AMD-ATI显卡变迁 R300到RV670发展史

互联网 | 编辑: 刘龙涛 2008-05-05 00:30:00原创 返回原文

ATi公司始创于1985年,是桌面个人电脑、笔记本和集成产品的图形技术支持、以及视频及多媒体解决方案领域的领导者。作为图形技术产业的先锋、革新者和市场先导,ATi的实力源自其丰富的人力资源、产品、卓越工艺和消费者的关注,及其在新技术与市场聚合的关键转向处提供自顶至

ATI公司的创立与发展
ATi公司始创于1985年,是桌面个人电脑、笔记本和集成产品的图形技术支持、以及视频及多媒体解决方案领域的领导者。作为图形技术产业的先锋、革新者和市场先导,ATi的实力源自其丰富的人力资源、产品、卓越工艺和消费者的关注,及其在新技术与市场聚合的关键转向处提供自顶至底的解决方案和资本转化能力等多方综合因素。在过去的时间里这些转向包括自2D至3D的图形技术转移、AGP总线接口的采用、图形加速卡中DVD(Digital Versatile Disc)功能的加载以及DFP(Digital Flat Panel)监视器的市场接纳;亦包括崭新的、高复杂性及功能性图形处理引擎的更新发展。

ATI的创始人,时任CEO的何国源(Kwok Yuen Ho)1950出生于一个曾经富裕的广州家庭,随即离开中国大陆。他人生的一大转机是在1974年毕业于台湾成功大学,获得了电子工程学士学位。而后他曾就职于数据控制系统、飞利浦电子和国家半导体公司,再后来就任翁氏电子有限公司总经理,那是一家PC制造及组装工厂。

1984年,何国源移民加拿大。不太走运的是尽管他拥有10年的工作经验和电子工程学位,但仍然难以找到一个和他在香港相匹配的工作岗位。不过,何国源并不是求职市场上唯一的失败者。1985年,他和另外两个香港移民,Benny Lau(产品开发副总裁,已退休)和Lee Lau(策略计划副总裁),共同创建了他们自己的公司,也就是大名鼎鼎的Array Technology Industry。

ATI自1985年8月20日成立之后就把自己定位成一家电脑图形公司,同年10月ATI使用ASIC技术开发出了第一款图形芯片和图形卡,之后就主要涉足OEM(原始设备制造商)业务,为大型个人电脑制造商(如IBM)制造显示芯片。当时的个人电脑只有IBM和其它竞争者的整机销售,而且价值不菲,所有配件包括软件都不会单独零售,所以OEM是唯一的出路。

但为了公司前途着想,ATI决定不再大量制造基本的2D图像芯片。在1987年,ATI发售EGA Wonder和VGA Wonder家族显卡。这些显卡功能都比IBM自身的显示装置好,EGA/VGA Wonder是一种能用于市场上任何一种图形界面、软件和显示器的单卡,为传统个人电脑提供了更高速的图像,由此引起了个人电脑制造商和用户的重视!

真正的超越:属于所有ATI Fans的R300/350
从Rage转型到Radeon100小试牛刀再到Radeon200崛起最后到Radeon300辉煌,其中经历了无数的风风雨雨。Matrox的Parhelia-512似乎抢了DirectX 9.0的头把交椅,但是最早的未必是最好的,ATI Radeon 9700选择了一个更好的时机。以往ATI在产品开发上总是比nVIDIA慢一步,就像99年之前的AMD一样。如果要打败竞争对手,那么必须在产品研发周期上打一个时间差,选择短暂的沉默,然后薄积厚发。AMD的K7正是这样做的,而ATI的Radeon 9700显然也是一个经典案例。

