Vývoj grafických akcelerátorů: 1. díl
2.7.2010, Vojtěch Kubiš, článek
Dnes se podíváme na vývoj prvních grafických čipů a probereme jejich přínos pro svět počítačů. V tomto díle projdeme přes počátky akcelerované grafiky a zaměříme se na společnosti ATI a Nvidia v 90. letech.
Kapitoly článku:
- Vývoj grafických akcelerátorů: 1. díl
- ATI Technologies
- Nvidia Corporation
Úspěch s IBM 8514/A přiměl další společnosti, aby se na něm pokusily přiživit. Jednou z prvních byla ATI, která v roce 1991 představila svůj klon 8514/A v podobě čipu Mach 8. Prvním rozdílem bylo využití sběrnice ISA a případně MCA, což bylo rozhodně moudřejší, než použití jen příliš nerozšířeného MCA. Umožňoval použití paměťových modulů DRAM i VRAM o celkové kapacitě 512 kB až 1 MB, takže výrobci grafických karet mohli na tomto čipu postavit několik variant různých cenových kategorií.
O rok později přichází zdokonalení v podobě ATI Mach 32, které nabízí větší možnosti barevné hloubky, tedy až 24 bitů, maximální rozlišení až 1280x1024. Zůstala zachována podpora VRAM i DRAM modulů a maximální kapacita dosahovala až 2 MB. Stejně tak zůstala zachována podpora pro sběrnici ISA a MCA, ale přibyla také možnost tento čip osadit na karty určené pro EISA, VLB nebo PCI.
Celé dva roky ATI neuvedla žádný další čip, pracovala totiž na Mach 64, která se stala dodnes využívanou kartou pro nenáročné 2D aplikace. Vzniklo velké množství variant čipů a samotných grafických karet. Zjednodušeně je můžeme rozdělit na celkem 4 generace, Mach 64 GX, CT, VT a GT. Důležitá byla podpora pro převod barev z formátu YUV (používán při kompresi videa) do formátu RGB. Stal se tak průkopníkem v oblasti akcelerace přehrávání videa.
ATI Mach 64 GX
Jako první spatřila světlo světa generace CT následovaná GX. Obě si byly velmi podobné, kromě drobností se lišily jiným paměťovým řadičem. CT podporovala maximálně 2 MB paměti, GX až 4, to se však negativně projevilo na ceně, proto byla orientována spíše na hi-end nebo profesionální segment. Oba dva čipy podporovaly sběrnice ISA, PCI a VLB a tehdy standardní VESA Feature connector.
Jako další se objevuje generace VT a od své předchůdkyně GX se poměrně dost liší. Změn se dočkal paměťový řadič, který podporoval jen maximálně 2 MB, což ale na 2D stačilo. Zvýšen byl výkon a také přibyla podpora pro akceleraci přehrávání videa na celé obrazovce. To znamenalo plynulé přehrávání videa o rozlišení až 352*240 na celé obrazovce (800*600 nebo 1024*768). Další změnou byla podpora pouze PCI.
Generace s označením Mach 64 GT se prodávala jako první série čipů 3D Rage. Byla obohacena o nové 3D jádro, zbytek byl převzat z generace VT. Nikdy se nestala příliš úspěšnou, protože měla několik neduhů. Prvním byl převzatý paměťový řadič, který si s sebou nesl omezení na maximálně 2 MB GRAM, což bylo pro 3D už příliš málo. Dalším neduhem byla chybějící podpora pro filtraci textur a absence plně hardwarového Z-Bufferu. Díky tomu byla odsouzena spíše pro low-end a multimediální využití, kde si vedla dobře.
3D Rage II se na trh dostalo v roce 1995, tedy o rok po své první generaci. Opraveny byly právě nedostatky původního 3D Rage. Zastaralý paměťový řadič byl nahrazen modernějším, který umožňoval kapacitu paměti až 8 MB připojenou 64bit sběrnicí. Také se zvýšila frekvence jádra z 40 MHz na 60 MHz a přidána byla bilineární a trilineární filtrace textur. To všechno vedlo ke značnému zvýšení výkonu v 3D hrách, což bylo právě to, co minulému čipu chybělo. 3D Rage II své uplatnění našlo také v některých Macintosh počítačích, např. Macintosh G3 nebo Power Mac 6500. Později vznikla další půlgenerace s názvem 3D Rage II+DVD, která, jak už z názvu vyplývá, zahrnovala podporu pro přehrávání DVD, tedy MPEG-2.
