Rychlost 3D karet na papíře a ve skutečnosti

Jednou z nejdůležitějších charakteristik 3D karet je vykreslovací rychlost (fill rate). Je to číslo udávající počet pixelů, které je 3D karta schopna vykreslit za sekundu. Čím vyšší toto číslo je, tím je daná karta pochopitelně lepší. Avšak tato hodnota může být také zavádějící, protože počet vykreslovaných pixelů ovlivňují různé další efekty, např. point sampling, anisotropic filtering. při porovnávání karet je tedy třeba brát v úvahu i tyto efekty.

Výrobci čipů Banshee, G200, Savage3D a PVRSG udávají stejnou "hrubou" vykreslovací rychlost, přičemž "hrubá" znamená teoretická. Banshee a PVRSG pracují oba na 100MHz, tudíž teoreticky dosahují rychlosti 100 Mp/s (milionů pixelů za sekundu). Voodoo2 má teoretickou rychlost 90Mp/s, ale 3D benchmark Microsoftu ukazuje pouze 60 Mp/s. Pokud by totiž mělo být dosaženo teoretické vykreslovací rychlosti, muselo by všech 100 milionů taktů čipu být využito k vykreslování pixelů, avšak spousta taktů je spotřebována na jiné operace, což se projeví nižší vykreslovací rychlostí - to je tzv. reálná rychlost vykreslení. Které operace tedy tuto rychlost snižují ?

V první řadě je to procesor, který nedokáže přenášet data (trojúhelníky) dostatečně rychle. To znamená, že některé takty zůstanou zcela nevyužity (3D čip neprovádí žádnou instrukci, protože není co vykreslovat). Tomu se dá vyhnout zvýšením rozlišení nebo kvality vykreslování.

Další takty jsou ztraceny, když musí 3D akcelerátor čekat na data, která k vykreslení potřebuje, tedy většinou textury. Tady existují dvě možnosti. První se nazývá page break (zrušení stránky). Rychlý přístup 3D akcelerátoru do paměti vyžaduje, aby paměť byla rozdělena na stránky. Dokud je k datům přistupováno na stejné stránce, probíhá vše velmi rychlosti v požadované rychlosti jeden pixel za jeden takt. Avšak jakmile jsou data přesunuta na jinou stránku v paměti, je potřeba vyslat jejich novou adresu, a tím dojde ke ztrátě jednoho cyklu. Druhou příčinou je přepisování textur. 3D akcelerátory mají omezenou paměť (4 až 16 i více MB), a tudíž dříve nebo později je nutné nahradit nepotřebnou texturu za jinou. Kolik taktů zabere tato operace závisí na sběrnici: PCI je pochopitelně nejpomalejší, nejrychlejší je AGP 2x.

Další příčinou ztráty taktů je mazání Z a frame bufferů. Tradiční 3D akcelerátory musejí před vykreslením nového snímku nastavit hodnoty v Z-bufferu na nulu a frame-buffer musí být také nastaven na barvu pozadí, která je dána aplikací. Při rozlišení 640x480 to znamená 9600 taktů, je-li karta vybavena SGRAM pamětí. Tento počet taktů je ztracen pro každý snímek, který je vykreslován, čili čím větší počet snímků za sekundu, tím více ztracených taktů. Použití 32-bitového Z-bufferu a 32-bitové hloubky barev znamená samozřejmě ještě větší ztrátu. To je důvod proč např. Banshee 32-bitový Z-buffer a 32-bitovou hloubku barev nepodporuje. Savage3D a G200 tím budou trpět, a proto je nutno s nimi používat SGRAM paměti. PVRSG používá tile (překrývání), což znamená, že nemusí Z a frame buffery mazat, ale jejich obsah může být přepisován.

Je zřejmé, že tile 3D karty, jako např. PVRSG, mají reálný výkon bližší jejich teoretické rychlosti vykreslování díky odstranění nutnosti mazat buffery před vykreslením nového snímku. Větší vytížení 3D čipů (tedy menší ztráty taktů) by měla přinést AGP sběrnice, která umožňuje swapovat textury mezi operační a lokální pamětí rychleji než přes PCI sběrnici.