请记住这张Radeon 9700带来的DX9效果图

1、DirectX9战场全面胜利
最先推出的Radeon 9700/Pro可谓令人耳目一新,不仅率先实现DirectX 9.0硬件级支持,还破天荒地集成集成了1.1亿个晶体管!作为新一代产品,Radeon 9700/Pro实现了256Bit位宽,并且显存位宽也达到这一数值。从显存宽位、渲染管道、纹理贴图单元等令人关注的指标来看,Radeon 9700/Pro的表现是无懈可击的。与当时的GeForce4 Ti相比,Radeon 9700/Pro完全超越它,而且已经不能算作是同一时代的产品了。可以负责地说,在当时产品研发进度上,ATI第一次超越了nVIDIA。Radeon 9700/Pro配置了四个可编程顶点描景管道,而且改善了多边形设置引擎,可以提供对Vertex Shader 2.0、Pixel Shader 2.0、NURBS、Displacement Mappingdeng等技术最完美的支持。全屏抗锯齿技术始终是GPU厂商不断努力的方向,而Radeon 9700/Pro带给业界的是Smoothvision 2.0,配合新一代HyperZIII显存压缩技术,直接令全屏抗锯齿效果的实用价值大大提高。

Smoothvision在3Dmark01中大显神威

毫无疑问,高价位的Radeon 9700/Pro仅仅是ATI的一面旗帜,真正令人疯狂的是Radeon 9500/Pro。Radeon 9500/Pro使用与Radeon 9700/Pro相同的R300 GPU,只不过显存位宽降低到128Bit DDR。相对而言,Radeon 9500的速度降低更多一些,因为它只有4条像素渲染流水线。不过更为令人惊喜的是,很多Radeon 9500/Pro都可以通过软件修改为Radeon 9700/Pro,此时性能大幅度提高,备受发烧友推崇。或许是看到了Radeon 9500/Pro的这一“小瑕疵”,也或许是为了降低成本,ATI迅速推出了基于RV350内核的Radeon 9600/Pro。Radeon 9600/Pro同样完整地支持DirectX 9.0,不过仅仅配置2个可编程顶点描景管道,而且像素渲染流水线缩减为4条,同时显存位宽也只有128Bit DDR。如此一来,Radeon 9600/Pro反倒失去了光芒,因此普及速度并不快。当然,后来ATI衍生出的Radeon 9550还是非常成功,被很多ATI Fans誉为经典中的经典。

Radeon 9550至今仍然让人津津乐道

Radeon 9800展现压倒性优势 真正的超越
对比GeForce FX5950U与Radeon 9800XT,我们却能发现奇怪的一幕。在大多数基于DirectX 8.1的游戏中,两者的差距微乎其微,而在执行DirectX 9.0游戏时,Radeon 9800XT具有明显的优势。不仅如此,ATI旗下的Radeon 9600系列也具有类似的优势,令nVIDIA的GeForce 5700/5600系列受到很大的打击。从官方公布的消息来看,GeForce FX5950U与Radeon 9800XT在DirectX 9.0执行方面存在一定的差异,这甚至是导致性能差距的重要原因。尽管两者都是支持Pixel Shader 2.0与Vertex Shader 2.0,但是渲染精度、指令数量、Shader长度等都不相同。

Radeon 9800惊人的DirectX9 3D动态贴图技术

原本nVIDIA GeForce FX相对于Radeon 9700Pro的一个主要优点就是可以执行长度达1024指令的Pixel Shader程序,但是ATI随后发布的Radeon 9800系列可以执行任意指令长度的Pixel Shader程序,这比GeForce FX5950又进了一步。这一切都归功于ATI的F-buffer技术,主要用于存储渲染流程中的中间结果,这样就避免了把所有的像素都写入帧缓存,提高了工作效率。
nVIDIA势力的日益壮大以及在接口开发方面的垄断行为令Microsoft非常恼怒,甚至一度传出nVIDIA退出DirectX 9.0制定小组。正所谓无风不起浪,这至少证明nVIDIA与Microsoft的关系大不如前。众所周知,目前Pixel Shader与Vertex Shader都只能在D3D接口下应用,退出OpenGL组织的Microsoft一心想彻底淘汰OpenGL接口,而且已经基本实现。在这种情况下,nVIDIA的境地自然非常不利,很可能在面对新一轮3.0版本Pixel Shader以及Vertex Shader竞争时处于下风。更为蹊跷的是,ATI研发小组还拥有原本负责制定DirectX标准的前Microsoft成员,这也是令nVIDIA最为尴尬的。对比同级别的显卡,nVIDIA在OpenGL性能上有着很大的优势,而ATI的D3D速度更为出色。之所以出现这种局面并非是单纯的技术原因,厂商之间的“合作”与“牵制”起了决定性作用。

Radeon 9500Pro可谓是显卡开管的鼻祖

PCI Express时代的下坡路
如果要对ATI和nVIDIA的第一次DirectX9对抗下一个结论,那么ATI可以说是大获全胜。但是,可千万不要小看了nVIDIA的雄心,就在ATI吃着Radeon 9550的老本时,nVIDIA的PCI Express攻略已经展开,并就此将ATI打入深渊。

SM 3.0的溃败

ATI以及其它GPU厂商的复苏为nVIDIA敲响了警钟,Radeon 9700/9800更是让nVIDIA知道落后的感觉。GeForce FX5800的4×2流水线架构以及128bit GDDR2显存更是使得nVIDIA在性能宝座的争夺中彻底败给ATI,对于nVIDIA而言,真正令其坐立不安的还不仅仅是ATI的高端产品。Radeon 9550以及衍生到PCI Express接口的X300-X550-X600小组合体对于市场占有率的侵蚀一度非常严重。
在这种情况下,指望FX5200/5500/5600/5700之流挽回局面已经没有可能,而且nVIDIA的桥接芯片存在成本偏高的问题。如何才能彻底压制ATI,这成了nVIDIA的当务之急。事实上,nVIDIA一直在产品研发进度方面略微领先于ATI。在GeForce 5900发布之前,GeForce 6系列就已经进入研发阶段。nVIDIA对GeForce 6投入的工程研发人员不下500人,研发经费数以亿美元计算。自此为止,可以彻底宣告nVIDIA的GeForce 6产品线布置完成,NV3X核心逐步退出市场。以GeForce 6200TC对抗被称为nVIDIA心腹大患的集成显卡,以GeForce 6600LE系列牵制ATI的X300-X550-X600阵营,以GeForce 6600GT再加上高端SLI技术彻底打压竞争对手,应该说nVIDIA有一定的胜算。

X300-X550-X600阵营终于随着时间推移而全面溃败

但是从技术角度而言,X300-X550-X600阵营却不得不面对平庸的现实。如今越来越多的游戏开始支持Shader Model 3.0,包括《细胞分裂3》、《孤岛惊魂》、《帝国时代3》、《使命召唤2》等。GeForce 6200以及GeForce 6600LE全面支持Shader Model 3.0,而ATI显卡显然在这方面处于落后局面。

Shader Model 3.0让ATI陷入尴尬

Shader Model 3.0 在很大程度上丰富了的游戏研发时的编程模型,方便游戏开发商更简单的做效果更好的游戏。Shader Model 3.0被应用到很多环境表面和混合的镜面光源中。和Shader Model 2.0相比,Shader Model 3.0最大的优势就在于拥有置换贴图技术,许多复杂的光影算法在 Shader Model 1.1 和 Shader Model 2.0 上无法实现.

这张寓意深刻的照片是不是预示着ATI的保守

X700中端市场受阻
X700系列是ATI开发用来直接和nVIDIA GeForce 6600系列对抗的PCI Express中坚力量,它简化自Radeon X800系列,和GeForce 6600简化的大刀阔斧将比,ATI仁慈地让X700保留了更多的X800元素。但是,由于X700本身还是无法支持Shader Model 3.0和HDR等新技术,再加上其成本迟迟无法下调,因此普及度非常有限,瞬间在市场份额竞争中完全处于下风。

