物競(jìng)天擇適者生存！顯卡10年技術(shù)漫談
[泡泡網(wǎng)顯卡頻道6月8日] 作為在國(guó)內(nèi)能第一時(shí)間接觸最前沿圖形技術(shù)的專業(yè)IT媒體，我們PCPOP顯卡頻道很榮幸有機(jī)會(huì)和大家回顧一下圖形行業(yè)及其相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品曾經(jīng)走過(guò)的10年。雖然當(dāng)今的顯卡產(chǎn)品的性能和功能已經(jīng)得到極大的提高和豐富，雖然現(xiàn)在的顯卡行業(yè)依舊可以用喧囂無(wú)比來(lái)形容，但和10年前的熱鬧場(chǎng)面相比，已經(jīng)相差甚遠(yuǎn)。我們?cè)谶@里可以套用動(dòng)物界的一句話：物競(jìng)天擇、適者生存來(lái)比喻，圖形卡行業(yè)也是如此，讓我們穿越時(shí)空，展望過(guò)去，看看都是哪些顯示技術(shù)在推動(dòng)著這個(gè)和視覺(jué)及影像密切相關(guān)的行業(yè)在持續(xù)不斷的高速發(fā)展的。
1999-2000年關(guān)鍵詞：巫毒王朝隕落、硬件幾何和光影（T&L)轉(zhuǎn)換、DirectX
曾經(jīng)的3dfx——Voodoo教徒們心中永遠(yuǎn)的夢(mèng)
1999年到2000年之間的顯卡行業(yè)，遠(yuǎn)比現(xiàn)在的雙雄爭(zhēng)霸要熱鬧許多，除了現(xiàn)今的兩大巨頭外NVIDIA和ATI（那會(huì)還叫ATI）在舞臺(tái)上，還有諸如3dfx、S3、Matrox、PowerVR等多個(gè)“諸侯”在同場(chǎng)競(jìng)技，甚至連Intel都躍躍欲試，在1999年的春夏之際推出了i752，只是后者萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，i752成了自己最近10年來(lái)獨(dú)顯的絕唱。當(dāng)10年后，當(dāng)Intel帶來(lái)了所謂革命性的Larrabee顯卡時(shí)，獨(dú)顯行業(yè)只剩下了綠色和紅色兩種色彩。
演示硬件幾何和光影（T&L)轉(zhuǎn)換的Demo
1999年的下半年，一個(gè)改變歷史的產(chǎn)品出現(xiàn)了：NVIDIA的GeForce 256，世界上首款支持硬件幾何和光影（T&L)轉(zhuǎn)換的顯示芯片，NVIDIA在GeForce 256上，首次推出了GPU的概念，將顯示芯片的地位第一次提升到了和CPU同樣重要的地位。作為DX7.0的子集，硬件幾何和光影（T&L)也是1999-2000年間最關(guān)鍵的顯示技術(shù)，該技術(shù)讓顯卡擁有硬件獨(dú)立處理光源和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的能力，可以大大的降低CPU的負(fù)載，NVIDIA GeForce 2和AMD-ATI Radeon 7500系列都支持硬件T&L技術(shù)，3dfx直到最后臨死時(shí)的Voodoo 5，都沒(méi)有支持硬件T&L（典型的技術(shù)決定命運(yùn)）。而Intel直到8年后的GMA X3100集成顯卡上，才正式支持硬件（T&L)。
2000年12月15日，NVIDIA公司正式宣布收購(gòu)3dfx公司與圖形產(chǎn)業(yè)相關(guān)的所有資產(chǎn)，其中包括Voodoo注冊(cè)商標(biāo)以及庫(kù)存的圖像處理芯片，一代巫毒王朝，在新世紀(jì)的大門(mén)開(kāi)啟的前夜徹底劃上了句號(hào)，而曾經(jīng)所向披靡的3dfx引以為豪的Glide API接口，也隨著巫毒王朝的倒下而被歷史埋葬，DirectX逐漸成為游戲顯卡的通用標(biāo)準(zhǔn)。而在2000年的早些時(shí)候，NVIDIA和ATI未來(lái)第二戰(zhàn)場(chǎng)上的兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都在家用游戲機(jī)市場(chǎng)推出了自己的產(chǎn)品：PlayStation 2和X-Box。
