显卡发展历史浅谈.docx
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显卡发展历史浅谈
显卡发展历史浅谈
纵观显卡发展史，没有一个厂商能够永远站在显卡技术的最高峰。
逆水行舟的竞争道路上，技术的落伍、决策的失误都随时会被市场所遗弃.十年前S3无情地将Trident打败,而3dfx让霸主S3明白了什么叫3D加速；八年前nVIDIA让不可一世的3dfx俯首称臣,让业界明白技术发展的推动力；六年前厚积薄发的ATi开始冲击王座，不断蚕食巨人nVIDIA打下的巩固江山。
都说竞争促使进步,其实竞争也能带来乐趣。
如果说没有了AMD，那么Intel的光芒恐怕没有那么耀眼;同样地，如果没有了ATi，nVIDIA的独脚戏势必不会那么精彩。
除了独立显卡这两大主角，S3、XGI、Matrox等厂商也一直在孜孜不倦地努力着，即便是已经被收购的Trident和3Dlabs也都依然没有离开这一领域。
PC显卡发展的近代史犹如一壶陈年老酒，让人回味悠长……
一切源于游戏－－显卡为游戏而生
对于老一代玩家来说，游戏无疑是他们最好的老师，为了游戏，玩家们必需要掌握更多的电脑知识,而这种精神正是DIY精神的鼻祖。
从286时代的《警察抓小偷》、386时代的《大航海时代》，到486时代风靡亚太地区的《仙剑奇侠传》,乃至586时代的《命令与征服》，PC游戏伴随了一代又一代人的成长.随后3D游戏的兴起，则不断激励最新技术的发展，也因此造成了显卡行业的重新洗牌。
从最初简单的显示功能到如今疯狂的3D速度，显卡的面貌可谓沧海桑田。
无论是速度、画质，还是接口类型、视频功能，显卡在这十年里的革新甚至已经可以超越CPU。
了解显卡的发展历史对于理解这十年来的厂商们的疯狂竞争将会很有帮助，更是硬件爱好者必备的知识。
从EGA到VGA：
来之不易的绚丽世界
显卡早期称显示适配器，在“黑底白字”的DOS年代时，对显示的要求是极低的。
然而随着各种软件应用的普及,人们对于PC图形界面的需求越来越强烈，为此才出现了彩色显示.最早的显示类型是EGA，只能认别出黑白两色.早期使用8080、8088一直到80286都是使用这种类型的显示适配器,功能极为简单,一般集成16K显存，并不为人关注.
到了20286时,PC上出现了一些和图形相关的软件，开始有人在PC上设计一些图形，最早的就是CAD。
那时的程序员们为了自己闲暇的消遣也开始编写一些小游戏，或是移植一些游戏机上的Game到PC上来。
因此出现了一种四色适配器，能认别三元色和黑白。
当时这种适配器的效果是很差的，你能想像出只有三元色和黑白的图像效果是什么样吗？
不过在当时这已经是一个大的进步了.由于这是第一种彩色的显示适配器,所以称为CGA.CGA时代对显卡的要求已经大幅度提高，但是当时的制作工艺仍然远远高于显卡芯片的需求，因此CGA显示适配器依旧整合在主板上,以一块单芯片的方式来实现。
VGA标准可谓是如今显示标准的雏形,我们的显卡也是从这一时代开始独立起来,成为真正意义上的显卡，而不仅仅是一块默默无闻的芯片。
最先的VGA标准可以现实16色，要求显卡具备512KB显存.VGA时代的代表产品是Trident8900/9000系列.
