The future of 3D-graphics: Некоторые тенденции и прогноз на будущее индустрии графических ускорителей

Введение

Сегодня мы немного отвлечемся от настоящего, забудем про текущие линейки и видеокарты, и поговорим о будущем, о том, что же нас ожидает. Ведь индустрия графических ускорителей весьма бурно, а порой и неожиданно развивается, вспомним, например, какими были видеокарты два года назад - ни один другой компонент PC не перетерпел столько кардинальных изменений, как видеокарты.

Компоненты – прошлое и настоящее

Возьмем центральный процессор – современные CPU по сравнения с их предками двухлетней давности, фактически, лишь нарастили частоты, изменили конвейер и увеличили объем кэш-памяти. В целом, архитектура осталась прежней, если, конечно не брать в расчет AMD64. Но будущее 64-битной архитектуры от AMD весьма неоднозначно, ведь если AMD не получит поддержки со стороны разработчиков программного обеспечения, весьма неплохая по своей задумке архитектура так и останется невостребованной...

Изменения перетерпела оперативка. Да, оперативная память сейчас работает на как минимум вдвое больших частотах, чем два года назад. Сейчас DDR – стандарт де-факто, а SDR доживает свои последние дни в машинах, ожидающих скорого апгрейда и смены платформы. Хотя в принципе перед нами тот же самый SDRAM. Была попытка кардинально изменить архитектуру со стороны компании RAMBUS, поставлявшей высокопроизводительную память RDRAM. Но сия попытка провалилась вместе с провальной политикой лицензирования RAMBUS. Модули RDRAM производили лишь Samsung и Kingston, за счет чего цена на память RAMBUS была непомерно высокой. Изначально окрыленная поддержкой со стороны Intel, корпорация RAMBUS жестоко поплатилась за монополию...

Если говорить о жестких дисках, то здесь вообще все запущено. Никаких кардинальных изменений не было фактически с появления стандартна EIDE. Да, нарастили пропускную способность шины ATA, а когда наращивать в общем-то уже было и некуда, создали новый стандарт – Serial ATA, в принципе весьма неплохой и получающий все большее распространение. SATA позволяет нам решить проблему с пропускной способностью (что при текущем уровне механики, надо сказать, совершенно не критично), и получил ряд революционных изменений – например значительное сокращение физических габаритов шлейфов.

Но все опять-таки упирается в заветную цифру – 132 Мб/сек – пропускную способность шины PCI. Именно об этом мы и поговорим чуть подробнее.

Шины и интерфейсы вообще нисколько не изменились. PCI сейчас совершенно такой же, каким он был семь лет назад, AGP перетерпел лишь эволюционные изменения, связанные с наращиванием максимальной пропускной способности.

Вообще, AGP – это отдельная песня.

Самая прогрессивная на сегодня вариация AGP – AGP8X фактически не несет никакого реального прироста по сравнению с AGP4X, ведь современные графические ускорители, несущие на борту от 128 Мб видеопамяти вполне обходятся этим объемом. Так называемое AGP-текстурирование - трюк, позволяющий хранить текстуры в системной памяти компьютера, и подгружать их по мере надобности, остался совершенно невостребованным. Наиболее узким местом шины AGP является односторонность (в прямом смысле слова) этого интерфейса. Ведь обмен данными по AGP возможен лишь в одну сторону, а в обратную данные проходят по обычной шине PCI, пропускная способность каковой, как мы уже упомянули, ограничена мизерными 132 Мб/сек. С одной стороны, это бутылочное горлышко для видеокарты, требующей куда большей пропускной способности, а с другой, - лишняя нагрузка на шину PCI, и без того загруженной другими устройствами.

Кардинально решить проблему должен грядущий интерфейс PCI Express с пропускной способностью как минимум вдвое превышающей ПСП AGP8X – 4 Гб/сек. При этом, обмен данными осуществляется в обе стороны канала. Безусловно, для весх остальных устройств, пропускная способность PCI Express еще долгое время будет невостребованной, в качестве исключения выступают лишь сетевые контроллеры со скоростью 1 Гбит/сек и выше. При всем при том, шина PCI Express первое время будет мирно сосуществовать с обычной PCI, но полностью заменит AGP. И срок этой замены – ни много ни мало – как минимум ближайшие десять лет.

Что касается преемственности существующих решений к PCI Express и переходу на эту шину, то существуют два пути. Первый путь – введение нативной (от англ. «native»), т.е. врожденной поддержки данного интерфейса непосредственно в графический процессор, либо использование специального переходного моста – бриджа (от англ. «bridge»). Гиганты индустрии трехмерной графики – калифорнийская NVIDIA и канадская ATI пошли совершенно разными путями.

Корпорация NVIDIA выбирает легкий путь – использование брижда, канадцы же решили поступить более кардинально, – ввести нативную поддержку PCI Express в чип и произвести необходимый редизайн. Оба способа имеют свои преимущества. Так, использование бриджа значительно сокращает и удешевляет процесс портирования, но приводит к необходимости использования на плате дополнительного чипа, выделяющего приличное количество энергии, и соответственно, дополнительную энергию потребляющего (© «Закон сохранения энергии» :)). Введение нативной поддержки лишено этих недостатков, но требует на порядок большего вложения средств.

Индустрия игровых графических ускорителей – самая быстроразвивающаяся отрасль

Вернемся к главной теме. Итак, «графические ускорители», «3D-ускорители», «видеокарты» – компонент, получивший такое количество названий.

По сравнению с ситуацией три года назад очень многое изменилось – графические процессоры, как минимум, стали программируемыми. Вообще, название «графический процессор», Graphics Processing Unit (GPU) вепревые было введено корпорацией NVIDIA в 2000 году, вместе с выпуском GeForce 256. Тогда это был настоящий фурор – разработчики получили множество возможностей для воплощений своих фантазий. А спустя всего год спустя та же самая компания произвела настоящий фурор с выпуском GeForce 3 – нового GPU, поддерживавшего API DirectX 8. Основным новшеством DX8 были программируемые шейдеры – ассемблерные программы, исполняемые непосредственно графическим процессором, и позволявшие разработчику быстро оперировать над вершинами треугольников и пикселями, не затрагивая сам тип данных. Это позволило создавать наикрасивейшие, почти фотореалистичные эффекты, которыми во времена не столь отдаленные мог похвастаться разве что Голливуд, в реальном времени на домашних PC!

Нельзя сказать, что бы стандарт DX 8 быстро прижился – большинство компьютерных игр тогда все еще создавались с учетом норм DirectX 7 как стандарта де-факто. Такая ситуация объяснялась очень легко – плат, поддерживавших DX8 аппаратно было немного и стоимость их была весьма высокой, подавляющее же большинство решений на аппаратном уровне поддерживало лишь DX7. Наблюдая ситуацию сейчас, DX8 – минимум для современных игр. На смену пришел DirectX 9 вместе с инновационным решением ATI Technologies – RADEON 9700 PRO. Вдаваясь в небольшие подробности, скажем, что до тех пор ATI всегда была второй, RADEON 8500, созданный в качестве оппонента NVIDIA GeForce 3, никак не мог обеспечивать конкурентоспособную производительность по сравнению с GeForce 4, новым GPU от NVIDIA, заменившим на рынке «старика» GeForce 3. И тогда вышел революционный чип от ATI – R300 во главе с флагманом семейства - RADEON 9700 PRO. Вообще, R300 - первый чип, имеющий аппаратную поддержку DirectX 9, буквально в клочки порвал GeForce 4 – как в технологическом плане, так и в плане производительности. Долгострой GeForce FX от NVIDIA еще не был готов, и ATI единолично заняла место лидера.

Вышел GeForce FX 5800 Ultra – весьма неудачный и с громогласной системой охлаждения. Затем последовали другие представители линейки FX – GeForce FX 5200 и FX 5600. Вместе с выпуском FX5800 состоялся и переход на технологический процесс 0,13 микрон. Единственной изюминкой семейства FX была очень гибкая архитектура FX. Впоследствии была проведена работа над ошибками – вышли GeForce FX 5900, затем FX5700, FX5700Ultra и FX5950 – уже куда более удачные, нежели пионер NV30.

Канадская ATI Technologies все еще пожинает плоды триумфа R300. Последовавшие чипы R350 и 360 – RADEON 9800/9800XT соответственно являются фактически разогнанными версиями того самого R300. Переход на 0,13 мкм. техпроцесс у ATI проходил консервативно и неспешно – топовые модели до сих пор производят по старому, отлаженному 0,15 микрон, а середнячки – RADEON 9600/XT – чипы R350/R360 получили новый техпроцесс 0,13 мкм. Вообще, слова «консервативно» и «неспешно» можно отнести к политике ATI – именно такого пути, проверенного и надежного придерживается компания.

Если говорить о младших моделях, то здесь все несколько интереснее. В нижний сектор NVIDIA позиционирует GeForce FX 5200 – полноценный GPU с полной аппаратной поддержкой DX9. Канадцы поступили проще, и пошли путем срезания конвейеров рендеринга у RADEON 8500 и введения в дальнейшем поддержки AGP8X – именно так был получен чип RV280, известный нам как RADEON 9200. Таким образом, младшие модели у ATI в технологическом плане существенно отличаются от средних и старших, чего нельзя сказать про решения NVIDIA.

Именно таково положение дел на рынке игровых графических ускорителей сегодня. Что же нас ждет в ближайшем будущем? Именно этому вопросу мы и посвятим все дальнейшее изложение.

Что несет нам будущее? – факты, предположения и прогнозы

Итак, сегодня текущая архитектура графических ускорителей исчерпала себя и необходима определенная смена архитектуры.

Поколение DX8-чипов получило кодовые имена NV2X и R2XX, условно назовем это поколение вторым. DX9-чипы получили кодовые имена, начинающиеся с тройки – NV3X и R3XX – поколение третье. И, наконец, настало время четвертого поколения.

Но, как мы уже сказали, смена поколений происходила с выходом новой версии API DirectX от Microsoft, а на данный момент последняя может предложить нам лишь DirectX 9. Грядущая версия, получившая кодовое имя «DirectX Next» будет введена в ОС Windows «Longhorn», ожидать которую мы можем не ранее 2005 года. К столь интересной теме, как DirectX Next мы еще вернемся чуть позже, а пока же посмотрим, что нового могут предложить нам гиганты отрасли, ведь мы наблюдаем весьма интересный момент в истории видеоиндустрии - смену поколения графических ускорителей без выхода нового API от Microsoft. Соответственно, поддержку DirectX Next в чипах «четвертого поколения» производители ввести не смогут – это пока еще несуществующий стандарт. Тогда в чем же будут заключаться инновации NV4X и R4XX?

В первую очередь, нам предстоит ждать увеличения количества пиксельных конвейеров – флагман грядущей линейки NVIDIA, чип NV40 по предварительной информации будет иметь 16 конвейеров, а оппонент в лице R420 от ATI – не менее 12 конвейеров. Больше 16 конвейеров от R420 ожидать не стоит – определенные ограничения накладывает технологический процесс производства, не будем забывать и про него.

Учитывая тот факт, что ATI смогла посредством большого рывка захватить лидерство в этой индустрии, ожидать от R420 меньшее количество конвейеров рендеринга, а соответственно и теоретически меньшую производительность, чем у оппонента в лице NV40, не совсем логично – инженеры и маркетологи ATI отлично осознают всю важность сложившейся ситуации.

С другой стороны, NVIDIA не может себе позволить выпустить провальное решение, ведь если столь ожидаемый NV40 станет столь же провальным, как в свое время NV30, не менее ожидаемый тогда, это даст огромнейшее фору канадцам, и допустить подобной ситуации NVIDIA никак не может.

Но вспомним про рабочие частоты. Наиболее адекватными значениями мы считаем 500/500(1000) МГц для графического чипа/видеопамяти соответственно. Обоснована данная теория несколькими аспектами. Во-первых, оба чипа будут выполнены по отлаженному 0,13 микрон технологическому процессу, так что физически достижение частоты 500 МГц для чипа вполне возможно. Память GDDR-3, которая, предположительно, будет использована и на платах NV40 и R420 без проблем может работать на частоте 500(1000) МГц. GDDR-3 получила ряд изменений по сравнению с намного менее удачной GDDR-II и соответственно имеет весьма неплохие перспективы.

Во-вторых, немного отвлекаясь от будущего, и возвращаюсь в недавнее прошлое, вспомним, что частоты 500/1000 МГц однажды уже достигались NVIDIA в ее GeForce FX 5800 Ultra, но тогда многое «испортил» плохо отлаженный техпроцесс и весьма чувствительная и капризная память GDDR-II. Текущий флагман NVIDIA – GeForce FX 5950 Ultra весьма близок к этим заветным цифрам – его частоты составляют 475/475(950) МГц, что всего на 15 реальных мегагерц меньше нашей цифры. Другое дело ATI – канадцев во многом сдерживал 0,15 мкм техпроцесс, но переход к 0,13 микронам в R420 должен решить проблему наращивания частот.

Одним словом, теоретически проблем с наращиванием частот нет. Но возникает другая проблема – увеличение количества пиксельных конвейеров в два раза по сравнению с существующими решениями увеличит сложность сипа, а соответственно, значительно увеличит энергопотребление и тепловыделение. Весьма возможна ситуация, когда в дань увеличенному количеству конвейеров рендеринга отдают большие рабочие частоты...

И, наконец, третий аспект – синхронные частоты всегда дают производительность выше, чем даже чуть большие, но асинхронные частоты. Связано это с возникающими задержками и дополнительными тактами на синхронизацию, неотъемлемо следующими за асинхронностью. Именно поэтому многие решения NVIDIA сейчас имеют синхронные частоты GPU/памяти – такой подход весьма логичен и полностью себя оправдывает.

Подводя итог вышесказанному, мы можем сделать два вывода:

  • С количеством конвейеров рендеринга ситуация более или менее однозначна – 16 конвейеров – наиболее адекватная цифра в данном случае.
  • С рабочими частотами все гораздо менее определенно – наше предположение – 500/1000, но эти цифры, вполне возможно, и не будут соответствовать реальности в силу приведенных выше сдерживающих факторов.

И, наконец, мы подходим к другому важнейшему аспекту – используемому интерфейсу. ATI не изменяет своему пути и собирается выпустить новый чип - R423 - PCI Express версию R420, изначально разработанного под AGP.

NVIDIA, возможно, так же не отступиться со своего пути и установит на NV40 бридж для поддержки PCI Express, а нативная поддержка будет введена чуть позже, в последующих модификациях NV4X. Ходят слухи о неком NV43 – предположительно это PCI Express версия чуть модифицированного NV40. Но сказать что-либо наверняка в данном отношении, естественно, невозможно.

Явно одно – и R420 и NV40 изначально будут поддерживать AGP.

И вот, мы подходим к самому интересному моменту – версии используемых шейдеров. На данный момент стандарт для DirectX 9 – версия 2.0, впрочем, решения NVIDIA поддерживает чуть расширенную версию – 2.0+. У ATI сейчас реализована лишь поддержка пиксельных шейдеров версии 2.0+, вершинные же – 2.0.

Итак, по весьма достоверной информации, NV40 будет поддерживать шейдеры версии 3.0, что является потолком для DirectX 9. Вообще, говорить о каких либо рамках сейчас, в эпоху почти полной программируемости, сложно, тем более стандарты весьма гибки.

Возвращаясь к ATI, скажем, что у канадцев в плане технологий все чуть похуже – R420 будет поддерживать лишь расширенные шейдеры второй версии. Но опять-таки, это лишь предположения и сказать что-либо более или менее определенное нельзя. На наш взгляд, картина с шейдерами 3.0 у NVIDIA и 2.X у ATI была бы весьма адекватной.

The DirectX Next

Самое же интересное ожидает нас с выходом Windows Longhorn и DirectX Next, ведь новый API и модель шейдеров версии 4.0 дает программистам воистину неограниченные возможности…

В первую очередь нас ждет единая модель шейдеров – синтаксис вершинных и пиксельных шейдеров станет практически идентичным. Это позволит соединить различные аппаратные блоки в один и увеличит производительность исполнения шейдерных программ. Программист сможет писать шейдеры неограниченной длины, применять операции пиксельного уровня в некоторых местах вершинных программ или наоборот!

Всем знакомо понятие «виртуальной памяти» - в случае если системе не хватает оперативной памяти, возможно использование дискового пространства как ее расширения. С приходом DirectX Next станет возможно расширение видеопамяти в оперативной – так называемая «виртуальная видеопамять». При использовании виртуальной видеопамяти программисту больше не придется думать о том, каковы же ограничения по объему КЭШа или видеопамяти – он сможет полностью от этого абстрагироваться.

Следующее новшество – это целочисленный набор инструкций. Сейчас почти все типы данных, которыми оперирует графический процессор – с плавающей точкой. С приходом DirectX Next будут введены целочисленные типы данных и операторы. С одной стороны, плавающая точка как нельзя лучше подходит для графических операций, но если программисту требуется осуществить какое-либо динамическое ветвление, или неинтерполируемое обращение к памяти, например, индексацию буфера вершин, плавающая точка может стать значительным препятствием. Именно здесь целочисленные операции, введенные в шейдеры версии 4.0 будут просто незаменимы.

DirectX Next в железе

А теперь, после небольшого экскурса по нововведениям DirectX Next вернемся непосредственно к железу.

Как обстоят дела с DirectX Next у будущих графических чипов NVIDIA, нам еще предстоит узнать, так как более или менее достоверной информации на сей счет пока нет. Зато канадцы с радостью поделились некоторыми сведениями относительно своих будущих решений.

Первое, о чем следует сказать – все решения ATI, как флагманские модели, так и бюджетные платы будут поддерживать DirectX Next. Такой информацией поделились представители ATI на московском КРИ журналистам Guide3D во время одного из семинаров для разработчиков.

Отсутствие технологической дискриминации в будущих решениях ATI, безусловно, не может не радовать.

В общем, с поддержкой DirectX Next у ATI всё прозрачно – все грядущие решения будут в полной мере поддерживать новый API, комментировать в данном случае особо нечего.

Что же даст приход DirectX Next конечному пользователю? В первую очередь невероятные по сложности и красоте эффекты в реальном времени, достижение каковых сейчас невозможно. Приход DX Next позволит геймерами наслаждаться новыми шевеврами, а программистам абстрагироваться от различных ограничений, и дать свободу своим мыслям!

Возвращаясь к маркетинговым названиям

Одним из наиболее волнующих, остается вопрос с маркетинговыми именами NV40 и R420. Маркетинг нэйм NV40 прогнозируем – это GeForce FX 6000 или GeForce PCX 6300, в зависимости от используемого интерфейса – AGP или PCI Express соответственно.

С ATI все не так однозначно. По некоторой информации, полученной нами из весьма достоверных источников, RADEON 10000 может и не быть. Либо ATI использует какую-либо аббревиатуру, либо изменит имя с RADEON на какое-либо еще. Впрочем, второй вариант маловероятен, все-таки, раскрутка новой торговой марки требует весьма значительных денежных вложений, а ATI Technologies – это не Intel, чтобы вкладывать средства в новые торговые марки (как, например, Intel «раскрутила» марку Centrino).

И все же, вопрос о маркетинговых именах до последнего останется открытым...

DooM III – истина где-то рядом…

Для подавляющего большинства геймеров одним из наиболее важных вопросов является дата выхода долгостроя от ID Software – DooM III. Теперь стало доподлинно известно, что DooM III будет поставляться вместе с NVIDIA NV40, причем в комплекте будет идти реальный диск с игрой, а не купон, как это вышло с Half-Life 2 и ATI RADEON 9800XT/9600XT.

Вообще, ситуация с купоном на Half-Life 2, поставляемым с картами ATI никак не может сыграть последней на руку. Маркетологи ATI сильно оплошали с этим ходом, ведь поставлять купон на еще не вышедшую игру, которая неизвестно когда будет анонсирована, мягко говоря, не совсем честно по отношению к покупателям. К тому же, получить Half-Life 2 по этому купону в России и многих других странах просто невозможно.

Будем надеяться, что в случае с NV40 и DooM III такая ситуация не повториться. А если все пойдет «как надо», то спрос на NV40 среди геймеров просто гарантирован. В этом плане маркетологам NVIDIA надо отдать должное :-)

Подводя итоги

Итак, настало время подвести итоги нашего и без того довольно краткого повествования. Для простоты и удобства, мы решили свести все наблюдаемые тенденции к ряду кратких тезисов:
  1. На каждое поколение приходится, по крайней мере, две смены линеек графических ускорителей.
  2. Зачастую, бюджетные решения – лишь слегка модифицированные версии прошлых карт, что очень наглядно нам показала ATI со своим RADEON 9000/9200.
  3. Противоборство NV4X и R4XX станет одним из решающих в безконечном противостоянии NVIDIA и ATI. Провал одного из гигантов в этом сражении может быть роковым для данной компании.
  4. Линейка NV4X/R4XX станет последней в поколении DirectX 9 решений.
  5. Все грядущие решения будут в полной мере поддерживать DirectX Next, в том числе и бюджетные платы.
  6. Приход DirectX Next даст новые возможности программистам и простор для их фантазии, а геймерам новые шедевры.

Как мы уже сказали, индустрия игровых графических ускорителей развивается очень бурно, а порой и совершенно непредсказуемо. Говорить о том, что будет, наверняка, нельзя, но делать определенные прогнозы и подмечать любопытные тенденции можно, и даже нужно. Попытку чего мы и предприняли. Насколько удачной стала наша попытка, и сбылись ли наши прогнозы, покажет ближайшее будущее, ведь до анонсов NV40 и R420 осталось около месяца, а возможно и чуть меньше...

Как гласит народная мудрость, «поживем - увидим». А за сим позвольте откланяться.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Дата публикации:
Автор публикации: