图形加速卡的过去、现在和未来

在1996年，3D加速卡还是一个崭新的领域，S3 Virge系列和MATROX Mystique系列充斥了整个市场。但是，这两个系列的产品性能都不能令人满意，在配备了高端处理器的电脑中，有时软件加速的效果甚至比硬件加速的效果还要好，所以当时的3D加速卡被戏称为“3D减速卡”。当默默无闻的3DFX推出VOODOO加速卡之后，这一现象才得到彻底改变。

　　但是VOODOO早期的天价，为它和3DFX带来许多麻烦。VOODOO拥有每秒4500万的像素填充率，每秒100万个多边形的生成能力，支持双线过滤，板载4MB显示内存，这一切价值300美元。而且VOODOO还是一块纯3D加速卡，也就是说它必须和普通的2D显示卡配合使用，使得消费者花了300美元之后还要再掏钱购买一块2D显示卡。　　当时显示卡行业内的评论家和企业家们，对VOODOO都不断的抨击，如：“它真是太贵了！”，“它只是一块纯3D加速卡而已，没人会购买的。”，“现在的游戏根本就不需要这么强劲的加速卡，没人需要它！”。但是对于使用低像素填充率，没有过滤功能，2D和3D应用都共享可怜的1MB显存的低端显示卡的游戏玩家来说，VOODOO的出现无疑是个福音。

　　Diamond的Monster系列和Orchid的Righteous系列是最早使用VOODOO芯片的3D加速卡。当VOODOO加速卡上市一段时间后，支持VOODOO新特效的游戏也纷纷上市了。新的游戏与以往的游戏有很大的区别，它们为游戏玩家带来了以前不可想象的视觉感受。这要归功于VOODOO强劲的加速性能和能充分发挥VOODOO优势的Glide接口。

　　直到3DFX发布VOODOO 2以击败nVidia Riva128的挑战时，他们占据3D加速卡市场头把交椅已长达两年之久。当两块VOODOO 2以SLI的方式工作时，它的加速性能是空前的，超出其他厂商的加速卡数倍之多。3DFX已经成为3D游戏的代名词。　　继VOODOO 2之后，3DFX又发布了VOODOO系列中第一块集2D和3D加速为一身的显示卡——VOODOO RUSH，这两个产品为他们赚取了大笔的利润。当3DFX在1998年年末和1999年年初分别发布VOODOO BANSHEE和VOODOO 3时，俨然已成为3D加速领域内的霸主，似乎没人可以将他从这个位置上拉下来。

　　看着3DFX在显示加速卡领域中的巨大成功，新老群雄不甘落后，纷纷推出自己的新产品，欲图从3DFX的碗中分一杯羹。本来，其他厂商对3DFX是构不成什么威胁的，可是就在这时杀出了一个程咬金——微软。当时微软公司正在大力推广自己的硬件加速接口——DirectX。凭借微软在软件行业中龙头老大的地位，众多的用户和软件商都使用了DirectX接口，而显示卡行业的众多厂商们也纷纷宣布支持DirectX接口。

　　相比之下，3DFX的Glide阵营显得冷冷清清。在DirectX之火燎原之际，3DFX却紧抓Glide不放，致使VOODOO系列对DirectX的支持不足，在某些关键技术（如32位色渲染）上落后于其他厂商。到了1999年，nVidia推出了TNT 2和TNT 2 Ultra芯片，以它们极快速度将3DFX从速度的宝座上拉了下来。

　　此时的3DFX陷入了内外交困的窘境。在外，技术已经不再领先，产品的市场占有率也大为降低；在内，Napalm芯片开发计划不断跳票，CEO Gregory Ballard又在紧要关头辞职。3DFX已经失去了3D加速领域内的霸主地位，显示加速市场进入了群雄逐鹿的状态。

现在

　　现在有五家公司在竞争“图形加速之王”的宝座，他们是nVidia、3DFX、ATI、Matrox和S3；BitBoys和Gigapixel也在暗中努力，希望一炮打响。在新产品方面，3DFX有Voodoo 4/5；nVidia有NV15；Matrox有G800；ATI有RAGE 6；S3有SAVAGE 2000+。BitBoys和Gigapixel在研发中的产品是Glaze3D和GP3。

　　SONY和微软也分别发布各自的家用游戏机——PlayStation 2和X-Box，说它们是家用游戏机可能有点不确切，因为它们都整合了网络功能和PC通讯功能，应该说是游戏专用PC。这些新产品的性能都十分惊人，至少是VOODOO的20倍，而这一切只经过了四年！发展速度比CPU领域的摩尔定律快了数倍之多，INTEL和AMD也只能自愧不如。

　　由于图形加速加速技术的快速发展，这个领域几乎每天都在创造着奇迹。根据厂商们的开发计划，在一年内我们将可以用上比现今最快的图形加速卡快3-5倍的产品，这真是令人难以置信。

未来

　　3DFX曾经提出一个“60 FPS”定律，意思是在任何3D游戏中，游戏画面的更新率达到每秒60祯或是以上，人的眼睛是无法分辨的，也就是说人的视觉系统每秒最多只能更新60次。游戏虽然能提供更高的画面更新率，但是超过每秒60祯后是毫无意义的，不如将系统资源用在提高画面质量上。

　　而现今的高速图形加速卡能轻易的在游戏中达到60 FPS，例如我所用的系统：超频为805MHz的PIII，超频为160 MHz/345 MHz的GeForce DDR，因此我更重视游戏画面的质量。

　　正因为许多像我这样的玩家们的要求，新的图形加速卡将集成更多的画面特效。如硬件光影转换（Hardware T&L）、全屏反锯齿（Full Scene Anti-Aliasing）、材质压缩（Texture Compression）、阴影柔化（Soft Shadows）、动态模糊（Motion Blur）、空间景深（Depth of Field）、环境碰撞映射（Environmental Bump Mapping）等等。

　　就我看来，今年内推出的图形加速卡应具有以下特点，才有可能在市场上取得成功。

　　450MHz的RAMDAC（提供DVI功能）

　　加速芯片采用0.18微米、六层工艺来生产，核心频率为250MHz，具有12条pixel管道，24条texel管道，像素填充率为3亿pixels/每秒和6亿Texels/每秒

　　运行在250MHz下的128MB DDR显示内存

　　每秒能生成2500万个全特征多边形，支持硬件光影转换的多边形生成引擎

　　32位高精度Z缓冲

　　完全支持AGP4x Pro模式

　　完全支持OpenGL和DirectX接口

　　支持FXT1材质压缩、全屏反锯齿、环境碰撞映射、阴影柔化和反射、动态模糊、空间景深等特效

　　8位高精度模板缓冲

　　支持8k x 8k材质贴图

450MHz的RAMDAC

　　引人注目的是，市场上销售的高端显示器的平均价格正在下降。数字式纯平显示器的价格正在慢慢地接近大众，不久的将来会有很多人使用这种显示器。一颗450MHz的RAMDAC将发挥很大的作用，它能提供很高的分辨率和刷新率，使显示器能完整的显示2D图像。

采用0.18微米、六层工艺来生产的加速芯片

　　在基于0.18微米六层的工艺技术下，生产运行速度为250MHz的加速芯片是切实可行的（有传言说，Matrox将采用这项工艺来生产G800芯片）。该芯片的渲染管道的宽度应为12像素/每秒，像素填充率为3亿pixels/每秒。

　　考虑到今后的游戏将采用多重贴图，因此双重纹理贴图管道将会比传统的处理管道更有效率。在每秒2500万个全特征多边形的生成速度和3亿pixels/每秒、6亿Texels/每秒像素填充率下，您的Quake III将达到惊人的300 FPS（虽然这并没有意义），到那时候整个系统的性能瓶颈应该是CPU了。

　　如果Rampage芯片如传说中的那样，渲染管道的宽度为VSA-100的两倍——16像素/每秒，那么它在250MHz下的像素填充率将达到4亿pixels/每秒、8亿Texels/每秒。但是我不知道如此恐怖的像素填充率对我们来说有什么用？

图像质量的进步 　　

在新的图形加速芯片惊人的像素填充率的支持下，诸如全屏反锯齿、环境碰撞映射、阴影柔化和反射、动态模糊、空间景深等特效使用起来将易如反掌，画面更新率将保持在60 FPS或以上。

　　实现图像质量的进步，有两项技术是关键——硬件光影转换和材质压缩。

　　请仔细看一下你周围的环境，数以百万计的颜色、纹理和形状，每个物体都有很多层次的细节，虽然这只是我们每天生活的一个景观，但是却不能通过现有的软件和硬件技术在游戏中真实再现。要使游戏画面更接近真实景观的方法是增加多边形的数目，你可以比较一下两个游戏——PC上的GL-Quake和Dreamcast上的Shenmue。Shenmue的画面是不是看起来更真实呢？主要的原因是Shenmue使用了比GL-Quake多得多的多边形。

　　但是，更多的多边形需要更多的贴图，这时候材质压缩就派上了用场。FXT1材质压缩技术在保证纹理质量的情况下能提供高达8：1的压缩比，相比之下，S3TC只能提供6：1的压缩比，这就是我选择FXT1的原因。在128MB的显示内存中，除去作为1280x1024分辨率祯缓冲的28MB之外，还剩下100MB。经过FXT1材质压缩后，能为游戏提供多达800MB的材质！这是起着决定性作用的一项技术。

结束语

　　今年图形加速卡领域的竞争将十分激烈，下一轮竞争的主角应该是Rampage、G800和nv20，它们的技术

规格已经慢慢的浮出水面。在不久的将来我们就能在市场上看见它们，可以想象，当我们将它们买回家，并配合AMD Thunderbird（K8）或INTEL Willamette使用，那将是多么激动人心的事情。我认为这样的技术进步将不亚于当年VOODOO的推出，所造成的影响也将是深刻的。