Видеокарты и их развитие

Размещено на http://www.allbest.ru/

История развития видеокарт: от древнейших времен до нового времени

На первый взгляд, компьютерный рынок подчинен строго определенным правилам, законы рынка четкие и незыблемые. Однако это не так. Как правило, достигает успеха не тот, у кого самое удачное решение, а тот, кому больше повезет. Оказывается, что разработать быстрый и качественный продукт еще недостаточно для завоевания рынка. Вспомним поучительную историю таких монстров индустрии видеокарт, как nVidia, ATI , 3dfx, а также S3 вместе с Matrox.

Особое внимание уделим первым трем, так как каждая компания именно из этой троицы в разное время определяла направление развития всей индустрии видеокарт.

Сегодня разница между словами видеокарта и видео акселератор нивелировалась, и эти слова стали синонимами. Так было не всегда. Давайте вернемся на десяток лет назад и посмотрим на видео индустрию того времени.

В начале прошлого десятилетия 3D-отображение информации присутствовало лишь в специальных лабораториях по моделированию различных процессов или у крупных компаний, обладающих громадными вычислительными машинами. Моделирование трехмерных объектов применялось для визуализации новых продуктов (например, в автомобильной промышленности) или для научных исследований. Игрушки того времени о трехмерном пространстве могли только лишь догадываться. Слово акселератор (от англ. "ускоритель") применительно к видеокартам появилось лишь с выходом чипа VooDoo Graphics компании 3dfx. С этого момента и начнем нашу историю.

Три закона картостроения

В качестве теоретической основы рассмотрим несколько неписаных законов рынка видеокарт:

- Первый закон гласит: для того чтобы удержаться на рынке, компания должна каждые полгода выпускать новый продукт. Отступление от этого правила погубило много хороших компаний. Закон обусловлен маркетинговой особенностью рынка.

Продукт (в нашем случае видео чип) разрабатывается определенное время. К примеру, полгода. Основные особенности архитектуры чипа известны на этапе проектирования.

К примеру, какой-то чип Х разрабатывался с учетом того, что он будет производиться по технологическому процессу 0,15 мкм с условием, что он будет работать с DDR-памятью. И вдруг возникли проблемы с изготовлением чипа.

Пока компания А решала проблемы выпуска чипа Х, другая компания Б выпустила свой чип У с таким же техпроцессом и с таким же типом памяти. Чип У успешно продается, а чипа Х в магазинах нет. Следовательно, компания А терпит убытки, ее акции падают в цене, а вместе с ними и доверие пользователей.

Через какое-то время первая компания все-таки начинает поставлять свои чипы в достаточных количествах, но упущено невосполнимое - время. Допустим, чип Х вышел, но не через полгода, а через девять месяцев. Пока Х появляется в магазинах, уже вбрасывается информация о У2, и он поступает на рынок уже через три месяца.

Первая компания не успевает разработать свой Х2 и все больше теряет доверие покупателя, а вместе с ним и деньги. Чип У2 уже производится с техпроцессом 0,13 мкм и работает с памятью DDR2.Чип Х2 способен родиться и даже неплохо продаваться, только случиться это может во время выхода очередного творения второй компании - У3, при виде которого и говорить о Х2 будет постыдно. Вот так первая компания - А - и уходит с рынка.

- Второй закон гласит о том, что компания, если она желает укрепиться на рынке, должна занять три рыночные ниши:

- рынок массовых видеокарт; - рынок средних решений; - рынок флагманских видео акселераторов.

Следовательно, компания должна разработать не меньше двух чипов и разложить их в три или четыре продукта. Тогда она может рассчитывать на нормальные доходы, так как удовлетворит потребности пользователей с любым кошельком. Чипы могут быть схожими по своим характеристикам, а для позиционирования чипа в более низкую ценовую категорию достаточно отключить часть функциональных блоков или просто понизить частоту работы.