512KB显存的Trident9000
SVGA是VGA标准的衍生产物，这种改良过的图形适配器已经能够技持16Bit的彩色，并且逐渐过渡到如今的32Bit。
最早的SVGA显卡芯片是CirrusLogic的GD5428/5429，它直接集成了1~2MB显存,支持16Bit的彩色。
不过GD5428/5429依然没能逃出老迈的VESA总线,因此卡身特别长，成本也不低.事实上,真正将SVGA发扬光大的还是S3735（Tr64V）以及Trident9680，它们能够达到1024×768的分辨率，并且在低分辨率支持32Bit真彩色
PCI时代经典的Trident9680
惊人的巨变：
显卡接口发展过程
显卡接口也不断制约着显卡技术的发展,并逐渐成为瓶颈.为了加快显示芯片与总线之间的传输速度，使用高带宽的接口总线势在必行。
在民用市场，显卡接口的起点便是最普通的ISA接口，事实上ISA接口包含ISA总线、EISA总线和VESA总线,ISA接口是一种统称。
当我们来到VGA标准时代之后，ISA接口就开始力不从心,PCI接口取而代之.不过PCI接口也并未持续多少时间就被更为先进的AGP淘汰。
与PCI相比，AGP不仅在带宽上突飞猛进，更是可以有效利用系统内存。
然而值得注意的是，AGP的发展之路并不像PCI那样平坦，半开放性的格局使之不断面临兼容性的困扰。
从最早的AGP1X到如今的AGP8X,真正具有里程碑意义的只有AGP4X。
而如今AGP8X也逐渐走下神坛，PCIExpressx16取而代之。
下表是对各种显卡接口的技术对比:
总线规格ISAEISAVESAPCIAGP1XAGP2XAGP4XAGP8XPCIExpressx16
工作电压5v5v5v5v3.3v3。
3v1.5v0。
8v3.3v/12v
时钟频率8MHz16MHz33MHz33MHz66MHz66MHz66MHz66MHz100MHz
工作频率8MHz16MHz33MHz33MHz66MHz133MHz266MHz533MHz533MHz
理论带宽4MB/s16MB/s66MB/s133MB/s266MB/s533MB/s1066MB/s2100MB/s8GB/s
带宽位数8～16Bit32Bit32Bit32Bit32Bit32Bit32Bit32Bit32Bit
向下兼容全兼容无AGP1xAGP1xAGP2xAGP4xPCIExpress
现在这一代用户恐怕只知道nVIDIA和ATi，老一代的骨灰级玩家应该能记住S3与Trident。
在十年前，PC显卡正经历从ISA到PCI的一场巨变，而主宰这一舞台的并不是当今的两位霸主，S3和Trident才是叱咤风云的英雄硬汉。
回到十年前，当时并没有疯狂的3D效果、完美的硬件级DirectX支持、更没有什么实用的视频功能！
当时的显卡还远没有达到小康水准，高人一等的2D速度以及基本令人满意的VCD软解压就已经足以让众多用户欢呼雀跃了。
如果说nVIDIA是如今显卡市场的龙头老大，那么当时的S3就可以说是独步天下的霸主，其市场份额到了令人诈舌的地步，在显示领域甚至可以与业界大哥Intel齐名。
为S3开创这一时代的大功臣当数S3765。
当显卡正式进入PCI总线时代之后，2D速度得到前所未有的增强。
此时,S3765最多支持2MBEDO显存，能够实现高分辨率现实，这可是当时价格不菲的高端显卡才能做到的.平滑的2D速度以及不错的画质表现令这款芯片大受欢迎，而价格上的平民化也使之在短时间内普及。
在S3765时代，在电脑上播放VCD还需要借助专用的解压卡。
不过，通过S3765的解码补偿功能，只要CPU的主频在66MHz以上就可以实现令人满意的软解压效果.如果有Pentium处理器以及大容量内存的配合，那么其软解压效果完全可以与硬件解压卡相媲美。
也就是从此片芯片组开始，S3不断地向Trident施加压力,无情的排挤Trident的市场。
S3压倒Trident的标志
作为ISA时代的霸主,Trident在进入PCI时代之后并没有立即溃败。
Trident9685是一款不逊于S3765的显示核心,而且在视频输出功能方面有着一定的优势.然而正如很多用户所知道的那样，很多时候技术不仅仅是绝对成败的关键,渠道支持同样十分重要。
S3凭着强大的市场操作手段，几乎得到当时所有板卡厂商的支持，技术上突破困难的Trident最终落败。
S3765的成功并没有让S3冲昏头脑，继S3765后马不停蹄地推出S3VirgeDX，但是S3VirgeDX只能算是S3765的升级产品，这款显示芯片将2D速度几乎发展到了顶峰，同时具备了初级的3D功能。
与S3VirgeDX同时代的处理器是PentiumMMX,当时的CPU已经具备了相当的多媒体能力。
而S3VirgeDX也顺应了这一潮流。
通过2～4MB的高速度显存，S3VirgeDX已经完全不用担心VCD软解压，而且在2D速度方面几乎已经无可挑剔。
更加值得关注的是，S3VirgeDX为Microsoft的第一代DirectDraw进行优化（并不是Direct3D），因此在游戏中的速度表现相当不错，也能简单处理一些伪3D画面。
当S3VirgeDX发展到后期，AGP总线开始流行,采用AGP接口的S3VirgeDX在速度上也稍有提升。
S3VirgeDX让人记忆犹新
当S3还在为自己的市场份额沾沾自喜的时候，另一场风暴正在悄悄地酝酿着.那就是3D革命风暴的到来，这场风暴造就了一代枭雄3dfx的辉煌王朝。
其实，在3D概念还未完全成形之时,3dfx就以第一代Voodoo加速卡刮起一阵旋风.为了使Voodoo加速卡能够更加专注地做好3D工作，3dfx使这款显卡只具备3D能力，而不具备2D显示功能.客观而言,3dfx的这一做法十分聪明,这样既能降低技术难度，又可以不与当时的S3、Trident、Matrox等形成正面冲击。
没有谁会估计得到这样的3D子卡会大受市场欢迎，S3更是将没有2D显示功能的显卡视为另类的非对手之列.但是疯狂的游戏迷们视这种3D加速卡为宝，在Quake2、Doom等经典游戏中,当时的Voodoo1几乎是玩家们唯一的选择，毕竟众多3D游戏都为3dfx专用的Glide3D函数进行优化开发。
Voodoo1的巨大成功使3dfx的势力迅速壮大。
而令众多玩家翘首期盼的Voodoo2延续了3dfx的辉煌，众多3dfx的死敌更是难以望其项背。
Voodoo2芯片的速度非常快，大约是Voodoo1芯片的三倍。
Voodoo2芯片除了提供一般3D加速卡的全部3D功能之外，还提供一些特殊的效果,例如抗锯齿边缘修补、三线过滤、深度Buffering等等.
老吴
2005—10-2413：
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在游戏迷们欢呼声中，S3才在梦中惊醒，决心进军之前不太重视的3D游戏市场。
但是为时已晚，3dfx打下的3D江山坚不可催,当时的玩家甚至以拥有一块3dfx的显卡为荣，3D游戏也因Onlyfor3dfx而大行其道!
甚至乎3dfx就是显示业界的标准,刹那间3dfx如雷贯耳般地响彻了全球的每一个角落,与其说是3dfx给我们带来了激动人心的3D游戏，不如说是3D游戏成就了3dfx的一代神话！
3dfx的另一杀手锏自然是至今还为老玩家津津乐道的SLI工作模式.其实现在nVIDIA所宣传的近期炙手可热的SLI模式早就在3dfx上的Voodoo2产品上应用过了。
当时的SLI技术允许在一台电脑中同时使用两块Voodoo2，它们之间通过一条传输电缆相联，两块卡分别处理屏幕上的奇偶线级信号,令理论速度直接增加一倍。
在Voodoo1以及Voodoo2盛行之时，3dfx曾先后推出具备2D显示功能的VoodooRush以及VoodooBanshee,不过这两款芯片并没有像其前辈们那么成功。
可以SLI工作的Voodoo2风靡全球
其实，当年的S3VirgeDX也具备一定的3D能力，但是与Voodoo系列相比还是微不足道.不过由于3dfx初期的Voodoo没有2D功能,所以部分高要求的发烧友将其作为Voodoo2搭配的2D显卡，所以S3还是占有一定的市场份额,并没有因此而退出市场.与S3VirgeDX同时代的产品还有MatroxG100，但过高的价格使之普及率远不如S3VirgeDX,更不用与3dfx相比了。
