Назад в будущее. Эволюция видеокарт: от Voodoo Rush до Rage 128 Pro, часть 1

Осмелюсь предположить, что рынок графических систем — с его бурными взлетами и падениями, с ежемесячными 3D-революциями и необъятным стремлением к совершенству — является самой непредсказуемой и интересной отраслью компьютерных технологий. Тем не менее уже сегодня хронология событий прошлых лет частично, а подчас и полностью, забыта. А потому, сделав своеобразный экскурс в историю, мы постараемся понять, с чего же все начиналось. Эпоха 3Dfx Легендарная эпоха 3D-акселераторов взяла старт в далеком 1996 году. Именно в те наивные времена малоизвестная конторка 3Dfx впервые разработала ускоритель трехмерной графики — Voodoo Graphics. Все платы на базе Voodoo Graphics оснащались 4—6 Мбайтами памяти и работали в связке с уже установленной видеокартой. Для соединения видеокарты с ускорителем последний был оборудован двумя VGA -разъемами: один для соединения с видеокарточкой, другой — для монитора. В обычных режимах работы Voodoo попросту бездействовал, а при включении режима 3D — занимался обработкой изображения, что называется, от и до. Однако подобная связка сильно снижала качество 2D-изображения. Ибо на пути к дисплею сигнал от видеокарты проходил семь кругов ада — соединительный кабель акселератора, собственно сам ускоритель и кабель соединения с монитором. А потому следующим шагом в развитии линейки 3Dfx стала видеокарта Voodoo Rush.

Слева: первый графический акселератор от 3Dfx на базе Voodoo Graphics. Справа: на Voodoo Rush отчетливо видно разделение видеокарты на две части: одна половина от 3Dfx, другая — от стороннего производителя.
По сути, Voodoo Rush был первой попыткой 3Dfx совместить функции обработки 3D и 2D на одной плате. Ввиду своих особенностей новый чип лишился некоторых прелестей набора Voodoo Graphics и проигрывал ему по скорости практически в 1,5 раза. В своем большинстве видеокарты на основе Voodoo Rush оснащались 6 Мбайтами памяти. Значительного распространения платы на этом чипе не получили. Вместе с Voodoo на свет появился Glide — знаменитый программный интерфейс 3D-графики для карт 3Dfx. Этот API получил большую популярность, многие производители игр его поддержали. Ни один из существовавших в то время интерфейсов не мог сравниться с Glide по качеству и скорости построения изображения. Именно с выходом Glide и удчаных карт серии Voodoo фирма 3Dfx приобрела очень хитрых и весьма могущественных врагов, одним из которых стала небезызвестная на сегодняшний день nVidia._

