王者歸來!NVIDIA歷代旗艦級顯卡回顧
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● 最具爭議的作品——GeForce FX系列
2002年11月18日,Comdex 2002上,NVIDIA發布了研發代號NV30的GeForce FX,這也成了歷史上NVIDIA最具爭議的一款產品。在回顧GeForce FX系列產品前,我們不妨先對NV30的問世背景做個簡單介紹。
GeForce FX看上去很美好
眾所周知,從DirectX 6時代確立優勢地位以來,經過DirectX 7、8兩代的發展,伴隨著與微軟的良好合作,NVIDIA成為了桌面PC獨立顯示核心的霸主,市場占有率成倍提升。在收購了3DFX以后,NVIDIA又通過GeForce 3、4兩代產品在市場占有率方面擊敗了另一個對手ATI,而且,通過雄厚的技術實力,其每半年更新一代的做法也令對手疲于奔命。隨著GeForce 4的成功,NVIDIA也處于歷史上的最巔峰時期,產品不僅局限于PC顯示核心,更延伸到主版芯片組,電視游戲機領域。
不過NVIDIA的一家獨大也引起了一些業內人士的不滿,他們指責NVIDIA是圖形業內的Intel。當然這也使與NVIDIA一貫合作良好的微軟有所注意,尤其是NVIDIA在DirectX 8標準制定過程中的某些做法以及開發自主的CG語言等,使得微軟不等不重新審視這個昔日的合作伙伴,兩家公司的開始逐漸變得貌合神離。
不過NVIDIA的一家獨大也引起了一些業內人士的不滿,他們指責NVIDIA是圖形業內的Intel。當然這也使與NVIDIA一貫合作良好的微軟有所注意,尤其是NVIDIA在DirectX 8標準制定過程中的某些做法以及開發自主的CG語言等,使得微軟不等不重新審視這個昔日的合作伙伴,兩家公司的開始逐漸變得貌合神離。
后來,在NVIDIA為微軟提供XBOX硬件解決方案的過程中,隨著制造工藝的進步,硬件產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,等到微軟意識到這一點后,希望修改合同中的部分內容,但卻遭到了NVIDIA的拒絕……

DX9第一代產品讓NVIDIA一敗涂地
作為回應,DirectX 9規范的制定過程中,竟然沒有考慮任何NVIDIA的意見。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。除此之外,在年底發布的3DMARK03中,微軟的影響也是顯而易見,NVIDIA這時再也按耐不住,對3DMARK的開發公司Futuremark進行了公開的指責。

NVIDIA忙碌于芯片組的研發
再來看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間。除了半年一次的GPU升級之外,NVIDIA還要根據合同為微軟開發XBOX用SoundStorm音頻處理芯片以及XBOX的主板。而且在主版芯片組領域,NVIDIA的壓力更大,在經歷了NForce遭受冷遇的開局后,無疑對雄心勃勃的NVIDIA打擊不小。所以在NForce2上,NVIDIA傾盡全力,誓要在AMD平臺與VIA一較高下。攤子鋪的過開,也使NVIDIA開發資源變得分散。
綜上所述,在這種大背景下,經過數次延期修改,并打破了NVIDIA過去半年發布一款核心的規律之后,NV30問世了。由于采用了3DFX的反鋸齒技術,NVIDIA將其正式命名為GeForce FX 5800 Ultra,并于2003年初上市。
NV30像素管線部分采用了成熟的4X2架構,為當時領先的0.13微米制程制造,核心集成的晶體管數達到創紀錄的1.25億個,由于較高的默認頻率,所以其功耗、與發熱非常之大,為此NVIDIA使用了稱為名為“FX Flow”的散熱系統,包含一個銅制散熱片、熱管和換氣裝置。
GeForce FX 5800 Ultra使用Flip-Chip封裝設計,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,同時也提高了信噪比,可以適應更高頻率,并降低功耗。
Flip-Chip BGA
核心渲染架構方面,NV30首次引入了CineFX著色引擎。其中的Cine是CinemATIc(電影般的)的縮寫,而FX則表示其部分技術源自3DFX。CineFX的意思就是指新一代核心可以渲染出電影般的視覺效。

CineFX引擎
在CineFX著色引擎中,具有32個128位浮點處理器。并在PC圖形核心歷史上首次提供了128bit色彩精度的支持,并且可以在同一個著色程序中的不同色彩精度中切換。
SHADER規格對比
NV30的頂點著色單元較前代也有了質的飛躍,可以支持到Vertex Shader 2.0+,所能處理的最大指令數為65536,這一點遠遠高于DX9.0的規范。而且,初級的動態循環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規范,最大指令數提高到1024,對于每一個像素最大可進行16個紋理貼圖操作,而且像素單元可以支持更多的高級指令,并且可以進行指令預判。總的來說,CineFX引擎支持更多的指令,因此可以帶給開發者更大的發揮空間。
同時CineFX引擎也可以很好的支持NVIDIA的Cg(C for Graphics)編程語言,使得開發人員可以利用Cg語言而無需針對底層硬件進行編程,從而降低了圖形編程的難度,可以更方便、快捷的開發出游戲所需要的渲染效果

高度靈活的CG語言
在反鋸齒方面,4X FSAA是NV30設計的中心,也是NV30硬件效率最高的操作。為了使4X FSAA運行更快,NV30在反鋸齒設計上進行了重新制定,每個數據通道的寬度都為4X FSAA做了優化。同時,NV30還首次采用了Intellisample(智能采樣)、(Adaptive Texture Filtering)自適應紋理過濾等技術一提供更好畫面質量。

讓人想入非非的渲染效果
在內存控制方面,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的基礎上(Lightspeed Memory Architecture,光速內存結構)針對DDR-II做了相應的優化設計。這款內存控制器實際上是全新設計,對4X FASS進行了全速優化。ROP(光柵化處理器)、幀緩存等都是根據它來設計的。而且它運行在2X的核心頻率上,可以充分利用DDR-II的特性。
DDR-II SDRAM
GeForce FX 5800 Ultra的DDR-II SDRAM顯存運行頻率為1GHz,不過由于是128BIT位寬,和對手的Radeon 9700相比,其峰值帶寬落后25%。但由于新型LMA內存控制器提高了Z-culling和壓縮方面的性能,頂點、紋理和Z軸數據都進行了壓縮以節省帶寬,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,GeForce FX 5800 Ultra的實際最大帶寬可以達到20GB/s。
雖然在2002年11月18日NV30就已經發布,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,而且由于當時0.13微米工藝并不完善以及較高的核心頻率,導致NV30芯片發熱量極大,必須采用“FX Flow"散熱系統。為了保證核心以及DDRII顯存在高達500MHz的頻率下穩定工作,NVIDIA不等不比較獨特的采用12層PCB設計,同時供電電路的做工用料也是非常豪華,再加上DDRII顯存在當時的價格也是十分昂貴,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。所以其上市售價也接近500美元,十分驚人。由于上市時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了不到3個月,就被下一代的GeForce FX 5900所替代。
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