Vývoj grafických akcelerátorů: 2. díl
22.7.2010, Vojtěch Kubiš, článek
V druhém díle se podíváme na tři významné společnosti devadesátých let, které, ačkoli byly odlišně orientované, s velmi rozdílnou historií a jiným přístupem, měly podobný konec, postupný odchod ze scény 3D akcelerátorů nebo úplný zánik.Tedy 3dfx, S3 a Matrox.
Kapitoly článku:
- Vývoj grafických akcelerátorů: 2. díl
- S3 Graphics
- Matrox Graphics
S3 spadá do stejné kategorie jako např. ATI nebo Matrox, tedy společnosti, jež se vývojem grafických čipů zabývaly ještě před příchodem 3D her. V roce 1991 uvedlo S3 první Windows akcelerátor – P86C911. Měl 1 MB paměti a využíval ISA sběrnice. Už ten nastavil jasné směřování společnosti S3. 86C911 byl slušně vybavený čip s atraktivní cenovkou. Nástupci byli v podobě P86C924 a P86C928, jež rozšiřovali rozlišení a počet barev až na 32bit. Zajímavostí je, že všechny tři za svá jména vděčí autům značky Porsche (911, 924, 928).
V roce 1994 představila S3 sérii Vision v modelech 864 a 868, oba měly 1 – 2 MB paměti, 60 MHz a využívaly sběrnice PCI. O rok později přišla modernější verze 968 (název opět z Porsche). Ta měla podporu pro přehrávání videa – Indeo a CinePak. Teoretické rozlišení dosahovalo až 1600x1200 a mohly vzniknout verze s pamětí od 1 do 8 MB. 2D akceleraci zvládala slušně, mimo jiné díky hardwarové podpoře pro bit block operace.
S3 Vision 864, standardní 1 MB paměti byl rozšířitelný na 2 MB.
Ještě ve stejném roce, jako přišla Vision 968 S3, uvádí další a vlastně poslední generaci čipů bez 3D akcelerace. Jednalo se o S3 Trio, základní verzí byla Trio 64, která našla největší uplatnění na OEM trzích, Trio 64V+ byla známá pro svůj S3 Streams Processor, tedy další vylepšení v oblasti akcelerace videa, kromě předešlých vlastností obsahovalo scaler (zvětšení rozlišení videa) a převod z YUV do RGB. V případě potřeby S3 umožňovalo připojení hardwarového dekodéru MPEG-1. Jak název napovídá, Trio 64 obsahovala 64bit paměťovou sběrnici (low-endová Trio 32 měla 32bit paměťovou sběrnici).
Později se objevila ještě Trio64V2, která přinášela další výkon ve 2D navíc a vylepšení přehrávání videa (zejména co se vizuální kvality týče). Stejně jako všechny ostatní varianty Trio měla maximální kapacitu paměti 4 MB, ale ve své době stejně nepotřebovala více než 2 MB. Díky své sympatické ceně, rychlému 2D a akceleraci videa navázala série čipů Trio na úspěch série Vision.
Další generace grafik obsahovala 3D jádro. Celým názvem Virtual Reality Graphics Engine, ale všem známá jako ViRGE. První S3 čip s podporou pro akceleraci 3D se jmenoval ViRGE 325. Navázal na Trio 64V+, tedy použil jeho 2D jádro, paměťový řadič a implementaci akcelerace videa. Zcela nové bylo 3D jádro. To bylo samo o sobě technologicky velmi vyspělé, podporovalo dokonce trilineární filtraci textur (což v té době nikdo jiný kromě Rendition neměl). Takty byly 50 MHz a maximální pamět zůstala stejná jako u Trio64V+, tedy 4 MB.
Problémem byl výkon, který byl jednoduše slabý. A to tak moc, že se zapnutou trilineární filtrací byl počet snímků za sekundu menší než při softwarovém renderingu. První ViRGE tedy znamenal hlavně lepší kvalitu obrazu a nové efekty, než výkon navíc.
To se nezlepšilo ani s příchodem ViRGE VX v roce 1996, ačkoli byl paměťový řadič přepracován a podporoval rychlejší VRAM paměti, výkon podle některých testů (zvláště v nízkém rozlišení) dokonce klesnul. To bylo dáváno za vinu nízkému taktu, na kterém paměti běžely. Díky novému řadiči se maximální podporovaná kapacita pamětí zvedla na 8 MB, ale to bylo zbytečně moc, navíc při využití maximální kapacity by přišla o své největší plus - cenu. ViRGE VX se prodávala dobře a úspěch našla také na OEM trhu.
Duke Nukem 3D – jedna z nejznámějších starých akčních 3D her. Navazuje na své 2D předchůdce Duke Nukem a Duke Nukem 2. Z hlediska hratelnosti byla velkou inovací možnost používat předměty ve hře, jako např. mobilní telefon, hydrant nebo záchod. Grafika byla poměrně nestandardní, takže se dala hrát ve vysokém rozlišení i na slabé sestavě. Jak je už z obrázku patrné, zelená barva se zobrazovala špatně, takže celá hra působila vybledle. Na druhou stranu jí to přidávalo na charakteru.
Nárůst 3D výkonu byl pozorovatelný až s příchodem S3 ViRGE DX, která měla přepracovanou implementaci filtrace textur, takže při zapnutém trilineárním filtrování nedocházelo k poklesu snímku za sekundu. S3 toto vylepšení nazvalo SmartFilter Technology. Změnou bylo zavedení podpory pro EDO DRAM, SDRAM a SGRAM a také zvednutí taktů z 50 (v případě VX) na 66 MHz. Co se ovladačů týče, karta bez problémů bežela pod Windows 95 a NT a podporovala jak API Direct 3D, tak OpenGL. Podpora OpenGL byla ale velmi slabá, takže třeba Quake jste si s nejvyššími detaily nezahráli. Součastně s DX vznikla také výše taktovaná řada GX (73 MHz), která byla asi o 10% výkonnější.
Lidé, co chtěli hrát 3D hry za málo peněz, se v případě S3 dalšího navýšení výkonu dočkali v roce 1998, kdy byla uvedena ViRGE GX2. Takty se zvedly až na 90 MHz, což společně se zavedením AGP vedlo k nárůstu výkonu o asi 30 %. Od původní GX se lišila především dvěma novinkami, první z nich byla podpora pro DuoView, tedy možnost připojit druhý monitor (jedinou podmínkou bylo, aby oba dva běžely ve stejném rozlišení). Druhá byla implementace TV-out enkodéru.
Z ViRGE GX2 byl odvozen jeden z prvních čipů s podporou 3D pro mobilní segment, tedy ViRGE MX. Ta vznikala ve dvou provedeních – MX se 2 MB paměti a MX+ se 4 MB. Technologicky na tom byla dobře – podporovala to samé co GX2. Obsahovala ovšem chybu, kdy byly poloprůhledné oblasti vykresleny černě, což prakticky znemožnilo hraní některých her, ačkoli by na to výkonově měla. Tuto chybu později vyřešily novější ovladače.
Jako poslední z derivátů ViRGE se objevilo Trio 3D. Bylo to první 128bit jádro od S3 a s sebou si neslo především zvýšení výkonu v 2D, ve 3D se žádný nárůst v porovnání s ViRGE GX2 pozorovat nedal. Dalším přínosem bylo opět zlepšení akcelerace videa, Trio3D byla dokonce podporována některými video přehrávači. Zajímavostí je, že Trio 3D přežilo i svého nástupce Savage, protože se dlouho prodávalo do kancelářských sestav, kam se přesně hodilo - jednalo se o jednu z nejlevnějších karet s podporou pro AGP.
Staré a nové logo
Ačkoli S3 vyrábělo karty s hráčského hlediska low-endové, s uvedením Savage 3D se pokusilo o změnu. Ta byla představena na E3 Expo v roce 1998 a z původní ViRGE přebrala full speed trilineární filtrování a integrovaný TV-out enkodér. Obsahovala jednu texturovací jednotku a jednu pixel pipeline. Novinkou byla podpora pro DirecX 6 a pro S3 tolik známá ztrátová komprese textur zvaná S3TC. Vzhledem k pouze 8 MB paměti byla velice důležitá a omezila pomalejší AGP texturing. Paměťová sběrnice zůstala klasických 64 bit a přibyla podpora pro AGP 2x. Dalším plusem byla opět dobrá podpora pro přehrávání videa a DVD – MPEG 2.
