Matrox возвращается

В компьютерной индустрии, как и в любой другой, мы выделяем лидеров и аутсайдеров. Matrox, бывшая несколько лет назад одним из крупнейших производителей, сейчас вынуждена занимать узкую нишу карт для профессиональных дизайнеров, ценящих высокое качество 2D-графики, в котором компания по-прежнему вне конкуренции. Понятно, что такое положение дел фирму не устраивает. И вот после двух лет пустых обещаний Matrox выпускает на рынок новый чип Parhelia-512, дающий компании шанс вернуться в гонку производителей.

Что такое Parhelia?
Parhelia (паргелий или гало — ложное солн­це) — это оптический эффект, возникающий при отражении и преломлении света снежинками в воздухе. А число 512 используется во многих местах архитектуры этого чипа, то есть решение назвать чип «Parhelia-512» очень близко по смыслу к переименованию NV10 в GeForce256.
Parhelia-512 не является дальнейшим развитием ядра G400. Обратимся к спецификациям:
— 0.15-микронный техпроцесс UMC;
— 80 млн транзисторов;
— 4 пиксельных конвейера, способные обрабатывать четыре текстуры за такт;
— 4 программируемых модуля вершинных шейдеров;
— 256-битная DDR-шина памяти (пропускная способность до 20 Гбайт/с с 312.5 МГц DDR SDRAM);
— до 256 Мбайт видеопамяти на карте;
— поддержка AGP 4/8х;
— полная поддержка пиксельных и вершинных шейдеров DX8.

Конвейер Parhelia
В самом начале графического конвейера (после AGP интерфейса) находятся вершинные процессоры. Matrox включила в Parhelia-512 четыре 128-битных модуля вершинных шейдеров. 128 бит получаются из расчета, что каждый из этих модулей может работать с четырьмя 32-битными числами одновременно, при условии что они составляют 4-операндный вектор. Движки вершинных шейдеров совместимы с двумя движками вершинных шейдеров в GeForce4, так что Parhelia-512 может работать с шейдерами в два раза быстрее GeForce4 при равных тактовых частотах.
Модули вершинных шейдеров полностью совместимы с DX8.1 и предлагают даже бо'льшую гибкость, поэтому в дальнейшем будет объявлена совместимость с версией 2.0 (DX9).
После того, как вершины выйдут из движков вершинных шейдеров, они передаются на движок примитивов, который начинает собирать треугольники. Здесь обычно находится логика по отбрасыванию невидимых вершин, скрытых за поверхностями, чтобы чип не отрисовывал ненужные пиксели.
Однако Matrox пришлось идти на компромисс с реализацией других возможностей, так что в Parhelia-512 не используется система по отбрасыванию невидимых вершин. С такой пропускной способностью Parhelia-512 может обходиться и без использования эффективной технологии управления памятью, что потенциально может привести к задержкам только в будущих, более сложных играх. Однако когда большее число игр будет задействовать пиксельные шейдеры DX8, подобные недостатки смогут стать ахиллесовой пятой Parhelia.
Ниже расположены четыре конвейера рендеринга пикселей, причем с возможностью обработки четырех текстур на конвейер за такт (против двух у всех конкурентов). Благодаря такой особенности Parhelia-512 может обеспечить значительно более высокую производительность в играх следующего поколения, где используется несколько текстур.
В каждом из текстурных модулей вычисляются координаты текстуры, которая загружается и фильтруется и пиксели отсылаются на модули пиксельных шейдеров.
Их Программируемость в Parhelia-512 не выше GeForce4, что означает их принадлежность больше к эффективным регистровым комбайнам, нежели к полностью программируемым модулям. В то же время они работают с целочисленными данными, а не с 32-битными числами с плавающей запятой, что требуется для совместимости с DX9, так как Matrox пошла на ряд уступок для получения максимальной производительности под современными и будущими DX8-приложениями.
Если сравнить с GeForce4, то конвейер пиксельных шейдеров в Parhelia-512 прогрессивнее, поскольку здесь мы наблюдаем пять ступеней (по сравнению с двумя в GeForce4). Таким образом сокращается количество проходов по конвейеру, что обеспечивает большую пропускную способность и экономию ресурсов.

