DX 10显卡战硝烟燃起——NVIDIA GeForce 8800和ATI R600前瞻
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随着Vista一天天的临近，DirectX10也引起了游戏玩家和硬件发烧友的浓厚兴趣。而对NVIDIA和ATI这两大显卡巨头来说，DirectX10的问世意味着一个全新的显卡时代即将到来。
GPU的全新战场——DirectX 10
就在Windows Vista还称作Longhorn的时候，DirectX 10（以下简称DX10）就常被人们提及。在新操作系统开发的这几年时间内，DX10一度被更名为WGF（Windows Graphics Foundation，视窗图形基础），后来微软考虑到DirectX的知名度，才将这个划时代的API（应用程序接口）命名为DX10。
相比DirectX 9（以下简称DX9），DX10最大的改变就是采用了统一渲染架构（Unified Shader Architecture），所谓Unified Shader，就是把Vertex Shader（顶点渲染单元，以下简称VS）和Pixel Shader（像素渲染单元，以下简称PS）从原来的固定单元中抽像出来，然后用统一的方法进行管理。对于程序员来说在编写游戏的时候根本不需要分别对PS和VS进行编程，因为所有的Unified Shader单元都能够根据需要在顶点和像素、几何处理间进行切换。
除此以外，在DX10中新加入的几何渲染单元（Geometry Shader，以下简称GS）也是该API的一大飞跃。几何渲染单元被附加在顶点渲染单元之后，但它并不像顶点渲染单元那样输出一个个顶点，而是以图元作为处理对象。借助丰富的图元类型支持，几何渲染单元可以让GPU提供更精细的模型细节。当然，DX10还在运行效率和开发速度方面进行大量的革新。
小知识：图元在层次上比顶点高一级，它由一个或多个顶点构成。由单个顶点组成的图元被称为“点”，由两个顶点组成的图元被称为“线”，由三个顶点组成的图元被称为“三角形”。几何渲染单元支持点、线、三角形、带邻接点的线、带邻接点的三角形等多种图元类型，它一次最多可处理六个顶点。
DX10毕竟只是个API，如果缺少硬件的支持就会变得毫无用处。为了在DX10时代占得先机，NVIDIA和ATI都加紧了各自DX10 GPU的开发，NVIDIA GeForce 8800和ATI R600正是开路先锋。
DX10先行者——NVIDIA GeForce 8800
正当许多人翘首以待ATI的统一渲染架构的R600的时候，NVIDIA G80已悄悄向我们走来。在G80开发消息传出的初期，许多人认为G80可能采用VS与PS（像素渲染单元）分离结构，而非DX10倡导的统一渲染架构。直到最近G80的消息纷纷曝光的时候，人们才惊讶地发现，代号G80的GeForce 8800 GPU采用的是不折不扣的统一渲染架构！
1.灵活的统一渲染架构
GeForce 8800GTX拥有128个Stream Processor（着色单元），而GeForce 8800GTS则配备了96个Stream Processor。所谓的Stream Processor，也就是既可以完成VS的工作，也可以完成GS和PS的最基本GPU处理单位。这些Stream Processor可以根据需要组成任意VS/PS比例。例如在VS密集处理的领域，游戏开发者可以让96个Stream Processor处理VS指令，剩下的处理PS指令。到了PS“密集”的应用场合，更多的Stream Processor被分配去执行PS运算，从而提升性能。
必须指出的是，当今所有采用统一渲染架构的GPU，在DX9应用中几乎都采用了模拟的方式。也就是说用Stream Processor来模拟VS和PS，这样一来就需要驱动程序在后台进行大量的操作和优化。而用这种方式模拟的DX9应用注定不会有太强的性能。在初步测试中，G80在运行除3DMark06外的各种DX9应用程序时，所表现出来的性能并没有大幅领先GeForce 7950GX2。随着驱动程序的不断改进，G80的DX9运行速度将会得到突飞猛进的提升。另外，GeForce 8800还提供了对128bit FP（浮点）精度HDR（高动态范围）的支持，并且可以在打开HDR时提供全屏抗锯齿功能。值得一提的是，GeForce 8800GTX的内核时钟频率尽管只有575MHz，但是渲染部分的运行速度却达到了1350MHz！至于GeForce 8800GTS，在核心频率为500MHz的情况下，渲染部分速度也达到了1200MHz。
除了采用统一渲染架构，完全支持DX9之外，GeForce 8800中的ALU（Arithmetic Logic Unit，算术逻辑单元）设计也耐人寻味。根据7亿规模的晶体管数量推断，我们认为G80很可能采用了128个ALU对应128个Stream Processor的设计。NVIDIA在官方文档中把这样的GPU内部架构设计称作NVIDIA Lumenex架构——沿用多年的CineFX终于走到了尽头。
有了众多的Stream Processor和ALU，GPU内部的线程管理和并发线程数量就成了决定GPU效率的关键。在GeForce 8800中，NVIDIA引入了被称作GigaThread多线程发送与管理技术，通过这样的技术，G80就可以并行处理大量的线程，并且保持较高的效率。
2.显存仍采用GDDR3
在进入Unified Shader时代后，GPU对于显存带宽的需求也较以往更大。为此NVIDIA选择了折衷的方案，即采用了384bit的显存控制器和和高速GDDR3 786MB显存，以在成本和性能上获得平衡。许多人会惊讶为什么G80不采用性能更强的GDDR4显存？这问题就出在GDDR4内存的惊人功耗上。初期的GDDR4内存发热量惊人，而且产能也并不充足。为保守起见，NVIDIA最终还是选择了GDDR3显存。
GeForce 8800GTX搭配了384bit位宽、786MB容量、1.8GHz速度的GDDR3显存。而GeForce 8800GTS只有320bit位宽、640MB、1.6GHz速度的GDDR3显存。全系列的GeForce 8800显卡的GDDR3显存都由Samsung（三星）提供，GeForce 8800GTX采用的GDDR3显存芯片速度为1ns。
另一方面，在G80的各种参数中，赫然有被称作Quantum Effect技术的GPU物理加速方案。NVIDIA在文档中表示，通过这个技术，GPU就可以执行众多复杂的物理计算而不必占用CPU资源，极大的提升游戏性能。
从G80的内部体系架构中我们不难看出，在采用统一渲染机构之后，每个Stream Processor都可以处理比DX9时代复杂的指令，而没有把这些单元简单地称作Shader，恐怕也是基于这样的考虑。由于物理计算的海量并行性与GPU执行的图形操作大致相仿，所以在DX10 GPU时代，用GPU来执行物理运算将会更加容易和高效。在物理运算强调的浮点性能中G80也可以轻易地获得超过400GFlops的性能，要知道AGEIA的PPU的浮点性能也不过30GFlops。所以在驱动程序和游戏开发者的支持下，要实现物理加速，并不是一件困难的事情。
3.分离的RAMDAC
GeForce 8800系列显卡还率先采用了外置RAMDAC的设计。在拆开GeForce 8800显卡的散热器之后，我们可以发现靠近DVI接口的地方有一片和NV44面积相当的芯片。这块芯片正是由GPU内部独立出去的RAMDAC以及显示信号输入输出功能。
由于GeForce 8800的Stream Processor部分的工作频率达到了1.35GHz，如果此时再将模拟部分的RAMDAC整合在GPU芯片内部，不仅在成本上无法控制，在输出质量上更是难尽如人意。为此NVIDIA将G80的模拟部分独立出来，做成单独的芯片。这个被称作NVIO的芯片集成了RAMDAC、10bit色彩精度的信号输入输出、双Dual-Link DVI支持及HDCP等功能。
DX10狙击手——ATI R600
和NVIDIA GeForce 8800即将开卖相比，ATI的R600的开发进度可谓落后不少。其实，早在微软推出Xbox360时，ATI就为这部游戏机设计了全球第一款统一渲染架构的GPU——ATI C1（Xenon）。这款GPU拥有被分为3组的48个渲染单元，同时还搭配了4条材质渲染管线，更让人惊叹的是，CI竟然拥有10MB的eRAM（嵌入式内存）。
在随后的众多消息中，ATI都透露R600将会是C1的扩大版。ATI首先将C1的Shader处理器扩大两倍，使得R600拥有96个渲染单元。同时材质渲染管线的数量也相应增加两倍，达到了8条。这样一来，ATI的R600的渲染单元就与NVIDIA的G80相当接近。
另一方面，在ALU的指令并行方面，ATI很可能采用3D+1D的ALU设计。这样ALU在理想情况下就可以最少并行处理2条指令。在线程管理方面，R600还将会使用加强的Ultra-Threading，通过一个庞大的联合线程计数器、小线程单元、专门的分歧执行单元，和一个巨大的、高性能任务堆栈列表，使得GPU在高速的动态流控制和扩展并行处理性能间取得最好的平衡。
对于许多人翘首以待的eRAM，在R600上恐怕就不得不舍弃了。事实上，eRAM需要驱动程序的极大优化才能发挥惊人的威力。对于Xbox360这样的封闭系统来说，要对所有软件进行优化设计并不困难，但是面对开放平台的PC做起来就相当困难了。R600抛弃eRAM还有个重要因素在于当今只有NEC能够生产eRAM，eRAM的成本相当惊人，且产量也不大。要在桌面图形卡上运用eRAM更多的只是增加成本而已。
为了解决DX10应用对显存性能的需求，ATI破天荒在R600中引入了512bit显存控制器！这里的512bit和R580中的512bit 内部环形总线不同，R600拥有的将会是不折不扣的512bit显存总线。因此可以搭配512bit 1GB显存，甚至更多。为此，R600的PCB面积增大将会再创纪录。
尽管让NVIDIA抢得了先机，但是R600在多卡并行和物理计算方面也毫不含糊。R600将会延续RV570采用的原生Crossfire交叉火力多卡并行方案，在PCB上提供两个一共12bit多卡并行接口以实现双卡并行。除此以外，R600很可能支持3卡Crossfire并行方案，其中1片显卡会被专门用于处理物理计算，而剩下的两个执行图形运算。这样一来，3卡交叉火力的灵活性和功能都会有明显的进步。
R600将会采用65nm制造工艺，所以在GPU面积上将会稍小于G80。可是由于R600集成的512bit显存控制器有着惊人的晶体管占用，加上复杂的ALU架构，所以最终R600的晶体管数量和功耗会和G80相当，甚至超过。根据近期的消息透露，R600的整体功耗明显超过GeForce 8800，至少需要500W的电源才能让这款显卡毫无障碍地运行。相比之下，GeForce 8800GTX只需要450W电源即可运行。
结语
毫无疑问，随着GeForce 8800系列显卡的问世，ATI和NVIDIA之间的市场争夺战开始进入了DX10的崭新时代。在Windows Vista问世之后，DX10更会与之伴随走入千家万户。在DX10带来的以假乱真的3D世界背后，一场新的显卡战役正悄悄打响。