为何如此强大 探秘M1730物理加速本质

作者： 孙希萌

·游戏仅靠CPU、GPU？物理加速概念横空出世

    早几年的电脑，其3D显示部分基本上全部交于CPU进行处理，而显卡则只是负责一般的2D部分显示。在那个时候，基本上可以认为显卡的功能只是“点亮”电脑而已。随着电脑逐渐的放下了科学仪器的身份，人们也慢慢发现它还具有一定的娱乐功能。一时间，各种各样的游戏出现在了当时的电脑上，但是就像前面所说的那样，因为3D显示处理任务都交于CPU来进行，所以2D游戏是那个时代的娱乐主角。

    有时候，回想起来90年代的电脑发展，真有些美国“黄金年代”的感觉。新技术不断的被推出，有些功成名就，有些则功亏一篑。仿佛就是一场建立假设与推翻假设的试验，而试验室就是市场。

三种处理单元之间的关系

    1996年，由于3D游戏以及相应软件的推进，市面上几乎所有的显卡产都开始宣称自己具备相当的3D显示能力，只不过这些“3D显示能力”大部分是通过显卡芯片完成常规画面渲染工作，而重要的3D场景建模和光照效果运算都是通过CPU由软件来计算完成的。除此之外，DirectX、OpenGL等等API也处于纷争状态，没有一个统一的标准，实际的3D效果可谓十分有限。直至1997年，随着3DFX Voodoo图形加速子卡的问世，才让人们了解到3D原来可以如此美好。而到了1998年GeForce256显示芯片出现在地球上，其内置的硬件T&L（几何转换和光源处理）引擎，可以直接完成场景构建和光照运算，大幅提升了显卡3D性能并降低了CPU的负担，也为图像处理技术的发展指明了方向，而3D显示芯片也慢慢的有了一个更好听的名字——GPU（Graphics Processing Unit 图形处理单元）。

    时过境迁，看如今的娱乐市场，已经没有哪款游戏还是以2D效果示人。在有着强大硬件支持的情况下，各个游戏厂商可谓大显身手把看家的技术都掏出来，为的就是更加逼真的游戏场景以及物理特效。但是尽管有着强大的CPU以及GPU的支持，但是人们总是在进行游戏的时候觉得缺少些什么。也的确，威力强大的武器打在墙上看到的也仅仅是生硬的贴图；风吹过田野后表现出来的也仅仅是那些植物生硬的摆动，而这些摆动也似乎编排好的；除此之外，像是尘土、碎石以及一切带有物理定律的场景表现起来总是让人看着不舒服。

Ageia PhysX物理加速芯片

    虽然如今的CPU、GPU已经足够强大，但是他们在面对有着众多物理碰撞等需要遵循自然界定律的场景中还是有些相形见拙，毕竟真正庞大的计算量正是在于此。也许每一次问题的出现都预示着一种市场需求，然而满足这种需求又是厂商义不容辞的责任。在2005年3月19日，美国AGEIA公司于当年的Game Developers Conference（游戏开发者论坛）上发表了全球第一款采用硬件加速的物理运算处理器（Physics Processing Unit），也就是我们后面说到的PPU。AGEIA公司将其命名为PhysX，并称它将会出现在下一代包括PC和游戏主机中。

戴尔XPS M1730笔记本内预置的物理加速卡

    引用AEGIA公司在发布PPU时的解释：在早期，复杂的3D图形一般需要通过CPU以软件的运算方式才能得以实现，而GPU的出现接过了CPU的这部分工作，3D显示工作也开始通过GPU的强大运算来完成，当然它并没有完全脱离CPU的管制。AEGIA公司认为GPU的出现降低了CPU的工作负担，同时为用户提供了更加完美视觉效果和图形效果，而PPU的出现也是如此。PhysX在游戏画面上带来一些较为显著的改变包括：由于爆炸所引起的烟尘和碎片的效果；通过制造更加复杂、节点更多的几何图形来形成更为逼真、交互性更强的动作；包括人物的服装、眼泪等细节都会和真实的场景一模一样；当风吹过衣物、或者树叶之类时，物体会呈现出自然的摆动；环绕在物体周围的浓烟与尘雾将会形成一种运动的效果。

“滚石”Demo中多个石块自由下落

    在2006年的E3大展上，AGEIA公司展示了完全依靠其所研制的PPU进行的DEMO演示。在第一个Demo场景中约有4200个多边型石块从一个山坡上滚下来，并且在运动的过程中，每块石头都以不同的物理条件自由下落，石头会因为高度、速度、重力及撞击而改变运动规则，它创造的完全是一个“真实”的客观世界，一切运动都是即时的，不再是以前游戏中每个物体的移动都是按照计算好的路线进行运动。目前的CPU在游戏中大约可以同时处理1000个左右的自由移动的多边形物体，而PhysX PPU可以同时达到32000个，如果再进一步改善驱动程序，则预计可以达到40000～50000个，所以说PPU在游戏中的物理运算地位是目前CPU难以替代的。

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