Аппаратные карты смещения (Displacement Mapping)
Изюминкой в Parhelia-512 являются аппаратные карты смещения (Hardware Displacement Mapping, HDM).

Цель HDM заключается в получении более реалистичных 3D-окружений и персонажей, но достигается эта цель максимально простым и компактным способном из всех возможных. Для этого берется исходная сетка треугольников и на нее накладывается карта смещения. Карта смещения очень похожа на 2D-текстуру, за исключением того, что вместо цветовых значений в каждой точке в ней используется значение смещение каждой точки карты. Когда вы накладываете на полигон карту текстуры, каждый пиксель внутри него принимает цвет соответствующего пикселя карты текстуры. Точно так же когда вы накладываете на полигон карту смещения, каждый пиксель смещается на значение соответствующего пикселя карты смещения.
Однако особенности движка HDM в Parhelia-512 на этом отнюдь не заканчиваются. Одним из самых больших преимуществ технологии является тесселяция треугольников по глубине (Depth-adaptive Tesselation). Тесселяция берет за основу сетку с небольшим количеством треугольников и разделяет их на более мелкие, значительно увеличивая число полигонов, что позволяет создавать более точные кривые поверхности.
Рассмотрим пример с 3D-ландшафтом. Тесселяция по глубине позволяет использовать различные уровни детализации (level of details, LOD) вдоль поверхности сетки, то есть чем дальше элемент находится от экрана, тем более низкий уровень детализации используется. Если мы стоим в одном углу территории, то мы ясно видим только лишь небольшую часть рельефа, так что эту часть необходимо отображать с максимально возможным уровнем детализации. Та же часть, которая находится далеко от нас, может быть отображена с уменьшенным уровнем детализации, что приведет к уменьшению числа полигонов сцены. Когда вы будете двигаться по сцене, то уровни детализации будут изменяться в зависимости от вашего местоположения. Следовательно, мы всегда получаем максимально детализированные полигоны без потери производительности на тесселяцию удаленных частей окружения.
Основное преимущество HDM заключается в том, что, используя технологии типа тесселяции по глубине, вы можете получить достаточно детализированную сцену, используя базовую сетку с низким количеством полигонов и очень маленькие карты смещения (размером в несколько килобайт), благодаря чему экономится пропускная способность памяти и AGP-шины.

Совершенное сглаживание
Сглаживание (anti-aliasing, AA) сегодня осуществляется отнюдь не лучшим образом. Подавляющее большинство пикселей, прогоняемых через движки сглаживания в GPU, не находятся на границах полигонов, и следовательно, не создают привычных ступенек. К сожалению, определение границ полигонов — задача достаточно сложная, требующая значительного увеличения числа транзисторов. Matrox тоже посчитала сглаживание достаточно важным, чтобы потратить на него площадь кристалла, но реализовано это более интеллектуальным методом, который называется частичным сглаживанием (fragment anti-aliasing, FAA).
FAA-движок в Parhelia определяет граничные пиксели с 16 отсчетами на точку экрана (16x). То есть каждый пиксель делится на 16 частей и цвета каждой части анализируются для определения того, покрыт ли пиксель и насколько полно. Все пиксели, которые были определены как частично покрытые (то есть находящиеся на краю треугольника), посылаются в FAA-движок, где над ними производится сглаживание.
Красота данного метода заключается в том, что пиксели, не принадлежащие границам полигона, напрямую записываются в кадровый буфер, минуя FAA-движок, что экономит драгоценную пропускную способность. В соответствии с данными Matrox, число фрагментированных пикселей находится в пределах от 5 до 10% от всех пикселей сцены. Можно представить, насколько такая технология позволяет увеличивать производительность при использовании сглаживания. К сожалению, влияние такого подхода на качество пока неизвестно, но наверняка оно будет сравнимо с аналогами от ATi и nVidia.
Но не все с FAA-движком так безоблачно. Существует целый ряд ситуаций, когда определение частично покрытых пикселей работает небезупречно, в результате чего в игре появляются артефакты. Matrox заявила, что они протестировали приблизительно 40 игр, и только в 5-7 были выявлены артефакты при включении FAA. Сейчас невозможно предсказать, в каких играх появятся артефакты, но они явно будут.

