ATI挑戰(zhàn)極限性能之顛！X850XT PE評測

    在2004年的顯示卡性能大戰(zhàn)中，NVIDIA GeForce 6800系列與ATI的X800系列的顛峰之戰(zhàn)幾乎從來沒有停止過。從3DMark 03到3DMark 05，從Doom 3到Half-Life 2，那濃濃的硝煙至今似乎還留在空氣中沒有散去。

    而就在臨近04年末，大家都在盤算怎樣享受圣誕節(jié)和新年的時候，ATI并沒有絲毫的懈怠，他們在2004年12月1日發(fā)布了代號為R480的Radeon X850系列顯示卡。以下是Radeon X850系列和Radeon X800系列顯示卡的規(guī)格對比：

    Radeon X850系列與Radeon X800系列的核心架構是完全相同的，而Radeon X850 XT PE的核心/顯存工作頻率達到了前所未有的540/1180MHz，這令其成為了2004年顯示卡的性能之王。

    既然Radeon X850系列的核心架構較Radeon X800系列沒有變化，我們就先來回顧一下ATI Radeon X800的特色規(guī)格和技術。<

    我們看到在新的X800圖形芯片內部架構圖中，主要包含了以下幾個部分：

    ◎ AGP接口成為新一代顯卡的瓶頸

    首先是負責和CPU通信的AGP接口。這個部分承擔著所有和計算機進行數據通信的工作。目前AGP接口的帶寬雖然不斷提高，但是仍然被認為已經嚴重影響了顯示卡的性能發(fā)展。因為相對于顯卡內部動輒數以十數GB/s而論的帶寬，AGP接口那僅僅2.1GB/s的帶寬就顯得十分捉襟見肘。

    AGP接口將數據從CPU讀入以后，將數據傳輸給顯存控制器。后者的作用不僅僅是控制數據在顯存中的存儲，還承擔著顯存的數據接口作用。它一共連接著6種不同的功能部件。除了顯存本身以及AGP接口以外，它還要負責將數據傳輸給2D引擎、視頻處理引擎以及3D引擎。而其中3D引擎則同時和頂點處理器，以及“Hyper Z HD”引擎相連接，將數據傳輸給這些部分。

    2D顯示引擎和視頻處理引擎部分我們沒必要多談了，這兩個部分分別負責2D顯示的運算以及視頻回放處理。它們將數據處理完以后就可以直接將準備顯示的數據放進顯示接口（Display Interface）。

    ◎ 復雜的3D處理環(huán)節(jié)

    接下來，我們就進入了最關鍵的3D處理的一整套環(huán)節(jié)中了。3D圖形處理是按照一定的順序執(zhí)行的，最主要的就是先進行幾何方面的運算，然后進行像素處理方面的運算。當然，這個過程也不是這么簡單的，復雜的3D幾何運算過后，還要將這些3D點換算成在屏幕上顯示的具體像素，這個過程就是由Setup Engine實現(xiàn)的。

    在像素處理管線以后，還要根據需要進行圖像的后期處理，在X800圖形芯片中，它的后期的圖像處理引擎被稱為“SmoothVision HD”。

    這些后期的處理過程能夠生成實際需要顯示的數據，所以它們均將最終的數據傳入顯示接口，經過一些相對簡單的處理以后輸出至顯示設備。<

    Radeon X800系列顯示芯片統(tǒng)一都采用了256bit的顯存帶寬，這256bit又被分為4個獨立的通道，每個通道64bit。對于顯存，X800系列顯示芯片的標準配置是GDDR3顯存，這種顯存相比原來的顯存來講，能夠運行在更高的頻率上。這樣X800上的顯存數據帶寬就能夠輕易的達到32GB/s以上了。

    我們前面提到，X800系列顯示芯片采用了4個獨立的內存控制器，但是這并不意味著每一個內存控制器僅僅能控制4個內存模組中的一個。ATI采用了一個用來切換內存控制器和內存連接的裝置“Switch”來保證這4個內存控制器和4組顯存能夠完全自由連接。當然，這個過程中還有一個非常重要的事情就是如何將數據傳入內存，“Switch”同時也負責將一個總線控制器和任何一組內存進行連接。<

● 頂點處理引擎

    3D圖形運算最基本的單位就是每一個單獨的點。因為有這些點，才能根據這些點的坐標計算兩點間的線以及三個點形成的面。所以說3D圖形處理中幾何部分的處理，其實就是對空間中的點進行運算，這也就是為什么人們會將3D圖形中幾何處理的引擎稱之為“頂點處理引擎”。

