Изобретения + Компьютерные игры

Для создания реалистичной графики в играх используется огромное количество различных сложных технологий. Одной из них является фотограмметрия, призванная сделать виртуальный мир реалистичнее за счет переноса в него реальных объектов с помощью фотографии. В чем суть технологии, как она работает и где применяется?

Немного истории

Фотограмметрия — это наука и технология получения надежной информации о физических объектах и окружающей среде через процессы записи, измерения и интерпретации фотографических изображений. Этот метод используется в различных областях, таких как картография, архитектура, геодезия и даже криминалистика. Основная идея фотограмметрии заключается в том, чтобы использовать фотографии для создания точных моделей и карт.

Фотограмметрия позволяет получать данные о форме, размере и положении объектов, что делает ее незаменимой в различных научных и практических областях. Например, в геодезии фотограмметрия используется для создания топографических карт, в архитектуре — для документирования исторических зданий, а в криминалистике — для реконструкции мест преступлений. Благодаря своей универсальности и точности, фотограмметрия нашла широкое применение и продолжает развиваться с появлением новых технологий.

Ранние этапы развития фотограмметрии

Фотограмметрия начала развиваться в середине 19 века, вскоре после изобретения фотографии. Первые попытки использовать фотографии для измерений и картографирования были сделаны в 1850-х годах.

В 1851 году французский инженер Доминик Франсуа Араго предложил использовать фотографии для топографических съемок. В 1858 году французский фотограф и картограф Aimé Laussedat впервые применил фотограмметрию для создания карт.

Примеры ранних применений

• 1858 год: Aimé Laussedat использовал фотографии для создания топографических карт Парижа. Этот метод позволил значительно ускорить процесс картографирования и повысить точность получаемых данных.

• 1867 год: немецкий ученый Albrecht Meydenbauer разработал метод фотограмметрии для архитектурных съемок. Его работа стала основой для дальнейшего развития архитектурной фотограмметрии, которая используется для документирования и реставрации исторических зданий.

Эти ранние примеры показывают, как фотограмметрия начала находить свое применение в различных областях. Несмотря на ограниченные технические возможности того времени, исследователи смогли заложить основы для дальнейшего развития этой науки.

Эволюция технологий и методов в 20 веке

С развитием технологий в 20 веке фотограмметрия претерпела значительные изменения. Появление авиации и спутниковых технологий открыло новые возможности для фотограмметрии. Эти инновации позволили значительно расширить область применения фотограмметрии и повысить точность получаемых данных.

Авиасъемка и спутниковая фотограмметрия

• 1920-е годы: Появление авиасъемки позволило создавать более точные и детализированные карты. Фотограмметрия стала важным инструментом в военной разведке и картографии. Авиасъемка позволила получать данные о больших территориях за короткое время, что было особенно важно в условиях военных действий.

• 1960-е годы: С запуском первых спутников началась эра спутниковой фотограмметрии. Спутниковые снимки предоставили возможность получать данные о больших территориях с высокой точностью. Это открыло новые возможности для мониторинга природных катастроф, изучения климата и других научных исследований.

Программное обеспечение и цифровая фотограмметрия

С развитием компьютерных технологий фотограмметрия стала цифровой. Появление специализированного программного обеспечения позволило автоматизировать многие процессы, делая их более точными и эффективными.

• 1980-е годы: Разработка первых программ для цифровой фотограмметрии. Эти программы позволили значительно упростить процесс обработки фотографий и получения данных.

• 1990-е годы: Широкое распространение цифровых камер и развитие компьютерных технологий способствовали дальнейшему развитию фотограмметрии. Цифровые камеры позволили получать изображения с высокой разрешающей способностью, что повысило точность фотограмметрических измерений.

Эти технологические достижения позволили значительно расширить область применения фотограмметрии и повысить точность получаемых данных. Сегодня фотограмметрия используется в самых различных областях, от создания 3D моделей городов до мониторинга природных катастроф.

Современные достижения и инновации

Сегодня фотограмметрия используется в самых различных областях, от создания 3D моделей городов до мониторинга природных катастроф. Современные технологии, такие как дроны и лазерное сканирование, значительно расширили возможности фотограмметрии.

Примеры современных применений

• Архитектура и строительство: Создание точных 3D моделей зданий и сооружений. Фотограмметрия позволяет документировать исторические здания, проводить их реставрацию и создавать виртуальные туры.

• Геодезия и картография: Создание высокоточных карт и моделей местности. Фотограмметрия используется для создания топографических карт, мониторинга изменений ландшафта и других геодезических задач.

• Криминалистика: Использование фотограмметрии для реконструкции мест преступлений. Фотограмметрия позволяет создавать точные 3D модели мест преступлений, что помогает в расследовании и анализе доказательств.

Инновации и новые технологии

• Дроны: Использование дронов для аэрофотосъемки позволяет получать данные с высокой точностью и детализацией. Дроны могут использоваться для мониторинга строительных площадок, сельскохозяйственных угодий и других объектов.

• Лазерное сканирование: Совмещение фотограмметрии с лазерным сканированием позволяет создавать более точные и детализированные модели. Лазерное сканирование используется для создания 3D моделей зданий, ландшафтов и других объектов.

Эти современные достижения и инновации позволяют значительно расширить возможности фотограмметрии и повысить точность получаемых данных. Фотограмметрия продолжает развиваться и находить новые применения в различных областях.

Будущее фотограмметрии

Фотограмметрия продолжает развиваться, и будущее этой науки выглядит многообещающе. Новые технологии, такие как искусственный интеллект и машинное обучение, открывают новые возможности для автоматизации и повышения точности фотограмметрических методов.

Перспективы развития

• Искусственный интеллект: Использование ИИ для автоматической обработки и анализа фотограмметрических данных. ИИ может использоваться для распознавания объектов на фотографиях, автоматической коррекции ошибок и других задач.

• Машинное обучение: Применение машинного обучения для улучшения точности и эффективности фотограмметрических методов. Машинное обучение позволяет создавать модели, которые могут адаптироваться к изменениям и улучшать свою точность со временем.

• Виртуальная и дополненная реальность: Интеграция фотограмметрии с VR и AR для создания интерактивных моделей и симуляций. VR и AR позволяют создавать виртуальные туры, обучающие симуляции и другие интерактивные приложения.

Фотограмметрия, начавшаяся как простая идея использования фотографий для измерений, превратилась в мощный инструмент, который продолжает развиваться и находить новые применения. Будущее этой науки обещает быть еще более захватывающим и инновационным.

С развитием новых технологий фотограмметрия будет продолжать находить новые применения и улучшать свою точность. Это позволит создавать более точные и детализированные модели, что будет полезно в различных научных и практических областях.

Но давайте вернемся к основному вопросу, "Что такое фотограмметрия?" и как она применяется в играх...

Фотограмметрия в 3D-графике

Для создания 3D-моделей используются снимки объекта с разных сторон. Специальное программное обеспечение сначала определяет положение камеры во время снимков, а затем «сшивает» их для создания единого графического пространства.

После этой процедуры программа переносит полученные данные в 3D-модель, используя полигоны — те самые треугольники, которые стоят в основе компьютерной 3D-графики реального времени. Так как поверхности реальных объектов очень сложные, изначальное количество полигонов на модель может достигать сотен тысяч.

Для использования в кинематографии детальные модели только в плюс, ведь каждая мелочь только придает реалистичности. А вот для использования в играх модели упрощаются в десятки или даже сотни раз, так как в режиме реального времени графические процессоры компьютеров не в состоянии справиться с изначальной громадной детализацией.

При этом находится некий баланс между изначальным количеством деталей и количеством полигонов, которые могут «переварить» видеокарты. В результате графические ресурсы такие модели в играх потребляют аналогично вручную нарисованным, а вот выглядят гораздо более достоверно.

Оборудование для создания моделей

Для создания исходного материала используются фотокамеры. После череды снимков с разных сторон фотографии загружаются в программу, которая обрабатывает их и превращает в 3D-объект.

Чем больше снимков и чем качественнее камера, тем более точной получается итоговая модель.

Многое зависит и от освещения — оно должно быть с определенной цветовой температурой, качественное и однородное. При неправильном освещении перенесенный в 3D-сцену объект может выглядеть неестественно. По той же причине на объекте переноса должны отсутствовать посторонние тени и блики. У моделей, которые можно разделить на части, например, оружия, каждую деталь для более высокой точности сканируют отдельно, затем «склеивая» их воедино в программе-редакторе.

Для качественной фотограмметрии используются все атрибуты фотостудии — камеры с достойной оптикой, студийное освещение, окружение белого цвета. Более того, крупные игровые компании создают специальные комнаты с массивом камер, закрепленных вокруг предмета съемки с точным позиционированием. Такая конструкция позволяет наиболее корректно сделать снимки с определенных координат и максимально точно перенести объект в цифровой вид.

К сожалению, не все объекты сканирования можно транспортировать в студию, особенно крупные и природные. В таких случаях снимки делаются на местах расположения объектов, но не забывая при этом про корректное освещение, отсутствие теней и бликов. Имеющиеся изъяны дорабатывают на компьютере — разница в том, что ручного труда для точного переноса объекта в таком случае требуется больше.

В виду ограничения фотоматериалов

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ...

От первых моделей с универсальными шейдерами до появления видеокарт с поддержкой современного DirectX 12.

Radeon HD2000: DirectX 10 и суперскалярная TeraScale

Компания AMD завершает сделку по приобретению ATI в конце 2006 года. Тогда же NVIDIA запускает первые карты новой линейки GeForce 8000 с поддержкой DirectX 10, которые бьют все рекорды производительности. Ответа пришлось ждать до мая 2007 года: именно тогда ATI выпускают первую карту, разработка которой частично протекала под крылом AMD — Radeon HD2900 XT.

В основе модели чип R600 на новой графической архитектуре TeraScale. Она разработана с учетом API DirectX 10 и шейдеров версии 4.0. К тому же TeraScale поддерживает неграфические вычисления с помощью API под названием ATI Stream. ГП имеет 64 суперскалярных шейдерных кластера, в каждом из которых пять универсальных скалярных потоковых процессоров (SP). Четыре SP могут выполнять только простые инструкции, а пятый — более сложные. Управляет вычислительными блоками Ultra-Threaded Dispatch Processor второго поколения.

Таким образом, полный чип имеет 320 SP. Компанию им составляют 16 блоков ROP и столько же TMU, а также программируемый блок аппаратной тесселяции, который не входил в стандарт DirectX 10. Контроллер памяти имеет кольцевую шину, которую расширили до 1024 бит. Внешняя шина памяти достигла небывалых 512 бит. Чип производился по технологии 80 нм, достигнув частоты в 743 МГц. HD2900 XT могла оснащаться 512 МБ или 1 ГБ как GDDR3, так и более быстрой GDDR4, обладающей пропускной способностью в 128 ГБ/c.

R600 получил улучшения анизотропной фильтрации и режимов сглаживания: к последним добавились MSAA 8x и CFAA. Но, несмотря на 320 SP и 512-битную память, HD2900 XT не удалось догнать конкурентную GeForce 8800GTX, поэтому она позиционировалась как конкурент стоящей на ступеньку ниже 8800GTS. При этом потребление модели было очень высоким по меркам того времени — целых 215 Вт. Для организации питания карте впервые потребовалось два разъема: 6-pin и 8-pin.

Спустя месяц после старшей карты на сцену вышли средние и младшие представители линейки: модели серии HD2600 и HD2400. Карты оснащались 256 или 512 МБ памяти GDDR3 или DDR2, а старшая HD 2600 XT вдобавок получила вариант с GDDR4. Линейка HD2600 получила чип RV630 со 120 SP и 128-битной шиной памяти, а HD2400 — RV610 с 40 SP и 64-битной шиной. Производились оба ГП по технологии 65 нм. Весь ассортимент карт обеспечили три чипа: после десятка моделей ГП и трех десятков моделей видеокарт в прошлых поколениях наконец воцарился порядок.

Осенью 2007 года на базе R600 были выпущены еще две карты: HD2900 PRO и HD2900 GT. Pro-версия отличалась от флагмана сниженными частотами и выпускалась в двух версиях: с 512-битной и урезанной 256-битной шиной памяти. GT была ограничена существеннее: активными остались только 240 SP из 320, а память представляли 256 или 512 МБ 256-битной GDDR3.

Radeon HD3000: DirectX 10.1 и оптимизация

В ноябре 2007 года, спустя всего полгода после выхода первой карты серии HD2000, AMD выпускает старшие карты следующего поколения — HD3870 и HD3850.

Смекнув, что за топами NVIDIA в данный момент не угнаться, компания решила оптимизировать и перенести на 55 нм техпроцесс свои прошлые творения. Первым стал наследник чипа R600, получивший название RV670. Он обладает аналогичной конфигурацией блоков, но получил несколько нововведений. В их числе поддержка DirectX 10.1 и шейдерной модели 4.1, а также интерфейс PCI-E 2.0, который вдвое ускоряет скорость обмена данными между картой и системой.

Единственным минусом чипа стала более узкая шина памяти: теперь она стала 256-битной, а внутренняя кольцевая шина вернулась к 512-битной организации. Однако это позволило значительно упростить ГП при минимальном падении производительности, ведь 320 SP нагрузить 512-битную шину памяти в большинстве случаев были не в состоянии. За счет более тонкого техпроцесса размеры ГП удалось уменьшить вдвое, поэтому он стал обходиться намного дешевле. К тому же значительно упало энергопотребление: старшая модель потребляла всего 106 Вт.

Карты серии HD3800 показывали производительность уровня прошлой линейки HD2900, но отставали от конкурентной серии GeForce 8800 на чипе G92. Тем не менее, они стали намного популярнее предшественников благодаря более низкой цене и сниженному энергопотреблению. Последний факт позволил AMD создать свою первую двухчиповую карту — HD3870 X2. Она была запущена через два месяца после первых карт линейки и представляла собой две платы с чипами RV670, объединенные в одном корпусе. Несмотря на это, TDP карты достигало всего 165 Вт. Спустя несколько месяцев была выпущенная еще одна двухчиповая модель — HD3850 X2. Благодаря CrossFire стало возможным объединить две таких платы, тем самым получив в одной системе четыре ГП.

В январе 2008 года было представлено еще два 55 нм чипа: RV635 и RV620. Первый повторял конфигурацию RV630 из прошлой линейки и лег в основу Radeon HD3650. Карта, как и предшественник, могла оснащаться одним из трех типов памяти: GDDR4, GDDR3 или DDR2. К концу года на базе RV630 появились еще две карты — HD3730 и HD3750, отличающиеся от первой модели частотами. Младший RV620 был аналогичен RV610, и стал основой бюджетных карт серий HD3400 и HD3500.

Radeon HD4000: больше — лучше

В июне 2008 года NVIDIA представляет «тяжелую артиллерию»: карты GTX280 и GTX260 на чипе GT200. Спустя неделю AMD отвечает двумя картами новой серии — HD4870 и HD4850 на чипе RV770.

В основе RV770 все та же архитектура TeraScale, но баланс блоков изменен. ГП имеет 160 шейдерных кластеров, объединенных в 10 крупных массивов, называемых SIMD-блоками. Таким образом, полный чип содержит 800 SP — в целых 2,5 раза больше, чем в прошлом поколении. Вдобавок к этому ускорена работа с геометрическими шейдерами. Кратно возросло и количество TMU, слабое место прошлого чипа — с 16 до 40. А вот блоков ROP все также 16, хотя они подверглись улучшениям и стали работать эффективнее предшественников.

Много изменений в подсистеме обмена данными: переработана система кэширования, кольцевую шину сменила схема с центральным хабом, а контроллер памяти получил поддержку быстрой GDDR5. Несмотря на 256-битную шину, это позволяет достичь пропускной способности в 115 ГБ/c — лишь немногим меньше, чем 512-битная шина вместе с GDDR4. Памятью GDDR5 оснащалась топовая HD4870, а младшая 4850 получила привычную GDDR3 и пониженную частоту ядра. При всех улучшениях, карты вышли довольно экономичными — TDP старшей модели не превышал 160 Вт.

Как и в прошлой линейке, AMD придерживалась правила «дешево и сердито». HD4850 была на уровне конкурентной 9800GTX, а HD4870 приближалась к GTX260, намного более дорогой и сложной карте — и все это при более низкой цене. Для конкуренции с топовой GTX280 в августе была выпущена двухчиповая HD4870 X2. Она не давала и шанса топовой GeForce в играх, оптимизированных под CrossFire, но потребляла прилично — до 286 Вт. В ноябре появилась и ее двухголовая «сестра» — HD4850 X2.

Сентябрь 2008 года принес младшие серии Radeon HD4600, HD4500 и HD4300. Эти карты стали последними моделями, у которых имелась разновидность с AGP-интерфейсом. Старшая серия базируется на чипе RV730. Он получил 320SP и 128-битную шину, с которой могли использоваться три типа памяти: GDDR4, GDDR3 и DDR2. Две младшие серии получили RV710 — чип с 120 SP и 64-битной шиной памяти, оснащавшейся DDR2 или DDR3. В этом поколении только у младших карт остались версии с 256 МБ памяти. Средние и старшие модели выпускались в двух вариантах: с 512 МБ или 1 ГБ.

В октябре появляется первая видеокарта на базе урезанного RV770 — HD4830. Карта обладает 640 SP и 256-битной памятью GDDR3. В 2009 году к ней добавятся еще две модели с таким же чипом, но 128-битной памятью GDDR5 — HD4810 и HD4730.

В апреле 2009 года серия Radeon HD4700 пополнится еще одной моделью — HD4770. Она обладает новым чипом RV740, который изначально имеет 640 SP и 128-битную шину GDDR5, и производится по техпроцессу 40 нм. Так компания решила «обкатать» техпроцесс перед запуском новой линейки видеокарт. Одновременно был выпущен обновленный топ HD4890 на чипе RV790. Он представляет собой RV770, оптимизированный для достижения более высоких частот — 850 МГц и выше. Новая модель составила достойную конкуренцию GTX275.

Сентябрь 2009 года принес неожиданное расширение серии Radeon HD4000. HD4750 стала второй картой на основе RV740, а HD4860 — второй моделью на RV790. При этом последний чип был урезан до 640 SP, чего хватило для борьбы на равных с главным «врагом» GTS250.

Radeon HD5000: первые с DirectX 11

В конце сентября 2009 года AMD запускает новую линейку видеокарт Radeon HD5000. Ее первые представители: HD5870 и HD5850. В отличие от прошлых линеек, это топовые решения, предназначенные для борьбы с флагманами конкурента. Карты получили поддержку DirectX 11, принесшего шейдеры версии 5.0, аппаратную тесселяцию и вычисления DirectCompute. Это заслуга обновленной архитектуры TeraScale 2.

Чип, используемый в картах серии, получил кодовое имя Cypress. Он производился по техпроцессу 40 нм. Внутреннее строение довольно схоже с RV770, но всех блоков стало вдвое больше: 20 SIMD, 320 шейдерных кластеров, 1600 SP, 32 ROP и 80 TMU.

Блок тесселяции, присутствующий во всех чипах еще с R600, был доработан для поддержки стандартной тесселяции DirectX 11. Шейдерные процессоры получили поддержку новых видов инструкций, а кэши ГП ускорились. Шина осталась 256-битной, но контроллер получил поддержку более высокочастотной памяти, за счет чего полосу пропускания удалось увеличить до 153.6 ГБ/c.

Такие характеристики получила старшая HD5870. Младшая HD5850 отличалась сниженными частотами и урезанным до 1440 SP чипом. Тем не менее, обе модели обгоняли карты серии GTX200. Ответ от NVIDIA последовал лишь полгода спустя — топовые GTX480 и GTX470 опережали продукцию AMD при использовании тесселяции, но без нее были на одном уровне. К тому же HD5870 потребляла значительно меньше энергии, чем конкурентная GTX480 — 188 Вт против 250 Вт. Раннее появление на рынке и более скромное энергопотребление склонило чашу весов пользователей в сторону карт AMD.

Спустя месяц после старших карт были выпущены HD5770 и HD5750 на базе более скромного чипа Juniper, являющегося «половинкой» Cypress. ГП обладает 128-битным интерфейсом памяти, но использует такую же быструю память GDDR5, как и старшие карты. Карты стали популярными за счет производительности уровня HD4870 и HD4850 при гораздо меньшем энергопотреблении. GTS450 от конкурента выйдет годом позже и будет медленнее старшей HD5770.

Вслед за этими картами последовал новый двухчиповый король графики — HD5970. Карта представляет две HD5870 на одной плате и почти на полтора года станет самым быстрым двухчиповым ускорителем на рынке. При этом потребление по сравнению с 4870 X2 увеличилось несильно — до 294 Вт.

Февраль 2010 года принес еще одну вариацию Cypress — HD5830 с активными 1120 SP, а также новинки на двух бюджетных чипах. ГП Redwood имеет 400 SP и 128-битную шину, которая поддерживает память GDDR5, GDDR3 и DDR2. Он лег в основу моделей серий HD5600 и HD5500, среди которых только младшая HD5550 получила урезанный чип. Чип Cedar — самый младший в линейке. Имея всего 80 SP и 64-битную шину памяти, он нашел приют в единственной модели — HD5450.

Radeon HD6000: последние представители TeraScale

В октябре 2010 года AMD выпускает две видеокарты, относящиеся к новой линейке — HD6870 и HD6850. В них используется чип Barts на архитектуре TeraScale 2, который по сравнению с Cypress получил меньшее количество вычислительных блоков, но обзавелся ускоренным блоком тесселяции. В ГП 14 SIMD, 224 шейдерных кластера, 1120 SP, 32 ROP и 56 TMU. Шина памяти, как и у Cypress, 256-битная с поддержкой GDDR5.

HD6870 получила полный чип, HD6850 — урезанный до 960 SP. Карты предназначались для замены HD5870 и HD5850 и были немного медленнее своих предшественников, но и стоили при этом дешевле. В апреле 2011 года появилась еще одна карта на ГП Barts, HD6790. Она растеряла почти треть SP — активными остались только 800 штук.

В ноябре 2010 года NVIDIA выпускает первого представителя серии GTX500: топовую GTX580. Карта унаследовала от предшественницы архитектуру Fermi, но лишилась ее основных недостатков — урезанного чипа и пониженной частоты. В ответ на это спустя месяц AMD представляет топовые карты нового поколения: Radeon HD6970 и HD6950.

Модели построены на чипе Cayman, который использует обновленную архитектуру TeraScale 3. Основу чипа составляют все те же суперскалярные шейдерные кластеры. Но теперь в каждом из них не пять, а четыре SP, что позволяет более эффективно загружать их. Поэтому, несмотря на то, что в Cayman оказалось чуть меньше SP, он стал немного быстрее Cypress.

Полный чип содержит 24 SIMD, 384 суперскалярных блока и 1536 SP. Вычислительные блоки разделены на две части, каждой из которой управляет отдельный Ultra-Threading Dispatch Processor. Блоков геометрии и тесселяции теперь тоже по два. Каждый из них до полутора раз быстрее, чем у предшественника. Полный чип обладает 32 блоками ROP и 96 TMU. Шина памяти осталась 256-битной, но пропускная способность за счет более быстрых чипов GDDR5 возросла до 176 ГБ/c. Среди новых технологий — поддержка сглаживания EQAA.

Флагманская HD6970 получила полный чип, а субфлагман HD6950 — урезанный до 1408 SP. Стандартный объем памяти карт был увеличен до 2 ГБ. Несмотря на это, конкуренции с GTX580 не получилось — старшая карта была на уровне GTX570, а младшая — немного медленнее ее, хотя потребляли карты довольно много: до 250 Вт. Спустя год чип Cayman ляжет в основу еще одной модели — HD6930, в чипе которой оставили 1280 активных SP.

В марте 2011 года оба производителя карт выпускают свои топовые двухчиповые ускорители: NVIDIA — GTX590, а AMD — HD6990. И тут компания отыгралась: решение конкурента было немного медленнее. Однако HD6990 поставила рекорд по энергопотреблению — целых 375 Вт.

Спустя месяц на сцену выходят HD6770 и HD6750. AMD не стала разрабатывать для карт новые чипы: обе модели представляют из себя переименованные HD5770 и HD5750 на ГП Juniper. То же относится и к HD 6350 — это переименованная HD5450 на ядре Cedar. А вот промежуток между средним производительным сегментом и откровенно бюджетным компания заполнила новыми чипами: Turks и Caicos.

Несмотря на новизну, в основе пары чипов старая архитектура TeraScale 2. Turks имеет 480 SP и 128-битную шину памяти, поддерживающую как GDDR5, так и более медленную GDDR3. Он лег в основу моделей HD 6670 и 6570. Caicos, имеющий всего 160 SP и 64-битную шину памяти DDR3, использовался в единственной модели — HD 6450.

Radeon HD7000: DirectX 11.1 и скалярная GCN

В январе 2012 года начинается новая глава в истории графики AMD. Тогда были выпущены первые карты на основе совершенно новой графической архитектуры — Graphics Core Next (GCN). В отличие от суперскалярной TeraScale, GCN является скалярной архитектурой. Это значит, что ее блоки можно нагрузить гораздо эффективнее, чем блоки предшественницы. К тому же и для неграфических вычислений такая архитектура подходит куда больше.

Основой новых ГП являются вычислительные блоки (CU). В одном блоке содержатся 4 TMU и 64 SP, поделенных на четыре группы. Каждая из них работает со своим потоком команд, которые задает планировщик исполнения, имеющийся внутри CU.

Первыми картами на основе GCN стали HD7970 и HD7950 на базе ГП Tahiti. Чип имеет 32 CU, которые образуют 2048 SP и 128 TMU. Управляют ими процессор графических команд и два движка асинхронных вычислений (ACE). Благодаря этому ГП поддерживает одновременно три потока команд — один графический и два вычислительных, каждым из которых могут заниматься произвольное число CU.

Как и предшественник, Tahiti имеет два блока обработки геометрии и тесселяции. Они были переработаны и значительно оптимизированы, благодаря чему стали от трех до четырех раз быстрее, чем у чипа прошлого поколения. Таким образом, в этом поколении один из главных недостатков карт AMD по сравнению с конкурентом — медленная работа тесселяции — был устранен.

В прочее оснащение чипа входят 32 блока ROP. Память представляет 384-битная шина, которая вкупе с GDDR5 обеспечивает полосу пропускания 264 ГБ/c. ГП получил интерфейс PCI-E 3.0, который в очередной раз удваивает скорость «общения» карты с системой. Вдобавок к этому имеется полная поддержка DirectX 11.1, частичная — DirectX 11.2. Хотя для производства используется 28 нм техпроцесс, максимальный TDP такой же, как у предшественников — 250 Вт.

