3D-акселераторы: новый виток развития

Характеристики нового поколения наборов микросхем трехмерных графических ускорителей

Сравнительная оценка производительности наборов микросхем и видеоплат, разработанных на их основе

Глоссарий

Благодаря усилиям фирм, производящих микропроцессоры и другую элементную базу ПК, их графические возможности за последний год значительно выросли. Воплощение новейших разработок, в частности шины AGP, в реальные продукты сулит дальнейшее улучшение характеристик графической подсистемы ПК. С предложением проанализировать обстановку, сложившуюся к началу нынешнего года на рынке недорогих графических плат (стоимостью не более 300 долл.), наш еженедельник обратился к одному из экспертов, постоянно следящих за развитием ситуации на этом рынке, - менеджеру компании Lamport Михаилу Лукинову.

Очередная волна трехмерных акселераторов среднего и низшего класса стала закономерным итогом появления на рынке новейших наборов микросхем для ускорения трехмерной графики.

В последние несколько месяцев все ведущие производители графических плат выпустили новейшие модели с расширенной поддержкой трехмерной графики. Ниже рассмотрены только платы с поддержкой двухмерной и трехмерной графики; за рамками данной статьи оказались такие великолепные игровые 3D-ускорители, как Diamond Monster 3D и VideoLogic Apocalypse 3Dx.

Специализированный процессор - сердце любой графической платы, поскольку характеристики последней на 80% определяются его возможностями. Особое внимание целесообразно уделить отличиям в характеристиках различных наборов микросхем. К таким хорошо известным игрокам на этом рынке, как компании S3, ATI, Matrox, Number Nine и Trident, добавились почти неизвестные ранее Rendition и nVIDIA. Следует также особо отметить появление в списке компании 3Dlabs, поскольку ранее она была хорошо известна лишь своими продуктами высшего класса для профессиональной работы с 3D-графикой.

Отличительные особенности нового поколения наборов микросхем для ускорения трехмерной графики следующие.

Поддержка как шины PCI, так и AGP

Шина AGP (Accelerated Graphics Port) пока остается весьма экзотическим атрибутом, тем не менее начиная с нынешнего года она станет стандартной для графических плат. Пока разница в производительности между шинами PCI и AGP выявляется посредством специальных тестов с использованием сложнейших текстур, требующих больших объемов памяти. Но завтра это будут рядовые задачи, где важную роль станет играть великолепная пропускная способность и минимальная загрузка процессора, характерные для AGP. Следует обратить внимание на поддержку самого быстрого режима работы AGP - 2X Execute Mode (см. врезку "Шина AGP - максимальное ускорение").

Встроенный препроцессор обработки треугольников (Setup Engine)

Даже мощности процессора Pentium II с тактовой частотой 300 МГц недостаточно для обработки сложных трехмерных сцен. Передача части необходимых расчетов в графический контроллер значительно разгружает ЦП. К сожалению, даже в новейших наборах микросхем компаний S3 и Matrox такие препроцессоры не предусмотрены. Такая особенность значительно снижает их производительность при обработке трехмерной графики.

Повышенная частота встроенного цифроаналогового преобразователя (RAM DAC)

Согласно рекомендациям стандарта TCO-95 частота кадровой развертки в любом режиме должна быть не меньше 75 Гц (рекомендуется - 85 Гц). Для разрешения 1600х1200 это означает, что тактовая частота RAM DAC составляет не менее 230 Мгц.

Поддержка большинства известных типов памяти и увеличение ее объема

На сегодняшний день наиболее доступный тип - одноцикловая память типа Hyper EDO с временем доступа 35 нс (ориентировочная стоимость 1 Мбайт - 5 долл.), наиболее производительный - Window RAM (WRAM) - 25 долл., самый распространенный среди рассматриваемых нами видеоплат - SGRAM со временем доступа 8-10 нс (что эквивалентно частоте 125-100 МГц) по цене 10 долл. Выполнив несложные арифметические операции, в частности, просуммировав стоимости памяти и наборов микросхем, приведенной в табл. 1, любопытный читатель получит представление о примерной цене видеоплат "неизвестного" производителя, представленных на российском рынке гораздо шире, нежели все остальные, вместе взятые. Правда, следует помнить, что подобная продукция не гарантирует ни стабильной работы, ни максимальной производительности.

Для обработки и вывода трехмерной графики при разрешении 1024х768 4 Мбайт видеопамяти оказывается недостаточно. В данной связи следует отметить один из основных недостатков набора микросхем nVIDIA Riva 128 - невозможность расширения видеопамяти свыше 4 Мбайт.

Улучшенная поддержка воспроизведения видео и MPEG-2

Все новые наборы микросхем поддерживают билинейную интерполяцию для увеличения исходного видеоизображения. Например, размер изображения MPEG-1 - 352х288 часто приходится конвертировать в 800х600 или 1024х768. Во избежание эффекта "блочности", возникающего при увеличении изображения, в настоящее время применяются все более сложные алгоритмы с использованием большего количества соседних точек.

Повсеместное введение нового стандарта DVD MPEG-2 добавило хлопот производителям графических процессоров. У многих внедрены функции преобразования цветовых пространств (color conversion) и предварительного просчета следующих кадров (motion compensation). Таким образом увеличивается частота кадров при показе дисков DVD почти на 20% и достигается нормальный уровень (25-30 кадр/с) даже при использовании процессора Pentium/MMX с тактовой частотой 166 Мгц.

Реализация большинства трехмерных функций на аппаратном уровне

Пока не выработано стандартного набора 3D-функций, которые должны обязательно поддерживаться любым трехмерным акселератором. Самый ограниченный набор - у изделий компании Matrox. Не поддерживаются даже смешение (Dithering), линейная фильтрация (Linear Filtering) и наложение текстур (MIP-mapping). У набора микросхем 3Dlabs Permedia 2 недостаточно хорошо реализована функция смешения. Есть проблемы с реализацией линейной фильтрации и наложением текстур в продуктах компании Number Nine. Даже у признанного "рекордсмена" по производительности - набора микросхем компании nVIDIA - не реализованы трилинейная фильтрация (Tri-Linear Filtering) и наложение изменяющихся текстур (Texture Compositing).

Цифры, цифры, цифры...

Представленные таблицы характеристик наборов микросхем различных изготовителей и сравнительных оценок их производительности призваны помочь читателю в выборе трехмерного графического акселератора, основываясь на возможностях используемого в нем набора микросхем. Лучшие характеристики при отображении двухмерной графики демонстрирует Number Nine T2R, трехмерной графики при использовании Windows 95 - nVIDIA Riva 128, а в случае критичности характеристик в Windows NT для приложений, использующих Open GL, предпочтительнее выбрать 3DLabs Permedia 2. Но что делать, если необходимо и одно, и другое, и третье? Здесь очень хорошие позиции у ATI 3D Rage Pro. А поддержка True Color при разрешении 1600х1200 с частотой 75 Гц и реализация самого быстрого протокола AGP делает изделия на основе наборов микросхем ATI лучшим выбором среди плат общего применения.

К сожалению, на момент подготовки материалов автору не были доступны некоторые данные, так как многие наборы микросхем были только объявлены, а их полные технические характеристики не публиковались.

Все данные по производительности и характеристикам получены и перепроверены автором из нескольких независимых источников. К сожалению, возможность незначительных несоответствий полностью исключать нельзя.

Характеристики нового поколения наборов микросхем трехмерных графических ускорителей

Сравнительная оценка производительности наборов микросхем и видеоплат, разработанных на их основе

Глоссарий

Dithering (смешение) - имитация недостающего цвета путем смешения точек различной формы и размера существующих в данном режиме цветов. Естественно, закраска таким цветом выглядит хуже реальной.

Linear, bilinear, trilinear filtering (линейная, билинейная, трилинейная фильтрация) - методы определения цвета пиксела на основе координат текстуры. Для определения цвета неизвестного пиксела применяются различные алгоритмы интерполяции относительно цветов известных пикселов. Фильтрация позволяет избежать пикселизации текстур при увеличении размеров составляющих их многоугольников. Оборотная сторона применения фильтрации - необходимость расширения полосы пропускания и размывание изображения.

MIP-mapping (изменение детализации текстур) - технология, позволяющая повысить детализацию объекта при сближении с ним. Подобное достигается определением нескольких текстур с различным уровнем детализации для одной поверхности объекта, которые меняются при изменении расстояния до объекта.

Texture Compositing (наложение изменяющихся текстур) - визуальный эффект, основанный на использовании различных текстур для одного и того же многоугольника. Например, данная технология часто используется для отображения видеофрагментов на дорожных знаках.