ATI Technologies Inc., původně zvané Array Technologies Incorporated, je kanadská společnost založená v roce 1985 třemi spolupracovníky - Lee Ka Lau, Benny Lau a Kwok Yuen Ho. Zpočátku se soustředila na OEM oblast a vyráběla integrované grafické karty pro výrobce počítačů jako IBM a Commodore. S nimi měla nevídaný úspěch, a tak se v roce 1987 ATI stává samostatnou společností a představuje grafické karty EGA Wonder a VGA Wonder. V roce 1993 vstupuje na burzu a své akcie prodává na Toronto Stock Exchange a NASDAQ.
Mezi důležité počiny patří také vytvoření řady All-in-Wonder (grafická karta s integrovaným TV tunerem) v roce 1996, odkoupení Tseng Labs o rok později a ArtX v roce 2000. Podstatný byl také kontrakt s Microsoftem na vytvoření grafického jádra pro herní konzole Xbox 360. V roce 2006 byla převzata společností AMD za 5,4 miliard dolarů. O rok později došlo k restrukturalizaci. V nejvyšším vedení jsou Rick Bergman a Adrian Hartog, oba jsou podřízeni AMD CEO Dirk Meyerovi. Na obrázku je sídlo v městě Markham (prakticky část Toronta) v Kanadě.
ATI 3D Rage Pro se na svět dostala v roce 1997 a stala se tak první ATI kartou, která podporovala sběrnici AGP. Technologicky byla velmi vyspělá, vylepšení se dočkalo perspective corection, akcelerace mlhy a průhlednosti, nový triangle setup engine a podpora pro specular lighting. To vše znělo velice slibně, minimálně tak slibně, aby se to vyrovnalo konkurenci v podobě 3dfx Voodoo a Nvidia RIVA 128. Bohužel se tak nestalo, a to především díky slabým ovladačům. Později ATI uvedla opravené ovladače a slibovala nárůst výkonu až o 40%.
Ve skutečnosti se výkon zvýšil hlavně v případě benchmarků, ve hrách byl nárůst menší. Současně s tím ATI přejmenovala 3D Rage Pro na 3D Rage Pro Turbo, což byl sice laciný trik, ale na spoustu neinformovaných zákazníků fungoval. Dobrým marketingovým tahákem byla také podpora pro přehrávání DVD a poměrně nízká cena. Díky tomu se 3D Rage Pro nestal takovým debaklem, jak to před revizí ovladačů vypadalo, prestiž ATI to ovšem poškodilo.
Po odkoupení Tseng Labs se do týmu ATI začlenilo dalších 40 schopných inženýrů a společně v roce 1998 dokončili vývoj Rage 128. Jak už název napovídá, čip využíval 128bit paměťovou sběrnici. ATI se snažilo poučit z vlastních chyb, takže ovladače nebyly tak katastrofické jako v případě 3D Rage Pro, ale dokonalé nebyly ani zdaleka. Přibyla také dříve opomíjená podpora pro OpenGL, takže si hráči mohli vychutnat Quake III Arena v plné parádě.
Konkurence v podobě 3dfx Voodoo 2 a Nvidia RIVA TNT byla ovšem popředu, takže se Rage 128 nějak zvlášť dobře neprodávala a situaci musely opět zachranit OEM trhy. Na ty byla také cílena verze s příponou VR, měla proto nižší takty, menší kapacitu paměti a užší paměťovou sběrnici, tedy 64bit. Výhodou však byly multimediální schopnosti a nízká cena. Obě karty využívaly AGP. Na základech ATI Rage 128 vznikla také další, v pořadí už třetí, generace karet All-in-Wonder.
Quake III Arena, hra založená především na multiplayerové akci, oblíbená především pro svou jednoduchost a rychlost. Hru v roce 1999 vydal id Software a velmi rychle si našla své příznivce. Díky svému OpenGL engine id Tech 3 se rozšířila kromě PC i na další platformy jako je MacOS, Play Station 2 nebo Xbox Live Arcade. Dodnes se pořádají Quake III Arena turnaje a až do roku 2005 se v ní soutěžilo na akcích světového měřítka jako Electronic Sports World Cup. V roce 2005 byly uvolněny zdrojové kódy pod GNU licencí.
O rok později po Rage 128 se na trh dostává další generace v podobě Rage 128 PRO. Jednalo se o značně upravenou Rage 128. Mezi novinky patřila podpora rozhraní DirectX 6.0, zlepšená filtrace textur, AGP 4x a přepracované přehrávání videa díky novému čipu ATI Theatre. Technologicky byl tedy velmi vyspělý, to však k porážce konkurence nestačilo. Problémové byly opět ovladače, ačkoli si ATI v tomhle směru udržela zlepšující se tendenci. Dalším nedostatkem byly příliš nízké takty. Ikdyž byl čip chlazen jen malým pasivem a příliš nehřál, takty dosahovaly maximálně 125 MHz, což bylo na 183 MHz v případě 3dfx Voodoo 3 nebo 150 MHz v případě Nvidia RIVA TNT2 Ultra málo. I přes to dokázala oba zmíněné konkurenty potrápit.
To samé se podařilo i dvou čipové kartě Rage Fury MAXX. Na jediném PCB byly dva obyčejné čipy Rage 128 PRO (každý měl svých 32 MB RAM), které využívaly patentovanou technologii Alternate Frame Rendering, tedy systém, kdy každý čip renderuje vlastní snímek a střídají se v jejich vykreslování. To přineslo skoro dvojnásobný výkon, takže byla skopna konkurovat Nvidia GeForce 256, tedy aspoň modelům s SDR RAM.
Čipy však trpěly chybějící HW podporou T&L (Transform and Lighting), což se projevovalo především s příchodem nových her, které T&L implementovaly. Dalším závažným problémem byla chybějcí podpora ze strany Microsoftu při uvedení Windows 2000, které přestaly AFR podporovat. Ideálním systémem pro Rage Fury MAXX tak zůstaly Windows 98/ME, čímž karta přišla o velkou část potenciálních zákazníků.
ATI Rage Fury MAXX - 2x 32 MB, 2x 125 MHz
Za velmi důležitý krok ATI se považuje vstup na mobilní segment už v listopadu 1996 s Rage LT a od té doby většina čipů Rage dostala svá mobilní dvojčata až do roku 1999, kdy se na trh dostal poslední mobilní Rage čip – Rage 128 PRO. Svůj úspěch si zajistily díky akcelerovanému přehrávání DVD, nízké spotřebě a ceně, což bylo přesně to, co se tehdy od mobilních grafických karet očekávalo.
O rok později přichází zdokonalení v podobě ATI Mach 32, které nabízí větší možnosti barevné hloubky, tedy až 24 bitů, maximální rozlišení až 1280x1024. Zůstala zachována podpora VRAM i DRAM modulů a maximální kapacita dosahovala až 2 MB. Stejně tak zůstala zachována podpora pro sběrnici ISA a MCA, ale přibyla také možnost tento čip osadit na karty určené pro EISA, VLB nebo PCI.
Celé dva roky ATI neuvedla žádný další čip, pracovala totiž na Mach 64, která se stala dodnes využívanou kartou pro nenáročné 2D aplikace. Vzniklo velké množství variant čipů a samotných grafických karet. Zjednodušeně je můžeme rozdělit na celkem 4 generace, Mach 64 GX, CT, VT a GT. Důležitá byla podpora pro převod barev z formátu YUV (používán při kompresi videa) do formátu RGB. Stal se tak průkopníkem v oblasti akcelerace přehrávání videa.
ATI Mach 64 GX
Jako první spatřila světlo světa generace CT následovaná GX. Obě si byly velmi podobné, kromě drobností se lišily jiným paměťovým řadičem. CT podporovala maximálně 2 MB paměti, GX až 4, to se však negativně projevilo na ceně, proto byla orientována spíše na hi-end nebo profesionální segment. Oba dva čipy podporovaly sběrnice ISA, PCI a VLB a tehdy standardní VESA Feature connector.
Jako další se objevuje generace VT a od své předchůdkyně GX se poměrně dost liší. Změn se dočkal paměťový řadič, který podporoval jen maximálně 2 MB, což ale na 2D stačilo. Zvýšen byl výkon a také přibyla podpora pro akceleraci přehrávání videa na celé obrazovce. To znamenalo plynulé přehrávání videa o rozlišení až 352*240 na celé obrazovce (800*600 nebo 1024*768). Další změnou byla podpora pouze PCI.
Generace s označením Mach 64 GT se prodávala jako první série čipů 3D Rage. Byla obohacena o nové 3D jádro, zbytek byl převzat z generace VT. Nikdy se nestala příliš úspěšnou, protože měla několik neduhů. Prvním byl převzatý paměťový řadič, který si s sebou nesl omezení na maximálně 2 MB GRAM, což bylo pro 3D už příliš málo. Dalším neduhem byla chybějící podpora pro filtraci textur a absence plně hardwarového Z-Bufferu. Díky tomu byla odsouzena spíše pro low-end a multimediální využití, kde si vedla dobře.
3D Rage II se na trh dostalo v roce 1995, tedy o rok po své první generaci. Opraveny byly právě nedostatky původního 3D Rage. Zastaralý paměťový řadič byl nahrazen modernějším, který umožňoval kapacitu paměti až 8 MB připojenou 64bit sběrnicí. Také se zvýšila frekvence jádra z 40 MHz na 60 MHz a přidána byla bilineární a trilineární filtrace textur. To všechno vedlo ke značnému zvýšení výkonu v 3D hrách, což bylo právě to, co minulému čipu chybělo. 3D Rage II své uplatnění našlo také v některých Macintosh počítačích, např. Macintosh G3 nebo Power Mac 6500. Později vznikla další půlgenerace s názvem 3D Rage II+DVD, která, jak už z názvu vyplývá, zahrnovala podporu pro přehrávání DVD, tedy MPEG-2.
ATI Technologies Inc., původně zvané Array Technologies Incorporated, je kanadská společnost založená v roce 1985 třemi spolupracovníky - Lee Ka Lau, Benny Lau a Kwok Yuen Ho. Zpočátku se soustředila na OEM oblast a vyráběla integrované grafické karty pro výrobce počítačů jako IBM a Commodore. S nimi měla nevídaný úspěch, a tak se v roce 1987 ATI stává samostatnou společností a představuje grafické karty EGA Wonder a VGA Wonder. V roce 1993 vstupuje na burzu a své akcie prodává na Toronto Stock Exchange a NASDAQ.
Mezi důležité počiny patří také vytvoření řady All-in-Wonder (grafická karta s integrovaným TV tunerem) v roce 1996, odkoupení Tseng Labs o rok později a ArtX v roce 2000. Podstatný byl také kontrakt s Microsoftem na vytvoření grafického jádra pro herní konzole Xbox 360. V roce 2006 byla převzata společností AMD za 5,4 miliard dolarů. O rok později došlo k restrukturalizaci. V nejvyšším vedení jsou Rick Bergman a Adrian Hartog, oba jsou podřízeni AMD CEO Dirk Meyerovi. Na obrázku je sídlo v městě Markham (prakticky část Toronta) v Kanadě.
ATI 3D Rage Pro se na svět dostala v roce 1997 a stala se tak první ATI kartou, která podporovala sběrnici AGP. Technologicky byla velmi vyspělá, vylepšení se dočkalo perspective corection, akcelerace mlhy a průhlednosti, nový triangle setup engine a podpora pro specular lighting. To vše znělo velice slibně, minimálně tak slibně, aby se to vyrovnalo konkurenci v podobě 3dfx Voodoo a Nvidia RIVA 128. Bohužel se tak nestalo, a to především díky slabým ovladačům. Později ATI uvedla opravené ovladače a slibovala nárůst výkonu až o 40%.
Ve skutečnosti se výkon zvýšil hlavně v případě benchmarků, ve hrách byl nárůst menší. Současně s tím ATI přejmenovala 3D Rage Pro na 3D Rage Pro Turbo, což byl sice laciný trik, ale na spoustu neinformovaných zákazníků fungoval. Dobrým marketingovým tahákem byla také podpora pro přehrávání DVD a poměrně nízká cena. Díky tomu se 3D Rage Pro nestal takovým debaklem, jak to před revizí ovladačů vypadalo, prestiž ATI to ovšem poškodilo.
