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芯片技術
英國公司Videologic最初創立了PowerVR,PowerVR第一代分PCX1和PCX2兩種,PCX1采用0.5微米,PCX2采用0.35微米,二者皆為PCI卡,僅限于3D功能,類似voodoo1/2,但不需要外置連接線而是通過PCI總線傳輸數據,顯存64bit,8MB,核心同顯存運行頻率約60-66Mhz,單渲染管線單周期單紋理。
    中文名: 外文名:powerVR 所屬品牌: 産品類型: 國家:英國 創立公司:Videologic 分類:PCX1和PCX2

曆史

Videologic最初創立了PowerVR,PowerVR第一代分PCX1和PCX2兩種,PCX1采用0.5微米,PCX2采用0.35微米,二者皆為PCI卡,僅限于3D功能,類似voodoo1/2,但不需要外置連接線而是通過PCI總線傳輸數據,顯存64bit,8MB,核心同顯存運行頻率約60-66Mhz,單渲染管線單周期單紋理。PCX1采用了TBR技術,這是PowerVR系列芯片的技術中的一大重要特點,全稱Tile Based Rendering。

衆所周知傳統早期3D顯示芯片處理過程是先進行幾何運算,然後讀取、生成紋理等操作,然後通過深度測試決定像素是否可見,之後将可見像素進行必要的處理後輸出到Framebuffer(幀緩存)顯存上,之後由RAMDAC讀取顯存經過數模轉換輸出到顯示器上。這個過程中有一大缺點就是無論像素是否可見,都必須經過渲染,這将浪費大量填充率和帶寬,這被稱為overdraw。

為了解決這一矛盾,PowerVR的TBR在幾何運算後,将屏幕的像素分成了很多矩形小塊,先經過每個小塊的深度測試,測試小塊是否可見決定小塊中的像素是否應當被渲染,之後将需要被渲染的再交給渲染管線去處理,之後輸出。這樣一來,不可見的像素已經提前被剔去不用被渲染,很大程度上節省了帶寬,減少了渲染管線的壓力。

然而這一技術并非完美無缺,在經過小塊的深度測試的過程中需要一定時間,尤其對于比較多的碎小密集的多變形的時候這更為明顯,在PCX1/2當中這一過程需要CPU的處理,因此加重了對CPU能力的需求,PCX至少需求MMX 166才能發揮功效。此外一些涉及到Z-buffer技術的程序在TBR的模式下往往運行有問題。是延續傳統渲染模式,加大帶寬和填充率來彌補這一問題,或是采用TBR技術,二者孰優孰劣這對并無絕對定論。nVidia一直沿用傳統模式,芯片設計以更多的渲染管線、更高的頻率、更高規格的顯存來解決問題。後來ATI也拿出了自己的解決辦法---Hyper-Z。

PCX2的性能比PCX1有了一定提升,速度并不慢,可以在運行轉為它們優化的Quake2的時候效果很好,硬件指标上也勝過Voodoo,達到每秒120萬多邊形和6000萬像素的填充速度,在同時代産品中首屈一指。同時支持D3D、OpengGL,SGL,其中SGL是OpenGL的部分子集特為PowerVR進行了專有擴展。但是在實際使用中,由于驅動使兼容性較差,許多遊戲運行有問題,并且對CPU要求較高(甚至不如更低平台上voodoo的速度),導緻銷售收了很大影響,但在Voodoo2之前的一段時間裡市場占有率卻達到第二。

PCX1芯片的産品中比較常見的是Apocalypse 3D和NEC PC 3DEngine,PCX2中比較有名的是Matrox生産的唯一沒采用自己芯片的加速卡産品M3D。

後來在1998年的3月的CeBit展覽Videologic拿出了ARC-1,但隻是beta版,依然PCI接口,頻率66Mhz,依然僅有3D功能,貌似基于PCX2,據說創新和帝盟有意去生産此芯片的零售版顯卡。但是似乎後來沒了音訊。

此後Videologic與Sega合作,為Sega的新遊戲機設計圖形芯片,實際就是PowerVR二代,被稱為Neon250,用它的Dreamcast于1998年2月推出。但是因此極大地導緻了Neon250的PC桌面産品的延期,比預期Neon250發布時間晚了一年有餘,比DC推出時間則晚了一年半。這是因為NEC更看重長期的訂單量大、市場穩固的遊戲機圖形芯片的制造,遊戲機一般3-5年更新換代一次,而風雲多變的PC市場平均6個月就為一周期,長期來看從利益考慮,顯然NEC更願意為了上百萬訂單的遊戲機市場投入更多精力。

Neon250終于上市了,仍然由NEC制造,也稱PVR250,有AGP-2X和PCI接口兩種,而AGP版比PCI的速度僅快很少一點。核心和顯存都是125Mhz,采用SDRAM,64bit,32MB顯存,渲染管線仍然是1條,每條管線單紋理單元。擁有250Mhz RAMDAC,支持OpenGL、SGL、DirectX6。僅由Videologic制造過此芯片的顯卡。支持FSAA,不支持Mipmap Dithering,使用三線性過濾的時候不能像voodoo3/TNT2那樣通過mipmap dithering那樣來實現相同效果,所以隻能用真正的三線性過濾很影響速度。因為發售極大地延遲,其性能在當時來說比較慢,介于TNT-TNT2的程度,價格不便宜,所以銷量很差,在歐洲市場相對于其它地方情況還算好一點,目前存世量頗小。雖然這款産品情況銷售很糟糕,但是采用這款芯片的DC遊戲機的情況還不錯。