Топовая HD7970 получила полный чип, HD7950 — урезанный до 1792 SP. Обе карты имели 3 ГБ памяти и обгоняли GTX580, но реальный противник для них был представлен лишь спустя два месяца. GTX680 на старте была немного быстрее HD7970, как и вышедшая позже GTX670 по сравнению с HD7950.

Однако карты AMD могли работать на более высоких частотах, и уже летом 2012 года компания представила две обновленные модели — HD7950 Boost и HD7970 GHz Edition. Эти модели первыми получили поддержку динамического увеличения частоты ядра, аналогично технологии GPU Boost конкурирующей NVIDIA. Обновленные карты сравнялись с конкурентами, а спустя некоторое время стали обгонять их в новых играх — сказывалась оптимизация архитектуры, более высокая пропускная способность памяти и ее больший объем.

Февраль 2012 года принесет бюджетный чип архитектуры GCN — Cape Verde. Он содержит 640 SP и комплектуется 128-битной шиной памяти. Одновременно будут выпущены две карты на его основе: старшая HD7770 с полным чипом и младшая HD7750 — с урезанным до 512 SP. Cтаршая модель стала первой картой компании, частота ядра которой достигла 1 ГГц. Обе модели имеют варианты с 1 и 2 ГБ памяти GDDR5. В апреле 2013 года на базе этого чипа выйдет еще одна модель — HD7730. В ней останутся активными только 384 SP, а к варианту с GDDR5 добавится более бюджетный с DDR3.

В марте 2012 года были представлены карты серии HD7800 на чипе Pitcairn. Он получил 1280 SP и 256-битную шину памяти. Старшая HD7870 получила полный чип и 2 ГБ памяти. В младшей HD7850 осталось активными 1024 SP, а к 2 ГБ варианту добавился более бюджетный с 1 ГБ памяти. В ноябре 2012 года была представлена HD7870 XT. В ее основе старший чип Tahiti, в котором остались активными 1536 SP. Помимо этого, карта получила урезанную до 256 бит шину, вследствие чего ей достались лишь 2 ГБ памяти.

Младшие линейки новой серии представляют собой переименованные карты прошлого поколения на архитектуре TeraScale 2. Все модели линеек HD7600, HD7500, HD7400 и HD7300 обладают аналогичными характеристиками с картами серий HD6600, HD6500, HD6400 и HD6300.

В апреле 2013 года выходит двухчиповая HD7990, представляющая собой пару HD7970 на одной плате. Несмотря на то, что карта вышла на год позже конкурентной GTX690, она показывала сравнимую с ней производительность и была быстрее имиджевой GTX Titan.

С выходом ОС Windows 10 карты серии HD7000 на архитектуре GCN получили частичную поддержку DirectX 12. Но полной совместимостью с новым API обзаведётся только следующее поколение карт — Radeon R200, с которого начнется значительная часть современной истории графики AMD.

AMD. Второй по величине производитель дискретных графических процессоров, давний и бессменный противник NVIDIA. Как появились и развивались видеокарты AMD/ATI.

Wonder и Mach: 2D, ничего более

Компания ATI была основана задолго до NVIDIA — в 1985 году. О 3D-ускорителях графики тогда речи не шло, под «графической картой» понималась плата для вывода 2D-изображения.

Дебютной серией карт ATI стала линейка, позже получившая название Wonder. Первая модель, выпущенная в 1986 году, имела 64 КБ памяти и могла выводить как монохромное, так и цветное изображение. В первом случае поддерживалось разрешение до 720x348 точек, во втором — 320×200 при четырех цветах или вдвое меньше при 16 цветах.

Последняя модель серии под названием Wonder XL24 была выпущена в 1992 году. Она имела до 1 МБ памяти и поддерживала изображение разрешением 800x600 при 16-битной глубине цвета. Для подключения карт Wonder к системе использовалась шина ISA.

С начала 90-х линейку Wonder постепенно сменила серия 2D-ускорителей Mach, которые были призваны разгрузить ЦП системы от «рисования» интерфейса системы и программ. Новые модели Mach выпускались вплоть до 1996 года. Последняя модель Mach 64 имела от 1 до 4 МБ видеопамяти и поддерживала вывод картинки с разрешением до 1280x1024. Ранние модели использовали шину ISA, более поздние перешли на PCI.

3D Rage: переход в 3D

Первая карта с поддержкой 3D-ускорения была выпущена ATI в апреле 1996 года под именем 3D Rage. Чип карты производился по техпроцессу 500 нм и работал на частоте 40 МГц. Он сочетал в себе блок работы с 2D-графикой от Mach 64 с 3D-ускорителем, в составе которого один пиксельный конвейер, растровый блок (ROP) и текстурный модуль (TMU). По 64-битной шине чип соединялся с 2 МБ памяти EDO RAM, обладавшей пропускной способностью чуть больше 500 МБ/c.

Как и поздние Mach 64, карта имела исполнение PCI. В отличие от NVIDIA STG-2000, модель работала с треугольными полигонами. 3D Rage стала одной из первых карт с поддержкой DirectX 5, но OpenGL для игровых приложений был недоступен. Для демонстрации способностей карты была разработана специальная версия игры MechWarrior 2: 31st Century Combat, использующая ускорение Direct3D.

Спустя пять месяцев была выпущена обновленная 3D Rage II. Частоту ядра увеличили в полтора раза, а в качестве памяти могла использоваться как EDO RAM, так и более быстрые SGRAM/SDRAM объемом от 2 до 8 МБ. Благодаря этим изменениям и обновленным драйверам под новую (на тот момент) Windows 95, модель до двух раз опережала предшественника. Наряду с PCI карте добавили поддержку шины AGP 1x. К тому же графический чип 3D Rage II распаивался и на материнские платы — это был первый прообраз встроенной графики ATI.

3D Rage Pro: эпоха DirectX 6

В марте 1997 года ATI представила новую модель — 3D Rage Pro. Чип, лежавший в основе карты, получил новый движок полигонального рендеринга, поддержку прозрачности, тумана и бликов, таким образом став одним из первых с поддержкой DirectX 6. Он производился по техпроцессу 350 нм, что позволило достичь частоты в 75 МГц. Как и предшественник, карта могла использовать один из трех типов памяти, объем которой варьировался от 4 до 16 МБ.

Хотя 3D Rage Pro поддерживала шину PCI, она проектировалась в первую очередь для нового интерфейса AGP. Первые модели работали в режиме AGP 1x, но с выходом RIVA 128 от NVIDIA компания решила задействовать режим AGP 2x, чтобы лучше противостоять сопернику.

По производительности 3D Rage Pro был на уровне конкурента, однако сырые драйвера досаждали просадками производительности в Direct3D, а поддержка OpenGL для игр все также отсутствовала. Доработанные драйвера вышли позже, когда RIVA 128 и другая конкурирующая карта Voodoo Graphics от 3dfx стали массовыми. В итоге 3D Rage Pro не удалось завоевать популярность, хотя технически модель была достаточно продвинутой для своего времени.

В августе 1998 года была выпущена Rage XL, представляющая собой недорогую карту на базе 3D Rage Pro с памятью SDRAM.

3D Rage 128: упор на 32-битный цвет

К началу 1998 года карты Voodoo пользовались огромной популярностью. В феврале была выпущена Voodoo 2, продолжившая дело первой модели. В июне NVIDIA ответила на нее своей RIVA TNT. Конкурент от ATI вышел на рынок последним — это была пара моделей Rage 128.

В чипе Rage 128 было удвоено количество конвейеров, ROP и TMU — точно так же, как и в RIVA TNT. Благодаря новой технологии SuperScalar Rendering чип обрабатывает два пикселя в двух конвейерах одновременно. Rage 128 имеет два отдельных кэша для текстур и пикселей, повышающих эффективность работы подсистемы памяти.

За счет техпроцесса 250 нм частота ядра достигла 100 МГц. Шину памяти расширили до 128 бит, вследствие чего полоса пропускания возросла до 1.6 ГБ/c у старшей модели Rage 128 GL. Младшая Rage 128 VR получила урезанную до 64 бит шину. Карты оснащались от 8 до 32 МБ памяти SGRAM или SDRAM. Помимо дискретных карт, чип Rage 128 VR распаивался на материнские платы в качестве встроенной графики.

Rage 128 показывала сравнимую с RIVA TNT производительность, а при использовании 32-битного цвета даже опережала ее. К тому же поддержка OpenGL в этот раз имелась уже со старта. Погубило модель слишком позднее появление: выйди карта на полгода раньше, ей удалось бы отвоевать гораздо большую часть рынка.

В начале 1999 года появились более быстрые RIVA TNT2 и Voodoo 3, на что ATI ответила новыми моделями Rage 128 с приставками Pro и Ultra — но опять с опозданием в полгода. Картам добавили поддержку шины AGP 4x, ускорили ядро и память на четверть, что помогло приблизиться к оппоненту. Однако на носу была гораздо быстрая GeForce 256, и ATI нужно было чем-то ответить прямо здесь и сейчас…

Этим ответом стала первая двухчиповая карта компании — Rage Fury MAXX, выпущенная в октябре 1999 года. Два чипа от Rage 128 Pro рендерили кадры по очереди, что позволяло практически вдвое повысить производительность. Каждый из чипов имел 32 МБ памяти SDRAM.

