新一代显示卡接口标准:AGP

Author: 王韧 Date: 1997-01-01

#3  AGP是新一代显示卡接口技术,可大幅提高3D图形的显示能力。目前,各大显示卡厂家已有AGP显示卡产品推出,带AGP接口的主板也已面市。AGP 3D显示卡,将如一场暴雨从天而至。
  虽然现在PC的图形处理能力越来越强,但要完成细致的大型3D图形描绘,PC平台的性能仍然有限,为了让PC的3D应用能力能同图形工作站一较高低,Intel公司开发了AGP(Accelerated Graphics Port,图形加速端口),推出AGP的主要目的就是要大幅提高主流PC的图形尤其是3D图形的显示能力。配合PentiumⅡ的DIB(双重独立总线)技术以及MMX技术,AGP将会成为新一代的商用电脑标准。
#2  PCI总线在3D应用中的局限
  AGP主要针对现在的PCI显示卡在处理动画和3D绘图时出现的数据传输瓶颈情况,随着处理器速度越来越快,瓶颈情况还会更加严重,特别是在3D图像的情况下更明显。
  在3D图形描绘中,储存在PCI显示卡显示内存中的不仅有影像数据,还有Z轴的距离数据,TextureData(纹理数据)及Alpha变换数据等。其中储存纹理数据所需的显示内存容量需求是造成显示卡价格高昂的主要原因,美国3DLabs公司的副总裁说,要描绘细致的3D图形,储存纹理数据的显示内存容量几MB是不够的,它越多越好。因此,3D显示卡的制造厂商所期待的,就是既能增加纹理数据的储存能力,又能抑制成本的新型显示卡。从整个系统来看,增加显示内存还不如增加主内存划算,因为用作主内存的DRAM的价格已不太昂贵,而且把纹理数据储存在主内存比储存在显示内存更可有效利用内存。存储纹理数据所需的内存空间依应用程序而定,也就是说,当应用程序结束后,它所占用的主内存空间又可恢复,纹理数据并不永远占用主内存的空间。
  遗憾的是,当纹理数据从显示内存移到主内存时,数据传输的瓶颈也从显示卡上的内存总线转移到了PCI总线上,而光是纹理数据传输量就将超过100MB/秒,现有的PCI总线远远不能满足要求,因而就需像AGP这样可连结主内存与显示卡的新接口。例如,显示1024×768 16位真彩色的3D图形时,纹理数据的传输速度需要200MB/秒以上,但目前的PCI总线最高数据传输速度仅为133MB/秒。
#2  AGP的结构
  AGP的目的是以相对低价格来达到高性能3D图形的描绘功能,为此Intel对PCI再扩充了三项主要的规格而定义了AGP:
  ①数据读写操作的管道处理;
  ②133MHz的数据传输周期;
  ③地址信号与数据信号分离。
  AGP的原理是把显示芯片独立设置在系统总线上面(见图1),把显示芯片直接同芯片组的内存控制器电路相连。在这种“点对点”的连接中,还利用了时钟信号的两边沿(即上升沿和下降沿)作数据传输,所以速度成倍提高。也由于采用点对点连接方式,一个系统只能有一个AGP,所以,AGP不会取代PCI总线。第一代AGP以66MHz的速度传送数据,是PCI总线的一倍;第二代AGP将可达133MHZ,足以满足用软件播放DVD光盘的要求。数据传输速度最高可达533MB/秒,约为目前PCI的4倍(表一)。
  表一、PCI同AGP的比较
         PCI总线 AGP
  传输方式   同步    同步
  内存优先存取 不支持   支持
  数据线位宽  32位   32位
  总线时钟   33    66
  最高数据
  传输速度   133   533
  可连接的
  扩展卡    最多有5个 1个
  信号线数   49    65
  注:总线时钟单位为MHz,传输速度单位MB/秒。
  3D图形的成图处理需提高显示芯片与显示内存间的数据传输速度(表二)。目前,大多数显示卡都采用较快速的显示内存,但这样会提高显示卡的成本,折衷的方法之一就是将纹理数据从显示内存移到主内存,因此可减少显示内存的容量,从而降低显示卡的成本。
  表二、3D绘图时所需数据传送速度
  分辨率   640×480
  显示器输出  50
  显示内存刷新 100
  Z缓冲存取  100
  纹理存取   100
  其它     20
  合计   370MB/秒