X700没能在关键时刻力挽狂澜

对于任何厂商而言,众多市场总是不可放弃的前沿阵地。当时,ATI一心希望X300-X550-X600阵营能够坚守低端市场,而X700至少对GeForce 6600系列构成威胁。但是现在看来,ATI的如意算盘显然不切实际。由于技术研发上的落后,ATI已经在第二轮的DirectX9竞争舞台中败北。当然,X700的失败也意味着整个产品线的溃败。X800尽管随后衍生出X850系列,但是在高端市场根本无法打开局面,难以与GeForce 6800系列正面对抗。

X850 XT PE最后的抵抗显得毫无疑义

X1000系列挽回人气
在告别了备受期待但是并不成功的X800系列之后,ATI终于屈服于Shader Model 3.0。从X1000系列开始,ATI全线产品支持Shader Model 3.0以及HDR技术。但是在极为关键的中端市场竞争中,ATI再次出了败招,那就是X1600。作为力拼GeForce 6600GT甚至GeForce 7300GT的新品,X1600一度被寄予厚望。然而,其所谓的12管线有着太多的水分,而ATI的这项超前技术最终面临尴尬。

ATI X1600有些刚愎自用

一条管线内置多个工作单元已经不是什么新技术,以前的GeForce4 Ti以及Radeon 8500等显卡都运用过这些技术。与纯粹依靠单管线相比,这种方式能够在纹理填充以及像素计算方面展现出一定的优势。不过此时的实际工作能力并非简单的相乘关系,而且其中的复杂关系很难评判。在ATI最新推出的X1600 RV530 GPU中,只有四条渲染管线,但是每条管线拥有12个像素填充单元。
如今我们对于一条流水线定义是“Pixel Shader(像素着色器)+TMU(纹理单元)+ROP(光栅化引擎,ATI将其称为Render Back End)。从功能上简单的说,Pixel Shader完成像素处理,TMU负责纹理渲染,而ROP则负责像素的最终输出,因此,一条完整的传统流水线意味着在一个时钟周期完成1个Pixel Shader运算,输出1个纹理和1个像素。以GeForce 6600LE为例,一块传统的4流水线构架显卡(4X1)在一个时钟周期内完成4个Pixel Shader运算,输出4个纹理和4个像素。流水线=Pixel Shader+TMU+ROP,这一概念一直得到GPU厂商的拥护。然而随着技术的发展,3D游戏开始有明显的取向性,此时这一平衡也自然被打破。
正是基于像素着色器程序中算术指令比重不断提高这一事实现状,ATI开始不遗余力地致力于提高像素渲染管线数量。以X1600为例,它拥有4条真正意义上的流水线,只不过Pixel Shader、TMU以及ROP形成3:1:1的关系。具体而言,X1600有12个Pixel Shader,而TMU和ROP却只有4个,因此这款GPU核心在一个周期内可以进行12次Pixel Shader运算,输出4个纹理和4个像素。也就是说,X1600在Pixel Shader运算上等同于16流水线显卡,但在纹理填充率和像素填充率上等同于4流水线显卡。按理说,X1600的技术的确是比较先进,但是将一项技术优势作为非同级别竞争的砝码,这显然是不合理的。面对GeForce 6600GT和GeForce 7300GT真正的8管线,X1600显然没有胜算。好在,ATI近期发布了http://article.pchome.net/00/30/62/67/X1650XT,此时真正拥有12管线,并且实现了36个像素单元,但是这似乎一切已经晚了,因为ATI已经被AMD所收购。

RV530 GPU的ATI X1650 PRO似乎来得太迟了

Radeon520谢幕,AMD正式宣布并购ATI
依靠NV40的大获成功,NVIDIA打了个翻身仗,新的显示芯片G70在2005年年中顺利上市。与激进的NV40不同,G70以NV40为基础,在性能和功耗、成本等几个方面取得非常好的平衡。
而急于扳回一城的ATI却连续遇上了功耗等不利因素造成的Re-tape,导致传说中的R520一再跳票。经过了4个月痛苦的G70 VS nothing的煎熬,R520终于在10月发布。
与R420一样只有16条渲染管线,在采用极线程分派处理器后,R520能够最多同时处理512个线程,先进的线程管理机制使得每条渲染管线的效率大为提升;8个引入SM3.0的顶点着色单元,动态流控指令得到了支持,采用R2VB的方式绕过了SM3.0对VTF的规定;采用了256位的环形总线尽管增加了内存的延时,却灵活了数据的调度;支持FP32及HDR+AA;而先进的Avivo技术使得ATI产品的视频质量更上了一个新的台阶。

硕大的散热片从某个侧面表明了R520难产的原因

与G70相比,R520的技术更为先进,但是像素着色单元过少是其硬伤,不久后NVIDIA推出的7800GTX 512MB凭借高频和大容量的内存就轻松超过了R520。针对R520的缺点,ATI迅速作出了反应,推出了与R520在架构上很不一样的R580。
ATI认为未来游戏将会对Shader的要求更高,所以像素着色单元与TMU的比值应该更大。于是R580采用了48个3D+1D像素着色单元,却使用了与R520相同的16TMU。这种奇特的3:1架构被证明在如极品飞车10和上古卷轴4等PS资源吃紧的新游戏中能够获得比传统的1:1架构更为优秀的表现。先进的软阴影过滤技术Fetch4则让R580对阴影的处理更有效率。
R580在老游戏下性能表现与对手的旗舰产品不相上下,而在Shader压力繁重的新游戏中特别是高分辨AA/AF全开的模式下,甚至能够超过对手产品50%以上的性能表现。相比较于R520,R580游戏表现大为增强,成为了当时的游戏之王。
然而R580系列与其前辈R420有着共同的软肋,那就是中低端产品同样表现不佳。继NV43横扫中低端之后, 继任者G73扮演着同样的角色;与此同时20管线的7900GS芯片良率之高使之成为了有史以来成本最低的中高端芯片,不断的降价给了ATI中高端产品已强大的压力。反观ATI,用R580的1/4缩小版X1600系列去攻占中低端市场,12PS、4TMU这种在高端芯片上优秀的3:1架构设计在普通游戏分辨率下显得有些水土不服,过少的TMU资源成了性能的瓶颈。ATI在中低端的竞争中再次败北。

强悍的1950XTX,甚至新一代的中高端GF8800GTS也不敢保证能够完全将其击败

R580性能强悍,但集中了主要利润的中低端市场被对手夺取后,ATI陷入了前所未有的困境。ATI股价大跌,长期在15美元左右徘徊。在ATI与Intel的合作意向谈崩了之后,AMD向ATI伸出了双手。2006年7月24日,AMD正式宣布以总值54亿美元的现金与股票并购ATI,10月25日,AMD宣布,对ATI的并购已经完成,ATI作为一个独立的品牌已经成为了历史。

1+1>2 ? 还是 <2 ?

就在AMD即将完成收购的时候,R580+上市,这次上市带来了新系列的产品线。高端以X1950XTX为主打,基本上可以看作是X1900XTX的GDDR4版本,GDDR4显存的应用大大提高了片内传输带宽,在一定程度上也提高了性能。RV570即X1950Pro/GT具有36个PS单元、12TMU、12ROPs,同样是3:1的架构,在很多方面都超过了对手的产品,成为中高端市场最有力的竞争者。RV560即http://article.pchome.net/00/30/62/67/X1650XT则可以看作R580的1/2,24PSU、8TMU、8ROPs,测试成绩超过G73,成为了中低端的性价比最高的显示芯片之一。