Производительность карты приближалась к GeForce 256, но последняя все же была быстрее и выглядела предпочтительнее за счет поддержки аппаратной трансформации и освещения (T&L) и DirectX 7, которого у ATI еще не было.

Первый Radeon: DirectX 7, и даже немного больше

Битва с GeForce 256 была проиграна, но ATI не собиралась сдаваться. В ее недрах кипела разработка нового графического ядра, которое было быстрее GeForce 256 и с успехом соревновалось бы со следующим поколением конкурента. Встречайте, первый чип для карт нового семейства Radeon — R100.

R100 получил новый геометрический движок Charisma Engine, имеющий некоторые возможности более поздних вершинных шейдеров, что позволяло ATI заявлять о поддержке шейдерных эффектов. В Charisma Engine входит аппаратный блок T&L, движки смешения вершин и интерполяции по ключевым кадрам. У чипа два пиксельных конвейера, на каждый из которых приходится один блок ROP и три TMU.

Чип производился по техпроцессу 180 нм и работал на частоте до 183 МГц. ГП обладал полной совместимостью с DirectX 7, но также поддерживал некоторые функции DirectX 8: глубину резкости, размытие в движении и полноэкранное сглаживание. Шина памяти 128-битная, возможно использование как SDRAM, так и вдвое более быстрой DDR c пропускной способностью до 5.8 ГБ/c. Она используется более эффективно благодаря технологии сжатия Z-буфера под названием Hyper-Z. Radeon с памятью DDR была выпущена в апреле 2000 года, одновременно с первыми GeForce 2. Карта обладала 32 или 64 МБ памяти и чаще всего была наравне с продуктами NVIDIA при использовании 32-битного цвета, но отставала при 16-битном. Спустя два месяца была выпущена более медленная модель с памятью SDR, которая превосходила GeForce 2 MX. Позже для того, чтобы отличить карты от более новых моделей, обе Radeon вдобавок к имени получили цифровой индекс 7200.

Voodoo 4 и 5 в этот раз появились позже конкурентов. К тому времени многие игры научились использовать аппаратный T&L, которого у карт от 3dfx не было. В итоге новые модели от 3dfx чаще всего были медленнее конкурирующих решений при более высокой цене. NVIDIA воспользовалась упадком компании и в конце 2000 года купила 3dfx. С того момента на рынке остались только два серьезных конкурента — NVIDIA и ATI.

В феврале 2001 года была выпущена бюджетная Radeon VE, позже получившая номер 7000. В ее основе упрощенный чип RV100 c 64-битной шиной памяти, который является «половинкой» R100 без движка Charisma Engine и блока T&L.

Radeon 8500: продвинутый DirectX 8

В феврале 2001 года NVIDIA выпускает первую карту с поддержкой DirectX 8 — GeForce 3. В ответ на это спустя полгода ATI выпускает две новые модели: Radeon 7500 и 8500.

В составе Radeon 7500 обновленный чип RV200. Он представляет из себя R100, перенесенный на техпроцесс 150 нм, за счет чего удалось в полтора раза повысить частоту ядра. Использование памяти более быстрой DDR позволило увеличить полосу пропускания до 7.3 ГБ/c.

А вот основой Radeon 8500 стала действительно новая разработка. Чип R200 получил движок Charisma Engine II, в котором нестандартные средства для работы с геометрией сменили два вершинных шейдера. На каждый из четырех конвейеров приходится по одному блоку ROP и пиксельному шейдеру версии 1.4, которые позволяют заявлять о полной поддержке DirectX 8.1. Таким образом, R200 обладает более совершенной программируемой шейдерной архитектурой, чем его конкурент NV20.

ГП получил поддержку TruForm — технологии, позволяющей увеличивать геометрическую сложность сцены посредством разбиения существующих полигонов на более мелкие. По сути, TruForm является собственной реализацией N-патчей DirectX 8 и предком современной тесселяции. Чип обзавелся поддержкой адаптивного сглаживания SmoothVision. А 128-битная шина памяти с быстрыми чипами DDR позволили достигнуть пропускной способности в 8.8 ГБ/c. Благодаря обновленной технологии Hyper-Z II чип более эффективно распоряжается ей по сравнению с предшественниками.

Radeon 8500 и его слегка замедленная версия 8500LE навязали соперничество семейству GeForce 3, хотя топовая модель Ti 500 была немного быстрее. Обе карты выпускались в двух версиях — с 64 и 128 МБ памяти.

Radeon 9700: первый DirectX 9

Следующих новинок ATI пришлось ждать целый год. К августу 2002 года семейство GeForce 4 уже распространилось, и пара новых моделей Radeon 9000 как раз противопоставлялась младшим GeForce 4 MX.

ATI не стала повторять ошибки NVIDIA с отсутствием шейдеров в бюджетной видеокарте. Чип RV250 получил вдвое меньше вершинных блоков и TMU по сравнению с R200, но сохранил 128-битную шину памяти, а также четыре пиксельных конвейера с ROP и пиксельным шейдером на каждом. Это позволяло ему быть быстрее конкурента при сохранении поддержки новых игр, использующих DirectX 8. А вот прямого конкурента GeForce 4 Ti компания разрабатывать не стала. Эпоха DirectX 8 подходила к закату, и ATI решила сосредоточить силы на новом чипе с поддержкой DirectX 9, который превосходил бы текущий топ NVIDIA и составил конкуренцию следующему. Встречайте, первая карта с поддержкой DirectX 9: Radeon 9700 Pro на базе чипа R300.

R300 получил восемь пиксельных и четыре вершинных шейдера, которые значительно переработаны для поддержки шейдерной модели 2.0. Компанию им составляют восемь блоков ROP, столько же TMU и 256-битная шина памяти DDR с пропускной способностью 17.3 ГБ/c. Чип получил более качественную анизотропную фильтрацию и поддержку шины AGP 8x. Теперь доступно адаптивное сглаживание SmoothVision 2.0 на базе MSAA, которое работает значительно быстрее более ранних методов. Из-за энергопотребления, превысившего возможности шины AGP, карте впервые понадобилось дополнительное питание с помощью разъема MOLEX.

В октябре 2002 года линейка карт на чипе расширяется обычным Radeon 9700 и парой Radeon 9500/9500 Pro. Первая модель отличается от 9700 более низкими частотами, а 9500 Pro — еще и урезанной до 128 бит шиной. Radeon 9500 без приставки Pro «пострадал» больше всего: количество пиксельных шейдеров, ROP и TMU ему урезали вдвое. Впрочем, карты этого поколения славились возможностью разблокировки нерабочих блоков: программно или с помощью перепаивания резисторов. Таким образом, благодаря ловкости рук младшую карту можно было превратить в аналог старшей.

Ответ NVIDIA последовал лишь в начале 2003 года. Линейка GeForce FX5000 также поддерживала DirectX 9 и технически даже в чем-то превосходила оппонента из-за усовершенствованной шейдерной модели 2.0a. Однако перегнать топовые Radeon 9700 в новом API первые карты серии не смогли. Лишь в мае 2003 года с выходом FX5900 на чипе NV35 картам на базе R300 пришлось «подвинуться». Однако за два месяца до этого на рынке уже появился его преемник R350 с более высокими частотами.

R350 представляет собой оптимизированную и разогнанную версию R300. На нем основан обновленный флагман компании — Radeon 9800 Pro. Помимо более высоких частот чипа и памяти, карты отличаются объемом памяти: модели с 64 МБ теперь нет, зато доступна новая с 256 МБ. Старшая версия встречается с как с памятью DDR, так и с новой GDDR2. Вместе с топом был выпущен и Radeon 9800SE, повторяющий конфигурацию Radeon 9500. Чуть позже появились модели Radeon 9800 и 9800XL с полным чипом, но сниженными относительно флагмана частотами.

За средний сегмент «отдувался» упрощенный чип RV350, представляющий собой «половинку» от R300/350 по всем блокам. Память у него 128-битная. На RV350 основаны Radeon 9600 Pro, 9600 и 9550. Radeon 9550 SE и 9600 SE также используют RV350, но с урезанной до 64 бит шиной памяти. Бюджетные модели серии Radeon 9200 базируются на RV280, который поддерживает лишь DirectX 8.1 — это реинкарнация чипа RV250, использовавшегося в Radeon 9000.

В сентябре 2003 года выходит Radeon 9800XT на чипе R360, который отличается от R350 только частотой. Ядро достигает 412 МГц, а память — пропускной способности в 23.2 ГБ/c, что помешало стать лидером выпущенной спустя месяц GeForce FX 5950 Ultra. Со сниженной частотой R360 нашел применение и в поздних Radeon 9800 Pro.

Radeon X: появление CrossFire

Карты следующего поколения вышли у конкурентов почти одновременно. В конце апреля 2004 года NVIDIA выпускает первых представителей топовой линейки GeForce 6800, на что ATI в начале мая отвечает новинками серии Radeon X800. В отличие от NVIDIA, которая использовала чип-мост HSI для реализации карт с новомодным интерфейсом PCI-E, ATI создала две версии одного чипа с разными интерфейсами — R420 (AGP 8x) и R423 (PCI-E x16). Отличались и способы подвода дополнительного питания: для AGP-карт — пара MOLEX, для PCI-E карт — один разъем 6-pin.

Внутреннее устройство новых ГП ATI достаточно схоже с конкурирующим NV40 от NVIDIA. Пиксельные шейдеры имеют по два вычислительных векторных ALU. Четыре таких шейдера и четыре TMU сгруппированы в пулы квадов, которые работают с фрагментами картинки размером 2х2 пикселя. В чипе четыре пула, что дает 16 пиксельных шейдеров и 16 TMU. Компанию им составляют шесть вершинных шейдеров и 16 блоков ROP — точно так же, как и в NV40.

Интерфейс памяти 256-битный. Используется GDDR3, пропускная способность которой у топовой модели достигает 35.8 ГБ/c. Чип получил поддержку шейдеров версии 2.0b, временного сглаживания на базе MSAA и метода компрессии текстур 3Dc, предназначенного для сжатия карт нормалей. Благодаря 130 нм техпроцессу потолок частот ГП удалось увеличить до 520 МГц, что вкупе с увеличенным количеством блоков ускорило новые карты до двух раз по сравнению с прошлым поколением.

Старшие модели X800 XT и X800 XT PE были наравне с конкурентной GeForce 6800 Ultra в большинстве новых игр, но иногда уступали в старых проектах. Для обеспечения превосходства по производительности в сентябре 2004 года ATI выпускает линейку Radeon X850 на чипе R480 (а через полгода — на его AGP-клоне R481), который является оптимизированным и разогнанным вариантом R420/R423. Модели серии X850 первыми получили поддержку технологии CrossFire, которая позволяла объединить две карты для увеличения графической производительности. Для этого требовалась особая карта CrossFire Edition, которая соединялась с обычной картой посредством специального кабеля.

Одновременно был выпущен чип R430, представляющий еще одну вариацию R420/R423, перенесенную на 110 нм техпроцесс. Он стал основой обычной X800, а также X800XL — первой карты компании, получившей разновидность с 512 МБ памяти. ГП обладает нативной поддержкой интерфейса PCI-E, а для реализации AGP-вариантов используется чип-мост Rialto.

Таким образом, линейка Radeon X800 стала довольно обширной: различные модели основывались на четырех разных чипах R4xx, отличаясь между собой частотами и количеством активных блоков. Основная масса карт оснащалась 256 МБ памяти, хотя встречались и модели со 128 МБ.

Вместе с серией X850 ATI запускает бюджетные линейки карт X600 и X300. В их основе чипы RV380 и RV370, которые являются слегка улучшенным вариантом RV350, применявшимся в прошлых сериях Radeon 9600 и 9500. В отличие от предшественника, оба чипа обладают интерфейсом PCI-E, а RV370 вдобавок производится по более тонкой 110 нм технологии. Интересной особенностью RV370 была поддержка технологии HyperMemory, позволяющей использовать для нужд ГП часть системной оперативной памяти. В середине 2005 года на базе RV370 была выпущена пара бюджетных карт Radeon X550 c интерфейсом AGP.

В декабре 2004 года компания анонсирует первые модели линейки X700 на базе нового чипа RV410. Он является «половинкой» R430 по всем блокам, за исключением вершинных шейдеров — их, как и в старшем чипе, шесть штук. Шина памяти 128-битная. Основная масса карт X700 получила полный чип, упрощению подверглись лишь модели с приставками LE и SE: обе получили 64-битную шину, а вторая — еще и урезанный по блокам чип. В январе 2007 года на базе X700 SE были выпушены две бюджетные модели серии Radeon X550 с интерфейсом PCI-E.

Radeon X1000: запоздалый DirectX 9.0c

Большинство карт прошлой серии были немного быстрее GeForce 6000, но в козырях последней была поддержка шейдеров версии 3.0, которые спустя год после выхода конкурирующих линеек понемногу станут появляться в играх. В июле 2005 NVIDIA выпустила следующее поколение карт GeForce 7000. Тогда ATI стало окончательно ясно, что пора прекращать делать ставку на шейдеры 2.x и начинать ориентироваться на третьи шейдеры.

ATI запустила новую линейку карт с поддержкой DirectX 9.0c и шейдеров версии 3.0 в октябре 2005 года, представив сразу семь видеокарт линеек X1800, X1600 и X1300. В их основе три разных чипа: бюджетный RV515, средний RV530 и старший RV520. Все ГП получили поддержку адаптивного сглаживания прозрачных текстур.

Строение чипов подобно предшественникам, хотя есть и несколько важных отличий. У топового чипа R520 все также четыре пула квадов. В каждом из которых четверка TMU и пиксельных шейдеров, которые стали сложнее: теперь в каждом из них, помимо пары векторных ALU, имеется еще два скалярных ALU для простых операций. Используются пулы более эффективно благодаря новому блоку Ultra-Threading Dispatch Processor, который распределяет работу между ними.

Число вершинных шейдеров в чипе возросло до восьми, хотя блоков ROP 16. Контроллер памяти получил внутреннюю двунаправленную кольцевую 512-битную шину, позволившую передавать данные с меньшими задержками, но внешняя шина памяти осталась 256-битной. Применение более быстрых чипов GDDR3 увеличило полосу пропускания до 48 ГБ/c. Чипы производились по 90 нм техпроцессу, что позволило достичь 625 МГц ядру топовой модели.

R520 лег в основу топовой линейки Radeon X1800. Карты на его основе оснащались 256 или 512 МБ памяти и полным чипом, за исключением вышедшей позднее X1800 GTO с одним отключенным пулом квадов. В отличие от прошлой линейки, в этот раз топовые модели обоих производителей получились примерно равными по силам: 7800GTX и X1800 XT опережали друг друга с переменным успехом.

Средний чип RV530 получил 12 пиксельных и 5 вершинных шейдеров, 4 ROP и 4 TMU. Шина памяти у него 128-битная, возможно использование как GDDR3, так и DDR2. ГП стал основой пары моделей серии Radeon X1600. Младший RV515 имел аналогичную шину памяти и столько же блоков ROP и TMU, но намного меньше шейдеров: 4 пиксельных и 2 вершинных. Чип применялся в линейке карт Radeon X1300, младшая из которых получила урезанную до 64 бит шину. Карты линейки использовали память DDR или DDR2.

В январе 2006 года компания решает усилить свои позиции запуском карт новой серии Radeon X1900. Они базируются на новом чипе R580, основное отличие которого от R520 — увеличение количества пиксельных шейдеров с 16 до 48. Это обеспечило рост производительности в новых играх со сложной графикой. Спустя два месяца последовал ответ от NVIDIA в лице 7900 GTX, который вновь уравнял обоих конкурентов.

В конце августа ATI выпускает первую модель серии Radeon X1950 на чипе R580+. Главное отличие от обычного R580 — новая память GDDR4, которая позволила увеличить полосу пропускания до 64 ГБ/c. В октябре выходят еще две карты серии на этом чипе, а также модели на новых 80 нм чипах.

RV570 и RV560 представляют собой упрощенный R580 на новом техпроцессе 80 нм с меньшим количеством активных блоков — 36 пиксельных шейдеров и 12 ROP/TMU у старшей модели и 24 пиксельных шейдера вкупе с 8 ROP/TMU у младшей. Новые чипы получили отдельный интерфейс для CrossFire, благодаря которому отпала необходимость в главной карте и стало возможным объединить любые модели с поддержкой технологии и одинаковым ГП специальными мостиками.

RV570 стал основой карт X1950 с приставками PRO и GT, RV560 — моделей X1650 с суффиксами GT и XT, а также X1700 SE.

Бюджетные чипы также получили обновления по 80 нм технологии. RV530 превратился в RV535, а RV515 — в RV516. На базе первого была выпущена X1650 PRO, второй нашел применение в X1550 и X1650SE.

Линейка Radeon X1000 стала последней с раздельными пиксельными и вершинными шейдерами. Следующая линейка карт получила суффикс HD, и обзавелась универсальной шейдерной архитектурой.

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ...

NVIDIA. Давний и бессменный лидер рынка дискретных графических процессоров. Рассмотрим, как появились и развивались видеокарты NVIDIA. Первая часть повествует о становлении графики компании в период до появления DirectX 10.

STG-2000: неоднозначный первенец

RIVA 128: совместимость с DirectX

RIVA TNT: мультитекстурирование

GeForce 256: аппаратная трансформация и освещение

GeForce 2

GeForce 3: шейдеры

GeForce 4

GeForce FX5000: ранний DirectX 9

GeForce 6000: DirectX 9.0c и HDR

GeForce 7000

STG-2000: неоднозначный первенец

NVIDIA была основана в 1993 году. Тогда происходил рост популярности трехмерных игр, который делал перспективным разработку 3D-ускорителей. Именно этим и занялась новая компания.

