引爆游戲視覺革命！NV助力游戲業(yè)發(fā)展
泡泡網(wǎng)顯卡頻道2月3日 1995年8月，微軟發(fā)布了Windows95操作系統(tǒng)，憑借嶄新的圖形交互式界面設(shè)計，很快席卷了全球個人電腦市場。在PC領(lǐng)域，微軟的成功是空前的，直接代動了相關(guān)硬件產(chǎn)品的需求,也使得全球的硬件軟件廠商都不得不向其靠攏。由于微軟的Windows95采用圖形交互式界面，對于顯示芯片有了更高的要求，這也使個人電腦市場的大幕正式揭開了！
當年NVIDIA在經(jīng)過細致的市場分析之后，將研發(fā)的方向定位于市場前景廣闊的PC圖形芯片市場，并且決定加入對DirectX的支持。這無疑是個非常明智的選擇，在當時由于3DFX的GLIDE的成功，各家顯示芯片公司紛紛效仿，也想推出自己的3D API，例如，3dfx有GLIDE、PowerVR的PowerSGL、ATI的3DCIF，無疑使得微軟Direct 3D的推廣十分緩慢，NVIDIA此時選擇旗幟鮮明的站到了Direct 3D的一邊，從現(xiàn)在的眼光來看NVIDIA當時的做法非常具有前瞻性。
在Direct7時代，當時多邊形轉(zhuǎn)換和光照處理是由CPU負責的，大量復(fù)雜的數(shù)學運算對CPU造成了極大的負擔，而NVIDIA所推出的GeForce 256可以支持硬件T&L，也成為了第一個GPU圖形核心。一些以前必須由CPU來完成的圖形運算工作現(xiàn)在可以由GeForce256 GPU芯片獨立完成，大多數(shù)情況下具有完整的傳輸和光照相引擎的GPU運算速度比CPU快2-4倍，同時也有效地減輕了CPU的浮點運算負擔，減少了對CPU的依賴性。
轉(zhuǎn)眼又到了DX11時代，NVIDIA給我們帶來其首款DX11產(chǎn)品GTX480的時候，全新的架構(gòu)設(shè)計與近乎完美的執(zhí)行效率讓我們再次深刻的感受到NVIDIA在技術(shù)上的強大。NVIDIA的工程師為了讓DX11顯卡能夠真正體現(xiàn)出DX11的優(yōu)勢，并沒有像當時AMD那樣僅僅是對上一代產(chǎn)品的架構(gòu)進行升級，而是采用了全新的架構(gòu)設(shè)計。
與當時簡單擴充規(guī)模加入DX11支持的RV870不同，GF100采用了全新的圖形架構(gòu)，是近五年來GPU架構(gòu)改進最大的一次，NVIDIA針對客戶和用戶的需求，大幅加強了對GPU并行計算和DX11圖形計算的優(yōu)化支持，用當時NVIDIA的話說這是迄今為止最完美的GPU。
之所以進行這么大的改進是因為NVIDIA發(fā)現(xiàn)了GPU新的瓶頸：從NV30到GT200核心，GPU的渲染能力提升了150倍，但幾何性能的增長居然連3倍都不到！這個問題此前未能得到重視，因為游戲中的幾何圖形轉(zhuǎn)換大多交給CPU來計算，而到了DX11時代，新增的Tessellation技術(shù)對GPU幾何圖形處理能力提出了新的要求，此時如果繼續(xù)沿用上代架構(gòu)顯然會制約DX11性能，成為新的瓶頸！
于是GF100架構(gòu)應(yīng)運而生了，NVIDIA沒有像對手那樣以新瓶裝舊酒的方式加入DX11支持，而是將整個GPU架構(gòu)推倒重來，完全針對Tessellation技術(shù)而優(yōu)化設(shè)計，確保擁有最強的DX11性能。
七個月之后，NVIDIA發(fā)布了GF100核心的改進版本——GF110，直接對應(yīng)的零售產(chǎn)品就是GTX580。大家已經(jīng)知道，GTX580從某種角度上來說是GTX480的改進版本，首先是彌補了GTX480在流處理器數(shù)量上的遺憾，從GTX480的480個流處理器提升到了512個流處理器，這樣在顯卡的3D性能上就有進一步的提升。
看過我們之前的GTX480架構(gòu)解析的朋友應(yīng)該知道，GTX480是通過在GF100核心上屏蔽了一組SM(流處理器簇)將原本的512個流處理器降到480個的。而在這個架構(gòu)中，一個SM并不只是有32個流處理器，還包含16/48KB的動態(tài)分配緩存、4個紋理單元和一個多形體引擎。所以，GTX580相對于GTX480從硬件規(guī)格上來看并不僅僅是提升了32個流處理器，準確的說是提升了一個SM。
● 16/48KB動態(tài)分配緩存
GF100/GF110核心的緩存設(shè)計非常有意思，采用的是L1和共享緩存動態(tài)分配總?cè)萘繛?4KB緩存的設(shè)計，這部分緩存可配置為16KB的一級緩存+48KB共享緩存，或者是48KB一級緩存+16KB共享緩存。這種劃分方式完全是動態(tài)執(zhí)行的，一個時鐘周期之后可自動根據(jù)任務(wù)需要即時切換而不需要程序主動干預(yù)。
一級緩存與共享緩存是互補的，共享緩存能夠為明確界定存取數(shù)據(jù)的算法提升存取速度，而一級緩存則能夠為一些不規(guī)則的算法提升存儲器存取速度。在這些不規(guī)則算法中，事先并不知道數(shù)據(jù)地址。
● 4個紋理單元
顧名思義，紋理單元就是專門用于渲染3D物體表面紋理的模塊，在圖形紋理越來越復(fù)雜的今天，紋理單元的重要性不言而喻。GTX580因為相對于GTX480增加了一組SM，所以紋理單元數(shù)量也得到了相應(yīng)的增加。
在GF100/110架構(gòu)中，每一組SM中包含4個紋理單元，完整版的核心中一共有16個SM，所以GTX580一共擁有64個紋理單元，而GTX480由于屏蔽了一組SM，所以只有60個紋理單元。
值得一提的是，GF100/110架構(gòu)中的紋理單元直接集成到了SM內(nèi)部，且每組SM中擁有獨立的紋理緩存(4個紋理單元共享這部分獨立的紋理緩存)，這樣的設(shè)計打破了之前紋理單元一直被設(shè)計在SM外圍的傳統(tǒng)，有效的提升了紋理效率。雖然從紋理單元的數(shù)量方面來說看起來比GT200架構(gòu)還少，但實際效率卻高很多。
從本身的架構(gòu)上來說，GF110和GF100其實并沒有本質(zhì)的區(qū)別，內(nèi)部的架構(gòu)、功能模塊、晶體管規(guī)模等等都完全一樣，但NVIDIA這一次為什么不說GTX580是完整版的GF100核心，而是被命名為GF110核心呢？
● 工藝改進
“工藝改進”這幾個字聽起來并沒有什么殺傷力，首先它不能像架構(gòu)升級那樣帶來全新的功能和非常明顯的運行效率的提升，也不能像升級核心規(guī)模那樣帶來明顯的性能提升，工藝改進確實是一個對于普通消費者不痛不癢的改進。
但對于NVIDIA以及任何芯片設(shè)計公司來說，改進工藝都是他們非常重視的一件事情，也同樣是芯片生產(chǎn)廠商(這里特指臺積電)非常重視的事情。改進工藝可以讓生產(chǎn)效率得以提高、可以讓良品率更有保障、甚至可以讓芯片的性能更加出色。
GTX580所采用的GF110就是一款采用改進的40nm工藝制程的芯片，改進后的工藝給我們帶來了更低的功耗、更低的溫度以及更好的執(zhí)行效率。