_
Типичный представитель Riva128-видеокарт.
Инновационной разработкой nVidia стал графический процессор с кодовым названием nv1 , на базе которого была сделана первая 2D/3D игровая плата Diamond Edge3D. Однако широкую популярность компания получила благодаря Riva128. Видеокарты, сердцем которых стал чип Riva128, обладали широкими возможностями по обработке 3D- и 2D-графики, а также полноценным видеовыходом VIVO (Video-In Video-Out). Справедливости ради отметим, что практически все функции прорисовки Direct3D -изображения у Riva128 были реализованы аппаратно. Как следствие, платы на этом чипе обладали нешуточной производительностью в Direct3D-приложениях. Касательно технической стороны вопроса. Объем памяти у Riva128 невелик — хотя по меркам лет минувших все-таки приемлем — 4 и 8 Мбайт (для Riva128ZX ). Кроме того, важно обратить внимание на частоту работы графического процессора и памяти — заоблачные 100 МГц! Между тем, платы на базе Riva128 так и не смогли стать достойной альтернативой Voodoo Graphics. Роль “убийцы Voodoo” была отведена новому поколению видеокарт — взрывному поколению TNT. Каменный век игровой индустрии К началу 1998 года каждая вторая карта выходила с девизом “быстрее и лучше Voodoo Graphics”. От 3Dfx ожидали достойного продолжения серии ускорителей. Появление Voodoo2 моментально скинуло всех конкурентов к подножью пирамиды. Его производительность превосходила Voodoo Graphics почти в три раза! Новый акселератор мог похвастаться полной поддержкой Glide версий 2 и 3, OpenGL, Direct3D. Причем, в отличие от своих предшественников, Voodoo2 обладал превосходной скоростью прорисовки изображения как в Glide и OpenGL, так и в Direct3D. Кроме того, с выходом в свет Voodoo2 в нашу жизнь вошли такие страшные понятия, как мультитекстурирование , bump __mapping , трилинейная фильтрация и краевое _сглаживание. С появлением функции мультитекстурирования ускорители научились накладывать два слоя текстур за один проход ( раньше на это уходило две стадии _ обработки). Как следствие — поддержка мультитекстурирования со стороны приложения увеличила производительность видеокарточки. Возможность наложения двух текстур за один такт породила довольно-таки красивый эффект — bump mapping. Этот эффект позволяет создавать своеобразные карты рельефа или попросту — иллюзию освещенной поверхности с впадинами и выпуклостями. Кроме того, именно в Voodoo2 были впервые реализованы трилинейная фильтрация и краевое сглаживание. Эти две технологии позволили существенно поднять качество обрисовки изображения: цветовые перепады, видимые неровности и зазубрины позабыты, как страшный сон. Тем не менее главным козырем нового акселератора стала технология SLI (от англ.Scan Line Interleaving — чередование выводимых линий изображения). По сути, SLI позволила связать два ускорителя в пару, увеличивая производительность Voodoo2 практически в два раза! При этом одна из карт обрабатывала четные строки изображения, а другая — нечетные. Объем видеопамяти также суммировался и достигал невиданных размеров — 24 Мбайт. К слову о мегабайтах: все ускорители семейства Voodoo2 производились в двух модификациях — 8 Мбайт и 12 Мбайт памяти.

Слева: на поверхности ускорителя можно выделить три чипа. Один для обсчета поверхностей и два для обработки текстур. Посредством этих двух чипов в Voodoo2 реализовано мультитекстурирование. Справа: в отличие от Voodoo Rush, видеокарточки Banshee имеют единую архитектуру.
Вслед за выходом Voodoo2 компания 3Dfx анонсировала Voodoo Banshee , под кремниевой оболочкой которого объединились модифицированный Voodoo2 и полноценное 2D-ядро. С появлением Voodoo Banshee эпоха чистокровных 3D-акселераторов подошла к своему логическому завершению. В свою очередь, дебют 3Dfx на рынке видеокарт по праву приурочен к выходу Voodoo Banshee. Как мы уже говорили, графический чип Banshee был построен по образу и подобию своего предшественника — Voodoo2. Новинка оснащалась современной 120 -мегагерцовой SGRAM или SDRAM -памятью, объем которой варьировался в пределах 8—16 Мбайт. Кроме того, новый графический процессор поддерживал все разрешения вплоть до 1600 на 1200 точек, против 800x600 у Voodoo2 и 1024x768 у Voodoo2 SLI. В своем большинстве платы на базе Voodoo Banshee использовали AGP -интерфейс, и как следствие — имели б о льшую пропускную способность в сравнении с PCI -версией карт. Из очевидных недостатков Banshee можно выделить лишь отсутствие мультитекстурирования. И это при том, что производитель намеренно пошел на этот шаг. Ибо, в противном случае, Voodoo Banshee мог составить серьезную конкуренцию своему старшему брату — Voodoo2.

Очевидно, кулер на Riva TNT играл весьма посредственную роль…
В состоянии вечной борьбы за новые технологии в свет выходит новый чип от компании nVidia — Riva TNT , основными достижениями которого стали пресловутое мультитекстурирование и поддержка 32 -битного цвета. Графический процессор Riva TNT построен по технологии Twin-Texel (именно так и расшифровывается аббревиатура TNT), которая обеспечивает присутствие двух текстурных модулей на одном чипе. Напомним, у Voodoo2 для этого отводилось два чипа! Кроме того, в режиме отключенного мультитекстурирования Twin-Texel позволяла накладывать по одной текстуре на две различные поверхности! Таким образом, Riva TNT демонстрировала прекрасную производительность практически во всех приложениях. Касательно качества изображения. Платы на основе Riva TNT умели работать с тремя видами фильтрации: билинейной, трилинейной и анизотропной. И если билинейную фильтрацию поддерживали практически все, то анизотропная — была в диковинку. Тем не менее, позднее выяснилось, что в реальности чип умеет работать только с билинейной фильтрацией. Анизотропная и трилинейная фильтрации попросту эмулировались видеокартой, что приводило к существенному увеличению скорости в ущерб качеству изображения. Из технических характеристик TNT можно выделить 16 Мбайт шустрой SGRAM-памяти. Частоты работы памяти и самого чипа асинхронны — 110 МГц для памяти и 90 МГц у процессора. И раз уж зашла речь о частотах, именно с Riva TNT началось повальное увлечение разгоном видеокарт. В отдельных случаях отчаянные оверклокеры умудрялись завести свои видеокарты на запредельные для TNT частоты — 120 и 135 МГц для чипа и памяти соответственно! Итак, что же мы имеем? Компания 3Dfx в очередной раз выпустила превосходный графический акселератор Voodoo2, в то время как nVidia сделала ставку на качественный 32-битный цвет, анонсировав Riva TNT. Конечно, помимо этих компаний на рынке присутствовали и другие производители. В частности, можно выделить видеокарты на Savage3D от S3 , G200 от Matrox и 3D RAGE PRO от ATI. Однако производительность этих видеокарт в 3D была просто смехотворной. Именно поэтому упомянутые производители так и не сумели составить достойную конкуренцию 3Dfx Voodoo 2 и nVidia Riva TNT. __На заметку! Кремниевым сердцем любой видеокарты является ее графический чип. Именно он определяет ее быстродействие. В процессе работы чип задействует локальную память видеокарты. В частности, в памяти видеокарты хранятся все необходимые текстуры. Видеопамять связана с графическим ядром посредством специальной шины памяти. Пропускная способность шины характеризуется ее разрядностью, рабочей частотой и технологией (DDR) — большее значение соответствует большей пропускной способности! По соседству с чипом и памятью располагаются всяческого рода контроллеры. Наибольшей популярностью пользуется кодер VIVO , предназначенный для захвата и вывода аналогового видеосигнала.
60 fps любой ценой! В самом конце 1998 года, анонсировав Rage128 , канадская компания ATI Technologies вошла в число производителей игровых видеокарт. По сути, графический набор Rage128 существовал в двух модификациях: с суффиксами GL и VR. Первый предназначался для массового производства, второй же — для интеграции в материнские платы. Рабочие частоты ядра и памяти полноценного Rage128 GL составляли 90 и 110 МГц соответственно. Между тем, в функциональном плане карточки на Rage128 так и не принесли ничего нового — все та же поддержка 32-битного цвета и трилинейной фильтрации вкупе с полноэкранным и краевым сглаживанием изображения. Заметим, что после Riva TNT мультитекстурирование поддерживали все, и Rage128 — не исключение. Тогда, осенью 1998-го, лидерами продаж были nVidia Riva TNT и 3Dfx Voodoo Banshee. Новоявленный графический процессор мог бы превзойти конкурентов и стать настоящей сенсацией. Но, к несчастью, ATI Rage128 работал под управлением очень сырых и недоработанных драйверов, из-за которых этот чип сильно опоздал с выходом на рынок. В результате ему пришлось конкурировать уже со следующим поколением видеоакселераторов, представленным в образе 3Dfx Voodoo3 и nVidia Riva TNT2.

