消失的3D顯卡先驅(qū)——Rendition

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫

已認(rèn)證賬號(hào)

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)?3D 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?？臁?/p>

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)?Carmack 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)?OpenGL 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 多年前收購了 3Dfx。ATI 于 2006 年被 AMD 收購，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。

本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID:ICVIEWS）編譯自 techspot

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發(fā)布于 2023-02-02 08:56?IP 屬地北京