Ačkoli byla v některých hrách a nastaveních srovnatelná dokonce s Nvidia RIVA TNT, jejím problémem byla nedostupnost, protože výtěžnost výrobního procesu byla velmi slabá. Dalším problémem byly bídné ovladače, chybějící podpora pro multitexturing a v neposlední řadě i pověst S3, tedy low-endového výrobce. To vše vedlo k tomu, že S3 svůj první útok na jiné pozice než jen low-end nezvládla a na začátku roku 1999 stáhla Savage 3D z výroby.
Brzo jí však vystřídala nová Savage, tentokrát Savage 4. Ta pochopitelně vychází z Savage 3D, tedy koncepce jedné pixel pipeline, jedné texturovací jednotky a 64bit paměťová sběrnice zůstala. Mnoho lidí si myslelo, že Savage 4 má texturovací jednotky dvě, protože podporovala multitexturing, ten byl ale provozován způsobem single-pass multi-cycle. Dalším rozdílem v porovnání se Savage 3D byla podpora pro maximum 32 MB paměti, což znamenalo, že AGP texturingu už nebylo potřeba. Díky kompresi textur mohla Savage 4 v hrách, které S3TC podporovaly, nabídnout lepší kvalitu obrazu než např. Nvidia RIVA TNT2.
Mezi stinné stránky patří odstranění TV-out enkodéru z jádra. S3 totiž chtěla nabídnout co nejlepší poměr cena/výkon, a proto se snažila ušetřit, kde se dalo. Někteří výrobci také v rámci dalších úspor nemontovali na karty žádné chladiče, takže došlo k přehřívaní, což pověsti S3 neprospělo. Korunu tomu daly opět problémové ovladače. Ty se sice s časem postupně zlepšovaly, ale ke kvalitě jako např. u 3dfx měly daleko.
Nejrychlejší verze s přívlastkem Xtreme podporovala AGP 4x, dosahovala taktů 166 MHz a její výkon se mohl směle poměřovat s Nvidia RIVA TNT2, hodně záleželo na sestavě, typicky na rychlých sestavách S3 ztrácelo a na pomalých mělo náskok. Bohužel, přišla v době, kdy na trhu už operovaly karty jako Nvidia RIVA TNT2 Ultra, takže k hi-endu ji krůček chyběl.
Na podzim roku 1999 S3 uvedla další generaci čipů Savage, kterou vzhledem k blížícímu se přelomu tisíciletí pojmenovala Savage 2000. Ta se dočkala změn v podobě dvojnásobného počtu pixel pipelines a také dvakrát tak široké paměťové sběrnice. I tak měla Savage 2000 pouze poloviční počet tranzistorů (12 milionů) jako Nvidia GeForce 256, proti které byla orientována. Výhodou kvalitního 180nm výrobního procesu, (konkurence používala buď 220nm (Nvidia GeForce 256) nebo 250nm (3dfx VSA-100)) a nízkého počtu tranzistorů bylo také nízké odpadní teplo, takže Savage 2000 si pořád stačila s pasivním chladičem.
Ačkoli byly původně plánovány takty okolo 175 MHz, což by na konkurenci určitě stačilo, výsledné takty byly o značných 50 MHz nižší. Kdyby existovala verze s alespoň 160 MHz, GeForce 256 by rázem měla plnohodnotnou konkurenci. Další skvrnou na Savage 2000 se stala nepovedená implementace T&L (není známo, jestli to byla vina hardware nebo ovladačů), což vedlo k pozdějšímu vyřazení T&L z ovladačů. Výsledný výkon byl o něco za GeForce 256, což byl, vzhledem k přímé orientaci proti Nvidii GeForce 256, špatný výsledek. Ten se ovšem dal jednoduše dohnat cenou, protože výroba čipů byla levnější.
