图形处理器——GeForce 256
1999.9
（独家授权于《电脑报》）
8月31日，全世界关心3D硬件的人们，都在等待着nVidi的代号为“NV10”的新一代3D加速芯片的公开。nVidia的网站上，一个倒计时时钟显示着：“还有N个小时，世界将会改变！”终于等到那一刻，nVidia开放了早已准备好的一个新目录，用数不清的资料和图片一下就把我给“淹没”了，还好我还能记住一个古怪但几小时后就已传遍世界的名字：GeForce
256，nVidia将它称为GPU，而不是3D显示芯片！
几天后，当我从nVidia制造的“信息轰炸”中清醒过来，才发现这些多不胜数的文件并不详尽，缺少很多内部的、细节的资料，使我们难以客观地了解GeForce
256在盛名之下的真正实力。为此我专门请教了《电脑报》的李新宇先生，他的指点使我抓住了重点和关键，才对GeForce
256有了一个全面的认识。
GPU的概念
nVidia将GPU（图形处理单元）定义为：单芯片图形处理器，集成有几何引擎，光照引擎，三角形设置、图形剪裁引擎，纹理渲染引擎，并且处理能力在每秒1000万多边形以上。GPU的概念，从字面上是使3D图形芯片同CPU平起平坐，让GPU成为PC体系中第二重要的核心部件。nVidia的GPU定义从性能上为3D芯片划了一条界限，强调GeForce
256及其后续产品是多么出色（能达到这一标准的3D芯片还真不多），以至于可以再创出一个全新的GPU市场，当然新市场的“游戏规则”也顺理成章可以部分地重新制定了。
GeForce 256的名称来源于geometry（几何）的缩写和256位的体系结构。不同于其上一代的Riva
TNT2使用工作频率和显示内存位数来划分型号，GeForce 256只有一个版本的芯片，不会再让大家难以分辨，也可能今后的升级版本有另外一个名称。现在量产的GeForce
256芯片已送往各板卡厂商，9月底就可以有相应的显示卡上市了。
技术的飞跃
GeForce 256的3D性能，同现有的任何3D芯片相比都有着巨大的飞跃，nVidia的总结是：“第一个256位3D处理器，第一个集成的几何变换引擎，第一个集成的动态光照引擎，第一个4像素渲染流水线。”
几何、光照引擎
几何、光照操作是3D图形处理的前一半，有了GeForce
256集成的几何、光照引擎，我们就能够使用硬件实现的几何变换和动态光源照射处理，来代替以往让CPU浮点单元不堪重负的几何计算过程和利用纹理色彩变化来模拟的似是而非的光照效果。GeForce
256支持8个硬件光源，每秒可处理1500万个三角形，不过对于50Gflops的惊人浮点能力来说，也不算很足够。GeForce
256的几何、光照引擎实际上是有256个指令的DSP（数字信号处理器），又具有超过256处理器的Cray
T3D超级计算机（Cray T3D是著名的克雷超级计算机公司的超并行机，最多可使用2048个CPU、达到300
Gflops的浮点运算能力）浮点能力，因此《电脑报》的李新宇先生正在研究GeForce
256是否可以灵活编程，如果确实的话，50 Gflops的潜力将可以实现我们难以想象的功能与速度，就象Creative的E-mu
10K1芯片可以通过BIOS和程序的升级，不断发挥出更强大的功能一样。
4并行渲染流水线
GeForce 256的QuadPipe渲染引擎具有4条独立的128位（比其他厂家的64位引擎要占不少便宜）渲染流水线并行工作，不同于Savage
2000的4条单纹理流水线，因此每个时钟周期可以渲染4个8点取样过滤（类似于三线性过滤）的像素，总体速度为4.8亿过滤的像素/秒，约相当于9.6亿图素/秒（Savage
2000为7亿图素/秒）。nVidia没有公布GeForce 256的核心工作效率，但从上述渲染数据上我们可以估算出是120MHz或稍高一些。
加强的带宽
光有高速核心并不能够保证整体速度的提高，因此加强系统带宽是不能不考虑的。一方面GeForce
256拥有独一无二的AGP 4X Fast Write总线，并得到了Intel的认可，AGP 4X Fast
Write是将在820（Camino）主板芯片组中出现的一个AGP 2.0功能，允许CPU不通过系统内存、直接向显示芯片传送数据，既避开了瓶颈、又释放了系统内存。另一方面，GeForce