- Третий закон: нужно не только разработать быстродействующий чип, обеспечить высокий уровень выхода годных чипов, найти партнеров по выпуску плат, но и написать хорошие драйверы.

Можно решить, что написание качественного драйвера простое дело. Но это не так! Создание программы, управляющей видеокартой, - это сверхсложная задача и зачастую сложно реализуемая. Управляющая программа недаром называется драйвером. Представьте, что у нас есть болид "формулы один". Какой бы ни был у нас скоростной автомобиль, без отличного водителя автомобиль ничто - груда металла. Только великолепный гонщик может раскрыть весь потенциал болида. Проблема лишь в том, что хороших гонщиков мало. Равно как и мало хороших драйверов.

Выход на свет voodoo в 1995

Компания 3dfx была основана в 1984 году. Президент компании Грегори Баллард. Наступил 1995 год. Компания 3dfx выпускает видеокарту VooDoo Graphics, которая делает переворот на рынке устройств вывода изображения. В своем новом чипе 3dfx воплотила в жизнь ряд технологий, применявшихся только в профессиональных видеокартах. В то время ускорители были недоступны для массового потребителя, т.к. их запредельная цена не позволяла устанавливать устройства в домашние компьютеры. Только с приходом VooDoo Graphics на рынке появился первый видео акселератор. Одновременно аналогичные продукты предлагали конкурирующие компании, но они явно не дотягивали до нового форварда.

Чип VooDoo поразил всех своей скоростью. Это было что-то невероятное. Появился первый форвард новой эпохи 3D. Именно после появления VooDoo Graphics можно начинать летопись массовых видео ускорителей.

Согласно второму закону выпуска видеокарт компания представила более дешевую версию VooDoo Graphics, названную VooDoo Rush. Партнером по выпуску карт на этих чипах стала Diamond Multimedia, организация с большими производственными мощностями и довольно уважаемой торговой маркой.

Первые видео акселераторы в прямом смысле не были видеокартами. Они занимались обработкой исключительно 3D. Для полноценного обслуживания видеосистемы требовалось две платы. Одна занималась работой в двухмерной графике, а другая трудилась в трехмерном пространстве. Видеокарта соединялась с ускорителем через специальный соединительный кабель. Акселератор перехватывал сигнал, когда запускалась игра, и блокировал основную видеокарту. Затем, при выходе, посылался сигнал, и акселератор пропускал информацию к видеокарте.

В отличие от Graphics - Rush был совмещенным 2D/3D-акселератором, а вот следующее поколение форвардов - VooDoo2 было чистым акселератором, оно-то и продолжило начинание своего предшественника - Graphics.

VooDoo2 увидел свет в 1998 году. По скорости он превосходил своего предка почти в три раза, кроме того, он мог работать в SLI-режиме. Две карты устанавливались вместе, соединялись кабелем и работали параллельно, одна работала над четными строками, другая - над нечетными. Производительность при этом возрастала почти в полтора раза. В то время ни один из конкурентов не смог противопоставить ничего и близко сравнимого по производительности с Voodoo2.

Год 1985: рождение ATI

Самым старым игроком на рынке видеокарт является компания ATI (Array Technology Industry). Основана она была в 1985 году эмигрантом из Китая Квок-Юэн Хо. Родился Кей Ю в 1950 году в Гонконге в семье разорившегося землевладельца. Положение было тяжелым, и семья решила эмигрировать в Канаду. Еще в Гонконге Кей Ю окончил университет, став специалистом в области компьютерной инженерии, и имел неплохую работу, которой в Канаде не оказалось. В 1985, найдя инвесторов, Кей Ю, вместе с эмигрантами Бенни Лау и Ли Лау, основывает собственную компанию - ATI. Первоначально капитал маленькой фирмы (штат 6 человек) составил $300 тыс.