  分辨率  800×600
  显示器输出  100
  显示内存刷新 150 
  Z缓冲存取  150  
  纹理存取   150 
  其它     30
  合计   580MB/秒

  分辨率 1024×768
  显示器输出  150
  显示内存刷新 200 
  Z缓冲存取  200
  纹理存取   200
  其它     40
  合计   840MB/秒
  AGP不只用于3D图形,对2D图形也同样有效。由于显示卡通过AGP、芯片组与主内存相连,提高了显示芯片与主内存间的数据传输速度,让原需存入显示内存的纹理数据,现可直接存入主内存,这样可提高主内存的内存总线使用效率,也提高了画面的更新速度及ZBuffering(Z缓冲)等数据的传输速度,而且还减轻了PCI总线的负载,有利于其它PCI设备充分发挥性能。要知道,在PC98规格中,ISA总线已被取消,ISA设备终将被淘汰,所以,把占用了PCI总线大量带宽的显示卡移到AGP上是非常必要的步骤。
  AGP在影像数据的传输效果方面也有不错的表现,图2(A)表示的是用软件对MPEG2影像数据解压,并以PCI总线将数据传送到显示卡的情况。图2(B)表示的是以AGP将数据传送到显示卡的情况。从图中可以看到,当MPEG2影像数据经CPU解压时,需通过总线将影像数据写入显示内存,已 解 码全画面的MPEG2影像数据,需以15~20MB/秒的速度传输,虽然PCI总线的实际数据传输速度为27~33MB/秒,但数据的传输如果搭配不当,则画面恐怕将很不流畅。
  目前,AGP尚留有两项不稳定的因素,其一是主内存的数据传输速度。支持AGP的显示芯片在作3D图形描绘时需对主内存进行存取操作,因此将增加主内存的内存总线流量,一般需要有800MB/秒以上的速度。但目前主内存的数据传输速度大多在200~300MB/秒,以这样的速度,即使利用了AGP也无法作细致的3D图形描绘。为了达到800MB/秒的数据传输速度就需有高速的DRAM,如100MHz以上的SDRAM、RDRAM或其它如SGRAM、VRAM等。AGP的另一个问题是显示卡的兼容性。
#2  前景展望
  AGP是开放的规格,厂家不需付出专利费。目前,如3Dfx、3Dlabs、ATI、CirrusLogic、Rendition、S3、Trident等3D显示卡厂商都已表明支持AGP,而且已有部分原型产品推出。Intel目前不仅与微软签约,还鼓励多家显示卡制造厂家采用AGP。预计到今年底将有一些高性能的PC率先采用。因此,AGP可在很短的时间内普及,Intel公司认为,到2000年,90%的PC将配置AGP显示卡。
  为发挥AGP的优点,微软已计划在今年底,在其新版Windows 95及Windows NT中支持AGP功能,并且通过DirectDraw API为软件厂商提供编程接口。
  配有AGP接口的主板已经面市,如精英、华硕、中凌等公司的最新主板,它们采用的是用于PentiumⅡ的Intel 440LX芯片组,而VIA(威盛)等其它芯片组厂商在今年底也会推出支持AGP的用于Pentium级MMX CPU的Socket 7主板的芯片组。
  AGP接口的显示卡一律都是3D显示卡,采用SDRAM或者RDRAM等高速显示内存,Trident的3D Image 985和875都支持AGP并具有TVOut功能。
  从原型产品所看,采用AGP并不会大幅增加显示卡的成本,但功能却强大得多,例如Trident的3D Image 985,除了芯片本身外,还有一颗MPEG2解压芯片用以播放DVD光盘,完全符合未来的多媒体电脑需要。台湾显示卡生产商Prolink还推出了一张兼容AGP和PCI的显示卡,名为Laguna 3D,它的一边是AGP,另一边是PCI,可以用在新旧电脑上,适合AGP未普及前的过渡时期。华硕的AGP显示卡V3000已经上市,市场价约1800元。
  有关AGP更详细的情况可从下面的网站上得到:
  http:∥www.agpforum.org/
  http:∥www.intel.com/pc-supp/platform/agfxport/index.htm
  http:∥www.microsoft.com/hwdev/devdes/msagp.htm