256使用256位显示内存接口（最多128MB本地内存），比以往的128位提高了1倍，即使还未公布的显存频率只有150MHz，也能有4.8GB/s的带宽。
丰富的3D特性
GeForce 256也引入了一些独特的3D特性，当然都是被DirectX
7和OpenGL支持的：Cube Environment Mapping（立方体环境贴图）是最具革命性的特性，nVidia网站上还专门为它提供了一个演示，它的原理是使用有6个面的立方体纹理为3D场景进行贴图，从而可以很逼真地模拟出光线照射在物体上的效果和反射效果。Vertex
Blending（顶点混合）可以使具有复杂解剖结构的游戏人物有更平滑的外观。Particle
Systems（粒子系统）就是PS2赖以吹嘘的特殊3D特性之一，特别适合于表现火焰、魔法、武器等。GeForce
256还具有DirectX 6中支持的所有纹理压缩模式。
丰富的视频、2D特性
顺应当前的潮流，GeForce 256拥有完备的视频功能：支持HDTV，支持DVD运动补偿，支持各种视频接口和视频转换器等等，最高达1080i的HDTV分辨率和1/16像素的精度。GeForce
256的256位2D引擎具有一流的超级2D速度和最高2048x1536@75Hz的分辨率，当然这必须要350MHz的RAMDAC来支撑。这些出色的视频、2D性能完全淹没在3D的光芒中，甚至很少有人注意到。
标准和软件支持
从标准上讲，这次nVidia占尽了先机，尽显王者风范：不但是AMD，连Intel都声称要同nVidia合作，共同建立未来的PC平台，Intel竟然说Pentium
III同新一代GUP之间会达到“系统平衡”；至于微软，他们表示DirectX 7是同GeForce
256合作开发出来的，DirectX 7同GeForce 256的结合将是优秀的Windows娱乐平台。
在游戏开发上方面，GeForce
256更是一呼百应，几乎所有著名的公司都宣布“效忠”nVidia，开发支持几何、光照功能的游戏，包括：Acclaim、Blizard、Bullfrog、EA、Rage等等。光是今年圣诞节前后上市的游戏就有15个以上，包括：The
Whole Experience、Shadow Man、Midnight GT、Messiah等。
战略意义
历史方面
nVidia一向是稳扎稳打，使产品性能平滑的上升。这一次，GeForce
256虽然添加了几何、光照引擎，增强了渲染部分，但其核心频率并不很高，既稳妥又留有升级的余地，而且使用256位的显示内存接口可以先适当地提升显示内存带宽；在今后的NV15、NV20计划中，提高整体性能自不必多说，更重要的是很可能会将嵌入式内存提上日程，高接口位数的嵌入式内存作为Cache是近期提高显示内存带宽的主要途径。
2300万晶体管的GeForce 256，复杂程度已达到了Pentium
III的两倍以上，已经具备了作为GPU同CPU分庭抗礼的很多条件。从3D体系结构的角度来看，新一代产品集成几何、光照功能，即使不能同3D显示卡的出现相提并论，也是自3D芯片有史以来的最大的一次飞跃，它将3D芯片中的半条3D流水线扩充到了一整条。
横向比较
SONY的新一代家用游戏机PS2（传说已经延期了）的纸面数据非常惊人，因此也就成了人们心目中3D性能的一个标杆，nVidia现在声称GeForce
256是移植PS2游戏的优化平台（无怪乎网上谣传Pentium III或Athlon加上GeForce
256构成的游戏机将同PS2一决高低）。GeForce 256的3D实力从中可见一斑，那么与其他3D芯片相比又如何呢：
Bitboys的Glaze 3D系列将在明年初上市，尽管还没有几何、光照引擎，但具有同GeForce
256相同的4条像素渲染流水线，速度达12/24亿图素/秒，还有9MB嵌入式内存（总带宽12GB/s），问题是能否如期推出；S3的Savage
2000系列跟得最紧，年底上市，有几何、光照引擎和4条纹理流水线，速度为7亿图素/秒以上，并且比较便宜；3dfx的“Napalm”推迟到11月发布，只知道会有独特的T-Buffer（包括全景抗锯齿、景深、运动模糊等功能），另外3dfx还在嘲笑GeForce
256的渲染能力太弱，配不上几何、光照部分，可见“Napalm”应该有惊人的32位渲染能力；Videologic的PowerVR
Series 3也将在年底推出，相应显示卡圣诞节上市，估计应当集成了几何、光照功能和PowerVR系列传统的分块渲染引擎；据说Matrox和ATI也有所计划，只是保密工作太好我们不得而知。
市场推广
不论谁在技术上领先，都有机会赢得较大的市场优势，何况nVidia的“市场工作”一向做得不错（一流的3D芯片厂家中，只剩nVidia没有买个板卡厂自己生产显示卡了）。
零售显示卡市场，已经有Creaetive、ELSA、Guillemot、Canopus、ASUS、Leadtek这6家大厂在生产基于GeForce
256的显示卡（如果Diamond Multimedia没有被S3买下来，一定也会参加的），预计在9月底摆上货架（亦有说9月24日的）。其中，已知Creative的3D
Blaster GeForce 256卖$299.00，Guillemot的Maxi Gamer Prophet卖$249.99，ASUS的AGP-V6600（32MB版）卖不到$300.00。
在OEM原装机市场上，毕竟有点贵的GeForce
256竟然得到了Dell、Gateway、Compaq、Micron、NEC这些大厂的一致“拥护”，原因估计使他们都必须生产部分“性能最高”的原装机。据说在OEM市场上一向得意的ATI最近失去了每季度$1000万的Dell的订单，不知是否是由于GeForce
256的出现。
软件厂商与用户
对软件厂商来说，GeForce 256不仅仅意味着更高的几何、光照、渲染速度以及大大提高的场景和人物复杂程度，更重要的事，终于空下来的CPU可以处理人工智能、物理模型、人物动作、故事情节等更需要灵活性的工作，正是这些方面才真正关乎游戏的“可玩性”。正如nVidia的口号是“从此3D应用将会不同”，3D硬件的飞跃将为软件带来未知的可能性，那些激动人心的新应用（包括新型游戏）又会带来对硬件性能的更大需求。
对用户来说，GeForce 256跑得更快、画面更好（虽然也更贵），而且有了它连Pentium
III 300也可以有顶级的3D表现（不知CPU厂商会怎么看），当然需要DirectX
7或OpenGL的支持，还得在使用硬件几何、光照处理的新游戏中。
面临的挑战
GeForce 256尽管各方面都不错，很有王者风范，但它也还是有一些困难的。
首先，人们接受新事物需要一个过程，硬件加速的几何、光照处理是很好的创新，我们也需要它，但从游戏开发商到用户，让整个市场都接受它，不是短期内可以完成的。极端的反面例子是S3TC纹理压缩功能，一年半下来还未被广泛接受。
其次，GPU抢了CPU的工作，人们对CPU性能的需求不再迅速上升，象Intel这样的CPU厂商如何维持他们那种摩尔定律式的升级循环？如果不能找到消耗CPU能力的新应用，看来CPU与GPU不得不正面交锋了。
最后，nVidia使用0.22微米的工艺生产引脚多得吓人、内部有2300万晶体管的GeForce
256，不仅仅是生产起来困难，最终成本一定也低不了（最初有人估计芯片售价$50，现在的估价是$90）。与0.18微米工艺、1200万晶体管的Savage
2000相比起来要吃亏不少。因此nVidia不仅要在将来向0.18微米转移，而且现在必须为GeForce
256树立起高档形象：速度、画面双第一，GPU的概念和古怪、难记的GeForce
256的名称（网上大家一致骂起这个怪名字的“讨厌鬼”），也部分是为了配合这样的高端市场定位。另外，既然GeForce
256是中、高档产品，现有的Riva TNT 2系列还得继续担负起中低档市场的重任，新推出的Aladdin
TNT2主板芯片组无疑是nVidia心目中低性能的底线了。
结论，一句话，如果不出现意外的话，nVidia将问鼎3D厂商的王座，GeForce
256将是一定时期内3D加速芯片中的王者至尊。
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