Многие компании, занимающиеся разработкой компьютерных комплектующих, не имеют собственных производственных мощностей. Они разрабатывают чипы, а их производством занимаются сторонние организации, у которых есть свои заводы. Поначалу так было и с ATI. Их офис размещался в гараже, а чипы они заказывали у одного из калифорнийских производителей. Однако через четыре месяца деньги у компании закончились. От краха ATI выручает бывшая родина в лице одного из гонконгских банков. Желая укрепиться на рынке Канады, банк дает кредит еще на полтора миллиона.

В 1994 году у ATI появилась карточка Mach64, которая легла в основу последующих разработок компании. Коммерчески более успешным было следующее поколение карт, в основе которых лежал чип ATI Rage и несколько его модификаций. Вышедший в 1996 году ATI Rage II хоть и не бил рекордов по скорости, но имел ряд инновационных технологических нововведений, как-то: первый аппаратный Z-буфер. Изготовлялся он по 0,5 мкм технологии, при частоте ядра 60 МГц. Модификация Rage IIc изготовлялась уже по 0,35-микронной технологии. Этого все-таки оказалось мало для того чтобы обогнать форварда. Но благодаря хорошей маркетинговой поддержке карты на ATI Rage неплохо продавались.

Год 1993: рождение nVidia

nVidia Corporation (американская компания) была основана в январе 1993 года Дженсеном Хуангом, Крисом Малаховски и Куртисом Приэмом. Штаб-квартира находится в г. Санта-Клара (шт. Калифорния). Первая карта, выпущенная nVidia, называлась NV1 (1995 год).

NV1 была не только видеокартой. Помимо совмещенного 2D/3D-ускорителя на плате размещалась звуковая карта. Для того времени видеочип NV1 в качестве ускорителя был неплох, но у него был один минус. Технология, используемая в нем, была несовместима с концепцией, которую предложила Microsoft. NV1 для построения трехмерных объектов использовал кривые третьего порядка, а не полигональную модель. Плохо это было или хорошо, сейчас неважно. Важно то, что после неудачи nVidia смогла подняться и сделать принципиально другой видеочип.

Через год, в 1996, nVidia выпустила очередное свое творение, известное нам как Riva128. Чипы этой серии заняли свое место на рынке, хотя при тогдашних конкурентах - VooDoo Graphics и ATI Rage II - это было непросто. Осаждаемая конкурентами nVidia еще и допустила ошибку (третий закон картостроения) - выпустила чип без драйверов собственной разработки. Каждая компания самостоятельно должна была разрабатывать драйвера под свои карты, построенные на чипе от nVidia. Позже компания исправила эту недоработку.

Через требуемое время вышла модификация Riva128 - Riva 128 ZX. Эта карта использовала до 8 мегабайт памяти (вместо 4 Мб у Riva128), в ней была включена поддержка режима AGP 2x и увеличена частота RAMDAC с 230 до 250 МГц. Хоть карта и получилась неплохой, но тягаться с VooDoo2, которая вышла практически вместе с Riva 128 ZX, она явно не могла, да и в то время никто не мог. Позиция форварда были незыблема.

Год 1998: все течет, все изменяется

Компания 3dfx выпускает карту VooDoo Banshee, в которой 3D-часть от VooDoo2 была дополнена 2D. Скорость нового творения оставалась по-прежнему высокой, но подрастал и новый игрок, компания nVidia, которая выпустила карту Riva TNT - продукт во многом знаковый для самой компании. Именно этой картой nVidia впервые посягнула на 3D-пьедестал.

Помимо того что сам чип Riva TNT был довольно быстрым, nVidia смогла правильно поставить маркетинг и отладить драйвера. Результат не заставил себя ждать, и карты на этом чипе приобрели большую популярность.