В течение двух лет NVIDIA разрабатывала свой первый продукт, и, наконец, представила его в мае 1995 года. Это была мультимедийная карта STG-2000 на базе чипа NV1. Плата имела разъем PCI и объединяла в себе 3D-ускоритель, блок работы с 2D-графикой и звуковую карту.

NV1 стал первым графическим чипом для IBM-PC совместимых компьютеров с поддержкой аппаратного текстурирования. Он имел по одному текстурному модулю (TMU), пиксельному конвейеру и растровому блоку (ROP). Чип производился по техпроцессу 500 нм и работал на частоте 12 МГц. В качестве памяти использовалось 2 или 4 МБ EDO RAM с пропускной способностью 600 МБ/c.

Особенностью NV1 стала работа с четырехугольными примитивами, аналогично приставке Sega Saturn. Несколько игр с этой приставки, такие как Virtua Fighter и Panzer Dragoon, были портированы на ПК и успешно работали на STG-2000.

Вскоре после выхода STG-2000 компания Microsoft представила API DirectX, работающий с треугольными полигонами. В итоге чип NV1 остался не у дел. NV2, разрабатываемый в недрах компании для приставки Sega Dreamcast, был отменен.

RIVA 128: совместимость с DirectX

В 1996 году NVIDIA приступила к работе над 3D-ускорителем, работающим с треугольными полигонами. В приоритете была максимальная совместимость с графическими API DirectX 5 и OpenGL 1.0. В основе ускорителя лежит доработанная архитектура прошлого чипа, получившая название Fahrenheit. Разработка увидела свет в августе 1997 года — тогда компания представила карту RIVA 128.

Сердцем модели стал чип NV3, выпускаемый по техпроцессу 350 нм. Как и предшественник, он имел по одному пиксельному конвейеру, ROP и TMU, но обладал гораздо более высокими частотами чипа и памяти — оба работали на 100 МГц. Память представляла SGRAM объемом 4 МБ. Ее полоса пропускания увеличилась до 1.6 ГБ/c благодаря 128-битной шине. Буфер кадра и текстуры могли храниться в системной ОЗУ. Чип NV3 одним из первых получил поддержку шины AGP 2x, но выпускались и PCI-карты.

RIVA 128 стала первым популярным продуктом компании благодаря совместимости с DirectX, неплохой производительности, а также сочетанию обработки 2D-изображения и 3D-ускорителя в одной карте — конкурирующая Voodoo Graphics от 3dfx Interactive для своей работы требовала дополнительной 2D-карты. Другой конкурент, ATI 3D Rage Pro, обладала сравнимой с RIVA 128 функциональностью, но часто была медленнее, и вдобавок не поддерживала OpenGL.

В феврале 1998 года NVIDIA выпускает обновленную RIVA 128 ZX. Объем памяти возрос до 8 МБ, а ее частота увеличилась на четверть.

RIVA TNT: мультитекстурирование

На фоне усиливающейся конкуренции со стороны Voodoo 2, NVIDIA понадобилось более производительное решение. Им стала RIVA TNT на базе чипа NV4, выпущенная в июне 1998 года. Модель получила поддержку мультитекстурирования, которое стало одним из главных нововведений DirectX 6 и OpenGL 1.2.

Конвейеров, ROP и TMU в NV4 стало по два. Чип научился работать с 32-битным цветом и 24-битным Z-буфером, в отличие от конкурирующей Voodoo 2, и получил более качественную фильтрацию текстур. Память представляли 8 или 16 МБ SDRAM. Модели все чаще стали оснащаться активным охлаждением, хотя чип еще мог обходиться и без него.

Voodoo 2 была популярнее и показывала более высокую производительность при использовании собственного API Glide, который к тому времени получил большое распространение в играх. Но Riva TNT привлекла внимание к DirectX и OpenGL. Единственная модель не способствовала популярности, поэтому в начале 1999 года NVIDIA решила расширить линейку новыми моделями RIVA TNT2.

Карты серии TNT2 основаны на чипе NV5. Новый техпроцесс 250 нм позволил повысить частоты до полутора раз. Чип получил поддержку шины AGP 4x, 32-битного буфера и текстур разрешением 2048х2048. Карты серии TNT2 оснащались 16 или 32 МБ памяти SDRAM. Для сравнения: у современной RTX4090 24 ГБ памяти. Или, по меркам 1998 года, 24576 МБ.

Бюджетные модели основывались на NV6, упрощенном варианте NV5 с 64-битной шиной. Самой быстрой картой с ним стала Riva TNT2 M64. Младшие модели со сниженными частотами получили названия Vanta и Vanta LT.

Главным конкурентом линейки TNT2 стала Voodoo 3. Несмотря на меньшие продажи и более низкую производительность, линейка RIVA TNT2 за счет разнообразия моделей нашла применение в компьютерах разных ценовых сегментов, тем самым поспособствовав популяризации 3D-игр.

GeForce 256: аппаратная трансформация и освещение

Развитие 3D-ускорителей в 90-е годы происходило бурно, но большую часть обработки графики все так же выполнял ЦП компьютера. В сентябре 1999 года Microsoft выпустила DirectX 7, который принес поддержку аппаратной трансформации и освещения (T&L) с помощью видеокарты.

В октябре 1999 года NVIDIA дает старт карте GeForce 256. В ее основе графическая архитектура Celsius. Чип NV10 имеет аппаратный блок T&L и четыре пиксельных конвейера, к каждому из которых привязано по одному ROP и TMU. 128-битная шина поддерживает два вида памяти — SDRAM и DDR. Пропускная способность модели с DDR была почти вдвое выше, чем у версии с SDRAM: 4.8 ГБ/c против 2.6 ГБ/c. Имелись версии с 32 и 64 МБ памяти.

На внедрение аппаратного T&L в игры потребовалось время, и на момент выхода дороговизна GeForce 256 не оправдывала чистого роста производительности без учета этой технологии. С оптимизированными играми в системах со слабым процессором карта могла значительно превосходить предшественников и конкурентов, но такое применение было маловероятно.

GeForce 2

В апреле 2000 года была выпущена первая карта серии GeForce 2 на базе чипа NV15, переведенного на техпроцесс 180 нм.

Новшеством по сравнению с NV10 стало два TMU на конвейер. TMU работают совместно с новым блоком Nvidia Shading Rasterizer, который смешивает текстуры для реализации эффектов мультитекстурирования. Таким образом, реализованы некоторые функции DirectX 8, хотя шейдеров у ГП еще нет. Используется память DDR. Ее полоса пропускания возросла до 7.3 ГБ/c.

В июне свет увидела бюджетная серия GeForce 2 MX. В ее основу лег чип NV11, получивший вдвое меньше блоков, чем NV15, но сохранивший 128-битную шину. Большинство карт серии оснащались памятью SDRAM, хотя существуют и варианты с 64-битной DDR.

С появлением GeForce 2 и первых Radeon от ATI, поддержка аппаратного T&L в играх стала распространяться все больше. Voodoo 4 и 5 появились позже, и уже не могли обогнать конкурентов по производительности при гораздо большей цене. В итоге, в конце 2000 года NVIDIA купила 3dfx Interactive, тем самым положив конец одному из конкурентов.

В отличие от прошлой линейки, карты серии GeForce 2 стали по-настоящему массовыми. Игры положительно откликались на удвоенное количество TMU, но производительность все чаще стала упираться в пропускную способность памяти.

GeForce 3: шейдеры

В феврале 2001 года была представлена GeForce 3. В ее основу лег чип NV20 на архитектуре Kelvin, производимый по 150 нм техпроцессу. Главным улучшением стала программируемая шейдерная архитектура с поддержкой DirectX 8.0.

Конфигурация NV20 схожа с предшественником: 4 ROP и 8 TMU. На каждый из четырех конвейеров приходится по пиксельному шейдеру. Еще один шейдер используется для обработки вершин, он совмещен с блоком T&L. 128-битная шина памяти стала использоваться более эффективно благодаря технологии сжатия Lightspeed Memory Architecture. GeForce 3 оснащаются 64 или 128 МБ памяти DDR.

NV20 получил поддержку сглаживаний MSAA и Quincunx, которые значительно быстрее доступного ранее SSAA. Работа анизотропной фильтрации улучшена, добавлена поддержка текстур разрешением 4096х4096. ГП поддерживает технологию RT-Patches, являющуюся одним из предков современной тесселяции, но так и не получившую распространения.

Производительность GeForce 3 в старых играх, не использовавших шейдеры, была на уровне или даже ниже прошлой линейки GeForce 2. Как и конкурирующий Radeon 8500 на чипе R200, карты стали раскрываться только с приходом игр с поддержкой DirectX 8. К тому времени компания выпустила следующее поколение карт, обладающее повышенной производительностью — GeForce 4.

GeForce 4

В феврале 2002 года были представлены GeForce 4 — новые представители архитектуры Kelvin, распространившие ее в массы. Чип NV25 схож с NV20, но имеет два вершинных шейдера, которые могли работать как сдвоенный блок T&L. Добавилась поддержка пиксельных шейдеров версии 1.3, требующаяся для совместимости с DirectX 8.0a. Сглаживание теперь отнимало меньше производительности. Ядру покорились 300 МГц частоты, а память ускорилась на четверть, хотя объем не изменился.

