顯卡歷史的一個(gè)注腳。

今天的 PC 游戲玩家在選擇顯卡時(shí)可以認(rèn)為自己很幸運(yùn)。盡管速度不同，三大GPU 制造商生產(chǎn)的每個(gè)型號(hào)幾乎都可以保證運(yùn)行您喜歡的任何游戲。三十年前，情況截然不同，有十多家 GPU 公司，每家公司都提供自己的圖形渲染方式。許多公司非常成功，其他人則不那么成功。但沒有一個(gè)與 3D游戲行業(yè)的先驅(qū) Rendition 完全相同，該公司推出了偉大的第一款產(chǎn)品，隨后是兩個(gè)低于平均水平的產(chǎn)品，然后在五年內(nèi)完全默默無聞。

混亂十年的開端

1990 年代初期的 PC 游戲既令人興奮又令人沮喪——讓硬件正常工作需要無休止地?cái)[弄 BIOS 和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)置，當(dāng)時(shí)的游戲?qū)@一切是出了名的挑剔。但隨著歲月的流逝，PC 越來越受歡迎，全球數(shù)以百萬計(jì)的人以擁有Compaq、Dell、Gateway和 Packard Bell 的機(jī)器而自豪。

當(dāng)時(shí)，3000 美元就可以買到一臺(tái)不錯(cuò)的 Intel 486DX2 機(jī)器，運(yùn)行頻率為 66 MHz，擁有 4MB 內(nèi)存和 240MB 硬盤。但是顯卡呢？如果幸運(yùn)的話，它可能配備了 ATI Graphics Ultra Pro 2D 加速器，配備 1 MB 顯存和 Mach 32 圖形芯片。但如果沒那么幸運(yùn)的話，消費(fèi)者會(huì)為 SiS 或 Trident 的超低價(jià)產(chǎn)品買單。

8 位顏色是 1991 年廉價(jià)顯卡的典型特征。

與世嘉的Mega Drive/Genesis或超級(jí)任天堂娛樂系統(tǒng)等的視覺輸出相比，即使是最好的PC的圖形也是基本的，僅僅是可用的程度。然而，該平臺(tái)上沒有真正突破硬件極限的游戲。整個(gè) 90 年代最暢銷的 PC 游戲都是點(diǎn)擊式冒險(xiǎn)游戲，例如Myst或其他互動(dòng)游戲。這些游戲都不需要超強(qiáng)大的顯卡才能運(yùn)行，只需要支持 8 位或 16 位顏色的游戲即可。

不過，變化正在進(jìn)行中。游戲的發(fā)展方向是顯而易見的，因?yàn)?D圖形正在成為街機(jī)的常態(tài)，盡管他們使用專門的硬件來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。具有3D圖形的PC游戲，例如Doom，通過CPU進(jìn)行所有渲染，系統(tǒng)的顯卡只是將框架變成可以在顯示器上顯示的東西。

Doom 不需要 3D 圖形加速器

例如，要模擬 Namco 的Ridge Racer中的圖形，家用 PC 需要具有類似功能但零售價(jià)僅占一小部分的硬件。老牌圖形公司（ATI、Matrix、S3等）的興趣形成緩慢，因此有足夠的空間讓新鮮血液進(jìn)入該領(lǐng)域。

成立了許多初創(chuàng)公司來設(shè)計(jì)和制造新的顯卡，這些顯卡將用于代替 CPU 進(jìn)行 3D 渲染。Rendition Inc，由 Jay Eisenlohr 和Mike Boich于 1993 年共同創(chuàng)立。他們的野心既簡(jiǎn)單又宏大——為附加卡創(chuàng)建一個(gè)芯片組，為所有 2D 和 3D 圖形任務(wù)提供加速，然后出售給游戲和專業(yè)行業(yè)。然而，他們并非孤軍奮戰(zhàn)，還面臨來自其他 4 家新公司以及已經(jīng)存在多年的公司的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

拿下一血

1995 年，Rendition 宣布推出其首款產(chǎn)品 Vérité V1000-E，但由于它是一家無晶圓廠公司，因此依賴銷售許可證來制造和使用該設(shè)計(jì)。四家 OEM 供應(yīng)商接受了挑戰(zhàn)，一年后，Canopus、Creative Labs、Intergraph 和 Sierra 都推出了使用新芯片組的卡。

今天，在顯卡中發(fā)現(xiàn)的各種架構(gòu)之間的差異相對(duì)較小，但 3D 加速器的第一代卻截然不同。Rendition 在 V1000 上采用了一種不同尋常的方法，因?yàn)橹醒胄酒举|(zhì)上是一個(gè) RISC CPU，類似于MIPS，充當(dāng)像素管道的前端。

該芯片以 25 MHz 的頻率運(yùn)行，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一次 INT32 乘法運(yùn)算，但標(biāo)準(zhǔn)渲染技巧（如紋理過濾或深度測(cè)試）都需要多個(gè)周期才能執(zhí)行。

理論上，V1000 可以每秒輸出 25 Mpixels（稱為顯卡的填充率），但僅限于非常特殊的情況。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的 3D游戲，該芯片至少需要兩個(gè)時(shí)鐘周期才能輸出單個(gè)紋理像素，從而使填充率減半。

Rendition 的第一個(gè) Vérité 模型有幾張王牌。它在硬件中完成了所有三角形設(shè)置例程，而其他所有顯卡都需要由 CPU 完成。由于 3D 游戲中的所有頂點(diǎn)處理都需要 PC 的中央處理器，因此 V1000 的這一額外功能為 CPU 提供了更多的喘息空間。

在 PCI 普及之前使用的 ISA VLB 插槽。

所有 V1000 卡都使用 PCI 總線連接到主機(jī)，這在業(yè)界仍然是新事物，并且它們可以利用總線控制和直接內(nèi)存訪問 (DMA) 等功能來獲得額外的性能。

Rendition 的顯卡也是完全可編程的（從技術(shù)上講，它是有史以來第一款消費(fèi)級(jí) GPGPU），工程師們?yōu)?Windows 和 DOS 開發(fā)了多個(gè)硬件抽象層 (HAL)，可以將來自各種 API 的指令轉(zhuǎn)換為芯片組的代碼。理論上，這意味著 Vérité 顯卡擁有當(dāng)時(shí)商店中最廣泛的軟件支持。

引進(jìn)殺手锏

最重要的是一個(gè)相當(dāng)有名的游戲——Quake。

在《毀滅戰(zhàn)士》及其續(xù)集大獲成功之后，id Software開始開發(fā)一款新游戲，一款發(fā)生在全3D世界中的游戲（而不是《毀滅戰(zhàn)士》的偽3D性質(zhì)）。Quake于1996年6月發(fā)布，六個(gè)月后，id Software提供了一個(gè)代碼端口，稱為VQuake。

原始游戲在 CPU 上完成所有 3D 渲染，程序員John Carmack和Michael Abrash重寫了大部分代碼以利用 Vérité 的功能。當(dāng)時(shí)的處理器，例如 Intel 的 Pentium 166，可以以大約 30 fps 的速度運(yùn)行 Quake，分辨率為 320 x 200。VQuake 和 Rendition 顯卡的組合將其提高到超過 40 fps，但這也包括適當(dāng)?shù)碾p線性過濾紋理甚至抗鋸齒（通過由 Rendition 開發(fā)并在幾年后獲得專利的系統(tǒng)）。

這聽起來可能不是很大的改進(jìn)，但對(duì)于游戲的快節(jié)奏性質(zhì)，每一個(gè)額外的 fps 和圖形增強(qiáng)都是受歡迎的。但是，要問的問題是為什么性能沒有比這更好？部分原因在于 V1000 缺乏對(duì)z緩沖區(qū)的硬件支持，因此程序員仍然不得不依靠 CPU 來進(jìn)行任何深度計(jì)算，甚至盡可能少地進(jìn)行這些計(jì)算。

對(duì)于圖形加速器的首次嘗試，Rendition Vérité V1000 相當(dāng)不錯(cuò)。它是市場(chǎng)上唯一提供 2D和3D 的產(chǎn)品，并且有很多可用的性能，只要游戲避免它的弱點(diǎn)——例如使用 DirectDraw 或它的專有 3D HAL 之一，它就會(huì)非常快。

V1000 也有出了名的故障（尤其是在不支持 DMA 的主板上），在傳統(tǒng) VGA 模式下運(yùn)行時(shí)速度非常慢，而且 OpenGL 支持非常差。最終最會(huì)根據(jù)后者來判斷產(chǎn)品。

性能競(jìng)賽第二名

另一家在 3D 領(lǐng)域雄心勃勃的初創(chuàng)公司是3Dfx Interactive，它成立于 Rendition 一年之后，但在 V1000 發(fā)布之前就發(fā)布了第一款產(chǎn)品 Voodoo Graphics。由于 DRAM 價(jià)格的大幅下降，最初面向?qū)I(yè)行業(yè)的 3D 加速器在 1996/1997 年進(jìn)入家用 PC。

