——GeForce FX系列

    2002年11月18日,Comdex 2002上,NVIDIA發(fā)布了研發(fā)代號(hào)NV30的GeForce FX,這也成了歷史上NVIDIA最具爭(zhēng)議的一款產(chǎn)品。在回顧GeForce FX系列產(chǎn)品前,我們不妨先對(duì)NV30的問(wèn)世背景做個(gè)簡(jiǎn)單介紹。
 
成就3D圖形霸業(yè)!NVIDIA歷代顯卡回顧
 
 GeForce FX看上去很美好
 
    眾所周知,從DirectX 6時(shí)代確立優(yōu)勢(shì)地位以來(lái),經(jīng)過(guò)DirectX 7、8兩代的發(fā)展,伴隨著與微軟的良好合作,NVIDIA成為了桌面PC獨(dú)立顯示核心的霸主,市場(chǎng)占有率成倍提升。在收購(gòu)了3DFX以后,NVIDIA又通過(guò)GeForce 3、4兩代產(chǎn)品在市場(chǎng)占有率方面擊敗了另一個(gè)對(duì)手ATI,而且,通過(guò)雄厚的技術(shù)實(shí)力,其每半年更新一代的做法也令對(duì)手疲于奔命。隨著GeForce 4的成功,NVIDIA也處于歷史上的最巔峰時(shí)期,產(chǎn)品不僅局限于PC顯示核心,更延伸到主版芯片組,電視游戲機(jī)領(lǐng)域。
 
    不過(guò)NVIDIA的一家獨(dú)大也引起了一些業(yè)內(nèi)人士的不滿,他們指責(zé)NVIDIA是圖形業(yè)內(nèi)的Intel。當(dāng)然這也使與NVIDIA一貫合作良好的微軟有所注意,尤其是NVIDIA在DirectX 8標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中的某些做法以及開(kāi)發(fā)自主的CG語(yǔ)言等,使得微軟不等不重新審視這個(gè)昔日的合作伙伴,兩家公司的開(kāi)始逐漸變得貌合神離。
 
    后來(lái),在NVIDIA為微軟提供XBOX硬件解決方案的過(guò)程中,隨著制造工藝的進(jìn)步,硬件產(chǎn)品的制造成本是逐漸下降的,但是NVIDIA與微軟的合同中并未考慮這一點(diǎn),等到微軟意識(shí)到這一點(diǎn)后,希望修改合同中的部分內(nèi)容,但卻遭到了NVIDIA的拒絕……
 
成就3D圖形霸業(yè)!NVIDIA歷代顯卡回顧
 
DX9第一代產(chǎn)品讓NVIDIA一敗涂地
 
    作為回應(yīng),DirectX 9規(guī)范的制定過(guò)程中,竟然沒(méi)有考慮任何NVIDIA的意見(jiàn)。在參考了ATI的部分提議后,微軟將24BIT渲染精度、著重于Shader并行處理性能等作為DirectX 9的主要特點(diǎn)。除此之外,在年底發(fā)布的3DMARK03中,微軟的影響也是顯而易見(jiàn),NVIDIA這時(shí)再也按耐不住,對(duì)3DMARK的開(kāi)發(fā)公司Futuremark進(jìn)行了公開(kāi)的指責(zé)。
 
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NVIDIA忙碌于芯片組的研發(fā)
 
    再來(lái)看NVIDIA自身方面,2001年秋到2002年底也是其歷史上最忙碌的一段時(shí)間。除了半年一次的GPU升級(jí)之外,NVIDIA還要根據(jù)合同為微軟開(kāi)發(fā)XBOX用SoundStorm音頻處理芯片以及XBOX的主板。而且在主版芯片組領(lǐng)域,NVIDIA的壓力更大,在經(jīng)歷了NForce遭受冷遇的開(kāi)局后,無(wú)疑對(duì)雄心勃勃的NVIDIA打擊不小。所以在NForce2上,NVIDIA傾盡全力,誓要在AMD平臺(tái)與VIA一較高下。攤子鋪的過(guò)開(kāi),也使NVIDIA開(kāi)發(fā)資源變得分散。
 
    綜上所述,在這種大背景下,經(jīng)過(guò)數(shù)次延期修改,并打破了NVIDIA過(guò)去半年發(fā)布一款核心的規(guī)律之后,NV30問(wèn)世了。由于采用了3DFX的反鋸齒技術(shù),NVIDIA將其正式命名為GeForce FX 5800 Ultra,并于2003年初上市。
 
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    NV30像素管線部分采用了成熟的4X2架構(gòu),為當(dāng)時(shí)領(lǐng)先的0.13微米制程制造,核心集成的晶體管數(shù)達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的1.25億個(gè),由于較高的默認(rèn)頻率,所以其功耗、與發(fā)熱非常之大,為此NVIDIA使用了稱為名為“FX Flow”的散熱系統(tǒng),包含一個(gè)銅制散熱片、熱管和換氣裝置。
 
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 “FX Flow”散熱系統(tǒng)
 
     GeForce FX 5800 Ultra使用Flip-Chip封裝設(shè)計(jì),頻率提高到了驚人的500MHz。BGA和Flip-Chip封裝方式的芯片,可以直接和插槽接觸,縮短布線距離,同時(shí)也提高了信噪比,可以適應(yīng)更高頻率,并降低功耗。
 