NV25 использовался в производительной линейке GeForce 4 Ti. В бюджетной линейке GeForce 4 MX использовался другой чип — NV17, который из-за отсутствия шейдеров ограничен DirectX 7. Он достаточно схож с NV11, использовавшимся в GeForce 2 MX, и немного быстрее него за счет частоты и поддержки технологии сжатия памяти.

В конце 2002 года появились модели на чипах NV28 и NV18. Они повторяли прежний ассортимент, но получили поддержку шины AGP 8x.

Ti-модели были дорогими, MX — дешевыми. Поэтому GeForce 4 MX пользовались популярностью. Но с появлением игр, которые задействовали шейдеры, их пользователи остались не у дел: в ранних проектах не отображались некоторые эффекты, а более поздние отказывались запускаться. Благо, после этой серии производитель избавился от подобной практики, и современные Ti-модели по функциональности не отличаются от обычных карт серии.

У ATI не было адекватного ответа на топовые GeForce 4 Ti до июля 2002 года, когда была выпущена гораздо более быстрая Radeon 9700 Pro с поддержкой DirectX 9. Но спустя полгода NVIDIA ответила новой линейкой — GeForce FX5000.

GeForce FX5000: ранний DirectX 9

В январе 2003 года NVIDIA выпускает первые карты линейки GeForce FX5000, рассчитанные на работу с DirectX 9. В их основе новая архитектура Rankine.

Потребляемая мощность превысила возможности слота AGP, поэтому GeForce FX потребовали дополнительного питания с помощью разъема MOLEX. Появилось автоматическое управление вентилятором в зависимости от температуры ГП.

Первыми стали карты серии FX5800 на основе 130 нм чипа NV30. 4 ROP и 8 TMU соседствуют с четырьмя пиксельными и тремя вершинными шейдерами, которые переработаны для поддержки шейдерной модели 2.0a и управления потоком команд. К 128-битной шине подключалось 128 МБ памяти нового типа — GDDR2. Качество сглаживания и анизотропной фильтрации улучшилось. К тому же, они стали меньше влиять на производительность.

Карты серий FX5600 и FX5200 вышли спустя два месяца. В их основе — чипы NV31 и NV34. По сравнению со старшим NV30, у них вдвое меньше TMU. Младший NV31 имеет несколько упрощений в работе конвейеров. В отличие от старшей карты, здесь использовалась обычная память DDR объемом 64, 128 или 256 МБ.

Во второй половине 2003 года NVIDIA выпустила обновленные чипы NV35 и NV36, пришедшие на смену NV30 и NV31. Пиксельные процессоры получили усовершенствования, повышающие производительность. NV36 лег в основу карт серии FX5700, которые комплектовались памятью DDR, GDDR2 или GDDR3. NV35 использовал обычную DDR, но за счет 256-битной шины превосходил NV36 по пропускной способности памяти в два раза. Этот чип использовался в серии карт FX5900.

Выпущенный позже NV38 представлял копию NV35, оптимизированную для достижения высокой частоты. Его обладателем стала топовая FX 5950 Ultra. В начале 2004 года NVIDIA выпускает модели серии с интерфейсом PCI-E x16, который реализуется с помощью чипа-моста HSI. Эти карты получают новый суффикс «PCX».

Несмотря на поддержку DirectX 9, серия FX работала с ним достаточно медленно из-за малого количества шейдерных блоков. Конкурирующие Radeon на базе чипов серии R300 в этом плане были быстрее. Повышение производительности в новом API принесет следующая серия карт — GeForce 6000 на новой архитектуре Curie.

GeForce 6000: DirectX 9.0c и HDR

Первые карты нового семейства выпустили в мае 2004 года — за несколько месяцев до прихода DirectX 9.0c, поддержкой которого они могли похвастать. Обновленный DirectX принес рендеринг в расширенном динамическом диапазоне (HDR) и шейдеры версии 3.0.

Большинство моделей линейки выпускались со 128 или 256 МБ памяти, за исключением топовой 6800 Ultra, которая имела вариант с 512 МБ. Эти карты первыми получили поддержку технологии SLI, позволяющей объединять силы двух ГП для ускорения работы игр.

Шейдерные процессоры получили множество улучшений и изменения в организации. Каждый пиксельный шейдер содержит в себе два ALU, занимающихся вычислениями. По четыре шейдера и TMU сгруппированы в пулы квадов, которые работают с фрагментами изображения 2х2 пикселя. В дебютном чипе NV40 четыре пула — то есть, 16 шейдеров и 16 TMU.

Помимо этого, в чипе шесть вершинных шейдеров, а также 16 блоков ROP. Интерфейс памяти 256-битный. Он способен работать с DDR, DDR2 и GDDR3, пиковая пропускная способность которой достигла 35 ГБ/c. NV40 используется в серии видеокарт GeForce 6800.

Практически каждая модель серии имела два вида: с интерфейсами AGP 8x и PCI-E x16. Мост HSI, ранее распаиваемый на плате, интегрировали на подложку ГП. AGP-варианты получали дополнительное питание через разъемы MOLEX, а для PCI-E карт стал использоваться привычный и сегодня разъем питания 6-pin.

Чип NV40 получил несколько обновлений. В NV41 был интегрирован мост HSI для реализации PCI-E варианта. NV42 перенесли на более тонкие нормы 110 нм, как и младшие модели чипов. NV45 остался на техпроцессе 130 нм, но получил оптимизации для достижения более высоких частот. Конкурирующая серия Radeon X800 превосходила GeForce 6800 при использовании шейдеров версии 2.0, но более современные шейдеры версии 3.0 не поддерживала.

Старшие карты были хороши, но достаточно дороги. В августе 2004 года NVIDIA выпускает видеокарту среднего ценового сегмента, сразу же ставшую хитом — 6600GT. Несмотря на более простой чип NV43, содержащий лишь 4 ROP, половину шейдерных процессоров и TMU от полного NV40, карта показывала хорошую производительность. Свою роль в этом сыграла быстрая память GDDR3, хотя шина памяти у нового ГП была урезана до 128 бит.

На основе NV43 вышли и другие модели серий 6600 и 6200, в которых была заблокирована часть имеющихся блоков. В младшем чипе NV44 осталась лишь половина блоков от NV43, за исключением трех вершинных процессоров. Этот ГП использовался в картах серии GeForce 6200 и 6500.

GeForce 7000

Серия GeForce 7000 также основана на архитектуре Curie, но с некоторыми доработками Карты получили улучшения в поддержке сглаживания: стали доступны гамма-коррекция и Transparency AA, за счет комбинации методов сглаживающий полупрозрачные текстуры.

Первенец серии GeForce 7800 был выпущен в июне 2005 года. Чип G70 получил шесть пулов квадов, 24 TMU и столько же пиксельных шейдеров. В состав последних, помимо векторных ALU, вошли два небольших скалярных ALU для простых операций. Это дало прирост производительности при выполнении сложных шейдеров.

Вершинные шейдеры изменений не претерпели, но их количество увеличилось до восьми. Аналогично NV40, у G70 16 блоков ROP и 256-битная шина памяти. Карты GeForce 7800 оснащались 256 или 512 МБ памяти GDDR3, которая обеспечивала полосу пропускания до 54 ГБ/c. Интерфейс PCI-E x16 теперь был интегрирован в чип, а для реализации шины AGP применялся «развернутый» мост HSI.

Среди продуктов NVIDIA эта линейка карт последней получила AGP-модели. После этого по сей день все видеокарты для соединения с системой используют только интерфейс PCI-E, в том числе современные NVIDIA RTX. В марте 2006 года на смену G70 пришел G71. Он производился по более тонкому техпроцессу 90 нм, который снизил TDP и увеличил рабочие частоты. На основе G71 были выпущены карты серии GeForce 7900, в том числе первые двухчиповые модели компании — 7900GX2 и 7950GX2.

Одночиповые GeForce 7900 модели конкурировали с картами серии Radeon X1800 и X1900, которые где-то превосходили, а где-то наоборот уступали продукции NVIDIA. Связка двух карт этих серий в CrossFire противопоставлялась двухчиповым 7900GX2 и 7950GX2.

В отличие от топовых, карты среднего и младшего ценового сегмента серии GeForce 7000 имели 128 или 256 МБ памяти. Средний сегмент представлял G73 — «половинка» старшего чипа, не считая еще один вершинный шейдер. К 128-битной шине памяти подключалась память DDR2 или GDDR3. Полный чип стал основой серии GeForce 7600, а урезанная версия — модели 7300GT.

Младший G72 использовался в сериях GeForce 7300 и 7200. Его характеристики по сравнению с G73 урезали вдвое. Ширина шины памяти у разных моделей — 64 или 32 бита. В основе модели 7100GS — чип прошлого поколения NV44.

GeForce 7000 стала последней линейкой с отдельными пиксельными и вершинными шейдерами. Следующая линейка GeForce 8000 принесла универсальные шейдеры, которые и до сих пор используются в любой современной видеокарте

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ...