nVidia GeForce 3 – první pohled na čip
1.3.2001, Štěpán Mrázek, zpráva
Firma nVidia je hlavním “tahounem” v oblasti vývoje a produkce grafických čipů. Ať si kdo chce říká co chce, tak její výrobky jsou prostě nejvýkonnější. Snad k tomu přispívá i zběsilé tempo vývoje nových grafických čipů. Není to tak daleko, kdy jsme přemýšleli co to vlastně znamenají ona písmenka T&L. A dnes? Po grafické kartě, která neprovádí zpracování geometrických transformací a osvětlení, s prominutím neštěkne ani pes.
Firma nVidia je hlavním “tahounem” v oblasti vývoje a produkce grafických čipů. Ať si kdo chce říká co chce, tak její výrobky jsou prostě nejvýkonnější. Snad k tomu přispívá i zběsilé tempo vývoje nových grafických čipů. Není to tak daleko, kdy jsme přemýšleli co to vlastně znamenají ona písmenka T&L. A dnes? Po grafické kartě, která neprovádí zpracování geometrických transformací a osvětlení, s prominutím neštěkne ani pes.
Právě firma nVidia je průkopníkem v implementaci jednotky T&L do grafického čipu. První multimediální kartou, která podporovala tuhle “vymoženost” byla dnes už stařičká GeForce 256, po ní následovala GeForce 2 spolu s odlehčenou verzí GeForce 2 MX (což je současný cenový hit) no a dnes Vám přinášíme první informace o další super novince, následovníkovi předchozích verzí, čipu GeForce 3.
Obr. 1 – Grafický čip nVidia GeForce 3
Čip samotný obsahuje 57 milionů tranzistorů a je vyráběn 0.15 mikronovým procesem. Pracovní frekvence čipu je 200 MHz, tedy stejná jako u čipu GeForce 2 GTS. Zaměstnanci firmy nVidia se nyní snaží zvednout výkon jinak než obligátním zvýšením pracovní frekvence grafického čipu o:). K tomu jim slouží funkce, které popisujeme níže:
nfiniteFX Engine
Koncem loňského roku uvolnila firma Microsoft další verzi svého API DirectX 8.0. Jeho součástí je Direct3D, která je nově aktualizovaná tak, že podporuje “programmable vertex shaders and pixel shaders”. Vývojáři nyní mohou využít k vytváření speciálních efektů pomocí vertexů a pixelů vlastní programové instrukce. GeForce 3 podporuje, na úrovni hardwaru, výše zmíněnou součást rozhraní DirectX 8.0, která je označována jako nfiniteFX Engine.
Vertex shaders
Informace, že 3D modely jsou tvořeny trojúhelníky, asi jistě nikoho nepřekvapí. Dalším pojmem z oblasti počítačové grafiky je Vertex (vrchol). Je to bod, kde se stýkají dvě čáry. Jako takový nese spoustu různých informací (svoje souřadnice, barvu, normálu, mapovací souřadnice textury, etc.). Vertex shader umožňuje změnu těchto informací, s pomocí programových instrukcí definovaných vývojáři her, aniž by vyžadoval jakýkoliv čas procesoru. Velikost takto definovaného programu je omezena na 128 instrukcí.
Pixel Shaders
Pixel shader může být stejně jako Vertex shader programovatelný. Vývojáři si tak mohou vytvořit vlastní program pro kontrolu osvětlení, stínu a barvy každého pixelu. Tento program může obsahovat 12 instrukcí (4 operace pro adresování textur a 8 pro jejich míchání).
Lightspeed Memory Architecture
Šířka pásma paměťové sběrnice, je beze sporu jeden z hlavních limitujících faktorů výkonu dnešních grafických akcelerátorů. GeForce 3 se snaží snížit pomocí následujících prvků nároky na její vytížení:
Higher order surfaces
Jestliže chceme využít objekt, který je tvarově složitý a jeho vymodelování pomocí trojúhelníku by byla značně rozsáhlá (a tudíž náročná na paměťové přenosy) může být výhodnější popsat jej matematicky souborem kontrolních bodů. Povrch je pak reprezentován matematickou rovnicí, která je hardwarově zpracována (s nízkými nároky na paměťové přenosy oproti použití trojúhelníků) a následně převedena na geometrii.
Crossbar memory controller
Běžný paměťový řadič přenáší 256-ti bitovou informaci. Dojde-li k situaci, že je potřeba přenést informaci o menší velikosti (64, 95, 128 bitů) pak tento řadič pracuje s nižší efektivitou. Crossbar memory controller obsahuje čtyři nezávislé paměťové řadiče (64 bitové), které jsou všechny schopné vzájemně komunikovat. Takováto architektura poskytuje vyšší přenosovou efektivitu při přenášení menších než 256 bitových informací.
Lossless Z compression
Z-buffer slouží k zajištění informace o hloubce každého pixelu. Pomocí Z-bufferu se určuje, který pixel je viditelný a který nikoliv. Informace používané při této technice jsou značně náročné na šířku pásma paměťové sběrnice. Již proto se snaží moderní grafické akcelerátory je nějakým způsobem komprimovat. Zde se samozřejmě musí jednat o bezeztrátovou kompresi a v případě čipu GeForce 3 je použita hardwarová komprese s poměrem 4:1. Výsledný efekt je zřejmý – snížení nároků na šířku pásma paměťové sběrnice.
Z-Occlusion Culling
Jedná se o obdobu funkce Hierarchical Z obsaženou v grafických čipech ATI Radeon. Z-Occlusion Culling zkoumá data scény a vyřazuje pixely, které nebudou zobrazeny z rendrovacího procesu. Tudíž nedochází k zbytečnému vykreslování pixelů, u nichž stejně nedojde k zobrazení.
Anti-Aliasing
Popisovat zde co je to anti-aliasing by asi nebylo zrovna vhodné. Předpokládám, že všichni dobře víte o co se jedná. Tedy jenom velice stručně: anti-aliasing je technika určená k odstranění zubatých okrajů, které vznikají při rendrování (zejména při nižším rozlišení, resp. jsou zde více patrné) scény.
Super sampling vs. Multi-sampling
GeForce 3 využívá novější techniku pro odstraňování efektu aliasingu. Starší čipy používají metodu super-sampling, kdy se scéna počítá ve vyšším rozlišení a následně se filtruje a přepočte do původního rozlišení. Nově použitá metoda multi-sampling rendruje mnohonásobné vzorky, kombinuje je na úrovni subpixelu a posléze filtrováním těchto subpixelů dosahuje efektu anti-aliasingu, ale podrobněji dále.
Quincunx
Technika anti-aliasingu dostala u GeForce 3 název High-Resolution Anti-Aliasing engine (HRAA engine). Kromě dvou běžných módů (2x AA, 4x AA) obsahuje ještě další, který je nazvaný Quincunx. Při použití tohoto vzorkování se scéna rendruje v daném rozlišení, ale při zápisu do frame-bufferu se každý pixel ukládá ve dvou různých umístění. Tímto trikem dostaneme dva vzorky. Ještě před vykreslením posledního pixelu HRAA engine posune jeden vzorek o půl pixelu ve směru x a y. Výsledkem je obklopení každého pixelu z prvního vzorku čtyřmi jinými pixely. HRAA engiene pak jeden AA pixel vytváří z pěti filtrovaných pixelů.
No právě jsem napsal několik řádek (možná víc než několik) o tomto novém grafickém čipu. Jeho možnosti? Ty jsou popsané výše. Jeho cena? Ta je prostě úděsná. Ostatně o několika novinkách založených právě na grafickém čipu GeForce 3 píše kolega a jistě přidá i jejich předpokládané ceny. Já jsem viděl na internetu různá cenová rozpětí, která se pohybovala od 500 do 700 USD. A jeho výkon, na ten si budete muset ještě chvíli počkat. Jediné co mohu dodat je skutečnost, že můj textový editor bude pracovat úplně stejně rychle s GeForce 3 jako bez ní.
P.S. už se těším jak budu za necelý rok psát o další nVidii a jen se letmo zmíním o té historické “trojce”, která se prodává za pár korun.
P.P.S. a taky se budu rozčilovat kolik stojí ta nová “čtverka” (či co to bude) a jak je ta cena nehorázná.
Zdroj: FiringSquad, Tom’s Hardware
Právě firma nVidia je průkopníkem v implementaci jednotky T&L do grafického čipu. První multimediální kartou, která podporovala tuhle “vymoženost” byla dnes už stařičká GeForce 256, po ní následovala GeForce 2 spolu s odlehčenou verzí GeForce 2 MX (což je současný cenový hit) no a dnes Vám přinášíme první informace o další super novince, následovníkovi předchozích verzí, čipu GeForce 3.
Obr. 1 – Grafický čip nVidia GeForce 3
Čip samotný obsahuje 57 milionů tranzistorů a je vyráběn 0.15 mikronovým procesem. Pracovní frekvence čipu je 200 MHz, tedy stejná jako u čipu GeForce 2 GTS. Zaměstnanci firmy nVidia se nyní snaží zvednout výkon jinak než obligátním zvýšením pracovní frekvence grafického čipu o:). K tomu jim slouží funkce, které popisujeme níže:
nfiniteFX Engine
Koncem loňského roku uvolnila firma Microsoft další verzi svého API DirectX 8.0. Jeho součástí je Direct3D, která je nově aktualizovaná tak, že podporuje “programmable vertex shaders and pixel shaders”. Vývojáři nyní mohou využít k vytváření speciálních efektů pomocí vertexů a pixelů vlastní programové instrukce. GeForce 3 podporuje, na úrovni hardwaru, výše zmíněnou součást rozhraní DirectX 8.0, která je označována jako nfiniteFX Engine.
Vertex shaders
Informace, že 3D modely jsou tvořeny trojúhelníky, asi jistě nikoho nepřekvapí. Dalším pojmem z oblasti počítačové grafiky je Vertex (vrchol). Je to bod, kde se stýkají dvě čáry. Jako takový nese spoustu různých informací (svoje souřadnice, barvu, normálu, mapovací souřadnice textury, etc.). Vertex shader umožňuje změnu těchto informací, s pomocí programových instrukcí definovaných vývojáři her, aniž by vyžadoval jakýkoliv čas procesoru. Velikost takto definovaného programu je omezena na 128 instrukcí.
Pixel Shaders
Pixel shader může být stejně jako Vertex shader programovatelný. Vývojáři si tak mohou vytvořit vlastní program pro kontrolu osvětlení, stínu a barvy každého pixelu. Tento program může obsahovat 12 instrukcí (4 operace pro adresování textur a 8 pro jejich míchání).
Lightspeed Memory Architecture
Šířka pásma paměťové sběrnice, je beze sporu jeden z hlavních limitujících faktorů výkonu dnešních grafických akcelerátorů. GeForce 3 se snaží snížit pomocí následujících prvků nároky na její vytížení:
Higher order surfaces
Jestliže chceme využít objekt, který je tvarově složitý a jeho vymodelování pomocí trojúhelníku by byla značně rozsáhlá (a tudíž náročná na paměťové přenosy) může být výhodnější popsat jej matematicky souborem kontrolních bodů. Povrch je pak reprezentován matematickou rovnicí, která je hardwarově zpracována (s nízkými nároky na paměťové přenosy oproti použití trojúhelníků) a následně převedena na geometrii.
Crossbar memory controller
Běžný paměťový řadič přenáší 256-ti bitovou informaci. Dojde-li k situaci, že je potřeba přenést informaci o menší velikosti (64, 95, 128 bitů) pak tento řadič pracuje s nižší efektivitou. Crossbar memory controller obsahuje čtyři nezávislé paměťové řadiče (64 bitové), které jsou všechny schopné vzájemně komunikovat. Takováto architektura poskytuje vyšší přenosovou efektivitu při přenášení menších než 256 bitových informací.
Lossless Z compression
Z-buffer slouží k zajištění informace o hloubce každého pixelu. Pomocí Z-bufferu se určuje, který pixel je viditelný a který nikoliv. Informace používané při této technice jsou značně náročné na šířku pásma paměťové sběrnice. Již proto se snaží moderní grafické akcelerátory je nějakým způsobem komprimovat. Zde se samozřejmě musí jednat o bezeztrátovou kompresi a v případě čipu GeForce 3 je použita hardwarová komprese s poměrem 4:1. Výsledný efekt je zřejmý – snížení nároků na šířku pásma paměťové sběrnice.
Z-Occlusion Culling
Jedná se o obdobu funkce Hierarchical Z obsaženou v grafických čipech ATI Radeon. Z-Occlusion Culling zkoumá data scény a vyřazuje pixely, které nebudou zobrazeny z rendrovacího procesu. Tudíž nedochází k zbytečnému vykreslování pixelů, u nichž stejně nedojde k zobrazení.
Anti-Aliasing
Popisovat zde co je to anti-aliasing by asi nebylo zrovna vhodné. Předpokládám, že všichni dobře víte o co se jedná. Tedy jenom velice stručně: anti-aliasing je technika určená k odstranění zubatých okrajů, které vznikají při rendrování (zejména při nižším rozlišení, resp. jsou zde více patrné) scény.
Super sampling vs. Multi-sampling
GeForce 3 využívá novější techniku pro odstraňování efektu aliasingu. Starší čipy používají metodu super-sampling, kdy se scéna počítá ve vyšším rozlišení a následně se filtruje a přepočte do původního rozlišení. Nově použitá metoda multi-sampling rendruje mnohonásobné vzorky, kombinuje je na úrovni subpixelu a posléze filtrováním těchto subpixelů dosahuje efektu anti-aliasingu, ale podrobněji dále.
Quincunx
Technika anti-aliasingu dostala u GeForce 3 název High-Resolution Anti-Aliasing engine (HRAA engine). Kromě dvou běžných módů (2x AA, 4x AA) obsahuje ještě další, který je nazvaný Quincunx. Při použití tohoto vzorkování se scéna rendruje v daném rozlišení, ale při zápisu do frame-bufferu se každý pixel ukládá ve dvou různých umístění. Tímto trikem dostaneme dva vzorky. Ještě před vykreslením posledního pixelu HRAA engine posune jeden vzorek o půl pixelu ve směru x a y. Výsledkem je obklopení každého pixelu z prvního vzorku čtyřmi jinými pixely. HRAA engiene pak jeden AA pixel vytváří z pěti filtrovaných pixelů.
No právě jsem napsal několik řádek (možná víc než několik) o tomto novém grafickém čipu. Jeho možnosti? Ty jsou popsané výše. Jeho cena? Ta je prostě úděsná. Ostatně o několika novinkách založených právě na grafickém čipu GeForce 3 píše kolega a jistě přidá i jejich předpokládané ceny. Já jsem viděl na internetu různá cenová rozpětí, která se pohybovala od 500 do 700 USD. A jeho výkon, na ten si budete muset ještě chvíli počkat. Jediné co mohu dodat je skutečnost, že můj textový editor bude pracovat úplně stejně rychle s GeForce 3 jako bez ní.
P.S. už se těším jak budu za necelý rok psát o další nVidii a jen se letmo zmíním o té historické “trojce”, která se prodává za pár korun.
P.P.S. a taky se budu rozčilovat kolik stojí ta nová “čtverka” (či co to bude) a jak je ta cena nehorázná.
Zdroj: FiringSquad, Tom’s Hardware