可惜X1950XTX的全系列产品出来得太晚,尽管有了良好的定位和强大的性能,可为时已晚,ATI已经结束了自己的使命,剩下的将由AMD代为完成。

ATi主流DX10显卡RV630/610登场

2007年4月中旬,NVIDIA正式向外界宣布旗下三款中端DirectX 10显卡——GeFroce 8500GT、8600GT以及8600GTS。这意味着,nVIDIA除了占据高端的DX10显卡市场,还向主流的DX10显卡市场迈进。虽然ATi于07年5月中旬推出了旗下首款旗舰级的DX10显卡——Radeon HD 2900XT,但没有中坚力量,AMD-ATi始终不能于主流市场立足。于是AMD-ATi在2007年的6月12日,又向大家公布了其低端至中端的主流DX10显卡——RV630/610系列。

尽管又比nVIDIA的首批中端DX10显卡慢了一拍,但AMD-ATi的RV630显得后劲凌厉,得益于更先进的65nm核心制程,开发厂商能够对ATi的Radeon HD 2600系列更好的控制成本,按照不同的定位,价格低廉的Radeon HD 2600Pro、超频版的Radeon HD 2600Pro、非公版2600XT.....多种不同规格的RV630显卡登陆市场,成为ATi在中端DX10市场上的一只庞大队伍。

支持VC-1、H.264高清硬解的UVD解码器

而为了增强日后Radeon HD 2600/2400系列在产品特色方面的优势,ATi在RV630/610上都加入了比G84/G86更强悍的Avivo HD视频回放技术,其中的UVD通用视频解码引擎,能同时实现H.264和VC-1编码视频的硬件级解码,继续丰富图形加速显卡在视频回放方面的能力,进一步释放高清晰视频播放过程时对CPU运算能力的依赖。ATi强大的高清回放能力也成为ATi的Radeon HD 2400系列在入门市场上的重大注码。


ATi的中高端猛将RV670系列
在过去的一年中,由于AMD-ATi Radeon HD 2000系列发布的一再延期,造成了ATi的DX10显卡系列在市场上一直处于被动的状态,虽然为了扳回其在DX10市场上的劣势,ATi随后搬出了面向中端主流市场的RV630系列。但显然,仅仅这样还是不够的。从显卡市场上可以看出现有的ATi显卡体系,从Radeon HD 2600XT到Radeon HD 2900XT之间,无论在是核心架构还是价格上,都存在着一片巨大的空白,而nVIDIA的GeForce 8600GTS、GeForce 8800GTS和最新发布的GeForce 8800GT,则适好占据了AMD-ATi的这片处女之地。

为了争取更多的市场空间,更为了进一步完善自己的市场体系,AMD-ATi于2007年的11月16日推出了RV670系列。它不仅填补了目前AMD-ATi在显卡市场体系上的巨大鸿沟,更能充当ATi中端主流市场上的重要产品,担起复兴ATi的大旗。



对于ATi的Radeon HD 3800系列来说,提前支持了微软即将发布的DirectX 10.1,也是它的技术亮点之一。ATi的RV670在这点上和当初nVIDIA的G80十分相像,都提前了对DirectX版本的支持。而DX10.1保持了10版本的原有整体结构和编程体系,同时顶点,几何和像素着色指令集也会得到更新到支持Shader Model 4.1。此外,DirectX 10.1还提供了许多增强功能,如对HDR光源效果的改进,反锯齿的改进,更为精确的管道,全局照明特效等。DirectX 10.1是目前DirectX 10版本的增强版,将计划与Windows Vista SP1一起发售。

AMD-ATi展示DirectX 10.1的光影效果

对于ATi来说,同样基于RV670核心的Radeon HD 3850无疑是重中之重,RV670发布上市至今,多款非公版设计、DDR4版本的Radeon HD 3850也出现于市面之上,它们的价格都保持在1500元以下,对于nVIDIA来说HD 3850上市以后的很长一段时间,未能真正拿出一款产品对抗ATi来自1500元市场上的冲击,直到核心代号为G94的9600GT上市才打破这一尴尬的局面。
规格强大的R600系列有着准确的市场定位,能够制约R600的只剩下产能与驱动程序,如果AMD-ATI能够把这个问题完美的解决掉,重塑R300的辉煌也并不是什么困难的事。

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