从平民到皇帝 NVIDIA产品14年发展回顾

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0 发表于: 2007-09-04

从平民到皇帝 NVIDIA产品14年发展回顾

从1993年说起 PC 3D图形技术初始　　● 产业巨变后回顾历史
　　随着06年底AMD收购ATI案尘埃落定，计算机图形硬件战争的结果已经明晰：NVIDIA成为唯一的独立图形硬件厂商幸存者，正式登基为这个领域的皇帝，这正是十四年前黄仁勋在美国和Curtis Priem、Chris Malachowsky建立这家公司伊始时的目标—研制世界最先进的图形加速芯片，成就一家伟大的技术公司。
　　半年多前的事件，使NVIDIA对ATI、Intel对AMD这两对分别对抗的表面平行竞争状态在它们暗流涌动的内部交错冲撞下发生了巨变：Intel面对了更强大的追赶者，而NVIDIA似乎失去了角力的对象，建立在这三个企业之间的对垒与制衡会发生如何的变化，无疑是身处其中的我们所最关注的。半年后，NVIDIA仍保持了自身的高速发展，企业状况良好，市场占有率绝对领先，产品技术换代也比最快的竞争对手快半拍。面向未来固然是IT业最有用的视角，但笔者这里想要做的是回顾历史，回首这些年NVIDIA图形硬件的变革史，这也几乎是PC 3D娱乐技术的发展史，那么我们就用14款代表型号的显卡来串起这14个年头。

以眼观世界的NVIDIA　　● 1995年创新起步的NV1
　　1993年，NVIDIA公司成立在加拿大Santa Clara，第一款产品是2年后推出的以NV1图形芯片为核心的多媒体解决方案，之所以这么说是因为这张PCI总线的显卡还集成了声音功能甚至是游戏机手柄连接。可以看到NVIDIA在3D图形娱乐行业开始之初就表现出了不拘于传统的风格，并相当有野心的想成为全方位的PC平台娱乐霸主。可惜的是NV1方案并不成功，最为天真的做法是欲自立标准摒弃业内通用的3角形描绘3D建模而转用四边形，并且和OpenGL及D3D均不兼容，即使有声名显赫的Diamond选用了它出品了Diamond Edge 3D系列显示卡，但基本上没有在行业内形成什么影响。

Diamond NV1　　NVIDIA在NV1后继续尝试开发过NV2这款2D+3D整合的PCI总线图形芯片，但因为资金和一些其他原因，它们都没有以成品面貌出现在市场上，也许在我们现在的观点看，多年时间无法推出成功产品的一家技术公司，怎样能够得到投资方的认可继续烧钱在硬件研发上呢？不过NVIDIA做到了，这个阶段NVIDIA无疑过的很艰难，但终究是挺了过来。
　　这一时期PC图形硬件市场还属战国时代，以研发芯片为主的厂商包括ATI、3dfx、3Dlabs、Rendition、S3、Cirrus Logic、Trident等，其中的S3如日中天，其他厂商也都实力不弱，更有新贵3dfx已经抓住机遇成为PC 3D娱乐新的领袖。1995年，3dfx发布了公司创立以来的第一个产品Voodoo，并赢得了广泛的欢迎，Rendition在稍微早些于3dfx的时候也发布了V1000芯片，而且已经被几大显卡厂家采用，销售量最后直逼Voodoo，成为第二家受欢迎的产品。这一切对于还显稚嫩的NVIDIA来说相当严峻，它需要在新产品上做出突破。
AGP时代抓住机遇 Riva系帝国初成
　　● 1998年 Riva128的锋芒杀气
　　97年，AGP作为PC平台显卡接口出现在主板上，它专为应付对带宽需求越来越高的3D加速卡，这项技术变革对所有的图形硬件厂商都是一个机会，也是一个挑战。NVIDIA终于找到了快速上升的机会，它推出了芯片代号为NV3的AGP 3D加速卡，著名的Riva128！