Слева: 3Dfx Voodoo3 3000. Отличительная черта — белый радиатор, причем весьма необычной формы. Справа: топовая модель всего семейства видеокарт Voodoo3. Обратите внимание — 3500-й оснащен TV-тюнером и специальным коммутатором VIVO.
Новый виток в развитии видеокарт от 3Dfx ознаменовало слияние с STB Systems. Отныне компания прекратила продажу своих чипов сторонним производителям и начала поставлять видеокарты под собственной торговой маркой. К выходу в свет готовилась целая серия новых чип от 3Dfx. В это же время компания судилась с nVidia. 3Dfx утверждала, что она имеет исключительные права на технологию мультитекстурирования, и пыталась доказать, что поддержка этой технологии в TNT незаконна. Но разбирательство затянулось и ни к чему не привело. Новый продукт получил имя Voodoo3 и был разделен на три вида: Voodoo3 2000 , Voodoo3 3000 и Voodoo3 3500. Каждая из видеокарт была ориентирована на определенного потребителя. Так, скажем, Voodoo3 2000 — облегченный вариант для покупателей, считающих каждую копейку. В свою очередь, Voodoo3 3000 ориентирован на массового пользователя. Что касается Voodoo3 3500, то здесь все просто — в сочетании с максимальной функциональностью старший чип семейства просто-таки обязан обладать зверской производительностью. К слову о модельном ряде Voodoo3. Чуть погодя, в семействе Voodoo3 появились еще две видеокарты — Velocity 100 и Velocity 200 , которые позиционировались, прежде всего, как сверхпроизводительное офисное решение. Рассмотрим краткие характеристики и общие возможности семейства Voodoo3: • тактовая частота Voodoo3 3500 — 183 МГц (для чипа и памяти); • тактовая частота Voodoo3 3000 — 166 МГц; • тактовая частота Voodoo3 2000 — 143 МГц; • тактовая частота Velocity 100/200 — 143 МГц; • поддержка AGP 2х ; • SDRAM/SGRAM-память; • максимальный объем видеопамяти — 16 Мбайт; • билинейная, трилинейная и анизотропная фильтрации; • усовершенствованное 128 -битное 2D -ядро от Banshee.

Один из представителей видеокарт серии Riva TNT2, а именно — Riva TNT2 M64.
Узким местом, вызвавшим множество нареканий, стал максимальный объем видеопамяти. Плюс ко всему, очевидным минусом всего семейства Voodoo3 стало отсутствие поддержки 32-битного цвета. Хотя в действительности картинка обрабатывалась в полноценном 32-битном цвете, но по пути через кадровый буфер изображение конвертировалось в злосчастные 16 бит. Ситуация была очевидна — 3Dfx поставила на скорость и просчиталась. Мир узнал о Riva TNT2 … Следующий графический чип от nVidia был построен по технологии Twin-Texel 2 и был разделен на два класса — полноценный и бюджетный. Представителями бюджетной серии стали Vanta и Riva TNT2 M64. По сути, Vanta — это удешевленный вариант графического процессора Riva TNT2 с поправкой на рынок дешевых компьютеров. В сравнении с полноценной версией чипа, Vanta работал на урезанной до 64 бит шине памяти, а также на заниженных тактовых частотах — 100 и 125 МГц. Хотя, сказать по правде, в эпоху TNT2 производители видеокарт довольно-таки часто отходили от эталонных значений тактовых частот. Так, например, на свет появлялись модификации Vanta с 110 - и даже с 150 -мегагерцовой памятью! Кстати говоря, вариант Riva TNT2 с приставкой M64 также причислен к видеокартам бюджетного класса и отличался от Vanta лишь рабочими частотами ядра и памяти. Помимо Vanta и M64, в природе существовали мощные (и как следствие — очень дорогие) видеокарты на базе графического ядра Riva TNT2 ( Regular TNT2 ) и Riva TNT2 Ultra. Regular TNT2 отличался от Ultra только по тактовым частотам — 125 и 150 МГц для обычной TNT2 против 150 и 183 МГц для TNT2 Ultra. Разобравшись с различными модификациями TNT2, переходим к технической стороне вопроса. Вне зависимости от типа графического ядра все видеокарты на базе Riva TNT2 комплектовались от 8 до 32 Мбайт SDRAM-памяти. Кроме того, все платы Riva TNT2 поддерживали высокоскоростную шину AGP 4x , а потому в случае необходимости могли оперировать текстурами прямо в системной памяти компьютера. К слову, о текстурах. Так же как и предшественник, Riva TNT2 не мог обеспечить качественную трилинейную фильтрацию. Про достойную анизотропию вообще и речи не шло! Однако в рукаве у nVidia всегда имелась пара козырей…