Карты на базе TNT имели частоты 90 МГц по чипу и 110 МГц по памяти. Сам чип обладал двумя конвейерами рендеринга, по одному текстурному модулю на каждом. У единственного соперника была иная архитектура. У VooDoo2 был один конвейер рендеринга, но с двумя текстурными модулями. В то время начали активно появляться игрушки с поддержкой мультитекстурирования. Суть этой технологии состоит в том, что на полигон накладывается не одна текстура, а две или более (редко более двух). В играх с поддержкой мультитекстурирования, например, Quake2, VooDoo2 обходил своего соперника, а в играх без мультитекстурирования TNT выигрывал у VooDoo2. Только выигрыш одного не был разительным поражением для другого. Отставание присутствовало, но не катастрофическое, тем более, чип от nVidia мог спаривать свои конвейеры, и мультитекстурирование все-таки работало. Кроме того, VooDoo2 не поддерживал 32-битный цвет. Тогда его за это не сильно ругали, но инженерам 3dfx стоило бы задуматься. Не все было гладко и с TNT. У нее наблюдалось небольшое замыливание изображения в высоких разрешениях. Кстати, этот недостаток передался и будущему поколению. Конкуренты в лице Matrox и S3 также предложили свое видение ускорителей, но так их называли только маркетологи этих компаний, да и то вполголоса. У Matrox была карточка Millennium II, у которой единственным плюсом было качественное 2D, надо сказать, Matrox была всегда эталоном качества 2D. Но рынку уже нужно было третье измерение. Чуть позже она выпустила карту G200, в которой этот недостаток был чуть подправлен, но не настолько, чтобы карточка имела успех. А S3 предложила Savage 3D, вот только как раз с 3D у нее были проблемы, плюс не самые отлаженные драйвера.

Битва титанов

Пришло время очередного цикла выпуска карт, и nVidia делает еще более серьезную заявку на пьедестал 3D. Ее новый чип Riva TNT2 архитектурно не отличался от предшественника, но над чипом была проведена хорошая работа. Новенький TNT2 выпускался по техпроцессу 0,25 мкм. И был разделен на пять классов:

Чипы серии TNT2 в совершенстве следовали всем трем законам, описанным выше:

- они охватывали три рыночные ниши; - для них были написаны довольно неплохие драйверы, уже тогда драйверы были унифицированными, т.е. подходили для любой карты от nVidia, на любом чипе; - nVidia соблюдала полугодичный цикл выпуска новых чипов.

Компания 3dfx тоже сделала серию чипов:

Имя им досталось от предшественника. Кто же будет отказываться от хорошо раскрученного имени?!

VooDoo3, хоть и был довольно быстрым чипом, но он по-прежнему не поддерживал 32-битный цвет и режим AGP 4x. Конкуренты уже давно все это реализовали в своих картах. Чип синхронно работает с памятью.

Сильный съедает слабого по законам рынка

Компания 3dfx сделала одно очень выгодное приобретение, купив компанию STB. Многим это название ничего не скажет, но в то время карты от этой компании были хорошо известны в Америке, Канаде и на рынке Азии. Это событие сильно ударило по nVidia, т.к. больше половины чипов этой компании шло на заводы STB. Одновременно с покупкой STB, 3dfx получила большие производственные мощности и команду хороших инженеров.

VooDoo3 неплохо продавался и был достаточно популярен. По скорости Riva TNT2 и VooDoo3 были примерно равны. Где-то был быстрее TNT, где-то VooDoo. Тогда все уже понимали, что 3dfx не правит балом, а делит Олимп с nVidia. Оставим ненадолго наших лидеров и взглянем на другие компании

Борьба за место под солнцем: ATI, Matrox и S3

ATI. Первая из них закрепилась на рынке с картой ATI Rage128 Pro. Эта карта не летала со скоростью ракеты, но имела сравнительно неплохое быстродействие. С TNT2 и VooDoo3 она не соперничала, но карты от ATI, при переходе к 32-битному цвету, не сильно теряли в производительности. У остальных карт потери были более заметны. Скоростной 3D-режим имел большое значение для ATI, но не настолько, чтобы его отсутствие смертельно било по компании. ATI имела хорошо отлаженные поставки видеоадаптеров для контрактных производителей компьютеров. Чипы от ATI использовались в качестве видеосистем в серверах и ноутбуках.