面对3dfx的巨大成功，无论是S3还是Trident都无力抵抗，不可一世的3dfx已经无视来自其它厂商的威协。
而此时另一位默默耕耘的新兴力量正在悄悄出现，这就是我们熟悉的nVIDIA.其实，早在Voodoo2独步天下之时，nVIDIA就以性能表现不俗的Riva128和TNT引起了人们的注意。
如果说TNT只是nVIDIA攻击3dfx的试探,那么TNT2则是真正挥向3dfx的一记重拳。
客观而言，TNT2绝对是nVIDIA的成名之作。
也许是3dfx的一意孤行惹火了Microsoft,在Direct3D的帮助下，TNT2异军突起。
尽管Voodoo系列也具备Direct3D加速能力，但是当游戏开发商开始倾向于Direct3D之后,Voodoo系列的Glide优势尽失。
凭借极高的象素填充率以及显存带宽，TNT2成为3D时代的新明星。
在OpenGL性能方面，TNT2的表现也令人满意。
除了在画质上能与TNT2比拼之外，3dfx其实已经没有任何竞争的筹码。
TNT2成为3dfx的恶梦
在万众期待之下,3dfx终于推出了Voodoo3，但是在nVIDIATNT2面前的软弱表现让3dfx陷入了巨大的尴尬境地,而此时性能上占优的nVIDIA清楚地知道真正能赚钱的是中低端产品及OEM市场，聪明的nVIDIA就把TNT2产品线按高中低端市场进行细分，使得其市场占有率大大提升。
此时3dfx只能对其FANS说：
请等待Voodoo4/5的到来！
数次交手惨败之后，VSA100可谓是3dfx的最后赌注,这也是一款充满着争议的产品。
但是上市日期一拖再拖，被喻为历史上最难产的显卡产品之一。
直到此时，3dfx还是没有觉醒过来，在DirectX几乎一统天下的局面下还是坚持不开放Glide源代码，更斥巨资收购了STB来闭门造卡，使得昔日的盟友纷纷改投nVIDIA的门下。
而最终产能严重不足的VSA100无法挑起拯救3dfx的大梁，江郎才尽的3dfx作出最后一击,收购Gigapixel公司企图获得Microsoft将要推出的X-BOX的图形芯片订单.但是兵败如山倒，Microsoft最终却选择了竞争对手nVIDIA，这个噩耗使得3dfx的股票大跌，奄奄一息的3dfx最终被nVIDIA收购,一代王朝宣告灭亡。
3dfx最后的绝唱
3dfx的失败发人深思，纵看它的发展历程,可以看出3dfx输掉的不是技术和资金,而是一连串企图独霸市场的错误策略,过分高估自身实力，Glide本身是一个很好的API但却因为3dfx想独霸技术而随它一起灭亡了；且不说它收购STB闭门造卡而得罪众多的板卡制造商，就连致力发展DirectX的Microsoft和大力推广AGP规范的Intel也不放在眼内，逆势而行及固步自封的短见策略令到一意孤行的3dfx一步一步走上了绝路.
收购了3dfx后的nVIDIA无疑是迎来了其高速发展的第二春。
但是如日中天的nVIDIA并没能在市场上只手遮天，因为此时一位强有力的挑战者顽强地登上了竞技舞台，这就是与nVIDIA针锋相对的ATI。
作为资格较老的图形显示芯片公司,ATi有着它的生存之道，多年的征战也使得ATi累积了丰富的作战经验。
在3dfx时代，ATi的3DRage系列芯片虽然3D性能并不是十分特出,但是它却提供了很好的DVD回放加速功能，配合其低价策略使得它在OEM市场中也占有一席之位。
而且凭着出色的视频及多媒体性能，使得ATi避免了与3dfx和nVIDIA在3D游戏性能方面的正面交峰，即使在零售市场，采用3DRage系列芯片的显卡也一直是用户的“第三方"选择。
而此时显卡技术中的T&L成为当时人们关注的焦点，第一款支持T&L功能的显卡是GeForce256,随后发布的GeForce2基本上可以说是提速版本，除了速度快了很多以外,其它方面并没有太大的技术上提升。
而经过了较漫长的摸索后，ATI也推出了DX7时代下的强有力的挑战武器：
Radeon7500.