ASUS Riva128　　Riva128是当时市场上唯一一款真正具有3D加速能力的2D+3D AGP显卡，相对于当时主流游戏应用的PCI Voodoo纯3D加速+2D显卡的组合模式，Riva128更简单、更便宜，更具规模化成产降低成本的优势。虽然3dfx的Voodoo凭借着当时先入为主的游戏厂商支持和更快的实际速度在玩家群中更有影响力，但Riva128的出现给Voodoo带来了很大的威胁，并成为出货量方面的赢家，Diamond、Hercules及STB等一系老牌显卡劲旅生产了大量基于Riva128的显卡供给OEM和零售市场，NVIDIA积累了自己的第一桶金，后劲越来越足。1997年冬季结束时，这款产品的改进版Riva128ZX问世，它提升了本地内存容量，并支持AGP 2X。
　　Riva128ZX相对Riva128来说，并没有特别重大的改进，nVIDIA只是在告诉大家它有能力在6个月内对产品进行更新换代。新的芯片依然由台湾的TSMC来生产。从那个时候起TSMC就一直是NVIDIA放在第一位置的芯片制造合作厂商。
　　● 1999年 Riva TNT2再接再厉
　　之后的Riva TNT曾在前期公关宣传上做足文章，NVIDIA宣称它将会Voodoo 2 SLI的终结者，但最后的结果是仅比Voodoo Banshee快一点而已，超越Voodoo 2 SLI成为笑谈。产生如此后果的原因是Riva TNT芯片的0.35微米工艺限制和核心频率的提升，从初始设计的125MHz最终减低到90MHz出货。

DIAMOND Riva TNT2
　　1999年2月，nVIDIA对外终于发布了这一时期的终结者Riva TNT2，它是Riva TNT的改进版，可以工作在较高的频率同时还支持一些新的特征：32MB本地内存及AGP 4X等。nVIDIA直接将Voodoo 3作为竞争对手。Riva TNT2及后续的高频各个版本成功拿下了NVIDA第一个3D性能王冠，配合它的还有因非常成熟的雷管驱动程序，NVIDIA产品从开始就专注于OpenGL API支持，这意味着它们在当时高高在上的Quake3系列游戏中表现极佳，赢得大量玩家的拥戴。　　Riva TNT2的另一个重要意义是NVIDIA学会了更好的规划产品线，覆盖更全面的市场，99年当年夏天，更多版本的TNT2显卡在市场销售了，包括Riva TNT2 ULTRA、TNT2标准版、TNT2 M64、TNT2 VANTA问世，Voodoo3及ATI的Rage 128系列已经在所有领域被彻底打垮。
向GPU迈进 Geforce革了传统图形芯片的命
　　● 硬件光影与变换！Geforce 256
　　Riva TNT2的下一代是NV10，它除了具有TNT2的高频高速特征之外，更革命性的引入具有转换和光照处理几何引擎（T&L），它分担CPU在3D计算中的几何运算工作，让显示芯片不在只是像素填充机和三角形生成器，硬件T&L间接改善游戏流畅程度，并远远领先于同期其他产品的设计思路。1999年8月，Geforce 256问世，NVIDIA舍弃了帮自己打下江山的Riva品牌，新启用的Geforce强调力量并沿用至今，并衍生出驱动品牌Forceware及芯片组品牌nForce！
　　Geforce 256的真实水平和发布前的预热相符，但它的核心频率也相对较低，只有120MHz，在当时强调填充率的游戏编程环境下有时相对高频版Riva TNT2的领先距离并不大，不过硬件T&L技术仍然表现出了它的价值，Geforce 256相对于它的频率水平可以说是相当快，尤其是配置DDR SDRAM本地内存的版本。

Creative Geforce 256 SDR 　　Geforce 256显卡的出色表现，NVIDIA强大的技术实力得到全面释放，这块显卡是真正的全面领先型产品，而不是靠16bit色和32bit色的区域优势或者是单纯依赖特定的3D API支持，正是Geforce 256，也宣告了其他厂商只能作为追赶者的角色，ATI甚至乱了阵脚推出Rage MAXX这样的双芯片短命怪物。
　　● 攀上巅峰 Geforce 2 GTS
　　从今天的角度看，才能发现2000年时S3、3dfx两家公司的产品已经是最后一搏，它们是S3 Savage 2000和Voodoo 5。可惜NVIDIA即迅速推出了NV15，也就是Geforce2 GTS显卡，彻底压制了所有竞争者（当时ATI在缓慢的研发R200）。