上圖是NVIDIA公布的GTX580官方PDF中的一頁內(nèi)容，NVIDIA將GF110模擬成了480個流處理器，且頻率也和GTX480保持一樣，大家可以將上圖中的GTX580當作GF110版本的GTX480來看待。經(jīng)過NVIDIA官方的測試，即使流處理器數(shù)量、頻率都和GTX480一樣，改進工藝后的GF110都可以帶來非常明顯的性能提升，個別游戲性能提升幅度超過10%。
而上面這張柱狀圖體現(xiàn)的是真正擁有512個流處理器以及更高頻率的GTX580相對于GTX480的性能提升，可以看到在改進工藝的基礎(chǔ)上再提升頻率和流處理器數(shù)量之后，GTX580的威力非常強大，不少游戲性能提升幅度高達30%，大多數(shù)游戲性能提升幅度都達到20%。除此之外，工藝的改進還可能修復(fù)一些芯片可能存在的缺陷，從工藝更新這一點來看，GF110算是一款“全新”的產(chǎn)品。
2010年7月12日NVIDIA發(fā)布了一款專為游戲所打造的顯卡核心——GF104。在GF104發(fā)布之前，大家都以為NVIDIA會把GF100核心的主要規(guī)格全部減半，從而制造出一顆擁有256SP 256Bit的主流核心。事實上之前國內(nèi)外的媒體都是這樣猜測的，因為GF100模塊化四核心的設(shè)計，很容易將其“拆分為”規(guī)模大小不一的中低端核心：
但NVIDIA卻沒有這樣做，最終GF104核心的規(guī)模出乎所有人的預(yù)料！之前NVIDIA為了提升GPU并行計算的效率，像CPU那樣不惜成本的設(shè)計了大容量L2。L2對于性能的貢獻主要集中在密集型計算任務(wù)當中，而對于普通的圖形渲染來說，貢獻就非常小了。那么如果將這些L2的容量進一步壓縮，把節(jié)約出來的晶體管都變成CUDA核心的話，那么圖形渲染性能將會得到顯著提升。
NVIDIA對一顆次高端的GPU核心進行了重新設(shè)計，雖然沿用了GF100優(yōu)秀的架構(gòu)，但在微觀架構(gòu)上進行了諸多改良，其最終目的就是以最小的代價，獲得最高的游戲性能，為挑剔的游戲玩家提供最具性價比的選擇。
雖然GF104大紅大紫，NVIDIA卻是如鯁在喉。因為GTX460 1GB、768MB以及后來的SE三個版本，他們顯存容量、位寬或是SM單元都有所消減，是工藝的限制讓NVIDIA不得不屏蔽部分模塊來保證良品率。
和GF110的情況相同在經(jīng)歷了七月之癢，NVIDIA終于完成了未盡之事，推出了GF104核心的完整版——GF114，GF114相對于GF104來說工藝更加完善，細節(jié)的優(yōu)化讓新核心、Shader以及顯存頻率方面都得到了大幅度的提高。從規(guī)格上看，GTX560Ti就是GTX460的完整版本，流處理器提升到了384個、顯存控制器也得以補全。
七彩虹所推出的擁有超高默認頻率的iGame九段560Ti
但是這七個月英偉達自然不是坐等臺積電工藝成熟，GF114的改進也絕對不僅僅是開核SM這么簡單。相對于GTX460，新產(chǎn)品還有別的優(yōu)化。相對于GTX460來說，GTX560Ti在核心、Shader以及顯存頻率方面都得到了大幅度的提高。
記得在GTX460發(fā)布的時候，有無數(shù)玩家對這款產(chǎn)品的頻率都非常不滿。一是核心頻率和Shader頻率較低(675/1350)，二是顯存頻率也和AMD的同級別產(chǎn)品差距太大。對高端顯卡比較了解的朋友應(yīng)該知道，AMD凡是采用GDDR5顯存的產(chǎn)品，默認顯存頻率都超過了4000MHz，而NVIDIA此前最高端的GTX480顯存頻率都只有3696MHz。
NVIDIA公布的GTX560Ti官方PDF
這張柱狀圖體現(xiàn)的是擁有384個流處理器以及更高頻率的GTX560Ti相對于GTX460的性能提升，可以看到在改進工藝的基礎(chǔ)上再提升頻率和流處理器數(shù)量之后，GTX560Ti的威力非常強大，很多數(shù)游戲性能提升幅度約30%，個別甚至達到40%之多！
PhysX是NVIDIA的一大法寶，在NVIDIA DX11顯卡面世之前，舊的N卡正是憑借該技術(shù)與A卡相抗衡。通過筆者此前的網(wǎng)友調(diào)查來看，雖然PhysX的關(guān)注度沒有DX11那么高，但還是擁有很多忠實的用戶，一些玩家為了同時追求DX11與PhysX，費盡心機通過破解雜交的方式來讓N卡和A卡協(xié)同工作。
《地鐵2033》：同時支持DX11和PhysX
此前想要實現(xiàn)物理效果必須購買專用的物理加速卡，而NVIDIA收購了Ageia公司之后，將PhysX技術(shù)以完全免費的形式附送給了GeForce顯卡，讓N卡用戶多了一個非常炫的功能。
NVIDIA在游戲界有著舉足輕重的影響力，和眾多游戲開發(fā)商保持著密切的合作關(guān)系，大名鼎鼎的“The Way”計劃就保證了N卡在幾乎所有游戲大作中都有著良好的性能發(fā)揮。PhysX物理引擎被NVIDIA收入囊中之后，原本屈指可數(shù)的物理游戲逐漸開花結(jié)果，以《鏡之邊緣》、《蝙蝠俠》、《黑暗虛空》為代表的一些重量級大作開始使用PhysX物理引擎，影響力非同小可。
國產(chǎn)FPS網(wǎng)游MKZ中爆炸、破壞、玻璃和布料使用了PhysX技術(shù)
而且，中國本土游戲開發(fā)商也開始使用PhysX引擎來增強畫面，比如《MKZ鐵甲突襲》和《劍網(wǎng)3》都內(nèi)置了PhysX支持，可見PhysX技術(shù)顯然要比其它同類物理技術(shù)更易用一些。
國產(chǎn)網(wǎng)游《劍網(wǎng)3》中，使用PhysX實現(xiàn)了逼真的衣物和布料效果
雖然物理加速技術(shù)還沒有一個統(tǒng)一的標準，但PhysX無論從游戲數(shù)量還是畫面效果方面，都更勝一籌。隨著使用PhysX引擎的游戲越來越多，少有的PhysX顯然將會成為事實上的標準。
早在多年以前，NVIDIA就正式發(fā)布了3D Vision立體顯示技術(shù)，并且聯(lián)合顯示器廠商推出了120Hz的3D顯示器，為廣大游戲玩家?guī)砹苏嬲袑嵖捎玫?D立體解決方案。到了今年，多部重量級3D電影巨作的上映，讓更多的用戶一睹立體顯示的震撼效果，直接推動了3D立體的需求，2010成為了3D立體元年。
確實，3D游戲發(fā)展至今，畫面很難會有質(zhì)的提升，但3D Vision技術(shù)的引入可以給人眼前一亮的感覺，可以說又是一場視覺革命：
NVIDIA經(jīng)過多年的發(fā)展，產(chǎn)品和技術(shù)方面已經(jīng)非常成熟了，目前幾乎所有的PC游戲都能近乎完美的支持3D Vision技術(shù)，配以3D眼鏡和120Hz顯示器的話，就能得以完美呈現(xiàn)。此前之所以未能得到普及，是因為用戶了解還不夠多，另外3D顯示設(shè)備量價都不如人意，而現(xiàn)在時機成熟了。
如今，所有的PC游戲都能支持3D Vision技術(shù)，所有的2D普通電影都可以通過PowerDVD搭配CUDA技術(shù)實時虛擬成3D影片，片源也不再是問題。加之今年3D顯示器如雨后春筍般出現(xiàn)在市場上，價格已經(jīng)貼近主流，普通用戶組建一套3D PC不再是癡人說夢。
