王者歸來(lái)！NVIDIA歷代旗艦級(jí)顯卡回顧
現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看，NV30在架構(gòu)的設(shè)計(jì)上還是存在著不少問(wèn)題，其中最主要的就是Piexl Shader的處理能力低下。由于NV30的Piexl Shader單元沒(méi)有co-issue(標(biāo)量指令+矢量指令并行處理)能力，而在DirectX9.0中，單周期3D+1D是最常見(jiàn)指令處理方式，即在很多情況下RGB+A是需要非綁定執(zhí)行的，這時(shí)候NV30就無(wú)法并行執(zhí)行，指令吞吐量大大降低。其次，NV30沒(méi)有miniALU單元，也限制了NV30的浮點(diǎn)運(yùn)算能力。
另外，NV30在寄存器設(shè)計(jì)（數(shù)量及調(diào)用方式）、指令存儲(chǔ)方式（讀寫(xiě)至顯存）等方面也有缺陷。NV30的寄存器數(shù)量較少，不能滿足實(shí)際程序的需要。而且，用微軟的HLSL語(yǔ)言所編寫(xiě)的pixel shader2.0代碼可以說(shuō)NV30的“天敵”，這些shader代碼會(huì)使用大量的臨時(shí)寄存器，并且將材質(zhì)指令打包成塊，但是NV30所采用的顯存是DDR-SDRAM，不具備塊操作能力。同時(shí)，NV30材質(zhì)數(shù)據(jù)的讀取效率低下，導(dǎo)致核心的cache命中率有所下降，對(duì)顯存帶寬的消耗進(jìn)一步加大。
寄存器調(diào)用
同時(shí)，由于NV30是VILW（超長(zhǎng)指令，可同時(shí)包含標(biāo)量和SIMD指令）設(shè)計(jì)類型的處理器，對(duì)顯卡驅(qū)動(dòng)的shader編譯器效率有較高的要求。排列順序恰當(dāng)?shù)膕hader代碼可以大幅度提升核心的處理能力。NVIDIA也和微軟合作開(kāi)發(fā)了"Shader Model 2.0A"，可以為NV30產(chǎn)生更優(yōu)化的代碼。在早期的一些游戲中，這種優(yōu)化還是起到了一定的作用。但對(duì)于后期Shader運(yùn)算任務(wù)更為繁重的游戲則效果不大。
從宏觀上說(shuō)，NV30的整體架構(gòu)更像是一個(gè)DirectX7（固定功能TRUE T&L單元）、DirectX 8（FX12combiner DX8整數(shù)處理單元）、DirectX 9（浮點(diǎn)像素單元）的混合體。而在DirectX 9的應(yīng)用中，不能出現(xiàn)非浮點(diǎn)精度的運(yùn)算，所以前兩者是不起作用的，造成了NV30晶體管資源的浪費(fèi)，同時(shí)也影響了性能。而NV30這種DirectX 7、8、9三帶同堂的架構(gòu)也讓我們想起了一個(gè)至今仍在廣泛使用的3D測(cè)試軟件: 3DMark03——這會(huì)是一種巧合嗎？
雖然NV30的架構(gòu)決定了它在DirectX 9游戲中的表現(xiàn)不會(huì)很好，但是由于在整個(gè)2003年，DirectX 9并未成為游戲開(kāi)發(fā)的主流，所以NV30的架構(gòu)缺陷并未暴露出來(lái)。即便如此，NVIDIA還是意識(shí)到了NV30的一些不足，并迅速對(duì)NV30的像素著色單元做出了改進(jìn)，并于2003年5月的GDC上,發(fā)布了新一代研發(fā)代號(hào)為NV35的5900系列。
● 亡羊補(bǔ)牢之作——NV35，F(xiàn)X5900
NV35芯片采用更加成熟了的0.13微米銅互聯(lián)工藝，芯片的良率比NV30大幅度提升。核心面積為40mm×40mm，采用1309針FCPGA封裝，內(nèi)部晶體管數(shù)量達(dá)到了1.3億。雖然比NV30又增加了500萬(wàn)個(gè)晶體管，不過(guò)通過(guò)改進(jìn)的工藝，NV35的發(fā)熱量略有降低，因此沒(méi)有搭配Flow FX散熱系統(tǒng)。
新的NV35采用了CineFX2.0引擎，和第1代CineFX相比，NVIDIA對(duì)Piexl Shader做出了一定的改進(jìn)，在保留FX12 combiner的同時(shí)增加了兩個(gè)可進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算的miniALU，雖然miniALU的功能有限，但是還是使得NV35的浮點(diǎn)運(yùn)算能力提高了一倍。
NV30中的CineFX2.0還改進(jìn)了Intellisample（智能采樣）技術(shù)，增加了更多的高級(jí)紋理、色彩以及Z軸壓縮算法以提升圖象質(zhì)量，并重新命名為“Intellisample HTC（高分辨率壓縮技術(shù)）”技術(shù)。
