DirectX支配游戏！历代GPU架构全解析

★ 首款DX9显卡——Radeon 9700

    当NVIDIA沉浸于GeForce 4 Ti大获全胜的DX8时代时，ATI在DX9标准正式确立之前就提前发布了Radeon 9700显卡，打得NVIDIA措手不及。这款产品来得如此突然，以至于ATI发布之时甚至没有提供相关技术PPT/PDF。

    由于DX9相比DX8并没有改变3D渲染流程，仅仅是强化了ShaderModel指令集，因此R300的架构相比R200改进并不大，主要的变化是规模的扩充与外围控制模块的加强。比如：首次使用256bit显存控制器、类似CPU的FCBGA封装、更先进的纹理压缩技术以及后期处理单元。

R300的顶点和像素着色单元结构

    当然，R300的Shader单元经过了重新设计，定址、色彩和纹理单元都支持浮点运算精度，这是它能够完美运行DX9程序的关键。R300核心拥有8条像素渲染管线及4个顶点着色单元，每条像素管线中只有1个纹理单元。至此ATI的像素与纹理的比例从1:3到1:2再到1:1，在DX9C时代将会进一步拉大至3:1，也就是风靡一时的3:1架构，当然这是后话了。

★ NVIDIA遭遇滑铁卢——GeForce FX 5800

    NV30核心采用了业界非常先进的0.13微米工艺制造，并使用了最高频率的GDDR2显存，而且发布时间较晚，理应占尽优势才对。但是这一次NVIDIA没能跟上微软的步伐，不仅在时间上晚于ATI，而且在DX9技术方面也未能超越。NV30的架构存在较大的缺陷，NVIDIA艰难的完成了从DX8到DX9的过渡，但结果很不理想。

    从宏观上说，NV30的整体架构更像是一个DX7（固定功能TRUE T&L单元）、DX8（FX12combiner整数处理单元）、DX9（浮点像素单元）的混合体。而在DX9的应用中，不能出现非浮点精度的运算，所以前两者是不起作用的，造成了NV30晶体管资源的浪费，同时也影响了性能。

    NV30的PiexlShader单元没有Co-issue(标量指令+矢量指令并行处理)能力，而在DX9中，单周期3D+1D是最常见指令处理方式，即在很多情况下RGB+A是需要非绑定执行的，这时候NV30就无法并行执行，指令吞吐量大大降低。其次，NV30没有miniALU单元，也限制了NV30的浮点运算能力（在NV35中DX8整数单元被替换为miniALU）。

    另外，NV30在寄存器设计（数量及调用方式）、指令存储方式（读写至显存）等方面也有缺陷。NV30的寄存器数量较少，不能满足实际程序的需要。而且，用微软的HLSL语言所编写的pixel shader2.0代码可以说NV30的“天敌”，这些shader代码会使用大量的临时寄存器，并且将材质指令打包成块，但是NV30所采用的显存是DDR-SDRAM，不具备块操作能力。同时，NV30材质数据的读取效率低下，导致核心的Cache命中率有所下降，对显存带宽的消耗进一步加大。

    由于NV30是VILW（超长指令，可同时包含标量和SIMD指令）设计类型的处理器，对显卡驱动的Shader编译器效率有较高的要求。排列顺序恰当的shader代码可以大幅度提升核心的处理能力。在早期的一些游戏中，这种优化还是起到了一定的作用。但对于后期Shader运算任务更为繁重的游戏则效果不大。

    最终，虽然NV30与上代的NV25相比架构变化很大，但性能方面全面落后与对手的R300。不过NV30的架构还是有一定的前瞻性，ATI的R600在Shader设计方面与NV30有很多相似之处。

★ 小结：非“真DX9架构”导致NV30失败

    现在再来看看，相信没人会认为DX9的改进有限了。正是由于NVIDIA没能适应DX9所带来ShaderModel指令的诸多改进，采用DX8+DX9混合式的架构，才导致NV30存在很大缺陷，在运行DX9游戏时效率很低。另外冒险采用先进工艺、不成熟的GDDR2显存、128bit位宽这些都极大的限制了NV30的性能，即便在DX8游戏中都无法胜过R300。

    而ATI则占据天时地利人和等一切优势，完全按照DX9标准而设计，甚至在DX9标准确立之前就早早的发布了DX9显卡，这不免让人感觉ATI和微软之间存在微妙的关系，“阴”了NVIDIA一把。