NVIDIV卷土重来:GeForceFX 5900 Ultra 测试..::小熊在线-网友投稿

计算机配件市场上，新产品层出不穷，竞争异常激烈。在显示芯片市场尤是如此，因为目前还没有那家芯片生产商占据了绝对的垄断地位。而随着ATI和NVIDIA研发力度的加快，竞争更是开始呈现出白热化的阶段。自ATI发布Radeon 9700 Pro 以来，ATI就占据了性能的领先的地位，并且随着ATi Radeon 9800 Pro的发布,更是奠定了ATI在高端芯片生产市场的领先地位。NVIDIA 当然不会坐视不理了，它发布了GeForce FX ，想要夺回性能之王的宝座。然而其糟糕的性能表现，使得NVIDIA不紧脸上无光，还让ATI占据了先机。NVIDIA也终于按奈不住了，终于在5月14日正式发布了NV35....

在过去的一段时间里，因为NVIDIA的错误决策，使得GeForceFX 5800(NV30)的表现非常糟糕，公司的脸面都几乎被丢光了。

NVIDIA的首个错误决定是非常明显的 - 决定采用0.13微米制造工艺。NVIDIA假定在NV30开始生产的时候台积电(TSMC)的0.13微米制造工艺已经足够成熟了；然而事与愿为,TSMC的制造工艺远没有预期的成熟。

第二个错误的决定是,NVIDIA暂时不在NV30里使用倒装晶片（flip chip)封装技术。因为没有使用到倒装晶片封装技术，所以NVIDIA认为使用256-bit内存接口的时机还不成熟，转而继续在NV30使用128-bit的内存接口。

两个错误的决定，驱动程序不成熟，这使得GeForceFX的性能表现令人的非常失望。显然,NVDIA自己对这样的成绩也是非常不满意的，所以它重振旗鼓，携NV35卷土重来,希望能够重夺高端显示卡性能表现的第一位，那么NVIDIA的杀手锏是否能够如愿呢？

	制造工艺	架构	估计价格	核心时钟	显存容量	内存总线	内存时钟	内存带宽
ATI Radeon 9800 Pro 256MB	0.15-微米	DX9	$499	380MHz	256MB	256-bit	350MHz	22.4GB/s
ATI Radeon 9800 Pro 128MB	0.15-微米	DX9	$399	380MHz	128MB	256-bit	340MHz	21.8GB/s
NVIDIA GeForceFX 5900 Ultra (NV35) 256MB	0.13-微米	DX9	$499	450MHz	256MB	256-bit	425MHz	27.2GB/s
NVIDIA NV35 128MB	0.13-微米	DX9	$399	???MHz	128MB	256-bit	???MHz	???GB/s
NVIDIA NV35 Value 128MB	0.13-微米	DX9	$299	???MHz	128MB	???-bit	???MHz	???GB/s
NVIDIA GeForceFX 5800 Ultra (NV30)	0.13-微米	DX9	$399	500MHz	128MB	128-bit	500MHz	16GB/s

从上表可以看出，NVIDIA在NV35使用了比较慢的内存(便宜）；因此，核心时钟与NV30相比也有所降低。但是它引入了新的架构和256-bit内存总线，那么这些先进特性是否可以弥补因为时钟的降低而带来的差距呢？这点你将在文章的后面部分了解到，此外，NVIDIA还将在下个月发布廉价版本128MB显存的NV35核心。

当NVIDIA发布GeForceFX的时候，在公众中引起了好一阵骚动，人们都在对NV30是否拥有真正的8条像素渲染管线展开了激烈的辩论，很多人都说NV30实际上仅有4条管线。

ATI则迅速地把关于NV30的这个疑问变成它们行销使用的资本，ATI地把它们所有的行销文档都进行了修改，并指出R3x0 GPU具有NVIDIA旗舰级产品两倍的管线数目。公众也认为NVIDIA是有意隐瞒事实，而NVIDIA也受到了应用的严惩；但话说回来，公众都是在非常贫乏的信息之下作出如此的决定，似乎这对NVIDIA也是不太公平吧。

事实上，ATI和NVIDIA消息来源的质量还有待考证。与AMD和Intel大量关于它们微处理器架构的资料不同，ATI和NVIDIA在讨论到它们GPU细节的时候则表现得非常迷糊。而在说到GPU的"Pipeline"(管线)，"vertex engine"(顶点引擎）等行销术语的时候就显得更加复杂了，简直搞到人都乱透了。

现在GPU在整个系统中的地位已经越来越像CPU了，因此我们有必要像CPU一样深入地了解GPU的架构。但是，你可以清楚地知道Pentium 有20 条管线，而显示卡呢？让我们去数吧.....晕

我们能够理解为什么ATI和NVIDIA没有公布即将发布GPU的更详尽信息；记住CPU的新架构每5年才会更新一次，而GPU架构的更新时间则要缩短到6 -12个月。所以ATI和NVIDIA都在尽量地保护它们的知识产权，因为公布更多的资料会给对手有启迪的作用，从而会使自己陷于竞争的不利地位。

看了上面你都应该明白了吧，这篇文章将会深入地分析GPU的架构，让你能对GPU的了解也能够达到对CPU了解的深度。

术语"pipeline"(管线）在图形工业中要比其它的商业应用得更多；然而，似乎在很多时候，这个词被误解和滥用了。显示卡制造商们通常会用"Render Pipelines"（渲染管线）的数目，来作为显示卡性能的主要参考标准。它们还用"engine"(引擎)这个单词来作为GPU处理能力的重要参数 - 例如，"顶点引擎"是与像素渲染管线相关的。要完全地了解GPU究竟是怎么样工作的，我们首先要从认识GPU和它们的架构开始，而不是仅认识行销术语，我们要从根本上理解实际的微架构术语。抱着这种心态，现在让我们翻阅一下"管线"究竟是什么东西。

无论我们谈论GPU或者CPU，"管线"的词语都是指代相同的东西。我们可以使用汽车装配工厂的工序来进行类推；与其生产车间同时装配一辆汽车，为了提高效率，处理的工序将被分为几个部分完成（流水线）。框架的焊接在焊接车间完成，然后会被送到装配产品线，接着下个车间是安装车门，再下个车间则安装引擎...等等。装配线的优点是，你在进行下一步工序之前，不需要等待这部汽车完全组装完毕就可以接着工作了，也就是说你只需要完成一个工序就可以开始装配其它汽车。装配线的概念与管线的概念类似；为了同时可以运行多个指令，管线的处理也被分为几个步骤来完成。

CPU最基本的管线是五个一组的整数管线，它由以下的进程组成：

显然，今天的微处理器比我们刚才描述的5个进程要更加复杂，但所有管线微处理器的基本功能是相同的 - 包括GPU。

显示卡的管线与我们刚才所描述的5个进程整数管线并没有太大的区别；然而，它还包括处理进程中的混乱数值。你也许知道Pentium 4 的20层整数管线设计也嫌太长了点，那么当你知道显示卡的管线有成百上千层的深度一定会觉得很奇怪吧。幸运的是，GPU有足够的内存带宽和优良的管线传递途径，能够避免因为错误的分支预测而造成性能的急剧下降。

该进程从驱动程序获得指令和命令，然后把它们解码为操作数，再让显示卡管线的其它进程开始实际的操作。

现在GPU知道自己需要处理什么数据，并且知道了要对数据进行什么样的操作，它就开始工作了。它首先会把数据会以顶点的形式发送到GPU，并形成多边形。显示卡管线首个实际执行的进程是T&L引擎，这是刚才发送到GPU顶点的数据进入3D场景的传输，这个传输的进程需要很多高度重复性的浮点矩阵。接下来的实际进程是对每个顶点的光照进行计算，在可编程的GPU里，这些初始的顶点处理进程非常的重要，因为这些控制数据对最终生成物体的形状起着非常关键的作用。

在我们把所有的顶点都传输完成之后，接下来的步骤是产生像素，以便你的图象能够在屏幕上显现出来。在该过程，有很多像素要经过筛选并应用在骨骼上。现在GPU要经过可视计算，现在大部分GPU都知道那部分顶点观众是看不见的，它就会把该部分顶点给抛弃了。在进行贴图和进行像素渲染之前，GPU会运行ATI的HyperZ或者NVIDIA的可视子系统来丢弃不需要的数据。这里，顶点的传输是非常原始的。

我们刚才生产的三角形会在2D空间里转换成视点，并在你的显示器上显示出来；记住，虽然我们进行的是3D贴图，但它仍然需要在平板(2D)显示器上表现出来。为了把2D图象转换为3D世界的场景,Z-buffer数据（参照观众来表达像素有多远/深）会被计算并储存起来。

虽然阴影和纹理是两个独立的进程，但是它们是协同并行工作的。

在该进程所有像素水平的操作都会出现，例如Z/color/Stencil 渲染，还有反混淆和纹理过滤。

最后，管线的所有数据都处理完成了，这些数据将暂时储存在内存中，并通过RAMDAC或者TMDS转接器传送到你的显示器，接着在屏幕显示出来。

NV35的像素描绘程序能够使用动态分支和循环的模式在单个渲染通道里执行无限长度的描绘编程指令。这样NV35就有能力处理复杂的阴影效果。这个芯片处理阴影的能力远远地超过了了DirectX 9 像素描绘程序2.0规范，因为DX9有只能同时处理64个指令的限制。

相反，Radeon 9700 Pro 严格地遵守PS 2.0 规范，它每个通道仅能执行最多64个指令。要使9700 能够执行更加复杂的阴影描绘程序，你必须使用到高阶的阴影语言。这些语言能够把指令分解然后让它们在多个渲染通道里完成，但值得注意的是，关联到多个渲染通道会严重地影响到性能。

Radeon 9800 Pro 则永远与阴影指令限制告别了，因为R350 芯片增加了名为"F-缓冲（F-buffer)"的功能，这个功能可以存储通道之间的像素描绘程序所产生的像素碎片；所以在图形管道中间没有错误会产生。在使用了F-buffer技术之后，R350能够执行无限长度的像素描绘程序。

我们可以通过使用硬件对高阶语言的编译来测试是否NVIDIA 的方法就优越于ATI的。但遗憾的是，目前所有的测试都是基于DX8或者DX9阴影变量的，也就是说并不能完全体现出硬件的特性。

我们可以通过比较ATI和NVIDIA两间公司的芯片而得出它们执行像素描绘程序的区别。NV35的像素描绘程序是由一系列的算术逻辑单元组成，它对像素描绘数据的色深将影响到性能。为了平衡性能和精确度的矛盾，NV35提供了对两种浮点色位深的支持，每个颜色通道16bit（总共64bit)和每个颜色通道32bit(总共128bit)。ATI则刚好是两者的平均值，R3x0系列的像素描绘程序每个颜色通道能够处理24bit的数据（总共96bit),但在它使用帧缓冲模式的时候总共能够达到128bit。

NVIDIA所提供的方法可以给软件开发者提供更多的机动性，在需要的时候他们可以选择高精确度的数据类型；而在觉得够用的时候他们又可以重新使用64-bit 颜色。然而，ATI采用折衷的办法对于第一代采用高颜色兼容性的芯片来说似乎也不坏。但如果96-bit的限制用在专业的渲染程序似乎就缺点多多了，好在专业领域ATI还有FireGL系列专业显卡呢。

在未来的GPU中，像素和顶点描绘指令很可能会合并起来，而两个单元之间的围墙也将会消除，而且还会产生新的顶点相关的效果呢。

如果在这里你问我GeForce FX 5900 Ultra 有多少顶点阴影单元，那么刚才你一定没有仔细地注意了，它由一个计算单元的数组组成，详细的资料NVIDIA并没有公布。ATI的我则可以清晰地告诉你，R300和R350有四个顶点阴影单元，每一个单元由一个128-bit 的顶点处理器和一个32-bit的标量处理器组成。

GeForce FX 5900 Ultra 采用了研发代码为NV35的最新GPU。NV35能够完全兼容Microsoft 的 DirectX9 规范，并且采用了很多革新性的技术，是NVIDIA的新一代图形处理芯片。

这个划时代的图形处理芯片有一个非常重要的优点，那就是它可以用丰富的、新的数据类型来表达图形的数据--特别是像素和纹理的数据。“影院级的图形效果”这是NVIDIA 推动市场的魅力所在。现在NV3x和ATI的 R3x0 系列显卡能够进行实时的图象渲染--用更加精确的数据来表达图形的数据，这样就能够获得接近影院工作站的骄人效果。

随着使用了更加丰富的数据类型，新时代的GPU能够提供更加全面的可编程性，因而GPU也摇身一变，成了强大的可计算设备。当前的GPU拥有两个重要的计算单元，像素描绘程序（pixel shaders）和顶点描绘程序（vertex shaders）。顶点描绘程序用于处理和协调在3D场景中出现的光和阴影效果。顶点描绘程序能够支配模型或者物体的移动，引起实时的跳跃和绕曲的运动，如CG(电脑游戏）的恐龙在场景里跺脚所引起的画面效果。像素描绘程序，另方面，则通过一定的运算法则来显现逼真的像素的光和阴影效果。像素描绘程序能够给每一个像素生成完美的光照效果和弯曲效果，如：反射、折射和颠簸的映射。DX9 的像素和顶点描绘程序能够为硬件提供更加强大而且类似CPU的执行能力，其中包括为子程序提供的基于流控制的新的矢量和标量的指令。

当然，DirectX 9 的像素描绘程序还包括对浮点数据类型的支持。

像素描绘程序和顶点描绘程序能够为数据提供更多的机动性和能力，从而增大GPU的图形处理能力。近来，一些最新的图形处理研究理论表明，传统的、缺乏可编程性的图形处理芯片也能对给予了丰富数据类型和足够渲染通道的场景进行渲染。但前提是必须使用到高阶的描绘开发语言，如Microsoft 的 HLSL 和NVIDIA 的CG。这些描绘语言能够通过Direct X 或者OpenGL的指令使用多个渲染通道来编译复杂的图形场景。可编程的硬件描绘程序能够使用更加少的渲染通道而获得比较满意的效果，这时离实时的影院渲染效果很近了。

CineFX 2.0

　　"CineFX 2.0"可以有效地增强GeForce FX 5900的视频效果，

　　在发表原有产品GeForce FX 5800系列时作为GeForce FX系列新架构而介绍的“CineFX”可以带来媲美于影院品质的视频效果。通过采用Vertex Shader 2.0+和Pixel Shader 2.0+等着色程序，以及NVIDIA开发的“Cg”和微软开发的“HLSL（High-Level Shader Language）”等高级语言，发挥出了最强大的视频效果。

　　NV35 采用的CineFX 2.0升级到了2.0版本。NVIDIA利用第三代图像技术“Intellisample HCT”，实现了抗锯齿功能、异向性滤色功能，以及可以实现实时阴影处理的“UltraShadow”功能。异向性滤色功能是指显示3D图像时能够保持原始图像纹理的技术。当把四角形纹理贴入狭长的梯形等多边形时，纹理细节就会受到破坏。该技术就具有防止这种现象的作用。

不久前，我参加NVIDIA在Santa Clara召开的关于讨论图象质量的会议。如果你曾经看过关于NV30的测试，你可能还记得吧，与ATI相比，那时候NVIDIA的各向异性过滤功能还不能够令人满意。

好在，随着NVIDIA NV35和新驱动的发布，这些问题已经根本上被解决了，现在先让我们从ATI的模式开始，看看它的变化:

ATI的性能各向异性过滤模式 vs. NVIDIA的高性能异性过滤模式'

ATI 8x性能模式的图象质量要比NVIDIA 8x高性能模式的图象质量好。

ATI和NVIDIA都向我们提供了最新版本的驱动程序用于测试；ATI提供的是Catalyst 3.4(催化剂3.4)，而NVIDIA提供的是则新的44.03雷管驱动。

我们获得的ATI催化剂3.4驱动有一些问题，其中最显著的有以下几点：

NVIDIA的最新雷管驱动将在5月14日正式发布，它们将能够提升所有FX显示卡的性能。我们在该款驱动程序中没有发现任何问题，并且很高兴NVIDIA最终改进了它们在各向异性过滤的图形显示质量。

目前我们手上的显示卡有NVIDIA最新的GeForce FX 5900 Ultra和ATI的Radeon 9800 Pro 256MB。

Radeon 9800 Pro 256MB与Radeon 9800 Pro 128MB有较大的区别，除了显存容量增加了一倍之外，采用了的显存也由之前的340MHz DDR-I SDRAM变为了350MHz DDR-II SDRAM。虽然提升了显存的时钟频率，但增加的显存容量却限制了性能的提升（256-bit总线的带宽被分为两个部分使用），所以256MB版本的Radeon 9800 Pro并不比128MB版本的快。

你首先会注意到的是NV35的散热片/风扇与NV30有着显著区别。NV30发出恐龙般声音的风扇已经消失了，现在的风扇在2D模式的时候相当安静；然而在3D模式还是要比Radeon 9800 Pro发出的噪音要嘈杂。

我们在GeForce FX 5900 Ultra 发现的唯一问题是，它的模拟视频输出竟然是非常模糊。我们相信价值499美元的显示卡的视频效果应该远不止如此，希望零售版本的显示卡没有在我们的参考样本上发现的那样糟糕的视频输出。

Windows XP Professional 测试配置
硬件配置
CPU	Intel Pentium 4 3.00GHz (打开超线程技术)
主板	Intel D875PBZ - Intel 875P芯片
内存	2 x 256MB DDR400 Corsair DIMMs
声卡	没有
硬盘	120GB 8MB Cache（西部数据特别版本）
显示卡 (驱动)	ATI 显示卡都使用催化剂3.4版本驱动 NVIDIA 显示卡都使用雷管44.03驱动

除非特别说明，所有的测试都将在4x 反混淆和8X 各向异性过滤下完成。

什么能够挫败高性能的DX9硬件呢？我想是游戏吧！市场在等待发布能够区分出高端ATI和NVIDIA显示卡性能的游戏，而这个任务非Doom 3莫属了。

我们着急地等待，希望能够获得预览版本的Doom3用于测试我们的最新显示卡，这个愿望在NVIDIA和idSoftware的帮助下最终得以实现。我们得到的是有限制的版本，但即便如此，这已经足够我们高兴得跳起来了。:)

我们使用NVIDIA和ATI最新的GPU搭配各种的驱动程序运行了Doom3一个晚上。我们使用Doom3的前提是要遵循一个条件，就是仅可以用来测试性能，不能够泄露游戏的相关图片和资料。其实这也是可以谅解的，因为Doom3离正式发布还有一段时间，开发公司也不想公众知道太多关于它的开发信息，所以我们也就同意了和他们的约定，我仅是告诉你们这两款显示卡在该游戏的性能如何。

我在这里要预先提醒大家，那就是ATI和NVIDIA给我们的驱动都为Doom3作了特别的优化，而且我们在其它的测试中也是使用相同的驱动程序。

虽然Doom3游戏还没有完成，并且和驱动程序也不甚协调，但我们还是能够估算显示卡在Doom3实际游戏中的大概性能。我们使用了以下的显示卡进行测试:

    ATI Radeon 9800 Pro
    ATI Radeon 9600 Pro
    ATI Radeon 9200
    NVIDIA GeForceFX 5900 Ultra
    NVIDIA GeForceFX 5800 Ultra
    NVIDIA GeForceFX 5600 Ultra
    NVIDIA GeForceFX 5200 Ultra

在游戏里我们可以选择的图象质量设置有:low(低）,medium（中等）或者high(高)。我们进行了中等和高质量模式的测试，但在这些最快速的显示卡，即使在最高质量的模式，性能的下降也是可以忽略不计的，因此我只报告在中等细节水平的分数。

在1024x768之下，5900 Ultra 的性能相当好，并且超过了100 fps。有趣的是，NV30和NV35的性能比较接近，这也表明了在该游戏里，显存的带宽并不是影响性能的主要因素。

在没有打开任何AA（反混淆）/各向异性过滤的情况之下，ATI的显示卡在任何分辨率都落在了NV30/NV35的后面。

在使用了最新驱动程序，并降低图象质量和细节的前提下，即使是主流的显示卡也能够在1024x768的分辨率有较流畅的显示速度（即使是在中等图象质量设置，我们也能够获得非常完美的图象质量）。

随着我们把分辨率的提升，性能的下降是非常明显的，即使是NV35也有33%的性能滑落。但排名却没有改变，另外，在这里我们也可以清晰地了解到，主流显示卡运行Doom3的限制分辨率为1024x768或者更低。

你看到5900/5800 Ultra 的性能，在使用较低细节的前提下，在大部分游戏里，即使是1600x1200的分辨率也能够获得较流畅的显示效果。在这里我们也知道了，NV35和NV30的性能差距并没有想象中的那么明显。

Radeon 9200 的结果没有公布，因为在测试的过程中它出现了贴图错误。

在打开了高质量的模式之后，5800 Ultra和 Radeon 9800 Pro之间的性能差距拉近了，但5900 Ultra依然保持着领先的姿态。

高分辨率 AA/Aniso模式显然不适合主流的显示卡，因为即使是最新的价值500美元的显示卡也运行得非常吃力。

放眼今天所有的游戏，虚幻竞技场2003仍旧无愧是GPU测试的基石。我们继续使用了游戏内建的测试程序benchmark.ex，并且把图象质量的细节设置为最高。我们仅是报告"flyby"的分数，因为"botmatch"的结果对CPU/平台的依赖性比较大。

5900 Ultra和Radeon 9800 Pro 之间的性能比较接近，因此你并不能够明显地区分出这两个显示卡的性能。256MB的显存在今天的游戏中虽然没有什么作用，但是在这个测试里却能够获得比较好的性能。

我们还使用了Ubisoft开发的"分裂细胞"游戏用于测试，游戏打上了1.2版本的补丁。为了便于参考，我们使用了第一个演示，并强制使用"class 1"（1类）贴图，设置为最优图象质量的模式。

我们之前报道过催化剂3.4驱动程序在“分裂细胞”游戏下有严重的问题，因此我们只公布了一张ATI显示卡的测试结果，并且它的分数比我们预期的还要低很多。

也许以后在ATI修正了它们驱动的问题，我们才能够在"分裂细胞"游戏下得到正确的分数。

5900 Ultra的性能落在了5800 Ultra的后面，这也表明了雷管驱动将还有很大的提升显示卡性能的潜力。

GeForce FX 5900 Ultra在Quake III Arena里具有相当优秀的性能，特别是在1600x1200 打开4x AA/8x 各向异性过滤的情况下，分数简直可以用恐怖来形容。Quake III Arena在这里能够打开6x 或者8x AA设置而不牺牲性能。

这里我们能够看到Intellisample HCT能够给NV35核心带来非常优越的性能。

NV35在绝地武士２的性能状况与雷神之锤III 的非常相近，只是优势没有那么明显。

"卡曼奇４"，是Radeon 9800 Pro 首次能够完全领先于5900 Ultra的测试。

在1600x1200测试里，我们很高兴256MB的显存能够带来比较明显的性能增长，Radeon 9800 Pro 256MB比128MB的版本要快上10% - 大概是因为显存容量增加的原因吧。

使用256-bit 存储总线，更加有效率的架构和更加成熟的驱动，这些使得NVIDIA 的GeForce FX 5900 Ultra有着较好的表现。性能的平衡和驱动问题的解决，使用市场又恢复到了NVIDIA占据高端的状况。

NV35在Doom3测试的良好表现，特别是在未经优化驱动中的测试，使得人们对NVIDIA又充满了信心。然而，正式游戏的发布可能会有很大的改变，并且ATI也会发布为Doom3优化的更新驱动程序。NVIDIA还是要面临着很大的压力。

下一代游戏很快就要发布了，如Doom3，Half-Life 2 和 Deus Ex2 将在今年的迟些时候发布，那时候这些顶级的显示卡就可以派上用途了。

无论如何，NV35的性能没有令我们失望，但是它那昂贵的售价却是阻碍它流行的唯一路径，但毕竟人家是高端...