GPU与CPU功能对比
其实ATi先前推出的Radeon256以及RadeonLE已经展现出相当不错的实力,只不过在nVIDIA的GeForce256光芒下没能提起人们太大的注意。
而Radeon7500终于积厚薄发，一举成为性能最好的DirectX7显卡。
与早先的Radeon256相比，Radeon7500最大的改变就是生产工艺，从原来的0。
18μm改进到0.15μm，因此拥有更小的核心.这样最大的好处就是发热量得到很好的控制,而且芯片的核心速度也可以得到很大的提高。
和GeForce2GTS系列的产品比较,ATi的Radeon7500在芯片频率和显存频率这两个方面占据着较明显的优势,这意味这它拥有更高的执行性能和显存带宽。
被称为DX7最强卡的Radeon7500
更为重要的是,当时牛气冲天的nVIDIA在板卡厂商合作方面出现问题，而ATi也从3dfx身上吸引了经验,有意开放显卡制造权.正是这一进一出之下，不少二、三线品牌开始支持ATi，采用Radeon7500图形核心的产品大面积铺货。
从实际对比来看，nVIDIA在提高频率后推出的GeForce2Ti并不逊色于Radeon7500，但是此时的较量已经没有任何意义。
Radeon7500的出现标志ATi在核心技术方面已经完全赶上nVIDIA的脚步，正式与nVIDIA展开正面的技术交锋.
速度表现不错的GeForce2Ti
但是无可否认，ATI在技术上的主动并没有为其市场表现的被动带来太大的帮助.在及时发现来自于ATi的威胁之后，nVIDIA不仅仅是提高GeForce2频率来仓促应付，而是动用具有里程碑意义的GeForce3.在大约半年不到的时间内，GeForce3主宰了高端市场，而GeForce2MX继续帮助nVIDIA抢占中低端市场份额.ATi顽强应战，在Radeon7500在核心技术方面无法对抗GeForce3的情况下，及时推出了Radeon8500，成为其救命稻草。
作为DirectX8级别显卡，支持PixelShader与VertexShader是最主要的功能，而Radeon8500不仅继承这些特性,还融入TRUform、SMARTSHADER、SMOOTHVISION及HYPER—ZII等新技术。
Radeon8500让玩家们认识了ATi的真正实力
面对ATi的挑战，GeForce3显然已经力不从心，即便是最高频率的GeForce3Ti500也只能勉强与Radeon8500打个平手.在这样一个关键时刻，nVIDIA又一次展现出其产品研发方面的强大实力，GeForce4Ti凭借出色的表现捍卫了王者的尊严.GeForce4Ti在T&L单元方面采用nfiniteFXII引擎，它加入了第二个VertexShader（顶点处理单元）流水线.在高工作频率下，使得GeForce4Ti的处理能力有可能高于GeForce3将近三倍。
而在全屏反锯齿方面，GeForce4Ti采用新的AccuviewAA技术，改善了取样方式并且优化了渲染的过程，可以进一步保证在高分辨率下的显示速度。
显存带宽也一直是制约显卡性能的瓶颈，GeForce4Ti为了摆脱瓶颈的限制，引入了LightSpeedMemoryArchitectureII（LMAII）光速显存构架II技术，它的原理就是优化渲染过程和压缩技术的采用。
老吴
2005-10-2413：
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GeForce4Ti的出现应该说令ATi哑口无言，因为Radeon8500已经量产，而且ATi的产能暂时不允许研发同级别新产品.更为重要的是，当年微软即将公布DirectX9标准，ATi已经无暇顾及DirectX8平台的竞争。
不过平心而论，Radeon8500败给GeForce4Ti更多的是面子问题,让ATI信心大收打击的是面对GeForce4MX的束手无策，其后果相当严重,中低端利润大量流入竞争对手的口袋.ATi甚至找不到一款同级别的对抗产品.
捍卫nVIDIA尊严的GeForce4Ti
饱受挫折的ATI并没有因此而延误其产品研发进程。
Radeon9XXX系列产品正是其处心积虑要给nVIDIA致命一击的产品.在nVIDIA的GF4Ti系列风光了很长一段时间后,ATI高调发布了支持DirectX9的R300核心的Radeon9700,无可争议地坐上了显卡性能王者的宝座,更重要的是重新点燃了ATI与nVIDIA决战的信心。
面对ATI的进攻，nVIDIA毫不犹豫地选择了还击,但一直以六个月为产品开发周期的nVIDIA却偏偏在这个节骨眼上跟不上自己制定的步伐。
原计划在2002年秋季发布的NV30一拖再拖，直到11月份才发布芯片，但是却因为一些细节问题甚至直到2003年才推出成品.NV30核心的GeForceFX5800系列史无前例地配备8条渲染管线，这也自然表现出比FX5600/5700等更好的性能。
然而对比同时代的ATiRadeon9700系列，nVIDIA并没有什么优势，关键原因就在于显存配置方面，渴望时刻保持领先的nVIDIA在GeForceFX5800Ultra中选择了尚未普及的DDR2显存。
然而遗憾的是，这也成为NV30的一大败笔。
GDDR2不仅因为成本问题难以普及,其自身的技术也并不成熟。
入GDDR2泥沼的FX5800
在GeForceFX5800Ultra中，8枚GDDR2显存芯片需要消耗28W功耗，而且造成了巨大的发热量。
撇开为了散热而带来的成本问题不谈，即便是恼人的噪音问题都已经让nVIDIA尴尬不已,这也注定NV30不会取得类似于其前辈们的成功。
当我们见到带有水冷散热以及外置电源的GeForceFX5800Ultra显卡时，或许更多的感觉不是赞叹，而是一种莫名的悲哀。
如果说GDDR2显存为NV30带来出色的性能也就罢了，然而位宽仅仅128Bit的GDDR2显存很大程度上成为性能发挥的瓶颈.在使用频率为1GHz的GDDR2显存时，16GB/s的带宽却是令人难以完全满意,与ATiRadeon9700Pro相比落下不少。
Radeon9700让ATi坐上了显卡性能王者宝座
尽管GeForceFX5800并不算成功，但是面向中低端市场的GeForceFX5200以及FX5600等一系列面向中低端的产品还是能让nVIDIA保持着较大的市场份额。
而ATI9700的成功并不意味着其Radeon9系列产品就一定叫座，这个与CPU的情况不同，在CPU的发展过程中，无论多么昂贵的产品,最终都会迅速平民化。
然而这种情况却很难出现在GPU上.由于厂商在产品设计时过分追求主频、晶体管集成度等成本敏感点,因此即便是整条产品线生命周期结束之后依旧无法大幅度降价，也使得最新的技术无法普及，只能利用简化产品来应付低端市场，GeForce4MX便是最好的例子。
FX5200的速度表现很一般
不过,这回的GeForceFX5200/5600还是有一些特别,因为它们在硬件上支持DirectX9。
0API，这与GeForce4MX连DirectX8。
0也不能支持的情况是截然不同的。
尽管我们可以批评GeForceFX5200因为速度问题而根本无法实现DirectX9.0的3D特效，但是这至少表明了厂商的技术普及信心。
ATi也有针对Radeon9700系列的简化版产品，那就是被无数DIY用户十分推崇的Radeon9500。
从技术角度而言，Radeon9500的确表现不俗,甚至部分版本采用256显存位宽而且可以开启被屏蔽的另外4条渲染管线。
然而Radeon9500的成本实在太高，导致其市场普及度远不如GeForceFX5600。
颇受DIY用户欢迎的Radeon9500
GeForceFX5800和Radeon9700的交锋让双方充满了火药味，双方不约而同地选择了重整旗鼓.FX5800显然是让人的失望的。
面对Radeon9800
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