Jak jde čas... s grafickými akcelerátory nVidia

Jaké jsou typy grafických akcelerátorů firmy nVidia? Připravili jsme pro vás přehled všech jedenácti generací s jejich stručným popisem a zhodnocením.

Flameware (zkráceně flame) je slovní souboj přívrženců jednoho výrobce hardwaru (softwaru) s druhým, např. nVidia vs. ATI, Intel vs. AMD nebo Windows vs. Linux. K takovým potyčkám dochází neustále a všude, v diskuzích pod článkem, jehož autor fandí svému, tomu "nejlepšímu" výrobci, v internetových forech a někdy i naživo. Lidé, kteří si ve flamewaru libují, by ale měli být o svém názoru nejen přesvědčeni, ale měli by jej umět i obhájit.

A proto jsem pro skalní příznivce společnosti nVidia připravil článek o grafických akcelerátorech, které tato společnost za svou dosavadní kariéru vydala a s nimiž se prezentuje na velmi konkurenceschopném trhu s grafickými kartami.

Společnost nVidia značí své grafické čipy zkratkou NV a číslem evoluční řady čipu, např. NV20 což odpovídá grafickému čipu GeForce 3 a jejím ekvivalentům. Historii vývoje lze rozdělit do 11-ti "generací" od nulté generace až po současnou desátou.

0. a 1. generace

Rokem vzniku prvního čipu s grafickou akcelerací je 1995, kdy nVidia uvedla na trh čip s označení NV1. Grafické karty s tímto jádrem na sobě dokonce nesly 32-bitové prostorové audio, což bylo ve své době více než revoluční řešení spojení multimédií. Karta se však po uvedení DirectX 1.0 od Microsoftu na trhu velmi rychle propadla, protože toto rozhraní nepodporovala. Ani ne rok poté se ale objevil nový čip, tentokrát s označením Riva 128. Tento čip už dokázal plnohodnotně pracovat ve 3D, měl vlastní FPU (jednotku pro operace s čísly s plovoucí desetinnou čárkou) a podporoval také TV-out. Velkým konkurentem v té době mu bylo řešení od 3dfx Woodoo.

Slovníček pojmů:

• x-mikronová technologie - výrobní proces grafického čipu. Čím menší tento proces, je tím menší je jádro, jeho spotřeba energie a tudíž i vyzařovaná teplota. V současné době jsou nejpoužívanější 0.15- a 0.13mikronové výrobní procesy
  
  
• grafický čip - základní část grafické karty, obstarává zpracování dat které mu dodá procesor. V některých případech bývá integrován přímo v základní desce (chipsety nForce).
  
  
• FPU - (floating point unit) část procesoru nebo grafického čipu, která pracuje s čísly s desetinnou čárkou. To má za důsledek větší přesnost ve výpočtech.
  
  
• bump-mapping - technika umožňující simulovat drsný povrch textur pomocí speciální bump mapy, která vyjadřuje boule a prohlubně povrchu.
  
  
• textura - obrázek, který se nanese na model zpracovaný grafickým čipem a tím vytvoří iluzi povrchu objektu.
  
  
• sběrnice - propojení jedné části hardwaru s druhou. Pokud mluvíme o systémové sběrnici tak se používá nejčasteji AGP, u starších počítačů PCI a nově nastupující PCI-Express

2. generace

Druhá generace je zastoupena výhradně grafickým čipem Riva TNT, který ve své době pokořil dominující Voodoo. Zkratka TNT znamená Twin texel, čip měl totiž 2 texturovací jednotky. Karta mohla být osazena 4 - 16 MB grafické paměti a jako první plně dokázala využít možností sběrnice AGP. Při uvádění čipu na trh se počítalo s implementací 0.25mikronového výrobního procesu, ale do roku 1998, kdy Riva spatřila světlo světa, nebyla tato technologie zcela doladěna a proto byl použit v té době standardní 0.35mikronový proces. Byly také použity nové efekty jako bump-mapping nebo reflection-mapping.

3. generace

Za příslušníka 3. generace by se dala považovat Riva TNT2, která vyšla v roce 1999 ("dala" proto, že TNT2 je vlastně Riva TNT postavená na 0.25mikronovém výrobním procesu. Tento grafický čip se hned po svém uvedení značně rozšířil díky skvělému výkonu, kompatibilitě a téměř bezproblémové provozu. Také je zlomový v oblasti marketingu. nVidia si uvědomila že může na trh dodávat grafické karty v několika provedeních podle finančních možností zákazníků. Jednalo se o varianty Ultra, Pro, M64 a Vanta s různými takty a šířkami paměťové sběrnice.

4. generace

Jako nástupce veleúspěšné TNT2 se v roce 2000 objevil první čip s označením GeForce 256 a to NV10. nVidia upustila od názvu Riva, protože GeForce byla první GPU (Graphics Processing Unit), a to znamená, že ulehčovala práci procesoru v počítači. Tato koncepce ale nebyla zprvu úspěšná, většina her té doby totiž s takovým řešením nepočítala a stále používala k výpočtům CPU. Proto se výkon Rivy a GeForce pohyboval na stejné úrovni. Plné uplatnění GeForce nastalo v době kdy se začaly používat paměti DDR.
Další průkopnickou funkcí byla implementace hardwarového T&L do jádra čipu. T&L jednotka zajišťuje geometrické a nasvětlovací zpracování vykreslované scény a tak ulehčuje práci CPU. A ani zde výčet inovací nekončí! Technologie AGP FastWrites byla považována za velmi dobré řešení, jak ulehčit práci procesoru, ale reálné zvýšení výkonu je bohužel zanedbatelné. Hrubá síla je postupně nahrazována různými optimalizacemi. Čip již obsahuje 4 texturovací jednotky a je první kartou která má podporu DX7.

5. generace

V roce 2000 nVidia vydává další 2 grafické čipy: NV15 a NV11 . GeForce2 (NV15) je vylepšenou GeForce 256, je vyráběna 0.18mikronovou technologií, jsou použity výhradně paměti DDR a jedna texturovací pipeline dokáže zpracovat 2 textury při jednom průchodu. Opět kvůli poptávce je tento čip aplikován na karty s různými parametry a označeními: GTS, Pro, Ultra, Titanium. GeForce2 MX (NV11) byla určena původně pro notebooky, ale kvůli ceně GeForce2 GTS a náhradě přežívajících čipů Riva byla určena pro levnější segment trhu. Jedná se v podstatě o ořezanou GeForce2 s 2 renderovacími pipeline, 64-bitovou paměťovou sběrnicí a nižšími takty. Byly uvedeny 2 verze: MX400 a MX200.

6. generace

Revoluční čip od nVidia NV20 s označením GeForce3 byl na trh vypuštěn v roce 2001. Byl typickou ukázkou optimalizací: měl flexibilnější T&L jednotku, která se dala programovat, dokázal při jednom průchodu nanést 4 textury a plně vyhovoval specifikacím DirectX 8.0. Paměťová sběrnice je rozdělena na 4 bloky po 64 bitech (crossbar-architektura) a dochází tak k rychlejší komunikaci paměti a GPU. Poprvé lze rozumně použít fullscreen antialiasing pro vyhlazení obrazu. V současné době je GeForce3 a její alternativy Titanium200 a Titanium500 považována za minimální předpoklad pro hraní počítačových her v rozumném rozlišení a detailech.

7. generace

Vývoj herních aplikací a jejich zvyšující se nárok na HW, obzvláště na grafický výkon, se nedá zastavit. A proto také v rocích 2001 a 2002 přišla nVidia s novými čipy: GeForce4 Titanium (NV25 a NV28) a GeForce4 MX (NV17 a NV18). NV28 a NV18 jsou původní čipy NV25 a NV17 s podporou AGP8X. Tato úprava je ale víc obchodním tahem než vylepšením samotného čipu. Grafické karty s čipy GeForce4 totiž nedokážou využít datového přenosu, který AGP8X poskytuje v plné šíři. GeForce4 není ve své podstatě tak revoluční jako GeForce3, je pouze jejím přímým potomkem a nemá skoro žádnou novou krev. Za zmínku stojí snad jenom funkce nView, které nahradily nepodařené TwinView u starších čipů. Titanium se prodávala ve verzích 4200, 4200 8X, 4400, 4600, 4800 SE a 4800 8X. MX byla oproti Titanium hodně ochuzena a tak tyto grafické čipy zvládají pouze DX 7.1a místo DX8.1 u Titanium. Alternativy 420, 440, 460, 440 8X a 4000.

8. generace

Do 8. generace patří čipy NV30, NV31 a NV34. Návrat na špičku trhu s grafickými kartami měla v roce 2002 zajistit nVidii karta s názvem GeForce FX5800. Tentokrát se to ale vůbec nepodařilo. Monstrózní a neskutečně hlučné chlazení karty odpuzovalo už jen svým vzhledem. Přesto je FX5800 zakladatelem další série GPU od nVidie. Poskytla podporu DX9 a je postavena na architektuře CineFX, poprvé byly osazeny paměti GDDR II na frekvenci 1GHz a kompresní technologie a optimalizace obrazu jsou řešeny pomocí IntelliSample. GeForce FX5600 (NV31), GeForce FX5200 a GeForce FX5500 (NV34) už se dají zařadit mezi ty povedenější produkty, ale byly bohužel směrovány do segmentu trhu s nižšími cenami a proto jsou i méně výkonné. Výkonnost je ještě rozdělena podle frekvencí a proto vzniklo několik ekvivalentů: XT a Ultra.

9. generace

Na přelomu let 2003 a 2004 vychrlila nVidia další generaci grafických čipů opět s označením FX. Jedná se NV35, NV36 a NV38. Nejznámějším a také nejosazovanějším GPU je GeForceFX 5900 (NV35). Je to vlastně upravená GeForce FX5800 s vychytanými mouchami, má 256-bitovou paměťovou sběrnici, standardní DDR paměti a hlavně tišší chlazení. Nejlepším poměrem cena/výkon se z 9. generace jeví alternativa GeForceFX 5900SP, proto byla téměř hned po uvedení beznadějně vyprodána. Nahradit se ji snaží 5900XT, ale ta už nemá tak dobré chlazení a přetaktovávací možnosti. High-end grafická karta s označením GeForce FX 5950 Ultra (NV38) je jenom výše taktovaná FX5900. Architektura CineFX 2 je také použita u GeForceFX 5700 (NV36) a proto se také řadí do 9. generace. Alternativy jsou opět Ultra a nově u 5700 také LE a VE.

10. generace

Desátá a prozatím poslední generace má jediného plnohodnotného zástupce: GeForce 6800 (NV40). Jedná se opět o revoluční kousek, obsahuje 222 milionů tranzistorů (více než Pentium 4), CineFX 3.0 dokáže operovat s až 16 virtuálními pipelines. Tento čip je dokonalou ukázkou optimalizací, výkon tedy není až tak závislý na taktovacích frekvencích jádra nebo pamětí (v případě 6800 Ultra jsou osazeny paměti GDDR III s taktem 1.2GHz!), ale víc na úpravách propustnosti paměti, zatíženosti sběrnice a kompresních metodách. Tomu napomáhá IntelliSample 3.0 a UltraShadow II. Počítá se taktéž s použitím nadcházející sběrnice PCI-Express. Okrajově by se k 10. generaci mohly řadit také karty původně nižších generací s podporou PCI-Express: GeForce PCX 5950, 5300, 5750 a 4300.

Závěr

Od roku, kdy se začínalo s 3D akcelerátory, neuplynula téměř žádná doba, ale vývoj se kupředu řítí závratnou rychlostí. Myslím, že si nikdo v současné době netroufne říct, jak to bude vypadat za tři roky. A přitom, když je uvedena nová grafická karta, tak vývojáři her reagují tak rychle, že do půl roku je potřeba sortiment inovovat. A ku prospěchu nás, spotřebitelů, se na trhu objevují i další výrobci jako například XGI nebo po dlouhé odmlce S3. Konkurenční boj bude znamenat snižování cen, zkvalitnění produktů a snahu o rychlejší vývoj nových technologií.

V příštím díle přineseme přehled grafických akcelerátorů firmy ATI.