По-прежнему безупречное качество картинки
Пользователи всегда отдавали должное Matrox за прекрасный аналоговый выход их карт. Хотя многие пользователи уже перешли на более производительные решения, большинству из них не хватает получаемого на G400 качества. В чем же дело?
Когда видеосигнал покидает RAMDAC, он посылается через серию фильтров низких частот. Самая высокая частота, которая пропускается низкочастотным фильтром, называется граничной. К сожалению, простейшие низкочастотные фильтры далеко не идеальны. Если вы установите граничную частоту в 400 МГц, некоторые большие частоты все равно пройдут через фильтр. Для предотвращения этого используются два метода — выставление граничной частоты немного ниже или использование более сложного фильтра.
Самый простой (и дешевый) способ — это выставление граничной частоты немного меньше требуемого значения. Другой подход заключается в использовании фильтра более высокого порядка (порядок фильтра напрямую определяется количеством его компонентов). Преимущество такого фильтра заключается в том, что частоты выше граничной отсекаются более эффективно. Такой подход, конечно, лучше, но он и дороже — на плату потребуется установить дополнительные катушки индуктивности и конденсаторы.
Большинство карт GeForce3/4 используют фильтры 3-го порядка на своих аналоговых выходах. Карты на Parhelia-512 будут использовать точно подогнанные низкочастотные фильтры 5-го порядка, которые помогут значительно улучшить качество изображения на высоких разрешениях, особенно близких к граничному значению частоты.

Вывод на три монитора
Поскольку Matrox является пионером в продвижении двумониторных решений для обычных компьютеров, неудивительно, что Parhelia-512 предусматривает работу уже с тремя мониторами.
Сам чип включает два RAMDAC 400 МГц, которые оптимально расположены на кристалле чипа для обеспечения необходимого экранирования от других высокоскоростных компонентов GPU. Все карты также будут содержать два внешних TMDS-передатчика для двух DVI-выходов (в комплекте будет поставляться переходник DVI-VGA). Третий RAMDAC, на частоте около 230 МГц, обеспечивает третий выход (до 1600×1200) для обеспечения “трехголовочности” карты. Matrox назвала подобную технологию “окружающей игрой” — surround gaming.
Получаемый эффект очень правдоподобен. Представьте, как вы проходите через дверь в стрелялке от первого лица. Благодаря трем монитором вы сможете краем глаза заметить поджидающего за стенкой врага с двустволкой. Все это происходит благодаря увеличению поля зрения и фактическому расположению двух мониторов по разные стороны от главного.
Конечно, такая функциональность пока еще слишком необычна, тем более что вряд ли у большинства людей найдется место на столе для трех мониторов (равно как и средства). Однако подобная “трехголовочность” может быть полезна и в профессиональных применениях, когда двух рабочих столов бывает недостаточно.

Цена
Ну и, наконец, мы подходим к цене. В июне, когда чип начнет массово поставляться на рынок, самая быстрая модель на Parhelia-512 будет стоить около $450. Конечно, появятся и более дешевые варианты с меньше производительностью, но нам не следует ожидать ценовой войны с GeForce4 Ti 4200, по крайней мере, в ближайшее время.

Заключение
Parhelia-512 может стать самым быстрым продуктом с момента своего выпуска и до выхода NV30. Наверное, это лучший прорыв, который Matrox когда-либо осуществляла в компьютерной графике. Те, кому нужна картинка экстремально высокого качества и “трехголовый” выход, остаются практически без альтернативы. Причем на сей раз они получают и высокопроизводительный 3D-ускоритель.
Однако успех Matrox не обусловлен целиком лишь Parhelia-512. Как мы уже видели в новейшей истории, все зависит от последовательной поддержки технологий. Parhelia-512 не должна превратиться в еще одну G400, которая просуществовала на рынке два года без серьезного улучшения. Matrox выставила достойный продукт с большими перспективами, но для компании очень важно не стоять на месте.
По материалам Matrox и Anandtech.


Рекомендуем почитать: