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成就3D图形霸业!NVIDIA历代显卡回顾

 6800压倒性优势战胜X800

    随着新一代GeForce 6800系列的上市,高端市场中,NVIDIA的局势有了很显著的改观,根据统计,在2004年第三季度NVIDIA出货了约150万片高端DirectX 9.0图形卡,占整个高端图形市场的64%,而对手ATi的占有率为下降到36%。而Geforce6800系列刚推出市场的时候,NVIDIA的占有率还仅仅为26%。
 
    优异的产品虽然出货量不大,但是却可以展示一个公司的技术实力并且可以在行业内提高自身的威望。作为GeForce 6系列的旗舰产品,GeForce 6800ULTRA有效的帮助NVIDIA在用户中重新树立起技术、性能领先的地位,对系列中端的热卖起到了相当的促进作用。
 
    完整支持SM3.0、HDR技术的NV4X核心,不仅使NVIDIA重新树立起技术领先的形象,也给对手不小的震动。例如,当时ATI的工程师就对NVIDIA能够在110nm制程上实现SM3.0技术感到惊讶。
 
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DirectX 9.0c普及过慢

    不过也要指出的是,在GeForce 6发布后,某些软件厂商在SM3.0标准的推广上态度消极,像2004年底发布的测试软件3DMARK2005,就没有采用SM3.0技术。这种状况一直持续到2005年后期,才逐渐开始有新游戏基于SM3.0标准开发,而SM3.0的游戏也直到2006年才开始大规模普及,这也客观上帮助了当时还不能支持SM3.0的竞争对手。所以说GeForce 6系列显卡在技术上的领先优势在当时并未得到充分发挥,也是一个不小的遗憾。
 
    对于新技术的支持,也使NVIDIA付出了高昂的成本代价,GeForce 6系列在成本上比对手的同档次产品也要高,这也是6系列显卡主要的一个缺点。所以在PC独立图形核心的市场占有率方面,NVIDIA也未能反超ATI。
 
    不过在整体图形市场占有率上,根据Mercury Research的统计,2004年第三季度NVIDIA的占有率却跌倒了谷底,从第二季度的23%下降到了15%。同时在全部的独立图形核心占有率统计上,也只有37%,Radeon系列在入门级桌面市场和移动平台的出色表现,使ATI的占有率上升到59%。不过好在NVIDIA的反弹趋势也很明显,凭借9月份上市的Geforce 6600系列的优秀表现,以及西方圣诞节期间的热销,在2004年第四季度,NVIDIA的占有率迅速回升到21%,并维持了良好的发展态势。另一个引人注目的成绩,是当时Intel 的915/925系列整合芯片组已经大规模登陆市场,在图形市场上的占有率达到39%。
 
 不给对手喘息机会——GeForce 7提前面世
 
    在渡过了2004年中后期在市场上的困难时期后,吸取了GeForce FX系列的经验教训的NVIDIA也变得更加成熟,同时已经在技术上取得领先优势的NVIDIA并不给对手以喘息的机会,在2005年6月22日,在美国旧金山举行的GeForce LAN 2.0大会上正式发布新一代图形芯片G70。
 
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3.04个亿晶体管规模空前

    在G70图形核心上,NVIDIA采用了新的命名方式,G70的含义就是GeForce系列的第7代核心。G70公认还有一个内部代号为NV47,不过根据NVIDIA的表示:“原本NV47的项目已经取消,因为工程师已经能够做出比NV47更强的芯片,才决定整个跳过NV47"。
 
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 G70

    G70为TSMC 0.11微米工艺制造,由于管线数达到空前的24条,其内部集成了3.02个亿晶体管,核心面积超过300平方毫米,也是当时业内最复杂图形核心。但是由于制程的改进,其功耗可以略低于NV40。
 
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G70架构
 
    核心架构方面,G70引入了新一代的CineFX4.0引擎。CineFX4.0引擎可以说是CineFX3.0完美增强版,提供了对DriectX 9.0C的Vertex Shader3.0和Piexl Shader3.0的完整支持并进一步完善。功能方面则新增加了透明材质智能采样抗锯齿、次表面散射、Relief Mapping、64Bit HDR运算、法线贴图压缩、光能传递贴图等一系新技术。
 
    G70的CineFX4.0的架构最容易被忽视的一个提高就是SM3.0中的动态分支性能,相对于NV40初代的动态分支性能,由于改进的多线程调度分配机制,G70的动态分支能力有了成倍的提升,不过在05年SM3.0游戏还不多,所以未能在实际中应用体现。
 
    在Vertex Shader方面,G70采用了与NV40相同的MIMD架构设计,由一个4D向量处理器和一个1D标量处理器及以及顶点纹理取样(Vertex Texture Fetch)单元构成。Vertex Shader的数量增加了两个,达到8个。处理能力随之也提高了33%左右。
 
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Vertex Shader架构

    新的Vertex Shader单元具有单周期MADD指令运算能力,其中的特殊功能单元(SFU :special function unit,用于单周期执行SIN、COS、SCS 等运算)的标量处理性能也得到了提高。

   同时Setup Engine(3D顶点坐标转换为2D平面坐标)性能也提高了将近50%,以配合Vertex Shader数量的增加。

    由于游戏中Vertex Texture(顶点纹理,配合几何位移算法使用)的使用越来越普及,顶点单元的Vertex Texture Fetch性能也很重要。由于Vertex Texture Fetch是比较消耗资源的操作,过开发人员不得不尽量减少在顶点程序中的纹理读取次数。G70的Vertex Texture Fetch性能也获得了提高,使开发人员可以更自由的读取纹理数据。另外,G70的Vertex Shader也和NV40一样为128bit长的VLIW型指令集。

    在Pixel Shader方面,G70也沿用了NV40的超标量的设计,不过数量上增加了两个QUAD,即8条Pixel Shader管线。Pixel Shader内部和NV40一样具有两个FP32的4D矢量单元,不过NV40的Shader Core 1不支持MADD(Multiply-ADD几何运算中常见的操作 )、ADD,而G70的两个Shader Core 都可以支持 ADD、MUL、MADD这三种操作。

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Pixel Shader架构

    G70通过提高Pixel Shader内的并行性,来提高Shader单元的指令级并行计算能力 (Instruction-Level Parallelism:ILP)。G70的Pixel Shader同样支持dual-issue,可以进行交错运算,并为MADD作了优化。NVIDIA的技术文档中表明G70的Shader(430MHz)运算性能是313 GFLOP,远高于NV40的120 GFLOPS。
   
    G70的纹理映射单元(TMU)数量上也增加到了24个,同时纹理拾取的能力也得到了增强,可以提高向异性过滤的性能,同时可以略微提高核心的HDR渲染性能。
 
    G70的ROP单元在数量上并没有增加,这也是因为纹理操作在新游戏中的比例越来越小,而且显存带宽也不足以分配给更多ROP单元。ROP单元性能上有所增强,其Single Texture Alpha Blend的测试成绩超过NV40约20%。在ROP单元在功能上有所增强,可以支持的全新的透明超级取样(transparent supersampling)及透明多重采样(transparent multisampling)技术。另外G70也可以支持64bit浮点精度的HDR渲染。
 
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GeForce 7800GTX

        GeForce 7800GTX是GeForce 7系列的旗舰级产品,相比NV40发布后一个月后,GeForce 6800才上市的情况不同,在G70发布的同时,GeForce 7800GTX也就正式发售,说明NVIDIA这次准备的也更充分,对GeForce 7800GTX也寄予了厚望。
 
    和Geforce 6800Ultra相同,GeForce 7800GTX也全部由NVIDIA统一制造。7800GTX虽然在功耗上有所下降,但是其供电电路却比 6800Ultra还要奢华。7800GTX采用了10层P347公版PCB,板长达到了229mm ,所以外观看上去比以往任何PC显卡都要长。供电系统的用料相当奢华,由3组、每组3个的英飞凌优质Mofset及3组VITEC高频电感构成了三项增强型供电。大量陶瓷积层电容的使用,使得7800GTX的品质可以和高端专业级显卡相媲美。
 
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 INNO3D GeForce 7800GTX

    GeForce 7800GTX的散热器不再是Geforce 6800Ultra那种笨重的双槽设计,而是看上去轻盈且更美观的单槽热管系统,也说明G70核心的功耗、和发热也控制得很好。
 
   GeForce 7800GTX配备了256M GDDR3显存,而其采用P347公版PCB设计之初也可以用于512M显存,不过后来GeForce 7800GTX 512M使用了P348  PCB。GeForce 7800GTX采用了当时速度最快的三星1.6NS GDDR3显存颗粒,工作频率1.2GHz,提供高达38.4 GB/s的显存带宽,也是当时PC级显卡的最高峰。
   
    作为旗舰级产品,GeForce 7800GTX的上市价格高达599美元,比上一代Geforce 6800Ultra还高,当然NVIDIA这么做的原因主要为了给Geforce 6800系列清理库存。后来,GeForce 7800GTX的价格也是很快降到500美元以内,成为2005年夏天显卡市场上最具热点的产品。
 
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GeForce 7800GT

    7800GT被屏蔽了4条管线,PCB也被作了一定程度的简化,因此成本低很多,上市价格在3000元左右,因此还是有不小的市场。

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