Canopus Geforce 2 GTS　　Geforce2 GTS显卡的3D性能是Geforce 256的150%以上，标配DDR SDRAM类型的本地内存，以32MB容量为标配，它在技术上和Geforce 256同出一脉，类似于之前的Riva TNT2相对于Riva TNT。后续发布的Geforce 2 Ultra则继续巩固了NVIDIA在3D加速上的王者地位，更晚些时候的Geforce 2 PRO则把这款产品逐渐推入主流，对抗后期之秀Radeon LE。
　　 2000年中期，nVIDIA公司还推出了在Geforce2 GTS的简化版本Geforce2 MX系列显卡雄踞底端。
　　● Shader初体验 Geforce 3
　　进入DirectX 8时代，微软的D3D成为了3D游戏的主流API，从这个版本开始，引入了着色器概念（Shader），Geforce 3是第一款支持DirectX 8完整特性的3D加速卡，NVIDIA此时已经彻底击败并收购了3dfx，浮现出来的新对手是老牌加拿大厂商ATI。ATI在OEM市场拥有非常丰富的经验和资源，在零售型产品开发上也具有雄厚实力，之后的几个年头，它一直力图和NVIDIA抗衡以平分天下，并在短暂的时间里实现过这个目标。

Hercules Geforce 3　　核心代号为NV20的Geforce 3拥有全新的PixelShader和VertexShader硬件逻辑，真正支持像素和顶点的可编程，这是硬件T&L之后PC图形技术的又一重大飞跃，3D娱乐的视觉体验也因此向接近真实迈进了一大步，波光粼粼的水面是那个时期用于演示Shader能力的典型DEMO，相比之下DirectX 7绘制的水面效果就单调得多。NV20还加入了一系列的先进技术，例如光速显存交错寻址控制器（lightspeed crossbar memory controller）、Z轴无损压缩（Z-compression）和Z轴遮挡筛选（Z-occlusion culling）等，主要用于改善内存带宽。Geforce 3在大约半年不到的时间内，主宰了高端市场，直到迟了半代的ATI Radeon 8500的出现，但Geforce 3 Ti500仍然能够和Radeon 8500战平。
Geforce 4盛极一时和FX一代的迷茫　　● 销量之王 Geforce 4 MX440
　　面对同样DirectX 8级别、支持PixelShader与VertexShader并还融入特色TRUFORM、SMARTSHADER、SMOOTHVISION及HYPER-Z II等新技术的Radeon 8500，先手的Geforce 3无法形成压制，Geforce 4 Ti迅速出现接替前者成为无可争辩的DX8显卡性能之王。但Geforce 4系列真正销量最大的却是核心架构和Geforce 2类似，仍处于DirectX 7时代水平的Geforce 4 MX440及后来的Geforce 4 MX4000。

Gainward Geforce 4 MX440
　　Geforce 4 MX440技术成熟、产品廉价，ATI的Radeon 7500系列对其毫无办法，甚至在DirectX 9产品问世许久后市场销量最高的仍然是隔代老产品的Geforce 4 MX440，其成功可见一斑。这款产品在技术上法善可陈，成功的原因可归结为成本控制、时机选择和价格卡位准确，毕竟DirectX 8应用存在期较短，软件还处于对Shader编程的摸索期，DX7级别游戏仍旧是主流应用，而DirectX9又呼之欲出，Geforce 4 MX440在入门级系统显现出来的高性价比还是非常明显。此外，这个时期也是NVIDIA在驱动程序研发上最为强盛的阶段。　　● 销量之王二世 Geforce FX 5200
　　和DirectX 9的完美契合及务实的硬件配置成就了ATI Radeon 9700一代产品的翻身一役，2002年底Radeon 9700无可争议地坐上了显卡性能王者的宝座，重塑ATI与nVIDIA决战的信心，NVIDIA则遭受了自Riva TNT2成功以来首次如此严重的失败：Geforce FX系列的核心架构偏离DirectX 9的应用方向，Geforce FX 5800孤芳自赏的使用准4*2模式管线和128bit GDDR2本地内存和Radeon 9700的标准8*1+256bit DDR本地内存抗衡，技术领先的形象遇到重创。

NVIDIA Geforce 5200
　　尽管Geforce FX 5800（NV30）及中端的FX5600并不算成功，但是面向入门级市场的Geforce FX 5200堪称神奇，它简直就是Geforce 4 MX440的复刻版本，成功拿下原本Geforce 4 MX440占据的市场，牢牢占据国内独立型显卡的最低配区域，甚至在5年后的今天，仍在市场中大量出货。　　Geforce FX 5200大幅度精简于本身就并不快的Geforce FX 5800，在发布当时的3D加速能力就极为有限，5年后的今天它却仍能活跃在DIY市场，这只能归结于AGP产品的最后阵地+超低价格的解决方案了，毕竟在现在的标准看，Geforce FX 5200已经和一款2D显卡无异。
借PCI-E新风夺回王座与SLI重生　　● 王者回归 Geforce 6800 Ultra
　　经过Geforce FX 5900对Radeon 9800的缓冲， 2004年4月，NVIDA重振旗鼓的NV40携最新API DirectX 9.0c以及PCI Express总线杀到。2004年是PCI Express标准大普及的一年。i915P/i925X和nForce 4系列芯片组的迅速普及让PCI Express有了广阔的市场，NVIDIA再次抓住了机会，依靠Geforce 6800 Ultra夺回3D性能头把交椅，ATI则显露技术研发颓势，Radeon X800系列没能支持最新API，也不具备类似NVIDIA SLI这样的双卡并行加速能力。
　　Geforce 6800 Ultra是nVIDIA NV40产品线中的旗舰，采用0.13微米制造工艺，核心频率为400MHz和350MHz。作为顶级的显卡，内部的16条渲染管线、搭配256MB 256bit的GDDR3本地内存。这款显卡完整支持Shader Model 3.0的DirectX 9.0c，内置CineFX 3.0引擎，64位纹理混合过滤、32bit象素着色渲染精度一应俱全，带有第二代UltraShadow阴影渲染优化技术，此外还支持Color-compression（色彩压缩）和Z-compression（Z压缩）压缩技术。NVIDIA深刻吸取了Geforce FX系列过于自我、冒进的技术路线，Geforce 6800的NV40和微软D3D规格标准吻合度极高，其优秀的硬件架构得到了充分的发挥。

Leadtek Geforce 6800 Ultra　　利用PCI Express总线构架起来的NVIDIA SLI技术在Geforce 6800 Ultra上被首次引入，这种多GPU并行技术能够有效提升系统的3D加速能力，基本能实现单个显卡175%以上的3D速度，借Voodoo SLI早年威名，用户接受度非常高，即使后来ATI如法炮制了Crossfire技术，但仍不如SLI知名度高、应用广泛。
　　● 双轨并行 Geforce 6600
　　AGP和PCI Express两种接口的产品都很流行，是Geforce 6中档主力Geforce 6的最大市场特色。虽然早期上市的旗舰级Geforce 6800依然采用了AGP界面，但定位稍低，基于原生PCI Express总线芯片的Geforce 6600随后就马上出现在零售市场，使得PCI Express显卡的普及有了飞跃。约1/4 NV40硬件规模的NV43核心GeForce 6600有两种规格：Geforce 6600 GT和Geforce 6600标准版。其中GT版性能更强，其核心频率达到500MHz，搭配GDDR3内存。而Geforce 6600标版频率为300MHz，搭配GDDR2。

Chaintech Geforce 6600 GT　　提前放弃了NV3X一代的Geforce FX中端显卡，GeForce 6600得到了空前的支持，它是NVIDIA产品线中罕见的频率限定宽松、内存搭配宽松产品，下游制造商能动性很高，这种政策几乎照搬了Radeon 9550的成功模式，事实证明这样的思路确实很好。客观而言，Geforce 6系列确是成功的产品，ATI的Radeon X700无法与之抗横，NVIDIA
甚至在ATI发布的Crossfire技术后宣布Geforce 6600标准版可以驱动支持SLI技术，也有可能授权VIA的DualGFX芯片组支持SLI，对Geforce 6600的支持可谓空前。
　　● 核心系列更名 Geforce 7800 GTX
　　对DirectX 9.0c的支持上落后的ATI也在2005年末将自己的全线产品带入了ShaderModel 3.0时代。但遥遥领先的NVIDIA已经在2005年的夏天强势推出了自己的第二代DirectX 9.0c产品Geforce 7800 GTX，将在Geforce 6时代积累的优势进一步扩大，从这一代产品开始，GPU芯片核心代号改名为Gxx，其中对应Geforce 7800 GTX即是G70。

Albatron Geforce 7800 GTX　　从产品技术角度看，Geforce 7更像Geforce 6的终极改进版，其硬件特征几乎没有发生变革，提升的是晶体管规模和GPU的计算能力。G70依然采用了成熟的110nm工艺，在NV40的基础上增加了透明抗锯齿能诸多新技术，强大的Geforce 7800GTX占据了显卡性能之王半年之久。
领先一代 NVIDIA的进行时和将来时　　● 威力双联装 Geforce 7950 GX2
　　 2006年3月，随着Geforce 7900/7600系列显卡问世，G7X系列显示核心全部实现了90nm化。新的制造工艺使Geforce 7900/7600系列显卡制造成本和功耗降低、频率和性能提升。另外，Geforce 7900/7600都提供DualLink规格的DVI输出、支持2560x1600高分辨率显示，PureVideo的高清加速能力还通过Forceware程序得到性能提升。
　　NVIDIA还推出了顶级位置的的Quad SLI技术，这种技术采用4枚GPU协同运作，最高能够实现32倍抗锯齿，提供了比双GPU SLI更高的图像质量和速度表现，为适应未来的高端超负荷运算奠定了基础。对应此技术，
NVIDIA5月发布了当时世界上最快单显卡的Geforce 7950 GX2。Geforce 7950 GX2显卡包含两个7900 GTX GPU，核心频率为500MHz，每个核心512MB GDDR3 1.2GHz的本地内存配置。该卡设计极为精良，基于SLI技术但可以在非SLI主板上正常使用，还能够使用两块Geforce 7950 GX2在支持SLI的主板上实现Quad SLI，搭建远超竞争对手的超级3D加速平台。

NVIDIA Geforce 7950 GX2　　Geforce 7950 GX2是NVIDIA有史以来最华丽的技术能力演示，象征意义大于实用意义。
　　● 统一渲染新时代 Geforce 8800 GTX
　　06年11月发布、完整支持DirectX 10、彻底统一渲染架构风格的Geforce 8800 GTX是自Geforce 256以来NVIDIA受到关注最高的革命性产品，这款产品领先3D API标准3个月，领先比自己慢的竞争对手半年上市，创下了NVIDIA旗舰级3D娱乐显卡的销售记录。通过Geforce 8800 GTX，NVIDIA进入了一个近乎无对手的帝国时代，独立于3D图形硬件行业的巅峰。