CineFX 2.0引擎引的另一個(gè)改進(jìn)是引入了UltraShadow的技術(shù)。UltraShadow也可以說(shuō)是為IDSoftware的新一代DOOM3引擎量身打造的，因?yàn)镈OOM3引擎大量采用了體積陰影技術(shù)（Volumetric Shadow），Shadow Volume可以更加精確的表現(xiàn)動(dòng)態(tài)光影效果的場(chǎng)景，但由于陰影體積引入了額外的頂點(diǎn)和面，也加大了光影計(jì)算的強(qiáng)度。而Ultra Shadow可以簡(jiǎn)化光影計(jì)算的過(guò)程，它允許程序員定義場(chǎng)景中一個(gè)區(qū)域，將物體的陰影計(jì)算限定在一個(gè)特定范圍內(nèi)，從而加速陰影的計(jì)算速度。此外，UltraShadow技術(shù)還允許程序員在一些關(guān)鍵的區(qū)域?qū)﹃幱斑M(jìn)行調(diào)整，從而創(chuàng)造出可與真實(shí)情況媲美的優(yōu)秀視覺(jué)效果。Ultra Shadow還能利用Intellisample HTC技術(shù)以確保陰影邊緣的
NV35剛發(fā)布時(shí)有兩個(gè)版本——GeForceFX 5900和5900 Ultra，核心頻率分別為400MHz和450MHz，而顯存頻率都是850MHz。因此顯存帶寬達(dá)到27.2GB/s，不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)GeForceFX 5800 Ultra的16GB/s，也比Radeon 9800Pro的21.8GB/s高出不少。
雖然在5月發(fā)布的5900系列為NVIDIA在高端產(chǎn)品線挽回了不少損失，但是在市場(chǎng)規(guī)模、利潤(rùn)最大的中端方面，卻面臨更嚴(yán)峻的形勢(shì)，由于ATI在3月發(fā)布了RV350，也就是Radeon 9600 系列，再加上因?yàn)榫哂行薷臐摿Χ呀?jīng)頗具人氣的Radeon 9500，使其競(jìng)爭(zhēng)力大幅度提高，而NVIDIA則只能由經(jīng)典但已顯老邁的TI 4200、新一代的5600 Ultra來(lái)抵擋ATI的攻勢(shì)，但是早期的5600 Ultra（350/700）因?yàn)樽陨砑軜?gòu)和頻率的原因，難以獨(dú)當(dāng)一面，在一些應(yīng)用中性能甚至不敵Ti4200。后期的高頻版5600 Ultra（400/800）則遲到了近2個(gè)月而且產(chǎn)量有限，業(yè)界還傳出了NVIDIA在GeForce FX 5600 Ultra的生產(chǎn)上遇到了困難的消息。總之，NVIDIA的一系列變故使得ATI在中端主流市場(chǎng)輕松的獲得了領(lǐng)先。
顯然由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈態(tài)勢(shì)，GeForce FX 5700 Ultra才是這次發(fā)布的重頭戲。GeForce FX 5700芯片的開(kāi)發(fā)代號(hào)為NV36，目的是替代GeForce FX 5600和GeForce FX 5600 Ultra。NV36內(nèi)部集成了8200萬(wàn)個(gè)晶體管，雖然同樣為4X1架構(gòu)，具有4條像素管線及每管線一個(gè)TMU單元，由于繼承了NV35的Cine FX2.0體系架構(gòu)和Ultra Shadow陰影加速技術(shù)，頂點(diǎn)處理能力、特別是浮點(diǎn)性能比NV31提高了200%--300%。顯存方面和NV31相同，使用了兩個(gè)64-BIT顯存控制器支持128-BIT的顯存位寬。
有鑒于在NV31核心的生產(chǎn)遇到的種種意外，這次NVIDIA 將NV36交由IBM 生產(chǎn)，GeForce FX 5700也是IBM與NVIDIA合作的第一款產(chǎn)品。不過(guò)GeForce FX 5900/5950仍由TSMC負(fù)責(zé)生產(chǎn)。和GeForce FX 5600一樣，GeForce FX 5700也基于0.13微米工藝制造，但是IBM采用了低介電系數(shù)材料工藝(low-k dielectric)，用來(lái)絕緣核心中的導(dǎo)體環(huán)路，在不增加功耗的情況進(jìn)一步提升核心頻率。
所以GeForce FX 5700 Ultra核心頻率提高到475MHz，比FX 5600 Ultra高出75MHz。顯存方面則搭配了日趨成熟DDR2的顯存，工作頻率900MHz，提高了性能的同時(shí)，也減少了功耗。后來(lái)，GDDR3顯存的FX5700Ultra，GDDR2跟GDDR3的針腳是兼容的，所以不用重新設(shè)計(jì)PCB。由于GDDR-3的Latency比GDDR-2要高，所以將其顯存工作頻率升至950MHz 。
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