值得一提的是從Neon250開始TBR渲染模式前期的深度測試功能不再需要CPU處理,而是集成于顯示芯片内部,分擔了CPU的負擔,以後PowerVR的顯示芯片設計亦是如此。

VideoLogic後來變為聲、顯卡制造,從VideoLogic分出來的Imagination Technologies成為VideoLogic、PowerVR、Ensigma、Metagence這四者的母公司,其中Ensigma、Metagence是面向DSP設計。

Imagination Technologies将PowerVR技術授權給了STMicroelectronics(意法半導體),稱為PowerVR三代的Kyro誕生,由PowerVR設計ST最終成型并且制造,此系列驅動一直由PowerVR開發。ST有自己的芯片生産廠,曾經nVidia的NV1、Riva128/ZX的芯片有很大部分就是由ST生産的。ST産的NV1叫做STG2000用于Diamond Edge 2120/2200,市場上很多riva128/ZX産品芯片上都有ST的Logo。

Kyro采用0.25微米工藝,核心代号STG 4000X,0.12億晶體管,有PCI和AGP-4X版本,工程版核心、顯存皆115Mhz,最終出貨版提升到125Mhz核心,128bit 32/64MB SDRAM顯存,270Mhz RAMDAC,2*1管線架構即雙管線單紋理單元。支持DX6、EMBM(環境凹凸貼圖),不支持T&L,繼續采用TBR模式。

Kyro的尺寸很小,同時發熱量也小,晶體管數量也明顯低于同期nVidia的産品,其目的在于降低生産成本,使晶圓能切割出更多的芯片,以性價比優勢來和其它産品競争。其性能基本介于TNT2Ultra與GF256 SDR版之間,一大特點就是32bit色相對于16bit性能下降很小,在32bit色下甚至可勝于GF256 SDR,FSAA速度降低也比較小,産品基本還算成功,采用其芯片的有Inno3D KYRO 2000,VideoLogic Vivid!, 撼迅Evil Kyro,Hercules 3D Prophet 4000。不過驅動仍然不算很完善,有時會出現不兼容、死機的情況。

僅僅過了幾個月,Kyro2推出,核心代号STG 4500,0.18微米,0.15億晶體管,核心、顯存頻率提升至175Mhz,仍然不支持T&L,依然是2*1管線,270Mhz RAMDAC,支持部分DX7功能,TBR模式。其内部接口為AGP-2X,但可通過硬改顯卡刷新BIOS支持AGP-4X模式。才用它的芯片的有Hercules 3D Prophet 4500、VideoLogic Vivid!XS。由于ST沒有0.18微米生産能力,所以芯片的生産交由TSMC(台積電)。

Kyro2在16bit色性能介于MX和GTS,32bit性能相對于16bit色依然下降很小,此時往往比GTS還好。整體來說比KYRO平均提升1/3以上,尤其在高分辨率在某些項目甚至提升可達将近1/2。在當時号稱MX400殺手,在歐洲市場較受歡迎,甚至據說比MX400銷售量還好一點,Prophet 4500銷量頗大。此卡還支持單周期8次貼圖功能,對于多層貼圖的遊戲中比較占優勢,比如SeriousSam部分情況采用多達5層貼圖。隻是在早期驅動隻開放了4層。發售時的驅動已經比較完善了,運行可以很穩定,而且大多數不兼容的現象都可以通過驅動程序裡面的選項設置進行解決。

Kyro2存在的問題在于渲染管線設計太少,2*1管線相對于當時GF2的4*2管線來說填充率嚴重受到限制,并且SDR顯存提供的顯存帶寬相對于已普遍使用的DDR在一定程度上限制了性能的發揮。

KyroII SE發布,核心代号STG 4800,相對于Kyro2變化的隻有核心、顯存頻率提高到200Mhz,接口完整支持AGP-4X,其它部分保持不變。采用它的顯卡有Hercules 3D Prophet 4800、VideoLogic Vivid!XS Elite。

此後PowerVR的第四代KyroIII開始研發,但是一直沒有結果。PowerVR此後轉向掌上圖形市場并且很成功,它們的0.13微米工藝的顯示芯片PowerVR MBX授權給了Intel,就是衆所周知的2700G,代号Marathon,用于PPC上如X50v,其中2700G3/G5分别集成384/704KB顯存,可以在640*480下流暢運行Quake3。83萬/秒多邊形及像素填充能力,支持全屏抗鋸齒,支持硬件T&L,擁有MPEG1/2/4解碼運算能力,功耗僅1mW左右,性能已經接近99年的台式機圖形芯片。

它們的新一代掌上圖形芯片PowerVR SGX510/520/530屬于第五代PowerVR産品,采用統一架構,支持DX9,SM3.0,OpenGL 2.0,依然采用TBR渲染模式,支持H264解碼,目前已經授權給NEC和Intel,作為Intel産品計劃命名為2900G。

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