Během roků 1999 a 2000 VIA postupně odkoupila hlavní divizi S3. Ostatní divize se přejmenovaly na SONICblue. Ta se začala soustředit na spotřební elektroniku a v roce 2003 zkrachovala. Ještě předtím stačila odprodat svoji FireGL divizi v prospěch ATI. Dlouho se nevědělo, jestli VIA odkoupila S3 pouze proto, že chtěla získat práva na Intel Slot 1 (VIA tyto práva měla, ale pouze po omezenou dobu a ta se chýlila ke konci, S3 je měla taky) nebo i za účelem vývoje vlastních grafik. To se ukázalo až v roce 2002, kdy VIA na Computexu představila nové jádro – Savage XP nebo jinak AlfaChrome. Od té doby se píše méně úspěšná historie S3.
V roce 1994 představila S3 sérii Vision v modelech 864 a 868, oba měly 1 – 2 MB paměti, 60 MHz a využívaly sběrnice PCI. O rok později přišla modernější verze 968 (název opět z Porsche). Ta měla podporu pro přehrávání videa – Indeo a CinePak. Teoretické rozlišení dosahovalo až 1600x1200 a mohly vzniknout verze s pamětí od 1 do 8 MB. 2D akceleraci zvládala slušně, mimo jiné díky hardwarové podpoře pro bit block operace.
S3 Vision 864, standardní 1 MB paměti byl rozšířitelný na 2 MB.
Ještě ve stejném roce, jako přišla Vision 968 S3, uvádí další a vlastně poslední generaci čipů bez 3D akcelerace. Jednalo se o S3 Trio, základní verzí byla Trio 64, která našla největší uplatnění na OEM trzích, Trio 64V+ byla známá pro svůj S3 Streams Processor, tedy další vylepšení v oblasti akcelerace videa, kromě předešlých vlastností obsahovalo scaler (zvětšení rozlišení videa) a převod z YUV do RGB. V případě potřeby S3 umožňovalo připojení hardwarového dekodéru MPEG-1. Jak název napovídá, Trio 64 obsahovala 64bit paměťovou sběrnici (low-endová Trio 32 měla 32bit paměťovou sběrnici).
Později se objevila ještě Trio64V2, která přinášela další výkon ve 2D navíc a vylepšení přehrávání videa (zejména co se vizuální kvality týče). Stejně jako všechny ostatní varianty Trio měla maximální kapacitu paměti 4 MB, ale ve své době stejně nepotřebovala více než 2 MB. Díky své sympatické ceně, rychlému 2D a akceleraci videa navázala série čipů Trio na úspěch série Vision.
Další generace grafik obsahovala 3D jádro. Celým názvem Virtual Reality Graphics Engine, ale všem známá jako ViRGE. První S3 čip s podporou pro akceleraci 3D se jmenoval ViRGE 325. Navázal na Trio 64V+, tedy použil jeho 2D jádro, paměťový řadič a implementaci akcelerace videa. Zcela nové bylo 3D jádro. To bylo samo o sobě technologicky velmi vyspělé, podporovalo dokonce trilineární filtraci textur (což v té době nikdo jiný kromě Rendition neměl). Takty byly 50 MHz a maximální pamět zůstala stejná jako u Trio64V+, tedy 4 MB.
Problémem byl výkon, který byl jednoduše slabý. A to tak moc, že se zapnutou trilineární filtrací byl počet snímků za sekundu menší než při softwarovém renderingu. První ViRGE tedy znamenal hlavně lepší kvalitu obrazu a nové efekty, než výkon navíc.
To se nezlepšilo ani s příchodem ViRGE VX v roce 1996, ačkoli byl paměťový řadič přepracován a podporoval rychlejší VRAM paměti, výkon podle některých testů (zvláště v nízkém rozlišení) dokonce klesnul. To bylo dáváno za vinu nízkému taktu, na kterém paměti běžely. Díky novému řadiči se maximální podporovaná kapacita pamětí zvedla na 8 MB, ale to bylo zbytečně moc, navíc při využití maximální kapacity by přišla o své největší plus - cenu. ViRGE VX se prodávala dobře a úspěch našla také na OEM trhu.