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 Flip-Chip BGA
 
    核心渲染架構(gòu)方面,NV30首次引入了CineFX著色引擎。其中的Cine是CinemATIc(電影般的)的縮寫(xiě),而FX則表示其部分技術(shù)源自3DFX。CineFX的意思就是指新一代核心可以渲染出電影般的視覺(jué)效。
 
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CineFX引擎  

   在CineFX著色引擎中,具有32個(gè)128位浮點(diǎn)處理器。并在PC圖形核心歷史上首次提供了128bit色彩精度的支持,并且可以在同一個(gè)著色程序中的不同色彩精度中切換。
 
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SHADER規(guī)格對(duì)比

    NV30的頂點(diǎn)著色單元較前代也有了質(zhì)的飛躍,可以支持到Vertex Shader 2.0+,所能處理的最大指令數(shù)為65536,這一點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DX9.0的規(guī)范。而且,初級(jí)的動(dòng)態(tài)循環(huán)和分支指令的引入提高了著色單元的可編程性。像素著色單元支持Pixel Shader 2.0+,同樣也超出了DX9.0規(guī)范,最大指令數(shù)提高到1024,對(duì)于每一個(gè)像素最大可進(jìn)行16個(gè)紋理貼圖操作,而且像素單元可以支持更多的高級(jí)指令,并且可以進(jìn)行指令預(yù)判??偟膩?lái)說(shuō),CineFX引擎支持更多的指令,因此可以帶給開(kāi)發(fā)者更大的發(fā)揮空間。

    同時(shí)CineFX引擎也可以很好的支持NVIDIA的Cg(C for Graphics)編程語(yǔ)言,使得開(kāi)發(fā)人員可以利用Cg語(yǔ)言而無(wú)需針對(duì)底層硬件進(jìn)行編程,從而降低了圖形編程的難度,可以更方便、快捷的開(kāi)發(fā)出游戲所需要的渲染效果
。
 
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高度靈活的CG語(yǔ)言

    在反鋸齒方面,4X FSAA是NV30設(shè)計(jì)的中心,也是NV30硬件效率最高的操作。為了使4X FSAA運(yùn)行更快,NV30在反鋸齒設(shè)計(jì)上進(jìn)行了重新制定,每個(gè)數(shù)據(jù)通道的寬度都為4X FSAA做了優(yōu)化。同時(shí),NV30還首次采用了Intellisample(智能采樣)、(Adaptive Texture Filtering)自適應(yīng)紋理過(guò)濾等技術(shù)一提供更好畫(huà)面質(zhì)量。
 
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讓人想入非非的渲染效果

    在內(nèi)存控制方面,NV30擁有4X32bit共128bit的位寬。由于采用了全新的DDR-II顯存,所以NV30在GeForce 4的LMA II的基礎(chǔ)上(Lightspeed Memory Architecture,光速內(nèi)存結(jié)構(gòu))針對(duì)DDR-II做了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這款內(nèi)存控制器實(shí)際上是全新設(shè)計(jì),對(duì)4X FASS進(jìn)行了全速優(yōu)化。ROP(光柵化處理器)、幀緩存等都是根據(jù)它來(lái)設(shè)計(jì)的。而且它運(yùn)行在2X的核心頻率上,可以充分利用DDR-II的特性。
 
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DDR-II SDRAM

     GeForce FX 5800 Ultra的DDR-II SDRAM顯存運(yùn)行頻率為1GHz,不過(guò)由于是128BIT位寬,和對(duì)手的Radeon 9700相比,其峰值帶寬落后25%。但由于新型LMA內(nèi)存控制器提高了Z-culling和壓縮方面的性能,頂點(diǎn)、紋理和Z軸數(shù)據(jù)都進(jìn)行了壓縮以節(jié)省帶寬,在程序配合較好的情況下,NV30可以更有效的使用帶寬。再加上Z-occlusion和紋理壓縮等技術(shù),GeForce FX 5800 Ultra的實(shí)際最大帶寬可以達(dá)到20GB/s。
 
    雖然在2002年11月18日NV30就已經(jīng)發(fā)布,但是由于0.13微米制程等因素的延誤,直到2003年2月,GeForce FX 5800 Ultra才正式上市,而且由于當(dāng)時(shí)0.13微米工藝并不完善以及較高的核心頻率,導(dǎo)致NV30芯片發(fā)熱量極大,必須采用“FX Flow"散熱系統(tǒng)。為了保證核心以及DDRII顯存在高達(dá)500MHz的頻率下穩(wěn)定工作,NVIDIA不等不比較獨(dú)特的采用12層PCB設(shè)計(jì),同時(shí)供電電路的做工用料也是非常豪華,再加上DDRII顯存在當(dāng)時(shí)的價(jià)格也是十分昂貴,這些因素使得GeForce FX 5800 Ultra的成本異常之高且功耗也十分巨大。所以其上市售價(jià)也接近500美元,十分驚人。由于上市時(shí)間的延誤以及核心自身的不成熟,GeForce FX 5800系列的輝煌也只持續(xù)了不到3個(gè)月,就被下一代的GeForce FX 5900所替代。

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