Картой на Rage128 Pro ATI не ограничилась. В 1999 появилась первая массовая многочиповая карта - Rage Fury MAXX, которая была довольно оригинальным ответом конкурентам. На этих картах устанавливалось два чипа Rage 128 Pro. Каждый чип (125 МГц) имел собственную память (143 МГц). Скорость работы возрастала почти в полтора раза, но уж больно цена была высокой, и карты массового распространения не получили.

S3 (Speed, Sight, Sound) представила чип Savage 4 (savage от англ. "дикарь"). В плане нововведений у чипа все было отлично. Он первым поддерживал AGP 4x и прогрессивную технологию сжатия текстур. Она давала очень хорошие результаты, оставалось только убедить программистов использовать эту технологию в играх. Был выпущен Unreal, второй диск был библиотекой сжатых текстур. Это первый и последний известный случай адаптации технологии сжатия текстур от S3 под игру, т. к. для этого нужно очень много поработать, а карт с поддержкой этой технологии не так уж много. Впоследствии ядро чипа Savage 4, а именно его 3D-часть, было интегрировано в материнские платы (графическая часть чипсетов VIA KLEххх, KMххх, P4Mххх).

Matrox. Еще одна канадская компания, Matrox, занималась выпуском профессиональных видеоадаптеров. Использовались они в основном в компьютерах художников и дизайнеров, поскольку именно Matrox делала карты, считавшиеся чуть ли не эталоном качества 2D.

На поединок она представила чип G400. Надо отдать должное проектировщикам чипов из Matrox. Они сделали действительно хорошую карту. В 2D она показывала отличное качество, а в играх имела хорошие показатели быстродействия, сопоставимые с TNT2 и VooDoo3. Неплохо потрудились и драйверописатели. Карта пользовалась спросом. Одновременно G400 поддерживал прогрессивную технологию наложения рельефа.

В это время 3dfx разрабатывала новый чип под кодовым названием VSA-100. Архитектурно он был похож на TNT2 (два конвейера рендеринга с одним блоком текстурирования на каждом), но по заявлениям разработчиков он должен был быть гораздо быстрее.

Очередной виток выпуска чипов намечался на осень 1999 года. К этому времени должны были быть выпущены три чипа: VSA-100 (3dfx), NV10 (nVidia), Savage2000 (S3). Каждый из этой троицы (по заверению компаний) должен был в корне перевернуть мир третьего измерения.

VSA-100 - реализовывать практически бесплатный антиализинг. Суть FSAA (full-scene anti-aliasing) заключалась в том, что сцена изначально строилась в гораздо большем разрешении, а потом кадр сжимался до требуемого размера, что значительно улучшало картинку, убирая лестничный эффект. В VSA-100 должна была быть введена технология T-buffer, которая была призвана обеспечить кинематографическое изображение в играх. Производительность карт могла масштабироваться путем установки нескольких чипов на карту.

В NV10 и Savage2000 должен был появиться геометрический сопроцессор, который брал на себя расчеты по обработке геометрии моделей и освещения. Ранее такие сопроцессоры стояли только на профессиональных ускорителях и впервые должны были появиться на массовом рынке. При этом снималась довольно тяжелая нагрузка с центрального процессора.

Чипы от nVidia и S3 были анонсированы в конце августа 1999 с разницей в один день, а тем временем 3dfx хранила молчание. Осенью в рознице появляется GeForce 256, ранее известный как NV10. Производительность нового чипа была на высоте. Чуть позже оптимизировали драйвера, и всем стало ясно - появился новый форвард.

Savage2000 тоже выходит, но с опозданием. Быстродействие нового "дикаря" удручало. Все ждали появления новых драйверов, которые, возможно, исправили бы положение. Но этого не последовало. А из-за стен 3dfx начали появляться слухи, что возникли большие проблемы с выходом чипа VSA-100.

В итоге на рынке безраздельно властвовал GeForce 256 (Geometric FORCE - "геометрическая сила" или что-то вроде того). Число 256 означало разрядность чипа. Чип имел четыре конвейера с одним текстурным блоком. Позже была выпущена версия с памятью типа DDR, что еще больше подняло планку производительности продукта.

Летом следующего года карты на VSA-100 все-таки выходят. Одночиповая VooDoo 4500 и многочиповые VooDoo 5500 и VooDoo 6000. Но 3dfx это не помогло, так как nVidia представила GeForce2 GTS вовремя (май 2000). Даже двухчиповая VooDoo 5500 не могла тягаться с GeForce2 GTS. При том что монстр от 3dfx (иначе его не назовешь) занимал огромную часть системного блока. Да и по стоимости двухчиповые карты VooDoo 5500 были недосягаемы для рядового геймера. К тому же они нуждались в дополнительном питании от разъема для винчестеров.

Каннибализм в среде производителей видеографики продолжается

В итоге S3 была куплена компанией производителем чипсетов VIA Tech. Теперь разработки S3 живут в компьютерах многих офисов и нетребовательных пользователей в виде интегрированных решений.

Matrox ушла в глубокое подполье, где потихоньку разрабатывала G800. Пока велись разработки, она выпустила чип G450, немного доработанный G400 с возможностью вывода изображения на два монитора. А несколько позже она удивила все-таки мир, выпустив карту Parhelia 512. Но скорость этой карты оставляла желать лучшего. При высокой стоимости, единственным плюсом была возможность вывода изображения на три (!) монитора. Ну и неплохое 2D. Применение этой карты в домашних условиях было строго противопоказано.

Ну а что же случилось с 3dfx? Провала с чипом VSA-100 рынок ей не простил. И после безуспешных попыток найти инвестора, 3dfx была куплена главным конкурентом - nVidia. Сумма сделки $15 млн., а покупать было что! 3dfx вела разработки очень перспективных чипов! Дальнейшие события, развернувшиеся на рынке после выхода GeForce2, происходили на наших глазах в новейшее время и в статью не входят.

Вместо эпилога: год 2004

визуализация видеокарта чип

ATI до сих пор ведет смертельный бой с nVidia за право обладать короной 3D. В течение всего 2004 года компания ATI хоть и медленно, но неуклонно увеличивала свою рыночную долю, оттесняя лидера nVidia. Такой успех ATI обеспечили недорогие и достаточно производительные модели 2003 года - Radeon 9800 и 9600 - особенно на фоне ряда как технологических, так и маркетинговых провалов nVidia.

В 2004 году появилось множество усовершенствований в архитектуре графических процессоров, таких как PCI Express, SLI и GDDR-3, способных полностью изменить облик современных видеосистем.

Наиболее значимым событием стало активное внедрение нового последовательного интерфейса PCI Express х16. Новый интерфейс обеспечивает пропускную способность до 4 Гбайт/с (против 2,1 Гбайт/с у AGP 8X). Однако флагманские модели обоих конкурирующих гигантов - ATI X800 Pro и nVidia GeForce 6800 - изначально имели все-таки традиционный интерфейс AGP 8X.

Технология SLI (ScanLine Interleaving) предусматривает параллельное использование двух видеокарт с целью повышения производительности видеосистемы. (Помните разработку 3dfx образца 1998 года.) Для согласования данных и синхронизации видеокарты соединяются платой-перемычкой, надеваемой на специальные 26-контактные разъемы в верхней части плат. Разработчик технологии, компания nVIDIA, предполагает реализовать ее в видеопроцессорах GeForce 6800 и GeForce 6600.

Размещено на Allbest.ru