Duke Nukem 3D – jedna z nejznámějších starých akčních 3D her. Navazuje na své 2D předchůdce Duke Nukem a Duke Nukem 2. Z hlediska hratelnosti byla velkou inovací možnost používat předměty ve hře, jako např. mobilní telefon, hydrant nebo záchod. Grafika byla poměrně nestandardní, takže se dala hrát ve vysokém rozlišení i na slabé sestavě. Jak je už z obrázku patrné, zelená barva se zobrazovala špatně, takže celá hra působila vybledle. Na druhou stranu jí to přidávalo na charakteru.
Nárůst 3D výkonu byl pozorovatelný až s příchodem S3 ViRGE DX, která měla přepracovanou implementaci filtrace textur, takže při zapnutém trilineárním filtrování nedocházelo k poklesu snímku za sekundu. S3 toto vylepšení nazvalo SmartFilter Technology. Změnou bylo zavedení podpory pro EDO DRAM, SDRAM a SGRAM a také zvednutí taktů z 50 (v případě VX) na 66 MHz. Co se ovladačů týče, karta bez problémů bežela pod Windows 95 a NT a podporovala jak API Direct 3D, tak OpenGL. Podpora OpenGL byla ale velmi slabá, takže třeba Quake jste si s nejvyššími detaily nezahráli. Součastně s DX vznikla také výše taktovaná řada GX (73 MHz), která byla asi o 10% výkonnější.
Lidé, co chtěli hrát 3D hry za málo peněz, se v případě S3 dalšího navýšení výkonu dočkali v roce 1998, kdy byla uvedena ViRGE GX2. Takty se zvedly až na 90 MHz, což společně se zavedením AGP vedlo k nárůstu výkonu o asi 30 %. Od původní GX se lišila především dvěma novinkami, první z nich byla podpora pro DuoView, tedy možnost připojit druhý monitor (jedinou podmínkou bylo, aby oba dva běžely ve stejném rozlišení). Druhá byla implementace TV-out enkodéru.
Z ViRGE GX2 byl odvozen jeden z prvních čipů s podporou 3D pro mobilní segment, tedy ViRGE MX. Ta vznikala ve dvou provedeních – MX se 2 MB paměti a MX+ se 4 MB. Technologicky na tom byla dobře – podporovala to samé co GX2. Obsahovala ovšem chybu, kdy byly poloprůhledné oblasti vykresleny černě, což prakticky znemožnilo hraní některých her, ačkoli by na to výkonově měla. Tuto chybu později vyřešily novější ovladače.
Jako poslední z derivátů ViRGE se objevilo Trio 3D. Bylo to první 128bit jádro od S3 a s sebou si neslo především zvýšení výkonu v 2D, ve 3D se žádný nárůst v porovnání s ViRGE GX2 pozorovat nedal. Dalším přínosem bylo opět zlepšení akcelerace videa, Trio3D byla dokonce podporována některými video přehrávači. Zajímavostí je, že Trio 3D přežilo i svého nástupce Savage, protože se dlouho prodávalo do kancelářských sestav, kam se přesně hodilo - jednalo se o jednu z nejlevnějších karet s podporou pro AGP.
Staré a nové logo
Ačkoli S3 vyrábělo karty s hráčského hlediska low-endové, s uvedením Savage 3D se pokusilo o změnu. Ta byla představena na E3 Expo v roce 1998 a z původní ViRGE přebrala full speed trilineární filtrování a integrovaný TV-out enkodér. Obsahovala jednu texturovací jednotku a jednu pixel pipeline. Novinkou byla podpora pro DirecX 6 a pro S3 tolik známá ztrátová komprese textur zvaná S3TC. Vzhledem k pouze 8 MB paměti byla velice důležitá a omezila pomalejší AGP texturing. Paměťová sběrnice zůstala klasických 64 bit a přibyla podpora pro AGP 2x. Dalším plusem byla opět dobrá podpora pro přehrávání videa a DVD – MPEG 2.
Ačkoli byla v některých hrách a nastaveních srovnatelná dokonce s Nvidia RIVA TNT, jejím problémem byla nedostupnost, protože výtěžnost výrobního procesu byla velmi slabá. Dalším problémem byly bídné ovladače, chybějící podpora pro multitexturing a v neposlední řadě i pověst S3, tedy low-endového výrobce. To vše vedlo k tomu, že S3 svůj první útok na jiné pozice než jen low-end nezvládla a na začátku roku 1999 stáhla Savage 3D z výroby.