這個(gè)圖形芯片組（代號(hào)為 SST1）擁有 50 MHz 的時(shí)鐘速度，可以輸出單個(gè)像素，應(yīng)用雙線性過濾紋理，每個(gè)時(shí)鐘周期一次——比一般市場(chǎng)上的任何其他產(chǎn)品快得多。

與 Rendition 一樣，3Dfx 開發(fā)了自己的軟件 Glide 來對(duì)加速器進(jìn)行編程，但當(dāng)它在大量 OEM 模型（來自使用 Vérité V1000 的模型）中得到應(yīng)用時(shí)，引入了另一個(gè) HAL——MiniGL。從本質(zhì)上講，這是 OpenGL（一種通常在專業(yè)市場(chǎng)上使用的 API）的高度簡(jiǎn)化版本，它的出現(xiàn)完全是因?yàn)?id Software 在 1997 年初發(fā)布的另一個(gè)版本的 Quake。

創(chuàng)建GLQuake是因?yàn)镃armack不喜歡使用專有軟件，這個(gè)版本利用標(biāo)準(zhǔn)化的開源API來管理渲染，并通過支持它的卡提供了急需的性能和圖形質(zhì)量的提升。3Dfx的MiniGL驅(qū)動(dòng)程序?qū)penGL指令轉(zhuǎn)換為Glide指令，使其Voodoo Graphics芯片組完全支持GLQuake。

使用更快的 V1000L-P 芯片的 Canopus 顯卡。

憑借 50 MHz 的時(shí)鐘速度和對(duì)z緩沖區(qū)的硬件支持，使用 Voodoo Graphics 的顯卡比使用Rendition的 V1000 的任何顯卡都快得多。3Dfx 的第一個(gè)模型只能以 640 x 480 的最大分辨率運(yùn)行并且始終以 16 位顏色運(yùn)行，但即使是最好的 Vérité 卡也只有任何 Voodoo 模型速度的一半。

Rendition試圖通過發(fā)布更新版本（稱為 V1000L 或 LP）進(jìn)行反擊，該版本在較低電壓下運(yùn)行，使其時(shí)鐘頻率達(dá)到 30 MHz（并支持更快的 RAM），但它仍然存在比 3Dfx 的產(chǎn)品慢很多。而 1990 年代的半導(dǎo)體行業(yè)更像是一般的體育運(yùn)動(dòng)——?dú)v史往往會(huì)忘記那些獲得第二名的人。

步履蹣跚的第二代

Rendition 幾乎立即開始研發(fā) V1000 的后繼產(chǎn)品，目標(biāo)是擴(kuò)展第一個(gè)型號(hào)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)盡可能多地解決其缺點(diǎn)。在1997年夏天的發(fā)布目標(biāo)下，工程師們重新設(shè)計(jì)了芯片設(shè)計(jì) ，提高RISC處理器的時(shí)鐘速度和功能集（每個(gè)周期最多3條指令），擴(kuò)展像素引擎的功能（例如，硬件支持z緩沖區(qū)和單周期紋理過濾），并將內(nèi)存從舊的，緩慢的EDO DRAM更改為更快的SGRAM。

芯片裝箱在圖形芯片行業(yè)開始變得更加引人注目，使制造商能夠在更廣泛的價(jià)格范圍內(nèi)銷售同一芯片的不同版本。Rendition 利用這一點(diǎn)，于 1997 年 9 月發(fā)布了兩個(gè)版本——主頻約為 45 MHz 的 V2100 和運(yùn)行速度快 10 至 15 MHz 的 V2200。除了時(shí)鐘速率之外，這兩種芯片之間沒有區(qū)別，但大多數(shù)供應(yīng)商只是選擇了更快的芯片。

這背后的原因很簡(jiǎn)單——他們可以為此收取更多費(fèi)用。例如，Diamond Multimedia 最初以99 美元的價(jià)格出售由 V2100 驅(qū)動(dòng)的Stealth II S220 （最終在銷售不佳時(shí)將其降價(jià)到一半），而使用 63 MHz V2200 的 Hercules Thriller 3D的 4 MB 版本售價(jià)為 129 美元，并且8 MB 的 240 美元。

作為 V1000 的后續(xù)產(chǎn)品，新芯片是一個(gè)明顯的改進(jìn)，盡管有些被低估了。性能肯定更好，額外的功能支持意味著更好地兼容市場(chǎng)上出現(xiàn)的大量 3D 游戲。然而，Rendition 的一切并不順利。

V2000 系列的開發(fā)顯然受到許多故障的影響，部分原因在于該公司設(shè)計(jì)芯片的方式。由于它沒有自己的制造工廠，因此大部分處理器測(cè)試都是通過軟件完成的。但是，一旦在硅中充實(shí)，在模擬中運(yùn)作良好的東西往往無法正確轉(zhuǎn)移，并且 Rendition 錯(cuò)過了數(shù)月的目標(biāo)發(fā)布。

競(jìng)爭(zhēng)并不一定會(huì)更好（例如，3Dfx 的第二個(gè)產(chǎn)品 Voodoo Rush實(shí)際上比最初的 Voodoo Graphics 慢），但是與 ATI 相比，V2000 系列向前邁出了足夠大的一步，英偉達(dá)和 PowerVR 正在發(fā)布。

3dfx 的 Voodoo Rush 使用一個(gè)芯片用于 2D（左）和兩個(gè)芯片用于 3D（右）。

雖然最終在新硬件中引入了 mip-mapping，但它只能應(yīng)用于每個(gè)三角形，而其他一切都可以針對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行。Rendition 還在推動(dòng)使用自己的軟件，這可能是以為 OpenGL 和 Direct3D 提供更好的支持為代價(jià)的（盡管這兩個(gè) API 現(xiàn)在都得到了適當(dāng)?shù)母采w）。

工程師們所做的事情引起了足夠的興趣，以吸引其他公司的興趣和進(jìn)一步投資。

希望和失敗的野心

1998 年，當(dāng) Rendition 仍在開發(fā)其第三代 Vérité 圖形芯片組時(shí)，該公司（知識(shí)產(chǎn)權(quán)和員工）被出售給美光科技，當(dāng)時(shí)美光收購(gòu)了眾多企業(yè)。

3000 系列預(yù)計(jì)會(huì)有更高的時(shí)鐘和更好的像素引擎。然而，盡管可以使用自己的工廠和相當(dāng)多的資源，該項(xiàng)目的進(jìn)展速度還不夠快，不足以成為與 3Dfx、ATI 和英偉達(dá)發(fā)布的產(chǎn)品相抗衡的可行產(chǎn)品。美光停止了支持，V3000 被放棄了。

顯卡的新方向已經(jīng)啟動(dòng)，計(jì)劃于 2000 年推出的 V4000 項(xiàng)目旨在將一系列新功能全部集成到一個(gè)芯片中。其中最令人印象深刻的是至少 4 MB 的嵌入式 DRAM (eDRAM)。索尼 PlayStation 2（2000 年 3 月推出）中的圖形芯片也擁有這方面的優(yōu)勢(shì)，因此這并不是一個(gè)過于雄心勃勃的決定，但美光并不是真正針對(duì)游戲機(jī)或獨(dú)立顯卡。

PS2 的基本 GPU 被 4MB eDRAM 包圍。

對(duì)于管理層來說，主板芯片組市場(chǎng)似乎更有利可圖，因?yàn)?3D 加速器只對(duì) PC 游戲玩家感興趣。通過制造一個(gè)可以接管傳統(tǒng)（和獨(dú)立的）北橋和南橋芯片角色的處理器，美光相信他們有足夠的資金和人力在同一場(chǎng)比賽中擊敗英特爾、S3 和VIA等公司。

最終，事實(shí)并非如此。由于擔(dān)心單芯片太大——超過 1.25 億個(gè)晶體管，該項(xiàng)目被放棄了。相比之下，同期的 AMD Athlon 1200 CPU 僅包含 3700 萬個(gè)晶體管。美光將繼續(xù)嘗試為 Athlon 處理器開發(fā)芯片組，該處理器仍然有一些 eDRAM 作為 L3 緩存，但它并沒有走得太遠(yuǎn)，美光很快就完全退出了芯片組市場(chǎng)。

暗淡的結(jié)局

Rendition 及顯卡，一切都結(jié)束了。美光從未對(duì)Rendition 的IP 做過任何事情，但在將其換成新產(chǎn)品之前，美光幾年來一直在其 Crucial 內(nèi)存系列的預(yù)算范圍內(nèi)使用該名稱。

帶有 Vérité 芯片的卡片只上架了幾年。時(shí)間淘汰了幾乎所有其他圖形公司，現(xiàn)在市場(chǎng)由 英偉達(dá)主導(dǎo)，英偉達(dá)在 20 多年前收購(gòu)了 3Dfx。ATI 于 2006 年被 AMD 收購(gòu)，Imagination Technologies 幾年前停止生產(chǎn) PowerVR 卡，而 Matrox 則放棄了游戲領(lǐng)域以服務(wù)于利基專業(yè)市場(chǎng)。

今天，Rendition 只是是圖形處理器歷史上的一個(gè)小注腳，它已經(jīng)過去很久了，但至少它沒有被遺忘。

審核編輯 ：李倩