DirectX支配游戲！歷代GPU架構全解析

★ 首款DX9顯卡——Radeon 9700

    當NVIDIA沉浸于GeForce 4 Ti大獲全勝的DX8時代時，ATI在DX9標準正式確立之前就提前發布了Radeon 9700顯卡，打得NVIDIA措手不及。這款產品來得如此突然，以至于ATI發布之時甚至沒有提供相關技術PPT/PDF。

    由于DX9相比DX8并沒有改變3D渲染流程，僅僅是強化了ShaderModel指令集，因此R300的架構相比R200改進并不大，主要的變化是規模的擴充與外圍控制模塊的加強。比如：首次使用256bit顯存控制器、類似CPU的FCBGA封裝、更先進的紋理壓縮技術以及后期處理單元。

R300的頂點和像素著色單元結構

    當然，R300的Shader單元經過了重新設計，定址、色彩和紋理單元都支持浮點運算精度，這是它能夠完美運行DX9程序的關鍵。R300核心擁有8條像素渲染管線及4個頂點著色單元，每條像素管線中只有1個紋理單元。至此ATI的像素與紋理的比例從1:3到1:2再到1:1，在DX9C時代將會進一步拉大至3:1，也就是風靡一時的3:1架構，當然這是后話了。

★ NVIDIA遭遇滑鐵盧——GeForce FX 5800

    NV30核心采用了業界非常先進的0.13微米工藝制造，并使用了最高頻率的GDDR2顯存，而且發布時間較晚，理應占盡優勢才對。但是這一次NVIDIA沒能跟上微軟的步伐，不僅在時間上晚于ATI，而且在DX9技術方面也未能超越。NV30的架構存在較大的缺陷，NVIDIA艱難的完成了從DX8到DX9的過渡，但結果很不理想。

    從宏觀上說，NV30的整體架構更像是一個DX7（固定功能TRUE T&L單元）、DX8（FX12combiner整數處理單元）、DX9（浮點像素單元）的混合體。而在DX9的應用中，不能出現非浮點精度的運算，所以前兩者是不起作用的，造成了NV30晶體管資源的浪費，同時也影響了性能。

    NV30的PiexlShader單元沒有Co-issue(標量指令+矢量指令并行處理)能力，而在DX9中，單周期3D+1D是最常見指令處理方式，即在很多情況下RGB+A是需要非綁定執行的，這時候NV30就無法并行執行，指令吞吐量大大降低。其次，NV30沒有miniALU單元，也限制了NV30的浮點運算能力（在NV35中DX8整數單元被替換為miniALU）。

    另外，NV30在寄存器設計（數量及調用方式）、指令存儲方式（讀寫至顯存）等方面也有缺陷。NV30的寄存器數量較少，不能滿足實際程序的需要。而且，用微軟的HLSL語言所編寫的pixel shader2.0代碼可以說NV30的“天敵”，這些shader代碼會使用大量的臨時寄存器，并且將材質指令打包成塊，但是NV30所采用的顯存是DDR-SDRAM，不具備塊操作能力。同時，NV30材質數據的讀取效率低下，導致核心的Cache命中率有所下降，對顯存帶寬的消耗進一步加大。

    由于NV30是VILW（超長指令，可同時包含標量和SIMD指令）設計類型的處理器，對顯卡驅動的Shader編譯器效率有較高的要求。排列順序恰當的shader代碼可以大幅度提升核心的處理能力。在早期的一些游戲中，這種優化還是起到了一定的作用。但對于后期Shader運算任務更為繁重的游戲則效果不大。

    最終，雖然NV30與上代的NV25相比架構變化很大，但性能方面全面落后與對手的R300。不過NV30的架構還是有一定的前瞻性，ATI的R600在Shader設計方面與NV30有很多相似之處。

★ 小結：非“真DX9架構”導致NV30失敗

    現在再來看看，相信沒人會認為DX9的改進有限了。正是由于NVIDIA沒能適應DX9所帶來ShaderModel指令的諸多改進，采用DX8+DX9混合式的架構，才導致NV30存在很大缺陷，在運行DX9游戲時效率很低。另外冒險采用先進工藝、不成熟的GDDR2顯存、128bit位寬這些都極大的限制了NV30的性能，即便在DX8游戲中都無法勝過R300。

    而ATI則占據天時地利人和等一切優勢，完全按照DX9標準而設計，甚至在DX9標準確立之前就早早的發布了DX9顯卡，這不免讓人感覺ATI和微軟之間存在微妙的關系，“陰”了NVIDIA一把。