為了能夠在游戲中發(fā)揮最大的效能，NVIDIA不僅僅在自身的硬件以及軟件上下功夫，還早在FX5000系列時代就開展了游戲之道（The way It''s Meant to be Played）計劃。NVIDIA的工作人員在相關(guān)游戲的開發(fā)初期就深入到游戲開發(fā)商那里，協(xié)助開發(fā)人員對游戲的執(zhí)行代碼進行優(yōu)化消除BUG并推出新版的驅(qū)動程序，以便提升兼容性和執(zhí)行效率，使最終玩家能夠得到非常好的的游戲體驗。
NVIDIA游戲之道被稱作是目前在全球最大的游戲開發(fā)商支持計劃。通過這一項目，NVIDIA在每一個新的硬件平臺出現(xiàn)時，就會把這些硬件的平臺交給游戲開發(fā)商，幫助游戲開發(fā)商在未來的平臺上去優(yōu)化新的游戲，此外，NVIDIA還幫助游戲開發(fā)商在不同的開發(fā)階段進行測試，并優(yōu)化游戲的過程，優(yōu)化所有能夠充分地利用未來硬件平臺的計算能力和潛在的功能，最終給用戶提供最好的體驗。
據(jù)悉，在過去幾年中，隨著NVIDIA游戲之道在全球各個國家的不斷實施，越來越多的新游戲和新應(yīng)用在這個平臺上應(yīng)運而生，并且借助這個平臺實現(xiàn)了更好的視覺效果，給玩家提供更好的游戲體驗。目前，NVIDIA游戲之道已與全球200多家游戲廠商、400多款游戲有著合作。
在中國，NVIDIA在上海和深圳成立了兩個研發(fā)中心，研發(fā)中心的一個重要目的，就是不斷地開發(fā)硬件平臺，并把這些硬件平臺交給國內(nèi)的軟件開發(fā)商，幫助其推出圖形和視覺效果更豐富的游戲。為支持“游戲之道”，NVIDIA目前在全球有一個上百人規(guī)模的技術(shù)支持團隊，工作就是去幫助游戲開發(fā)商更好的完善游戲開發(fā)。
NVIDIA目前擁有超過100位的軟件/驅(qū)動技術(shù)開發(fā)工程師，已經(jīng)與NVIDIA的硬件開發(fā)團隊相當，這在業(yè)界都是遠遠領(lǐng)先的水平。他們主要負責先進的圖形技術(shù)研發(fā)，包括多核心并聯(lián)的性能優(yōu)化，CUDA并行運算開發(fā)，3DVision立體顯示技術(shù)的開發(fā)，PhysX物理加速的開發(fā)和推廣，完善超過100種效果的著色器庫建立。通過這些努力工作的軟件開發(fā)人員，我們始終能在NVIDIA的顯卡上發(fā)現(xiàn)新功能。
近幾年來NVIDIA的產(chǎn)品已經(jīng)從最開始的單純圖形加速卡，發(fā)展成為具備CUDA并行運算能力的通用加速卡，再到可以實現(xiàn)PhysX物理加速技術(shù)的物理游戲卡，再到支持3DVision立體幻境技術(shù)的3D游戲顯卡，NVIDIA始終通過增加自身功能讓用戶體驗到最新最棒的視覺體驗，這在整個顯卡發(fā)展史上都堪稱前無古人的壯舉。
總的來說，NVIDIA對游戲以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起了積極的推動作用。同時NVIDIA也為廣大玩家不斷提供性能更高附加功能更加全面的產(chǎn)品，為高品質(zhì)游戲體驗奠定了堅實基礎(chǔ)?！?
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