Brzo jí však vystřídala nová Savage, tentokrát Savage 4. Ta pochopitelně vychází z Savage 3D, tedy koncepce jedné pixel pipeline, jedné texturovací jednotky a 64bit paměťová sběrnice zůstala. Mnoho lidí si myslelo, že Savage 4 má texturovací jednotky dvě, protože podporovala multitexturing, ten byl ale provozován způsobem single-pass multi-cycle. Dalším rozdílem v porovnání se Savage 3D byla podpora pro maximum 32 MB paměti, což znamenalo, že AGP texturingu už nebylo potřeba. Díky kompresi textur mohla Savage 4 v hrách, které S3TC podporovaly, nabídnout lepší kvalitu obrazu než např. Nvidia RIVA TNT2.
Mezi stinné stránky patří odstranění TV-out enkodéru z jádra. S3 totiž chtěla nabídnout co nejlepší poměr cena/výkon, a proto se snažila ušetřit, kde se dalo. Někteří výrobci také v rámci dalších úspor nemontovali na karty žádné chladiče, takže došlo k přehřívaní, což pověsti S3 neprospělo. Korunu tomu daly opět problémové ovladače. Ty se sice s časem postupně zlepšovaly, ale ke kvalitě jako např. u 3dfx měly daleko.
Nejrychlejší verze s přívlastkem Xtreme podporovala AGP 4x, dosahovala taktů 166 MHz a její výkon se mohl směle poměřovat s Nvidia RIVA TNT2, hodně záleželo na sestavě, typicky na rychlých sestavách S3 ztrácelo a na pomalých mělo náskok. Bohužel, přišla v době, kdy na trhu už operovaly karty jako Nvidia RIVA TNT2 Ultra, takže k hi-endu ji krůček chyběl.
Na podzim roku 1999 S3 uvedla další generaci čipů Savage, kterou vzhledem k blížícímu se přelomu tisíciletí pojmenovala Savage 2000. Ta se dočkala změn v podobě dvojnásobného počtu pixel pipelines a také dvakrát tak široké paměťové sběrnice. I tak měla Savage 2000 pouze poloviční počet tranzistorů (12 milionů) jako Nvidia GeForce 256, proti které byla orientována. Výhodou kvalitního 180nm výrobního procesu, (konkurence používala buď 220nm (Nvidia GeForce 256) nebo 250nm (3dfx VSA-100)) a nízkého počtu tranzistorů bylo také nízké odpadní teplo, takže Savage 2000 si pořád stačila s pasivním chladičem.
Ačkoli byly původně plánovány takty okolo 175 MHz, což by na konkurenci určitě stačilo, výsledné takty byly o značných 50 MHz nižší. Kdyby existovala verze s alespoň 160 MHz, GeForce 256 by rázem měla plnohodnotnou konkurenci. Další skvrnou na Savage 2000 se stala nepovedená implementace T&L (není známo, jestli to byla vina hardware nebo ovladačů), což vedlo k pozdějšímu vyřazení T&L z ovladačů. Výsledný výkon byl o něco za GeForce 256, což byl, vzhledem k přímé orientaci proti Nvidii GeForce 256, špatný výsledek. Ten se ovšem dal jednoduše dohnat cenou, protože výroba čipů byla levnější.
Během roků 1999 a 2000 VIA postupně odkoupila hlavní divizi S3. Ostatní divize se přejmenovaly na SONICblue. Ta se začala soustředit na spotřební elektroniku a v roce 2003 zkrachovala. Ještě předtím stačila odprodat svoji FireGL divizi v prospěch ATI. Dlouho se nevědělo, jestli VIA odkoupila S3 pouze proto, že chtěla získat práva na Intel Slot 1 (VIA tyto práva měla, ale pouze po omezenou dobu a ta se chýlila ke konci, S3 je měla taky) nebo i za účelem vývoje vlastních grafik. To se ukázalo až v roce 2002, kdy VIA na Computexu představila nové jádro – Savage XP nebo jinak AlfaChrome. Od té doby se píše méně úspěšná historie S3.
