NV40能否重现NVIDIA的辉煌

　　NVIDIA曾经在图形卡市场上呼风唤雨，但是从2002年下半年开始让老对手ATi抢走了风头，NV40能否重现NVIDIA的辉煌，让我们从NVIDIA的第一代GPU说起。

　　NV10：这是nVidia最初的GPU，最早一款产品是Geforce 256。它在1999年发布，研

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发代号是NV10。从此以后，nVidia就开始进入每六个月进行一次产品更新的周期。Geforce 256是第一款被称为图形处理器(GPU)的产品，它包括了一项革新的技术：变形和光照(T&L)引擎，而在此之前T&L都是由CPU完成的，这对CPU来说是很复杂的计算，会成为系统的瓶颈。但实际上Geforce 256的T&L引擎成为了限制开发者的一个因素，它的特征不能完全被控制，芯片所支持的就是你所能得到的。但不管怎么说把T&L功能从CPU移动到GPU就是一项很大的革新了，解决了系统的瓶颈。Geforce 256在这方面处于领先地位，后来又推出了Geforce2 GTS，它增加了性能并加入新特征：nVidia的Shading Rasterizer(NSR)，NSR允许在图形卡上每个像素着色效果，这个系列最强的是Geforce2 Ultra。

　　NV20：nVidia下一代的图形核心就是NV20,它的正式名称是Geforce 3，Geforce 3是第一款支持可编程的着色器(shader units)的图形处理器，NVIDIA称之为nfiniteFX引擎，它分成顶点(vertex)着色器和像素(pixel)着色器。Geforce 3比Geforce 256更加接近CPU，这得益于它的可编程特性。配合微软推出了DirectX 8，Geforce 3提供了像素着色器1.1和顶点着色器1.1的支持。当DirectX 8.1发布时，Geforce3提供了像素着色器1.3的支持，这要大幅领先于早期那些采用固定功能的显卡。

　　很快NVIDIA推出了NV25，这就是大家所熟知的Geforce 4 Titanium。和Geforce 3相比，Geforce 4 Ti增加了额外的顶点着色器，使用了双倍的顶点着色器，NVIDIA称之为nfiniteFX II。实际的像素着色器与顶点着色器版本不变，支持PS1.3和VS1.1。后来Geforce 4 Ti4200取得了巨大的成功，一度垄断了中端显卡市场，NV25的顶级产品是Geforce 4 Ti4600。

　　在NV30之前，NVIDIA对3D游戏有两个重大的贡献，一是T&L(由Geforce 256引入)，另一个是使用分离的顶点着色器和像素着色器的可编程图形处理器(由Geforce 3引入)，这些在3D游戏开发方面起到了革命性的影响作用。

　　NV30：NV30可能是NVIDIA心中的永远的痛，就在这时NVIDIA让老对手ATi超过。在2002年7、8月间，ATi发布了令人惊讶的Radeon 9700(R300)VPU，它支持微软新开发的DirectX 9，提供给玩家更好的游戏体验。而NVIDIA NV30的发布却推迟了，当时NVIDIA尝试着把GPU的工艺推进到0.13微米，由台积电(TSMC)来生产，我们知道当时台积电在0.13微米工艺上出了问题，这造成了NV30难产，而一向保守的ATi仍然延用0.15微米工艺，因此在生产上没有问题。此外NV30还首先使用DDR-II DRAM做为显存，这也是造成发布延期的原因之一。实际上直到2002年11月才推出第一款产品Geforce FX5800 Ultra，而产品上市要更晚些，加上Geforce FX5800 Ultra的产量并不高，这款产品在市场上生存的周期并不长。

　　NVIDIA很快推出NV35，在2003年三月正式发布了Geforce FX5900 Ultra，它浮点着色器性能比Geofrce FX5800 Ultra提高了一倍，并且把显存位宽增加到256位，引入了Ultrashadow技术，这是提升阴影锥(shadow volumes)运算速度的方法。到了2003年十月，NVIDIA又发布了NV38，它包括Geforce FX5900 Ultra和Gefroce FX5700 Ultra，这次升级在架构上并没有什么改变。糟糕的是此时NVIDIA一直遭受着在图像品质上进行欺骗的指责，NVIDIA发布的50驱动在所有的Direct3D应用中强制成双线性过滤(Brilinear)。

　　在DirectX9着色器中，R300的管线每个时钟周期能够完成一次双线性过滤纹理(texture)贴图，并且可以执行两条数学运算指令，我们称之为1T+2M(一个材质采样，二次数学运算)，NV35的管线每个时钟周期能够进行两次双线性过滤纹理贴图而且可以最高能完成三条数学运算指令(不在过大多数情况下仅能完成两条)，在特定的游戏中我们称之为2T+3M，通常是2T+2M，实际上NV35使用的4×2流水线存在较大的并行浪费问题。R300采用了八条流水线，而NV30是四条，因此在着色器(shader)处理能力上，NV30要落后于R300。之前说的NV30有八条流水线，实际上是指在进行Z/Stencil像素输出时相当于八条流水线，Z/Stencil变量是没有色彩的，我们可以称之为"zixel"而不是pixel，也就是所谓的8×0的流水线。

　　NV40就是在这种不利的背景下推出的，有种背水一战的感觉。NVIDIA吸取NV30流水线结构上的不足，NV40采用了全新的流水线架构。

　　再来看看NV40的流水线，NV40的管线在一个时钟周期内仅能完成一次双线性过滤纹理贴图，但是它最多能完成4条数学运算指令，因此它的流水线是1T+4M，NV40拥有16条管线，可以提供16T+64M的最大处理能力，也就是16次纹理贴图加64次数学运算。NVIDIA这次把主要的精力从纹理贴图转移到数学运算上，和DirectX 8的着色器不一样，DX9允许很长的着色(shader)指令，可以说NV40是为未来的游戏和应用设计的。换句话说，在现阶段的游戏可以从16条流水线的Geforce 6800 Ultra中受益，但是对于流水线砍至12条的Geforce 6800，性能到底有多少提高就很难说了，毕竟Geforce 6800 Ultra价格只有少数玩家才能承担的起，多数玩家会选择便宜的Geforce 6800或者更低阶一些的显卡。

　　如果NV40想重现NVIDIA的辉煌，必须要有一些创新，在Geforce 6800 Ultra北京发布会上，NVIDIA公司创始人及总裁黄仁勋先生也提出了Geforce 6800 Ultra独有的优势：“这是GPU史上，新一代产品性能提升最大的一次。除了产品本身的性能提升之外，我们还以6800系列产品实现了我们两大基本策略。首先是以业界唯一支持Shader Model 3.0的GPU，将可编程能力带往一个新的境界；第二是以多种影像格式的支持能力及专业使用等级的影像处理能力，将GPU拓展至消费类电子产品市场”。黄仁勋先生也指出：“他不认为竞争对手的产品能提供Shader Model 3.0支持和内建影像处理能力”，可以说NV40的优势是明显的，也许凭借着对Shader Model 3.0的支持和内建影像处理能力，6800会开创一个新的时代，我们也希望NVIDIA能重现NV10和NV20时的辉煌。