2001-2002年關(guān)鍵詞：雙雄爭(zhēng)霸格局形成、DX9問(wèn)世、AGP 8X
2001年1月，曾經(jīng)無(wú)限風(fēng)光，無(wú)限輝煌，帶給我們無(wú)限歡樂(lè)的3dfx王朝轟然墜地。之后，S3被VIA收購(gòu)、Matrox則專攻醫(yī)療和安全監(jiān)控領(lǐng)域的多頭顯示，Intel也回去專心開(kāi)發(fā)它強(qiáng)大的Pentium 4處理器，諸侯列強(qiáng)不是被收購(gòu)就是淡出家用獨(dú)顯行業(yè)，民用顯卡市場(chǎng)頓時(shí)只剩下NVIDIA和ATI兩家，消費(fèi)級(jí)顯卡市場(chǎng)最終成了紅綠兩大陣營(yíng)之間的競(jìng)爭(zhēng)。2001-2002年是顯卡技術(shù)突飛猛進(jìn)的兩年，在這兩年里，顯示技術(shù)從DX7走到了DX8，最終邁向了DX9。
NVIDIA在2001年為業(yè)界帶來(lái)了首款支持DX8技術(shù)的顯卡——GeForce 3，為民用顯卡帶來(lái)了革命性的圖形硬件可編程化的概念，并由此引入了Shader Model v1.1版本的新技術(shù)（由為Vertex Shader和Pixel Shader兩部分組成），DX8也基本奠定了未來(lái)DirextX的發(fā)展走向：每代新的DirextX技術(shù)必定伴隨著新版本的Shader Model的更新。
在DX7和DX8兩個(gè)時(shí)代一直處于被動(dòng)的ATI在2002年夏季搶先推出了支持DX9.0，基于R300核心的Radeon 9700顯卡，開(kāi)啟了未來(lái)長(zhǎng)達(dá)四年的DX9時(shí)代。ATI也憑借著Radeon 9700打了一個(gè)NVIDIA的措手不及，即便是三個(gè)月后高調(diào)登場(chǎng)的GeForce FX系列產(chǎn)品，依舊不能撼動(dòng)Radeon 9700的性能寶座。當(dāng)然，顯卡行業(yè)在外界人看來(lái)，多少有些傳奇和演義的成分在內(nèi)，當(dāng)4年后歷史重演時(shí)，兩大顯卡芯片巨頭的角色就換了位置。
伴隨著DX9一起出現(xiàn)的還有AGP 8X標(biāo)準(zhǔn)，AGP 8X作為最后一代AGP并行接口總線，總線速度將達(dá)到比較獨(dú)特的66MHz×8=533MHz，在數(shù)據(jù)傳輸帶寬上也會(huì)達(dá)到2.1GB/s的高度，這些都是之前的AGP并行接口無(wú)法企及的。它的推出正好適應(yīng)了當(dāng)時(shí)GPU飛速發(fā)展的需要，也可以說(shuō)是GPU的性能的日新月異導(dǎo)致了這一新技術(shù)的應(yīng)用和普及。
2003-2004年關(guān)鍵詞：PCI-Express，SLI、PureVideo
2003年，NVIDIA依舊在對(duì)他的GeForce FX架構(gòu)產(chǎn)品做修修補(bǔ)補(bǔ)，F(xiàn)X5800也成了NVIDIA近代歷史上最短命的產(chǎn)品，僅半年就被改良品FX5900所取代，雖然NVIDIA的GeForce FX在高端產(chǎn)品上并沒(méi)有什么建樹(shù)，但入門(mén)級(jí)的FX5200卻大受市場(chǎng)歡迎，這款產(chǎn)品也一直供應(yīng)到了2007年。而ATI則在零售市場(chǎng)上掀起了一股改造之風(fēng)，一時(shí)間，采用Radeon 9700 PCB的Radeon 9500“洛陽(yáng)紙貴”，很多地方一卡難求。開(kāi)管線、刷BIOS也成了當(dāng)時(shí)DIY玩家最津津樂(lè)道的話題，ATI顯卡的銷量也節(jié)節(jié)攀升，直到ATI推出了創(chuàng)造了宛如神話般的銷量的Radeon 9550顯卡。
NVIDIA在2004年夏季于GeForce 6800之后推出的GeForce 6600GT是首款基于原生PCI-Express傳輸界面的產(chǎn)品，PCI-E是代替AGP的新一代高性能通用I/O互連技術(shù)，高帶寬的PCI-E總線也為日后出現(xiàn)的諸如SLI、CF等技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。藉由GeForce 6600GT開(kāi)始，民用顯卡叩開(kāi)了嶄新的高速發(fā)展的時(shí)代。
和6600GT同時(shí)發(fā)布的，還有SLI雙卡互聯(lián)技術(shù)和PureVideo視頻加速技術(shù)，不得不承認(rèn)NVIDIA在長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的顯卡技術(shù)發(fā)展的道路中扮演了技術(shù)開(kāi)拓和先驅(qū)者的角色。SLI技術(shù)來(lái)源于3dfx的Voodoo 2，在GeForce 6及其以后的產(chǎn)品（PCI-E版本）中得到了傳承和進(jìn)化，為發(fā)燒級(jí)玩家和用戶提供了簡(jiǎn)單、易用的顯卡高性能解決方案。而PureVideo則是NVIDIA在GF6系列中首次提出來(lái)的針對(duì)視頻播放而提供的優(yōu)化措施，雖然早期的PureVideo并沒(méi)有讓我們切身體會(huì)到其太多的價(jià)值（那會(huì)還沒(méi)有1080P高清的概念），但它的誕生預(yù)示著顯卡已經(jīng)由單一的性能層面的使用轉(zhuǎn)向了多層次的功能層面的應(yīng)用。
2005-2006年關(guān)鍵詞：ATI被收購(gòu)、DX10、交叉火力
2005年8月，ATI推出了和NVIDIA SLI競(jìng)爭(zhēng)的自己的雙卡互聯(lián)技術(shù)——Cross Fire（交火），不過(guò)早期的嚴(yán)格區(qū)分主卡、副卡，并需要用專門(mén)的交火線串聯(lián)主副卡的交火技術(shù)顯然不如使用MIO金手指的SLI來(lái)的方便和實(shí)用，這個(gè)情況直到1年以后的HD 2000時(shí)代，才得到了較好的改善。
2006年7月，ATI被AMD收購(gòu)，后者也成了目前業(yè)界唯一擁有芯片組、處理器、獨(dú)立顯卡三大核心業(yè)務(wù)的半導(dǎo)體廠商。AMD收購(gòu)ATI重寫(xiě)了獨(dú)立顯示芯片組行業(yè)的格局，也對(duì)之前業(yè)界幾大行業(yè)巨頭之間的競(jìng)爭(zhēng)合作關(guān)系產(chǎn)生了微妙的影響，形成了Intel、AMD-ATI、NVIDIA三國(guó)鼎立的局面。
2006年11月是個(gè)被圖形行業(yè)銘記的時(shí)間，業(yè)界首款采用統(tǒng)一渲染架構(gòu)的GPU——來(lái)自NVIDIA的代號(hào)G80的GeForce 8800系列發(fā)布，GeForce 8800GTX不僅是當(dāng)時(shí)業(yè)界首款量產(chǎn)的支持DX10的民用顯卡，支持3-Way SLI、768MB/384Bit的強(qiáng)悍規(guī)格更是達(dá)到當(dāng)時(shí)的性能之巔峰。頗為戲劇性的是，8個(gè)月后登場(chǎng)的來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的ATI HD2900XT和18個(gè)月NVIDIA后推出的所謂的“升級(jí)版”的9800GTX，依然不是這款采用了老舊的90nm工藝產(chǎn)品的對(duì)手。
統(tǒng)一渲染架構(gòu)（Unified Shader）是相對(duì)于分離式渲染架構(gòu)而言的。先前的GeForce 7系列以及Radeon X1000系列顯卡都是采用分離式架構(gòu)，也就是頂點(diǎn)處理單元和像素渲染管線分開(kāi)，各司其職，它們的比例各不相同。在DX10時(shí)代，VS和PS單元合二為一，統(tǒng)稱流處理器（Streaming Processors），有效解決了之前分離式渲染架構(gòu)中出現(xiàn)的資源浪費(fèi)情況
在2005-2006年中，分別采用了ATI R500和NVIDIA G70圖形芯片的X-Box 360和PlayStation 3前后登場(chǎng)，微軟和SONY在TV Game的針?shù)h相對(duì)也側(cè)面展現(xiàn)了圖形業(yè)兩大巨頭在民用顯卡以外的第二戰(zhàn)場(chǎng)的較量。
2007-2008年關(guān)鍵詞：UVD2/PureVideo HD、PCI-Express 2.0、NVIDIA CUDA/AMD Stream
如果說(shuō)，2004年NVIDIA推出的PureVideo還是顯卡對(duì)視頻加速的一次初步嘗試的話，那么，在2007年伴隨GF8600、HD2600登場(chǎng)的新一代視頻加速技術(shù)PureVideo HD和UVD2則將顯卡視頻加速功能提升到了和3D性能同等重要的地位。伴隨著基于H.264、VC-1編碼的1080P HD的普及，基于顯卡硬件解碼的視頻加速技術(shù)成了新一代顯卡必不可少的多媒體功能之一。
2007年年底，NVIDIA的G92和AMD的RV670前后為我們帶來(lái)了新一代的PCI Express v2.0標(biāo)準(zhǔn)，除了在維持與目前PCI Express v1.1版兼容性的前提下，PCI Express v2.0對(duì)單一通道寬度得到倍增，并且在原有的特性之下加入了多項(xiàng)先進(jìn)的功能，以期更為符合未來(lái)圖形芯片的需求，為高負(fù)荷、高密度顯示運(yùn)算和渲染工作帶來(lái)了明顯的性能提升。
2008年2月，NVIDIA收購(gòu)AGEIA，將業(yè)界當(dāng)時(shí)兩大物理加速技術(shù)之一的PhysX收入麾下，之后，NVIDIA推出了基于核心的CUDA技術(shù)，將顯卡強(qiáng)大的GPU運(yùn)算能力推向了生命科學(xué)、生物學(xué)、航空航天、疾病研究、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，也讓消費(fèi)者昔日對(duì)顯卡單純的“視頻卡”、“游戲卡”的概念逐漸改變，使顯卡從性能化向功能化走出了堅(jiān)實(shí)的一步。
之后，AMD也推出了類似的Stream通用計(jì)算技術(shù)，雖然和CUDA在實(shí)現(xiàn)形式上不同，但兩者殊途同歸。
小結(jié)：
當(dāng)我們寫(xiě)下這篇不算很權(quán)威的所謂技術(shù)回顧的文章時(shí)，2009已經(jīng)過(guò)去五個(gè)月，但顯示技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步一刻也沒(méi)有停止過(guò)?？梢源_認(rèn)的是，在未來(lái)6個(gè)月內(nèi)，我們將看到基于新一代的DX11 API的產(chǎn)品的問(wèn)世，顯卡市場(chǎng)也將面臨又一輪新老產(chǎn)品的更替。也許在某個(gè)陽(yáng)光明媚的午后，當(dāng)我查閱PCPOP行業(yè)新聞的時(shí)候，你又會(huì)驚喜的發(fā)現(xiàn)PCI Express v3.0也悄然而至、Intel的Larrabee顯卡也已經(jīng)遍地開(kāi)花。當(dāng)然，現(xiàn)在我們的很多疑問(wèn)和展望，會(huì)在明年春節(jié)，我們PCPOP顯卡頻道為大家獻(xiàn)上的《2009年顯卡行業(yè)全回顧》一文中找到答案。■<
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