第1页： 前言&ATi R420详解 第2页： 双雄!七彩虹和艾尔莎的Radeon X800 PRO 第3页： 性能测试&结论
前言:
以2002年底ATi发布R300为序幕的上一轮3D娱乐加速卡战役已经延续了一年多的时间，这个领域的两个巨头ATi和nVIDIA从技术到产品在至市场不紧不慢的纠葛了十余个回合，直到今年四月nVIDIA 显卡
ATi在以R3XX对垒nVIDIA NV3X的历史中取得了不小的胜利，直观的原因是R3XX系列强悍的硬件指标以及紧随微软 显存 Vertex Shader）以及高效能的像素着色器（PixelShader）、单一FP24模式还有更新及时的催化剂系列驱动程序都是一代王者R3XX制胜的闪光点。
不过现在nVIDIA抢到了先机，NV40虽然运行频
牛头怪（Minotaur）Radeon X800接替了石像鬼（Gargoyle）的位置，ATi用这种固执但拥有怪力的神话生物来代言Radeon
X800暗示着R420设计保守但性能强悍么？
稳扎稳打的R420:
R420芯片：
开发代号为R420的Radeon X800芯片由1 亿6
千万个晶体管构成，这个数字比竞争对手的NV40要少上37.5%；制造晶元的台基电（TSMC）应用黑钻石
Radeon
9800 PRO Radeon
9800 XT Radeon
X800 PRO Radeon
X800 XT
研发代号 R350 R360 R420 R420
晶体管数目 11000万 11000万 16000万 16000万
制造工艺 0.15微米 0.15微米 0.13微米 0.13微米
核心频率 380MHz 412MHz 475MHz 520MHz
内存 680MHz 730MHz 900MHz 1120MHz
内存容量 128MB/256MB 256MB 256MB 256MB
内存类型 256bit DDR/GDDR 256bit DDR 256bit GDDR3 256bit GDDR3
Vertex管线 4 4 6 6
Pixel管线 8x1 8x1 12x1 16x1
Shader版本 2.0 2.0 2.0+ 2.0+
顶点转化率 380 M 412 M 712 M 750+ M
像素填充率 3.0 3.3 5.7 8.0+
抗锯齿填充率 18.2 billion 19.8 billion 34 .2 billion 48+ billion
Shader性能 16 billion 17.3 billion 34.2 billion 4 6+ billion
Radeon X800系列目前共有Radeon X800 PRO和Radeon X800 XT（Platinum
Edition）两款产品，前者运行频率较低并且为12条像素渲染管线，Radeon
X800 XT是拥有16条像素渲染管线的高频率全功能版本，通过增加ATi
RageTheater芯片实现VIVO功能；未来也可能有支持VIVO的Radeon X800
PRO推出。Radeon X800仍然使用AGP
再和上代产品的对比方面，Radeon
X800的顶点管线数目增加了50%，像素渲染管线翻倍，核心/内存运行速度大幅提高，在基本架构变化不大的情况下实现了理论上近200%以上的顶点转化能力和超过200%的像素填充率及Shader效能。
上图为Radeon X800 XT的流水线体系示意图，除了管线数目增加以及SMOOTHVISION、HYPER
Z版本的提升之外，这张图显示出的信息和R3XX系列的流水线状况几乎相同，那么细部的变化在哪里呢？
顶点管线及像素管线：
R420顶点处理引擎是由六个顶点处理单元以及一系列的固定功能程序构成的，每一个顶点处理单元实际上包含2个算术逻辑单元：128bit的浮点向量运算器（Vertor
ALU），和32bit的浮点标量运算器（Scalar ALU），顶点处理单元内还包括容许循环、子程序、分支程序执行的流控制（Flow
Control）部分。顶点处理单元单元最基本的功能是将数据的位置3维空间位置信息做转化，R420的顶点处理单元单元有六个128bit的向量运算器，每个时钟周期共可处理1.5个顶点转化。顶点运算引擎内位于顶点处理单元后方的固定功能部分是用来专门处理顶点遮影程序完成之后产生的顶点数据，这包括去背功能（Backface
Culling）、裁剪（Cilpping）、透视切割（Perspective）和视角转换（Viewport
Transform）。
R420的顶点处理引擎这一部分和R3XX的区别不大，一点有意义的细节进步是R420可以在一个时钟周期内处理处理一个正弦余弦指令。而之前的R3XX芯片中，开发者想要获得顶点着色器中的一个正弦或余弦数时，R3XX必须要进行耗时的泰勒级数近似值计算。单周期正弦余弦指令处理可以让R420进行更富效率的三角形计算，以让开发者更加便利的通过顶点计算实现类似水面涟漪的等处理。
在和支持ShaderMode3.0的NV40的顶点处理部分相比，R420缺少能读取纹理信息直接映射到顶点上的Vertex
Texturing功能。这项功能可以通过位移贴图（Displacement Mapping）方便的实现诸如水面细微波澜、物体表面复杂的凹凸质感等效果而不经过大量的顶点声称计算。不过ATi的也有折衷解决办法，即3Dc技术，途径是在法线贴图（Normal
Map）上配合纹理压缩。
所有的顶点运算都处理完毕后，这些顶点都由装配引擎（Setup
Engine）重新组合为三角形。装配引擎的第一个部分称为几何组合（Geometry
Assembly），它会将一组一组的三个顶点连结成三角形；索引缓冲器则记录属于每个多角形的一列列的顶点资料。几何组合单元也会处理顶点particle。装配单元负责所有需要的参数到新的三角形组合，例如材质坐标值、颜色值、和Z-buffer等信息。它同时也负责把三角形切割成tile，然后分送到像素管线去继续运算过程。
接下来轮到像素处理引擎工作。
R420的像素处理引擎相当强大，内部包括被分为4组的16条像素处理管线，每条管线包括完整的像素着色器和纹理单元（Texture
Unit）。4个被编组起来的像素处理管线被称作quad
pipeline，在每一组内有其自用的部分资源，并且每组像素处理管线可以独立运作。这项技术是ATi创新
这是一个quad pipeline内部的状况，接收从装配引擎而来的数据。HYPER
Z HD中的Hierarchical Z unit将判断装配引擎送来的tile中哪些像素是可见的。它会细分当前Z-Buffer数据到当前像素的块中，这些块会被迅速地检查，以看是否在最终图像中能够被可见，如果整个块都被隐藏的话，那么在渲染过程中它就会被忽略，并转移到下个块中。如果块中的某个部分是可见的，那它会分成更小的块。这个过程是进行重复操作的。R420相对R3XX的进步就是在细分部分被隐藏的区块时，会更加智能化并更有效率。
当用Hierarchical Z功能来抓取及丢掉影像里用不到的像素时，事实上总是有一些像素区块处理不到。这些像素会到终阶段Z测试(Final
Z Test)测试时才处理丢弃。HYPER Z HD中的初阶Z测试(Early Z Test)能够在图素被送进演算引擎前很快地测试个别图素的可识别性，有效地先删除范围外的图素。
Hyper Z HD Hierarchical Z和Early Z test。红色的三角形代表当前的多边形，蓝色的是位于后方的三角形，绿色的小方块，代表蓝色三角形被遮挡而完全丢弃的部分。一旦决定那些是可看见的像素，内插处理器会给像素设定颜色、深度、透明度、和材质坐标的初值。这些内插数值会被储存在像素着色器使用的寄存器（Register）中。
Hyper Z HD的强项在于开启全屏抗锯齿情况下，R420可以在一个周期完成16x2次z/stencil操作，NV40的在全屏抗锯齿时每时钟周期则只有16次。
R420的像素着色器由5个运算器组成：2个72bit浮点向量运算器，2个24bit浮点标量运算器和1个96bit纹理寻址运算器（Texture
address ALU）。着色器状态存储器
R420像素着色器没有使用NV40那种超标量流水线设计，缺乏PixelShader3.0的动态分支执行能力。不过着色器状态存储器能够弥补一下这方面的缺失，能够减少纹理寻址运算器命中失误的频率而减少延迟，它有一点类似于PixelShader3.0中的面寄存器（face
register）。R420相对NV40的优势则是简单而高效的完全并行设计的向量运算器、标量运算器和纹理寻址运算器，而NV40的纹理单元则不能独立的和其中一个运算器进行全程操作。FP24以及固守PixelShader3.0让R420执行目前的DX9游戏显得更加快速，而NV40则会因为动态分支执行而开销过高。然而在PixelShader3.0应用中，情况会发生逆转，R420的像素着色器也可以完成以PixelShader3.0模式编写的代码，代价是需要更多的着色器操作次数。
此外，相对于R3XX的ShaderModel2.0，R420也小幅提升版本到ShaderModel2.0+，最大的变化是像素着色器最大色彩操作指令数、最大Alpha操作指令数和材质指令数都由64提高到512，虽然离无限长还有差距，但已经给实现比以往更复杂的Shader操作提供了条件。
3Dc：
简而言之，3Dc是通过将法线贴图以及纹理压缩技术结合起来在同样芯片负荷情况下提供更好3D物体表面视觉效果的技术。
被包括在DirectX内的DXTC(DirectX Texture Compression)纹理压缩算法，是D3D纹理压缩技术标准，它由大名鼎鼎的S3
S3TC发展而来，事实证明，它在2D色彩数组及以RGB与RGBA格式所贮存的数据压缩效果的表现上相当卓越。近年来在市面上推出一些可支持像素着色器运算的影像硬件和API，令研发人员得以提供新进使用者许多不同的材质选择。而多样的材质选择当中，包括了曲法线条件、光泽度、粗糙度及透明度，皆存在于传统色彩信息的材质选项。令人婉惜的是，DXTC在处理材质压缩方面的能力远不如它在色彩数据压缩上的表现。
法线贴图（Normal
Map）是一种可增加3D外表细致度的特制材质，它是由早期凹凸贴图所衍生出来的材质，其中每个图素的高度值，主要功用是制造出其它光滑外表的凹凸外观。法线贴图蕴含更为细致的外表信息，可表现出更加复杂的外表形状。可以把一个法线贴图想象成是从外表向外射出的箭头，并与外表原点形成垂直。而法线贴图的优点是：只要提供一个光源位置，即能精确算出光在外表上所造成的反射效果。
法线通常都建立在3D模型的每个顶点处。由于因顶点的数目和它们在间距上的长短不一，便有可能无法精确算出法线的方向，而造成顶点间产生极大的差距。如此便无法利用法线来制造出精细的材质。为求解决此一问题，改良后的法线贴图可呈现出每单位像素，令法线得以更为精确的定义出在外表任一位置上的法线方向。法线贴图能提供一个捕捉外表细部更加有效的方法，不再需要大量的多边形运算。唯一的限制便是不能用在大型尺寸的造型方面，因为它们无法真实改变一个对象形状。经过处理的外表3D材质，只是个虚构的形象，系由模型化的光和影所产生的效果。这一点从法线贴图所处理过的外表轮廓便可明显看出。法线贴图最常用的方式是运用足够的多边形来形成一个对象的形状，并将轮廓呈现出完美的外观，再用法线贴图来细修材质。这些材质可能只占一小片面积，但却能让整体影像看起来更加真实而细致。
此项技术唯一的限制便在材质尺寸上。理想的状况是，对于同时拥有色彩材质贴图和垂直面材质贴图的每种外表来说，材质内存和频宽条件都将比仅有色彩贴图的外表多上一倍。事实上，因为DXTC和S3TC在压缩法线贴图上不能有所发挥，而使得这个问题愈加严重。它们无法配合法线贴图来捕捉细小的外围和小型凹点，同时还会产生不美观的区块瑕疵。由于法线贴图的功用在于捕捉光线反应和呈现真实的外表光线，因此这些问题就更加扩大影响到色彩材质。结果让游戏美术设计和程序研发人员宁可不用法线贴图来处理外表，改以较低分辨率
3Dc如今提供一个对于法线贴图压缩难题最为理想的解决方案。它提供了将近4:1的法线贴图压缩率，同时影像品质与未压缩前的图样几乎一致。此一技术采用硬件加速，对影像表现的冲击最小。因此，研发人员可以不受限制的使用更高分辨率，甚至更加细致的法线贴图，同时/或是将它们套用在所有布景当中的所有对象上，而不只是选择性的套用在单一对象上。
3Dc可用来降低目前法线贴图所占的内存容量，同时，因法线贴图是读取自压缩格式的内存，所以3Dc也非常适合用在有内存频宽限制的应用程序上。3Dc另一个重要的优点是执行容易。DXTC/S3TC所用的压缩工具只需稍作调整，也可适用3Dc。在压缩法线贴图方面，像素着色器的变更功能只多加了两道指令。3Dc的简便性让它能轻易地与所有其它影像品质的提升技
ATi的3Dc技术是一项开放性的标准，预计会将在DirectX9.0C中被微软加入，虽然在实现方面有所区别，但思路和所达到的效果都和NV40通过VertexShader3.0实现的位移贴图有相似之处。两者都能够减轻显示核心在生成多边形方面的承重负担，而目的都是让3D物体的表面看起来更加真实。
ATi还特别的将改进版法线贴图称作虚拟位移贴图（Virtual
Displacement Mapping），并声称它可以在平面上制造出令人惊讶的真实三度空间外观，而且不需真实移位贴图般错综复杂的运算。毫无疑问，虚拟位移贴图也能够支持3Dc。
SMOOTHVISION HD：
在新版SMOOTHVISION中，值得一提的是一种新的AA模式--暂时性反锯齿（Temporal
Anti-Aliasing）。
暂时性反锯齿是一项新技术，使用了SMOOTHVISION HD的可程序取样样式能力，这项新技术会在每一桢画面中交替换用两种不同的预定义取样样式。在较低的桢数之下，会造成可见的反锯齿边缘颜色轻微改变。这样在桢数接近显示器
VideoShader HD：
虽然也被冠以“Shader”的名头，但细节并不透明的VideoShader
HD主要功能是CPU进行各类视频编码、解码的操作，来降低在视频应用中CPU的占用率。这次R420提供了MPEG1、2、4硬件级别的编码以及解码加速（encode
and decode acceleration）。亮点是除了在以往图形芯片
内存：
为了达到超过1.1GHz（DDR速率）的内存运行频率，R420和NV40一样选择了GDDR3，这种内存和我们通常提到的DDR3并不是一回事，它是仍然归类为DDR2的GDDR2的一种改进型，而改进的重点是降低功耗和提升频率，此外GDDR3采用的是单端设计，并没有分开数据输入和写出通道。目前ATi和nVIDIA的产品搭载的GDDR3内存均由三星 Samsung
R420芯片内部的内存位宽接口为256bit，它由4个独立的64bit内存通道组成，4各内存控制器则通过Switch和4个通道每每分别对应，复杂的队列逻辑将负责调整控制器和通道之间的协作以发挥最大效率。
小结：
可以看到，R420跟其竞争对手NV40在硬件架构上的最大区别是不支持ShaderModel3.0。不过ATi用法线贴图+纹理压缩的3Dc来弥补其顶点着色器不支持置换贴图的缺憾；小幅改进像素着色器最大操作指令数来提升Shader处理能力。R420的相对保守虽然不如NV40的技术更新那样咄咄逼人，但沿袭自R3XX的成熟着色器及流水线设计让R420在应付目前的ShaderModel2.0以下版本游戏时有优秀的速度；在画面表现上看，ShaderModel2.0也能够实现ShaderModel3.0的效果，其间的差别是运行效率，而ATi显然是把赌注押在了未来不长一段时期的3D游戏应用上。
本次测试我们收到两块Radeon X800 PRO产品，分别来自七彩虹 艾尔莎
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