    我們首先來看看X800系列顯示芯片中的頂點處理引擎的架構。

    我們看到，當頂點的初始數據傳入頂點處理引擎的時候，數據被分配至6條并行的管線之中。這6條管線分別擁有一個128位矢量數據算術運算單元以及一個32位標量數據的算術運算單元。數據經過矢量運算以及標量運算以后，并不一定就是最終需要的數據。而且由于矢量運算器和標量運算器的關系是并行的，所以有的需要進行兩種運算的數據就需由流程控制器（Flow Control）再次送入前面的運算單元了。

    在經過了6條并行的數據運算以后，頂點處理的過程只能說是完成了其中最重要的部分，但是距離數據最終輸出還有很遠。

    接下來進行的過程需要進行遮掩面的選擇（Backface Culling）、數據整理（Cliping）、透視分離（Perspective）和最后的可視范圍變換（Viewport Transform）。經過這4個過程以后，數據就可以輸出至將3D數據轉換為2D數據的“Setup Unit”了。<

● 裝入引擎（Setup Engine）

    Setup，我們最先熟悉這個詞的時候一定是在安裝軟件時候認識的。在3D圖形處理中的Setup引擎完成的是一種怎樣的工作呢？

    在前面進行的頂點處理過程中，所有的頂點都被獨立計算它們的位置。然而在實際的3D模型中，卻不能夠以純粹的點來表示3D模型，更多時候需要借助兩點間的線以及三個點圍成的面來實現(xiàn)，所以將點和點之間的聯(lián)系省略儼然是不可取的。

    Setup引擎的作用就是將這些獨立的點再次結合到一起，組成最基本的三角形。因為任何多邊形的最基本的元素就是三角形，所有復雜的多邊形均可分離成為大量獨立的三角形。

    Setup引擎的具體架構分為兩個部分，首先是幾何匯集（Geometry Assembly），這個步驟的作用就是將獨立的點重新連接成一個個三角形。第二步就是Setup單元，這個部分完成的工作就是將一些作用在三角形上的函數分派至具體的三角形上。

    在上圖中，Setup引擎首先將獨立的點連接成為三角形，然后將三角形安排在很多的塊中，然后根據頂點在這些塊中的位置來確定怎樣對三角形進行處理。<

● 像素處理引擎

    3D處理過后，我們就要進入2D處理的環(huán)節(jié)了。這里稱之為2D，并不是和前面我們提到的2D處理引擎相同。這里是指將3D運算結束以后，在像素級別進行的處理過程。這個過程我們也已經非常熟悉了，這就是經常被提到的Pixel Pipline（像素處理管線）。

    X800系列顯示芯片的像素處理管線一共有16條，這比原來的R9800XT上的8條增加了一倍，這就意味著在理論上，即使頻率保持不變的情況下也能有一倍的像素處理能力的性能提高。

 像素處理管線的架構圖

    我們看到在這16條管線上，ATI采用了4組4條的設計。這樣的設計不僅可以更加有效的控制管線條數，也可以保證在其中一條失效的時候，不至于被迫放棄整個芯片，而僅僅屏蔽掉其中的一組就能作為X800Pro或者標準版來出售了。

 一組像素處理管線架構圖

 一個獨立的像素處理單元的架構圖

    我們看到，在像素處理的環(huán)節(jié)，其復雜度遠遠超過了前面的頂點處理部分。因為在一個場景中每時每刻都要運算的數據點是海量的，而且這些點包含的信息也絕不僅僅是一個坐標而已。它還包括顏色、亮度和其他點的關系在內的各種數據，這些都要進行不斷的運算。這也是為什么在像素處理部分的管線需要16條，而頂點處理部分則僅僅用6條的原因。<

    我們前面介紹了X800系列顯示芯片在架構方面的一些情況。這些架構層次上的情況基本上可以算是硬件結構，它們是發(fā)揮產品效能的一個基礎。那么如何才能將這些管線以及各種各樣的單元發(fā)揮出最大的效果呢，這就需要相應的技術作為支持。X800系列顯示芯片誕生的同時也是ATI展示最新技術的一個絕好機會，我們就趁此來看看隨X800而來的各種新技術應用。

    在X800發(fā)布的過程中，ATI發(fā)布了以High Definition Gaming（高畫質游戲）為主題的一些最新的技術，其中包括：

· SmartShader HD
· SmoothVision HD
· Hyper-Z HD
· 3Dc

    首先，我們來看看X800系列顯示芯片中帶的SmartShader HD技術。對于SmartShader技術我們已經非常熟悉這個名稱了，早在Radeon 8500發(fā)布的時候，ATI就推出了他們的第1代SmartShader技術，這次推出的SmartShader HD是其第4代技術。

    SmartShader HD技術本身其實是一個技術的合集，其中包括了關于頂點處理引擎以及像素處理引擎的技術，其名稱中“Shader”正是VertexShader和PixelShader中的“Shader”。

● VertexShader方面的改進

    VertexShader，這個名詞我們可以說在所有的硬件文章中都頻繁的見到，但是究竟這個“Shader”應該翻譯成什么，筆者還沒有完全搞明白。反正對于最常用的翻譯方法“頂點著色器”的說法，筆者認為不盡正確。雖然“Shade”的意思中有“遮蔽”的含義，但是在3D處理芯片中，頂點運算絕不僅僅是一個“著色”或者是“遮蔽”的過程，其具體操作非常復雜，絕不是一個“著色器”能夠涵蓋的。

    VertexShader這個名字的出處來自于DirecX規(guī)范，其本意是一組針對頂點處理的函數的集合，顯示芯片廠商在研發(fā)顯示芯片的時候，將這些功能用他們的顯示芯片在硬件中實現(xiàn)。

    SmartShader HD技術能夠很大程度提高VertexShader的性能。由于增加了頂點處理管線的條數，并且能夠在每個時鐘周期中進行兩次操作，在數據的精度方面X800支持32位的精度。

    頂點處理能力的增強主要會體現(xiàn)在一些幾何運算量非常大的情況中。例如波濤起伏的海面上擁有大量的三角形，采用最新的X800顯示芯片進行運算的時候就能很大程度上提高速度。

● PixelShader方面的改進

    相對于面向頂點坐標運算的VertexShader，PixelShader的作用則是面向像素的處理，也就是最終顯示在顯示器之前的畫面處理。

    同樣的，由于管線條數的增加，PixelShader的能力有了大幅的提高，X800系列顯示芯片最高能在每秒鐘完成400億條像素的運算操作。這些操作完全支持了DirectX 9.0中數據格式24位精度的要求。

    對于程序中指令的長度，SmartShader HD也有一定的改進。在R360時代，每個PixelShader程序的指令最大長度僅僅為160條，而到了X800上，則可以支持1536條指令。<

● SmoothVision HD

    ATI的SmoothVision HD技術同樣是一個有著一定歷史的技術，發(fā)展到X800的時代就多了一個“HD”的后綴。SmoothVision HD技術只要面向的是后期的圖像的處理，這里面包括了抗鋸齒、伽馬校正和材質過濾等多種技術。

    對于SmoothVision HD中支持的抗鋸齒方面的技術，絕大部分是和目前已經被廣泛采用的技術類似的，所以在這里我們就沒有必要再說那些事情了。值得注意的是在X800系列顯示芯片中，首次增加了一種全新的抗鋸齒采樣方式，這就是近期大家討論非常多的Temporal Anti-Aliasing（臨時取樣抗鋸齒）。

● Temporal Anti-Aliasing

    這種全新的抗鋸齒的原理是這樣的：

    每一幀采樣的位置不同，連續(xù)兩幀的取樣位置也不同。這樣就能夠在兩幀來回切換的時候，利用人眼的視覺暫留特點，實現(xiàn)接近于兩倍原有取樣的效果。但是這個過程由于每一幀的取樣點數并沒有提高，所以在性能上將不會有任何下降。

    另外，這種技術產生的抗鋸齒的效果只能由肉眼看出來，如果進行抓圖的話，仍然將截取到其中的單一幀，所以通過截圖是看不出這種“臨時采樣”的抗鋸齒效果。<

    今天測試的顯示卡是來自ATI原廠的Radeon X850 XT PE，其PCB使用了非常醒目的火紅色，上面密布的元器件讓這塊顯示卡顯得非常厚實：

    由于ATI Radeon X850 XT PE的核心/顯存工作頻率達到了540/1180MHz，其散熱系統(tǒng)也就成為了顯示卡能否穩(wěn)定工作的關鍵。我們看到這款顯卡采用了風道式散熱系統(tǒng)，銅制的鰭片保證了良好的散熱效果：

    揭開散熱片，我們看到了R480核心的真容，上面“PCI Express”的標志格外顯眼：

    在電源電路方面，Radeon X850 XT PE使用了高質量的元器件為顯示卡的穩(wěn)定工作提供了保障。除了兩個DVI接口之外，這塊顯示卡還提供了帶有VIVO功能的S-Video接口：

    上圖中的ATI RAGE THEATER 是一種低成本、單芯片、多標準的視頻編碼/解碼器，Radeon X850 XT PE依靠它實現(xiàn)VIVO功能。

    Radeon X850 XT PE使用三星mBGA封裝的編號為“K4J55323QF-GC16”的顯存，正反面共8顆組成了256MB/256bit的規(guī)格，1.6納秒的速度令其能夠穩(wěn)定工作在1180MHz的默認頻率上。<

• 測試平臺

• 測試項目

    和往常的顯示卡測試一樣，這次我們仍然選擇Aquamark和3DMark系列作為基準測試項目，而不可或缺的游戲部分使用的是《半條命2》、《Doom 3》、《UT2003》、《光環(huán)》、《波斯王子·時之砂》、《分裂細胞》和《孤島驚魂》來對顯示卡進行測試。<

• AquaMark3

• 3DMark03

    在傳統(tǒng)的基準測試項目AquaMark3和3DMark03中，X850 XT PE比較X800 XT PE普遍有了5％左右的成績提升，其中以AquaMark3最為明顯，分數提高幅度達到了8％以上。<

• 3DMark05

    和剛才的傳統(tǒng)基準測試項目情況類似，在剛剛發(fā)布不久的3DMark05的測試中X850 XT PE比較X800 XT PE有了3％—5％的成績提高，接下來我們在游戲實戰(zhàn)中檢驗一下X850 XT PE的威力。<

• Half-Life 2

    ATI的顯示卡在《半條命2》中占有的優(yōu)勢是大家有目共睹的，X850 XT PE的發(fā)布令這個優(yōu)勢更進一步了。在測試中X850 XT PE比X800 XT PE的成績再提高了5％以上，這令ATI顯示卡在這款經典游戲中的王者地位更加難以動搖。<

• DOOM3

    與《半條命2》的情況正相反，眾所周知《Doom3》這款基于OpenGL開發(fā)的游戲是NVIDIA顯示卡的“天下”。在這個測試項目中我們發(fā)現(xiàn)X850 XT PE的成績并沒有太多的提升，各個分辨率下幀速率的提高都在2fps左右。<

• Prince of Persia：The Sands of Time

    《波斯王子·時之砂》是一款畫面非常華麗的DirectX 9游戲，X850 XT PE在這個項目的1024×768分辨率下居然有將近18％的幀速率提升，這個趨勢隨著分辨率的升高而遞減。<

• UT2003

    UT2003的測試成績與前面的情況大同小異，X850 XT PE在兩個測試項目都有5％左右的幀速率提升。<

• HALO

    在《光環(huán)》這款游戲的測試中，X850 XT PE在頻率上面的提升并沒有為其帶來太多的幀速率提高，不過105fps的速度也足夠達到流暢運行的標準了。<

• Tom Clancy''s Splinter Cell

    《分裂細胞》的測試結果和其他測試項目類似，X850 XT PE提高的頻率在各個分辨率下都帶來了3fps左右的幀速率提升。<

• FarCry

    《孤島驚魂》是第一批上市的DirextX 9游戲之一，在2004年初曾經將無數硬件“斬于馬下”。不過現(xiàn)在我們看到X850 XT PE已經完全能夠勝任這款視覺效果驚人的游戲了，即使是在1600×1200分辨率下打開4×的各項異性過濾也能保持80fps以上的幀速率。<

    前面已經提到，Radeon X850系列是在Radeon X800系列的基礎上提高核心/顯存的工作頻率而來，其核心架構并沒有改變。極速升高的頻率令ATI得到了2004年度顯卡性能之王的桂冠，這同時也是ATI的高端芯片生產實力的體現(xiàn)。

    自從ATI發(fā)布Radeon X850系列產品之后，微星、華碩、藍寶等很多廠商都已經跟進推出了自己品牌的產品，相信極限玩家們很快就能夠體驗到目前PC顯示卡性能之王的風采了。<