Реферат: Що нас чекає найближчим часом у світі 3D графіки
Якщо всі обчислення, необхідні на етапах 3D графічні конвеєри, виконуються одним CPU системи, то в результаті ми одержимо на екрані монітора непоказну і повільну графіку, тому що центральний процесор системи повинний займатися ще і керуванням всіх апаратних пристроїв, операційною системою і додатками. Коли на ринку з'явився перший 3D графічний акселератор, його чип виконував на апаратному рівні всі обчислення етапу рендеринга, а центральний процесор системи виконував всі обчислення на геометричному етапі. Цей метод уже протягом п'яти років є кращим способом відображення 3D графіки. Однак в іграх і додатках використовується усе більш і більш деталізована графіка у високих дозволах, у результаті центральний процесор ставати вузьким місцем системи, тому що геометричний етап дуже сильно залежить від обчислювальної потужності CPU. Для розвантаження CPU на деяких професійних OpenGL і спеціалізованих графічних прискорювачах (Heidi, RenderGL) застосовуються геометричні співпроцесори, тобто на цих відеокартах апаратно виконуються всі обчислення обох етапів (геометричного і рендеринга) 3D графічні конвеєри. Для приклада можна назвати відеоадаптери RealiZm II від Intergraph, Oxygen від 3Dlabs і Visualize-fx6 від Hewlett Packard. Завдяки тому, що CPU займається керуванням тільки апаратними пристроями системи, операційною системою і додатками, що вивільняються обчислювальні ресурси можуть використовуватися для візуалізації більш природної і деталізованої графіки.
Помітимо, що використання геометричного акселератора не означає, що робота з розрахунку геометрії буде цілком знята з CPU системи. Навпаки, при грамотно реалізованій технології і відповідних драйверах удається домогтися високоефективного паралелізму обчислень. У цьому випадку і CPU, і геометричний акселератор виконують ту саму роботу, але паралельно. За рахунок цього продуктивність може бути істотно підвищена і збережеться масштабованість усієї графічної підсистеми. Чи буде такий метод застосовуватися в картах на базі Voodo4 і NV10 -і поки неясно, можна тільки підкреслити, що реалізація такої технології -і дуже складна задача. Отут варто згадати про SSE і новий варіант 3DNow! (додана ще 21 інструкція). Застосування цих розширень дозволить більш ефективно використовувати обчислювальні потужності CPU, а саме: використання потенціалу SIMD дозволить одночасно перетворювати кілька просторових координат і паралельно розраховувати координати декількох джерел світла. Головне, щоб можливість використання потенціалу SIMD була реалізована в драйверах відеоакселераторів. Застосування геометричних акселераторів створить ситуацію, коли CPU більше не буде вузьким місцем у системі, а виходить, Intel і AMD зможуть успішно просувати свої нові, ще більш могутні процесори. У цьому випадку заміна одного CPU на більш новий процесор, імовірно, дозволить реально відчути зміни, а не просто вірити на слово.
У результаті, при використанні графічних акселераторів з геометричними співпроцесорами (неймовірно швидких і розумних) удається відтворити фотореалістичну графіку навіть на системах з малопотужними центральними процесорами. На жаль, подібні професійні відеоприскорювачі коштують дуже дорого. Причому висока ціна викликана не тільки складністю створення подібних карт і драйверів для них, але і дуже вузьким сектором ринку, на який вони розраховані. Наслідком малих обсягів продажів у порівнянні з картами, розрахованими на споживчий ринок, є висока ціна і мала поширеність.
Фотореалістична графіка
Геометрична акселерація (читай: "застосування геометричного співпроцесора") може застосовуватися в додатках і іграх, у яких потрібно висока продуктивність при відображенні на екрані динамічної графіки, наприклад, 3D анімації. Ця технологія може успішно застосовуватися (і застосовується) у системах CAD/CAM, Visual Simulation (усілякі симуляторы реальності), 3D іграх і при створенні різних видів додатків. Результати, що виходять завдяки використанню геометричних акселераторів, вражають.
Продуктивність графічних систем, оснащених геометричними акселераторами, знаходиться на найвищому рівні. Звичайно для тестування професійних графічних прискорювачів використовується тестовий пакет Viewperf, спеціально оптимизированный для використання з платами, що мають на борті геометричний співпроцесор. Приведемо приклад тестування професійної графічної карти RealiZm II від компанії Intergraph. Помітимо, що карта RealiZm II поставляється в двох варіантах: з геометричним акселератором і без. Результати говорять самі за себе (чим більше значення, тим краще):
Viewperf Benchmark for RealiZm II 3D
| Normal acceleration | Geometry acceleration | |
| Light-01 (різні типи візуалізації) | 1.279 | 2.198 |
| DX-03 (візуалізації наукових праць) | 9.32 | 21.04 |
| Awadvs-01 (3D анімація) | 12.98 | 30.38 |
| DRV-04 (промисловий контроль) | 10.02 | 16.06 |
| CDRS-03 (промислове проектування) | 71 | 135 |
Для довідки: геометричний співпроцесор для RealiZm II має продуктивність 1,680 Mflops і містить 14 спеціалізованих процесорів, що апаратно прискорюють кожну стадію геометричного етапу 3D графічні конвеєри, включаючи такі стадії, як трансформація, вирізання (clipping) і розрахунок висвітлення. Для приклада: продуктивність, що забезпечує RealiZm II при роботі з фотореалістичною графікою, знаходиться на одному рівні з графічною станцією Octane від SGI.
Про геометричний акселератор у NV10 нічого поки невідомо. Зате про IMPAC-GE інформація доступна. Варіант IMPAC-GE (M64591AFP, у корпусі HQFP 240 pin), зроблений з використанням 0.5 мкм процесу, здатний обробляти до 4 млн. трикутників у секунду. При цьому, за заявою Mitsubishi, при переході на більш прогресивний технологічний процес продуктивність IMPAC-GE збільшиться. В основі IMPAC-GE лежить архітектура SIMD (Single Instruction Multiple Data). У чип IMPAC-GE убудований блок FPU і блок IPU (integer processing unit), що обробляє цілі числа. Обидва блоки обчислень забезпечують перетворення однорідних XYZW-координатних матриць і обчислення значень RGB кольорів. Крім того, у IMPAC-GE убудована підтримка роботи з такими операціями, як розподіл, витяг квадратного кореня і т.д. Чип IMPAC-GE у парі з процесором рендеринга REALimage 2100 від Evans & Southerland використовується на платі FireGL 5000 від Diamond. FireGL 5000 випускається в двох варіантах комплектації локальної пам'яті: 20 Мб 3D-RAM / 16 Мб CDRAM і 20 Мб 3D-RAM / 32 Мб CDRAM. До питання про типи пам'яті ми повернемося нижче.
На системі, оснащеної процесором Intel Pentium II Xeon, плата FireGL 5000 продемонструвала наступні результати в одному з тестів ViewPerf:
| Без чипа IMPAC-GE | З чипом IMPAC-GE | |
| CDRS-03 | 87 | 110 |
Ці дані ще раз підтверджують, що застосування геометричних акселераторів істотно підвищують продуктивність графічної підсистеми.
До речі, не виключено, що 3dfx буде розміщати на своїх картах на Voodoo4 не сам чип IMPAC-GE, а лише гніздо (socket 240) для його установки. У цьому випадку поява карт на Voodoo4 без геометричного співпроцесора, але уже восени, цілком реально. А опція, тобто сам геометричний співпроцесор, почне продаватися під кінець року, коли будуть відшліфовані всі драйвери і з'являться додатки, що використовують його переваги. У цьому випадку nVidia, швидше за все, не буде вступати в суперництво, а випустить свій чип NV10 лише до кінця 1999 чи року навіть пізніше.
Отже, переваги використання геометричного акселератора очевидні. Якщо у випадку з 3dfx усі більш-менш зрозуміло, тому що вони будуть використовувати зовнішній геометричний співпроцесор IMPAC-GE від Mitsubishi, то головне питання відносно nVidia такий: чи зможе nVidia інтегрувати в один чип акселератор геометрії і рендеринга? Ця задача зовсім не тривіальна. Саме тому, якщо вірити слухам, 3dfx зупинилася на варіанті використання зовнішнього геометричного акселератора, продовжуючи в той же час вести розробку власного геометричного співпроцесора.