ASUS Geforce 8800 GTX　　Geforce 8800 GTX使用的GPU为G80，它提供对ShaderModel 4.0、NVIDIA Quantum Effects物理处理技术的支持，NVIDIA Lumenex引擎的引入则实现了128位浮点高动态范围光照和8倍多重取样抗锯齿效果。G80带来前所未有的设计：统一Shader架构（Unified Shader）带来强劲的性能，完全硬件支持DirectX10的各项先进特性，具备128个通用标量着色器的Geforce 8800 GTX具备万亿浮点处理能力（Teraflops of floating point），GigaThread逻辑支持数千个线程并行运行，有效调度所有着色器的均衡负载，最大化3D计算，对DX9和DX10级别的3D应用都有理论上趋于完美的适应性。Geforce 8800 GTX还支持384bit的内存位宽，搭配将近2GHz频率的768MB本地内存，即使在30英寸LCD上游戏也不会遭遇本地内存容量瓶颈。
　　Geforce 8800 Ultra出现后，Geforce 8800 Ultra已经不是最快速的3D加速卡，但他问世之初时的震撼仍然让人无法忘却，超上代旗舰100%的加速能力，风驰电掣的游戏速度，甚至还有部分场合代替CPU的通用计算能力，NVIDIA已经在领先的道路上越走越远。
　　● 平民高清+DX10 Geforce 8600 GT
　　ATI、NVIDIA双雄并进的趋势持续了7年之后，被AMD收购后的AMD-ATI在产品推出速度上显现颓势，相反NVIDIA则具有强悍的创新力和生命力。在领先竞争对手半年时间推出首款DircectX 10的顶级3D加速卡Geforce 8800之后，NVIDIA于4月17日又把Geforce 8产品线扩充完整，Geforce 8600和Geforce 8500两个显卡系列延伸到主流市场。
　　Geforce 8600 GT以灵活宽松的产品规格配置、合理的价格、均衡的DX9/DX10应用加速能力、新锐的高清硬件解码逻辑已经成为新一代中端主流独立显卡的代表型产品，和竞争对手的Radeon HD 2600 PRO/XT相比，Geforce 8600 GT在相同档次频率设定下速度更快、驱动表现更稳定，市场可选余地也更大。
　　Geforce 8600 GT使用的GPU为G84-300，由台基电（TSMC）使用80nm工艺制造，G80革命性的可以维持最多4096个线程的GigaThread逻辑部分被完全保留，并且其内部还集成了G80不具备的新版Video ProCESsor和H.264 BSP引擎，强化了高清视频解码能力。Geforce G84-300 GPU基本上是G80硬件指标的25%。它是一款32通用着色器的GPU，实际上它就是16SPs*2的配置。G84内的32个通用标量着色器频率和ROP标准频率的675MHz异步运行，比例大致在2.16:1，它的内存控制器仅为128bit位宽，远较G80的384bit/320bit低。

NVIDIA Geforce 8600 GT
　　NVIDIA的GPU在NV4x一代开始便引入辅助高清解码技术的PureVideo HD，并在06年初增加了对H.264编码格式视频的解码支持。PureVideo HD已经能有效缓解CPU的压力，只是解码过程仍然需要CPU很高的参与度，不能彻底释放CPU负载。PureVideo HD最新版本现在在NVIDIA G84和G86 GPU上被引入，它的最大改进是：高清视频解码可以100%交由GPU计算！CPU彻底解放。
　　G7X和G80 GPU的PureVideo HD特性依靠内部的VP（VideoProcessor）提供，在对高清视频进行解码时，能够完成除了Bitstream处理和InverseTransform之外的其它操作，包括对CPU能力要求不低的De-Blocking操作。但以H,264编码的高码率影片播放时，即使CPU被PureVideo HD从De-Blocking解放出来，Bitstream处理仍旧给CPU沉重的压力。
　　G84 GPU在内部设计上大大增强了视频解码逻辑，除了VP版本更新并加强了性能之外，还新增了针对H.264解码的BSP（Bitstream Processor）引擎，解决原来G7X和G80 GPU的PureVideo HD仍需CPU进行Bitstream处理的问题，彻底接手高清视频解码的所有工作。以G84GPU为核心的Geforce 8600系列显卡，现在能够基本不需CPU计算能力的支持，就能流畅播放高码率H.264压缩格式的高清视频，BSP支持CABAC/CAVLC两种方式的Bitstream处理，即使使用的是低速CPU，CPU占用率也可以保持在40%以下，系统响应度和播放顺畅度都能够保证。
　　● 写在最后　　半年更新、一年换代是NVIDIA长期奉行的产品更新策略，正是这样的赶超自我的驱动力让NVIDIA在激烈的技术市场厮杀中胜出，回顾近年来NVIDIA高端产品的发展历程，几乎半年一次的新产品更替速度不仅让竞争对手疲于应付，还有效的进行了优胜劣汰，让懦弱者沉沦于历史长河之底，让勇敢者抵达光辉的彼岸。