Эталонная плата на базе графического чипа ATI Rage128 Pro.
По традиции сильной стороной видеокарт TNT2-серии была поддержка 32-битного цвета. В частности, TNT2 и TNT2 Ultra в этом отношении были просто на высоте! Что же касается 16-битного режима, то тут TNT2 заметно проигрывала видеокарточкам семейства Voodoo3. Но, скажите мне, кому нужен 16-битный цвет, если на дворе тотальная 32-битность? Правильно — никому, ибо отныне 32-битный цвет превратился в своеобразный стандарт де-факто в мире игровых приложений. Сказать честно, Riva TNT2 Ultra была самой быстрой платой своего времени. Отчасти это произошло потому, что nVidia выпустила TNT2 раньше намеченного срока. Плюс ко всему, еще в далеком 1998 году инженеры nVidia сделали упор на качество изображения и, в частности, на 32-битный цвет. Ведь именно первый TNT задал курс развития видеокарт нового поколения. Что же касается 3Dfx, то, к несчастью, Voodoo3 не работал в 32-битном цвете, и это было значительным ограничением. Так, например, сам Джон Кармак с трудом находил аргументы в пользу 3Dfx. Прошло около года с момента релиза ATI Rage128. И вот — ATI объявила о втором рождении Rage128. Обновленный чип получил имя Rage128 Pro. Шагая в ногу со временем, Rage128 Pro работал на частоте 140 МГц и оснащался быстрой 159 -мегагерцовой SGRAM-памятью. Кроме того, обновленный Rage128 обзавелся поддержкой анизотропной фильтрации, причем на весьма хорошем уровне. Что касается скорости и качества выводимого изображения, Rage128 Pro также показывал достойные результаты. В режиме 32-битного цвета Rage128 Pro довольно часто обходил Riva TNT2. Однако подобная картина наблюдалась только в Direct3D-приложениях. В OpenGL все было в точности наоборот.

Matrox G400 с поддержкой технологии DualHead Display.
Между тем, если говорить исключительно о качестве изображения, то здесь неоспоримым лидером стал G400 от Matrox. Канадская компания Matrox, занимающаяся разработками в области графики и видео уже более 20 лет, анонсировала G400 примерно в середине 1999 года. К основным достоинствам этого чипа можно отнести превосходное качество изображения в 32-битном цвете, а также поддержку технологии DualHead Display. С помощью этой технологии к видеокартам на базе G400 подключались два различных устройства вывода изображения — будь то простой монитор, ЖК-панель или телевизор. Более того, DualHead Display того времени стал прототипом нынешнего nView на видеокартах производства nVidia. Прощай, король, прощай… Осень 1999-го. Компанию 3Dfx стали ругать за отсутствие таких простых вещей, как 32-битный цвет и полнофункциональный AGP 4x. Вследствие чего на горизонте появляются Voodoo4 4500 , Voodoo5 5000 , Voodoo5 5500 и Voodoo5 6000. Кремниевым сердцем нового семейства стал чип VSA-100 , но неожиданно появились проблемы с его производством. Анонс новых видеокарт серии Voodoo был отложен. Проблема была еще и в том, что в команде 3Dfx не хватало персонала. В частности, над проблемами VSA-100 бились всего два человека! Некоторое время спустя акции компании резко упали в цене. Чтобы поправить свое положение, 3Dfx приняла решение анонсировать новую линейку Voodoo. Однако первая ласточка — Voodoo5 5500 — появилась лишь в июне 2000-го, но и то в ограниченных количествах. Платы на базе Voodoo4 4500, Voodoo5 5000 и Voodoo5 6000 обещали чуть позже. Между тем, пока маркетинговая служба расписывала все прелести запоздалого Voodoo5 5500, компания в агонии доживала свои последние дни. Как следствие — в декабре 2000 года nVidia купила 3Dfx с потрохами. Эра 3Dfx канула в небытие.

Слева: 3Dfx Voodoo4 4500. Младший представитель обновленной линейки Voodoo. Справа: 3Dfx Voodoo5 5500. Было ли у Voodoo будущее? Возможно, что и нет…
Вот мы и пришли к окончанию первой части нашего материала. В следующем номере “Игромании” мы продолжим разговор о развитии игровых видеокарт. Кроме того, только в июньском номере наш уважаемый читатель узнает, что такое вершинный и пиксельный шейдеры, кто придумал GPU и, наконец, кто же на сегодняшний день лидирует на рынке видеокарт. А также мы расскажем о том, как сгорали разгоряченные GeForce 'ы и какую видеокарту предпочитают разработчики культового Doom III …