Po odkoupení Tseng Labs se do týmu ATI začlenilo dalších 40 schopných inženýrů a společně v roce 1998 dokončili vývoj Rage 128. Jak už název napovídá, čip využíval 128bit paměťovou sběrnici. ATI se snažilo poučit z vlastních chyb, takže ovladače nebyly tak katastrofické jako v případě 3D Rage Pro, ale dokonalé nebyly ani zdaleka. Přibyla také dříve opomíjená podpora pro OpenGL, takže si hráči mohli vychutnat Quake III Arena v plné parádě.
Konkurence v podobě 3dfx Voodoo 2 a Nvidia RIVA TNT byla ovšem popředu, takže se Rage 128 nějak zvlášť dobře neprodávala a situaci musely opět zachranit OEM trhy. Na ty byla také cílena verze s příponou VR, měla proto nižší takty, menší kapacitu paměti a užší paměťovou sběrnici, tedy 64bit. Výhodou však byly multimediální schopnosti a nízká cena. Obě karty využívaly AGP. Na základech ATI Rage 128 vznikla také další, v pořadí už třetí, generace karet All-in-Wonder.
Quake III Arena, hra založená především na multiplayerové akci, oblíbená především pro svou jednoduchost a rychlost. Hru v roce 1999 vydal id Software a velmi rychle si našla své příznivce. Díky svému OpenGL engine id Tech 3 se rozšířila kromě PC i na další platformy jako je MacOS, Play Station 2 nebo Xbox Live Arcade. Dodnes se pořádají Quake III Arena turnaje a až do roku 2005 se v ní soutěžilo na akcích světového měřítka jako Electronic Sports World Cup. V roce 2005 byly uvolněny zdrojové kódy pod GNU licencí.
O rok později po Rage 128 se na trh dostává další generace v podobě Rage 128 PRO. Jednalo se o značně upravenou Rage 128. Mezi novinky patřila podpora rozhraní DirectX 6.0, zlepšená filtrace textur, AGP 4x a přepracované přehrávání videa díky novému čipu ATI Theatre. Technologicky byl tedy velmi vyspělý, to však k porážce konkurence nestačilo. Problémové byly opět ovladače, ačkoli si ATI v tomhle směru udržela zlepšující se tendenci. Dalším nedostatkem byly příliš nízké takty. Ikdyž byl čip chlazen jen malým pasivem a příliš nehřál, takty dosahovaly maximálně 125 MHz, což bylo na 183 MHz v případě 3dfx Voodoo 3 nebo 150 MHz v případě Nvidia RIVA TNT2 Ultra málo. I přes to dokázala oba zmíněné konkurenty potrápit.
To samé se podařilo i dvou čipové kartě Rage Fury MAXX. Na jediném PCB byly dva obyčejné čipy Rage 128 PRO (každý měl svých 32 MB RAM), které využívaly patentovanou technologii Alternate Frame Rendering, tedy systém, kdy každý čip renderuje vlastní snímek a střídají se v jejich vykreslování. To přineslo skoro dvojnásobný výkon, takže byla skopna konkurovat Nvidia GeForce 256, tedy aspoň modelům s SDR RAM.
Čipy však trpěly chybějící HW podporou T&L (Transform and Lighting), což se projevovalo především s příchodem nových her, které T&L implementovaly. Dalším závažným problémem byla chybějcí podpora ze strany Microsoftu při uvedení Windows 2000, které přestaly AFR podporovat. Ideálním systémem pro Rage Fury MAXX tak zůstaly Windows 98/ME, čímž karta přišla o velkou část potenciálních zákazníků.
ATI Rage Fury MAXX - 2x 32 MB, 2x 125 MHz
Za velmi důležitý krok ATI se považuje vstup na mobilní segment už v listopadu 1996 s Rage LT a od té doby většina čipů Rage dostala svá mobilní dvojčata až do roku 1999, kdy se na trh dostal poslední mobilní Rage čip – Rage 128 PRO. Svůj úspěch si zajistily díky akcelerovanému přehrávání DVD, nízké spotřebě a ceně, což bylo přesně to, co se tehdy od mobilních grafických karet očekávalo.
