Поддержка как шины PCI, так и AGP
Встроенный препроцессор обработки треугольников (Setup Engine)
Повышенная частота встроенного цифроаналогового преобразователя (RAM DAC)
Поддержка большинства известных типов памяти и увеличение ее объема
Улучшенная поддержка воспроизведения видео и MPEG-2
Реализация большинства трехмерных функций на аппаратном уровне
Цифры, цифры, цифры...

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.


Михаил Лукинов - менеджер компании Lamport; с ним можно связаться по электронной почте: mikl@lamport.ru.

Характеристики нового поколения наборов микросхем трехмерных графических ускорителей

v9 (Number Nine) Ticket To Ride (T2R)

3DLabs Permedia 2

ATI 3D Rage Pro

Matrox MGA 2164W

Matrox MGA 1164SG

nVIDIA Riva 128

Rendition Verite 2200

Rendition Verite 2100

S3 ViRGE/GX2

Trident 3DImage 985DVD

Цена набора микросхем по прейскуранту для производителей видеоплат (долл.) 125 35 30 - - 30 30 25 30 32
Максимальный объем памяти (Мбайт) 24 SGRAM или WRAM, 48 DRAM/VRAM 8 SGRAM (125 Мгц) 8 SGRAM, 16 WRAM 16 WRAM 8 SGRAM 4 SGRAM 8 SGRAM (125 Мгц) 8 SGRAM (125 Мгц) 4 SGRAM (83 МГц) или EDO (66 Мгц) 4 SGRAM (100 МГц) или EDO
Поддержка AGP 1X 1X 2X Execute Mode - - 1X DMA Mode - - 1X DMA Mode 2X
Разрядность памяти 128 64 64 64 64 128 64 64 64 64
Тактовая частота RAM DAC 220 (внешний) 230 230 220 (Внешний) 220 230 230 170 170 230
Кэш для текстур 8K - 4K нет нет 12K - - нет 4K
Препроцессор обработки треугольников (Setup Engine) да да да нет нет да да да нет да
Видеовыход - TV TV - - TV - - TV TV/LCD
Максимальная частота кадров (Гц) при различных разрешениях
640x480 150 200 200 200 - 160 200 120 160 160
800x600 150 200 200 200 - 140 160 85 140 160
1024x768 142 120 150 140 - 120 120 85 120 120
1280x1024 107 100 100 100 - 100 100 85 85 85
1600x1200 81 85 85 85 - 85 85 60 60 85
Возможности по обработке трехмерной графики
Глубина Z-буфера (бит) 32 16 16 32 - 16 - - - -
Максимальное разрешение при выводе трехмерной графики (16-разрядный цветовой режим) 1600x1200 1280x1024 1600x1200 1920x1200 1600x1200 960x712 - - - -
Максимальное разрешение при выводе трехмерной графики (32-разрядный цветовой режим) 1152x870 1024x768 1280x1024 1280x1024 1152x882 800x600 - - - -
Изменение детализации текстур (MIP mapping) Y(5 уровней детализации) да да нет нет да да да да да
Билинейная фильтрация (bilinear filtering) да да да нет нет да да да да да
Трилинейная фильтрация (trilinear filtering) да нет да нет нет нет да - да -
Сглаживание (Antialiasing) - да да - - да да да - -
Затенение по методу Гуро (Polygonal-based Gouraud shading) да да да да да да да да да да
Альфа-смешение (Alpha-blending) да - да нет нет да да да да да
Эффект тумана (Fog Vertex) да да да нет нет да да да да да
Эффект бликов (Specular Highlights) да да да да да да да да - -
Возможности по обработке двухмерной графики
Преобразование цветовых пространств да - да - - да да да - да
Предварительный просчет следующих кадров MPEG-2 - - да - - нет да - - -
Платы, разработанные на базе соответствующих наборов микросхем / ориентировочная стоимость с 4 Мбайт видеопамяти, долл. v9 Revolution 3D / 300 Hercules Dynamite 3D GL Elsa Winner 2000 Office Diamond Fire GL 1000 Pro / 300 STB Twister 280 ATI XPERT@Work / 180 ATI XPERT@Play / 190 Matrox Millenium II / 220 Matrox Mystique 220 / 150 STB Velocity 128 3D Diamond Viper V330 / 200 Elsa Victory Erazor Hercules Thriller 3D / 180 Diamond Stealth II S220 / 120 Number Nine 9FX Reality 334 Genoa Phantom AGP Blitz Jaton Blaze 3D Ultimate / 130 (EDO)

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

v9 (Number Nine) Ticket To Ride (T2R)

3DLabs Permedia 2

ATI 3D Rage Pro

Matrox MGA 2164W

Matrox MGA 1164SG

nVIDIA Riva 128

Rendition Verite 2200

Rendition Verite 2100

S3 ViRGE/GX2

Trident 3DImage 985DVD

Максимальная производительность при выводе треугольников (млн./с) 1,2 1 1 - - 5 - - 1,6 1
Максимальная производительность вывода пикселов (млн./с) 35 42 45 - - 100 60 40 35 60
Производительность при работе с двухмерной графикой (тест WinBench 97)
Pentium MMX 200, видеорежим 1024x768x16 деловая графика / профессиональные графические приложения 105/41,4 82,9/34,6 90,2/37,3 - 87,1/44,1 87,2/37,2 - - - -
Pentium II 266, видеорежим 1024x768x16 142 132 120 121 118 140 100 - - -
Производительность при выполнении функций Direct3D - трехмерная графика (тест 3D WinBench 97 1.0)
Pentium MMX 200, видеорежим 640x480x16 107 114 96 - 60,6 132 - - - 66,5
Pentium II 266, видеорежим 640x480x16 137 200 180 71 68 220 200 187 - 150

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.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями