3D graphic 的演進

昨天聽了台大簡韶逸教授的演講, 對 3D graphic 又多了一點認識. 先前我自修了幾個小時的 3D,  但是還是比不上聽 2 個小時的演講.

3D Graphic 的技術基本上是硬體愈做愈多, 但軟體卻也沒有愈做愈少. 假設 3D 技術可分為 Transform and Lighting ( T&L – 幾何轉換及光源), Rasterize, Texture, Blend and Z-buffer 這幾個單元的話, 早期的 3D graphic card 只包含 Texture 和 Z-buffer 這兩部分 (1998 年以前).

Milestone 1:

3dfx 的巫毒卡 (VOODOO), 我聽說它效能很讚, 也去敗了一張. 這張卡的特色就是把整張圖切細, 比方說用 4 個 sub-frame 來計算整個畫面, 最後再接起來. 因為這個技巧的確有效, 所以它也紅了一陣子.

Milestone 2:

1999 年的下半年, NVIDIA 的GeForce 256,首次支援硬體的 T&L. 這樣一來,  CPU 就不用算很多浮點數了, 效能自然是大大地增強. 可惜 Voodoo 不知道在堅持什麼? 始終都不支援 T&L, 最後就被 NVIDIA 給併購了.

2001 年, NVIDIA 引進 programmable vertex / pixel shader 的觀念. 所謂 vertex shader 就是 T&L 的進階版,  pixel shader 或是 fragment shader 就是 texture 的進階版. 怎樣進階呢? 就是把原本寫死的硬體, 做成可以程式化的巨量運算單元, 再以程式來控制想要輸出的 vertex 或 pixel 運算. 這個概念影響了 Direct X 8 的方向, 使得新版的 Direct X 都伴隨著 shader model 的更新.

老師的講法, programmable pixel shader 在 2002-2003 才出現. 但網路上的說法, pixel shader 和 vertex shader 應該都是 2001 年的 Geforce 3 的發明.

Milestone 3:

2002 年, ATI 推出 Radeon 9700 這顆 IC. 裡面用到的新技術還頗不少, 比方說這是第一顆 flip chip 的 IC, 對於散熱問題有了不少改善. 在驅動程式方面也產生了很大的突破, 由於可程式化的技術已經相進步; Wiki 上說它執行抗鋸齒(AA)和各異向性過濾(AF)運算時,在所有情況下,它能比 GeForce 4 的 Ti 4600快上40-100%。這顆 IC 因為效能遠勝 NVIDIA 而大賣了 3 年.


Milestone 4:

2006 年 11 月, NVIDIA 再度推出具有 unified shader 概念的 GeForce 8800. 所謂 unified shader 就是把 vertex shader 和 pixel shader 整合在一起. 同一個 shader 既可以做 vertex shader, 也可以做 pixel shader.

網路上的講法說, unified shader 就是 steam processor. 但是簡教授認為的 stream processor 至少要有 register 的概念, 才比較像 processor. 這是發生在 2007 年.

Milestone 5:

2008年2月, NVIDIA 收購 AGEIA, 推出 CUDA 語言, 使得顯示卡變身為平行處理電腦. 這邊就算是 GPGPU (general purpose GPU) 的起點吧!

綜合以上資料, 應該有一個 milestone 是把所有的 buffer (Vertex buffer, Texture buffer, Z-buffer) 整合成 unified buffer. 但是哪一顆 IC 率先推出這個改進就不得而知了.

總之, 搞繪圖卡的這些人頭腦還挺不錯的. 在激烈的競爭之下, 大家接力地推出可以徹底打敗敵人的招數. 目前 ATI, NVIDIA, Intel 雖然表現出三雄鼎立的架勢, 但誰可以在下一個階段勝出呢? 真是很有趣的一個問題. 繪圖卡愈來愈像小型 super computer, 到時候應該要比誰對軟體的支援最強吧?

另一個觀察的角度是: 當局者迷. 事後看來, 後面發展的路徑好像是顯而易見的, 但是十年前的人也都那麼聰明, 為何他們都想不到呢? 最好的解釋或許是人們不喜歡質變, 由量變過渡到質變的話則可以逐漸接受. 有誰一次想太遠的話, 只會被當作瘋子~~

Ref:

[1] 物竞天择适者生存!显卡10年技术漫谈

[2] http://zh.wikipedia.org/zh-tw/Radeon_R300