ATI Radeon R200: Графикалық процессордың шолуы

Кіріспе

Видеокарталар сериясы
2001 жылы шығарылған GPU сериясы

R200 – Radeon графикалық карталарында қолданылған және ATI Technologies компаниясымен әзірленген GPU-дың екінші буыны. Бұл GPU Microsoft Direct3D 8.1 және OpenGL 1.3 негізінде 3D үдетуді қамтиды, бұл алдыңғы Radeon R100 дизайнымен салыстырғанда мүмкіндіктер мен өнімділіктегі маңызды жақсару. GPU сонымен қатар 2D GUI үдету, бейне үдету және көп дисплейлік шығыстарды да қамтиды. "R200" – бұл буынның алғашқы шығарылған GPU-ының әзірлеу кодолық атауы. Ол көптеген келесі өнімдердің негізі болып табылады.

Сәулет

R200 3D аппараттық құрамында әрқайсысы 2 текстуралық үлгі алу бірлігі бар 4 пикселдік құбыржолдар бар. Оның 2 vertex shader бірлігі және Charisma Engine II ретінде сатылатын Direct3D 7 TCL бірлігі бар. Бұл ATI-дің бағдарламаланатын пикселдік және вертикальдық процессорлары бар алғашқы GPU, Pixel Tapestry II деп аталады және Direct3D 8.1 стандартына сәйкес келеді. R200-де жадтың жолақтық енін үнемдеу және үстіне түсіруді азайту үшін HyperZ II деп аталатын аппараттық жабдық бар, ол окклюзияны (иерархиялық Z), жылдам z буферді тазалаудан және z буферді сығымдаудан тұрады. GPU екі экранды шығаруға қабілетті (HydraVision) және бейімделген аппараттық деинтерляциямен, уақытша сүзгілеумен, қозғалыс өтемақысымен және iDCT-мен бейне кодтау қозғалтқышымен (Video Immersion II) жабдықталған. R200 пикселдік шадер 1.4 (PS1.4) нұсқасын енгізді, бұл PS1.x ерекшеліктеріне қарағанда елеулі жақсарту. Ерекше нұсқауларға "фаза", "texcrd" және "texld" кіреді. Фазалық нұсқаулық шейдер бағдарламасына екі бөлек "фазада" (2 аппараттық арқылы өту) жұмыс істеуге мүмкіндік береді, бұл текстуралық адрестеудің және арифметикалық нұсқаулардың ең көп санын екі есеге арттырады және әсерді азайтуға қажетті өтулер санын азайтуға мүмкіндік береді. Бұл тек күрделі әсерлерге ғана емес, сонымен қатар аппаратты тиімді пайдалану арқылы жылдамдықты арттыруға мүмкіндік береді. "texcrd" командасы текстураның координаталық мәндерін мақсатты регистрге көшіреді, ал "texld" командасы текстураны бастапқы регистрде көрсетілген координаттар бойынша мақсатты регистрге жүктейді. R100-дің 2x3 пикселдік құбыр желісімен салыстырғанда, R200-дің 4x2 дизайны құбыр желісі бойынша бір текстуралық бірлікті жоғалтуға қарамастан, мықтырақ. Әрбір құбыр желісі бір өту кезінде 6 текстуралық қабатты қамти алады. Чип бұған "қайтару" әдісін қолдану арқылы қол жеткізеді. Бір өту арқылы қол жетімді текстуралардың санын арттыру картаны бірнеше өту арқылы көрсетуді мәжбүрлеу санын азайтады. R200-дің текстуралық сүзгілеу мүмкіндіктері де оның алдыңғы нұсқасына қарағанда жақсарды. Анизотроптық сүзгілеу үшін Radeon 8500 R100-де қолданылатын әдіске ұқсас, бірақ трилинейлік сүзгілеу және басқа да жетілдірілген әдістермен жетілдірілген. Алайда, ол әлі де бұрыштық тәуелді және драйвер кейде жылдамдық үшін билинейралды сүзгілеуді мәжбүрлейді. NVIDIA GeForce4 Ti сериясы аназиотроптық іске асыруды толығырақ ұсынды, бірақ өнімділікке әсері жоғары болды. R200-де ATI-дің Truform деп аталатын аппараттық жеделдетілген кесу қозғалтқышының (соның ішінде жоғары сатылы беттер) алғашқы іске асырылуы бар, ол 3D модельдердің геометриялық күрделілігін автоматты түрде арттыра алады. Технология әзірлеушілердің қолдауына мұқтаж және барлық сценарийлерге сәйкес келмейтін. Ол модельдерді қажетсіз түрде дөңгелектей алады. Көпшілік қолдауының шектеулі болуының нәтижесінде ATI TruForm-ті болашақ аппараттық жабдықтарынан алып тастады. DirectX 8.0 Pixel Shader 1.1 DirectX 8.1 Pixel Shader 1.4 Макс. Текстуралық кіріс 4 6 Макс. Бағдарламаның ұзындығы 12 нұсқаулық (4 текстураны сынамалау, 8 түстерді араластыру) 22 нұсқаулық (6 текстураны сынамалау, 8 текстураны адрестеу, 8 түстерді араластыру) Нұсқаулық жиынтығы 13 адрестік операциялар, 8 түстер операциялары 12 адрестік / түстер операциялары Текстура адрестеу режимдері 40 іс жүзінде шексіз.

R200's 3D hardware consists of 4 pixel pipelines, each with 2 texture sampling units. It has 2 vertex shader units and a legacy Direct3D 7 TCL unit, marketed as Charisma Engine II. It is ATI's first GPU with programmable pixel and vertex processors, called Pixel Tapestry II and compliant with Direct3D 8.1. R200 has advanced memory bandwidth saving and overdraw reduction hardware called HyperZ II that consists of occlusion culling (hierarchical Z), fast z buffer clear, and z buffer compression. The GPU is capable of dual display output (HydraVision) and is equipped with a video decoding engine (Video Immersion II) with adaptive hardware deinterlacing, temporal filtering, motion compensation, and iDCT. R200 introduced pixel shader version 1.4 (PS1.4), a significant enhancement to prior PS1. x specifications. Notable instructions include "phase", "texcrd", and "texld". The phase instruction allows a shader program to operate on two separate "phases" (2 passes through the hardware), effectively doubling the maximum number of texture addressing and arithmetic instructions, and potentially allowing the number of passes required for an effect to be reduced. This allows not only more complicated effects, but can also provide a speed boost by utilizing the hardware more efficiently. The "texcrd" instruction moves the texture coordinate values of a texture into the destination register, while the "texld" instruction will load the texture at the coordinates specified in the source register to the destination register. Compared to R100's 2x3 pixel pipeline architecture, R200's 4x2 design is more robust despite losing one texture unit per pipeline. Each pipeline can now address a total of 6 texture layers per pass. The chip achieves this by using a method known as 'loop back'. Increasing the number of textures accessed per pass reduces the number of times the card is forced into multi pass rendering. The texture filtering capabilities of R200 are also improved over its predecessor. For anisotropic filtering, Radeon 8500 uses a technique similar to that used in R100, but improved with trilinear filtering and some other refinements. However, it is still highly angle dependent and the driver sometimes forces bilinear filtering for speed. NVIDIA's GeForce4 Ti series offered a more accurate anisotropic implementation, but with a greater performance impact. R200 has ATI's first implementation of a hardware accelerated tessellation engine (a. k. a. higher order surfaces), called Truform, which can automatically increase the geometric complexity of 3D models. The technology requires developer support and is not practical for all scenarios. It can undesirably round out models. As a result of very limited adoption, ATI dropped TruForm support from its future hardware. DirectX 8.0Pixel Shader 1.1 DirectX 8.1Pixel Shader 1.4 Max. Texture Inputs 4 6 Max. Program Length 12 instructions(up to 4 texture sampling, 8 color blending) 22 instructions(up to 6 texture sampling, 8 texture addressing, 8 color blending) Instruction Set 13 address operations, 8 color operations 12 address / color operations Texture Addressing Modes 40 virtually unlimited

Өнер көрсету

Radeon 8500-нің ең үлкен бастапқы кемшілігі – оның алғашқы драйверлері болды. Картаның шығарылған кездегі өнімділігі күтілгеннен төмен болды және ойындарда мәселе тудырған көптеген бағдарламалық қателерге ие болды. Чиптегі антиалиасинг мүмкіндігі тек Direct3D-де жұмыс істеді және өте баяу болды. 8500-ге деген қызығушылықты төмендету үшін, бәсекелес nVidia Radeon 8500-дің алдын ала шолуларын көптеген веб-сайттар жариялаған күні Detonator4 драйверлер жинағын шығарды. nVidia драйверлері жақсы сапалы болды және GeForce3 өнімділігін одан әрі арттырды. Бірнеше аппараттық шолу сайттары Radeon 8500-мен жасалған нақты ойын сынақтарында аномалияларды байқады. Мысалы, ATI "Quake3.exe" атқарылатын файлын анықтап, картаның әдетте өндіретін текстуралық сүзгілеу сапасын едәуір төмендетіп, ықтималда өнімділікті жақсартуға тырысты. HardOCP бұл мәселені қоғамға жеткізген алғашқы аппараттық шолу сайты болды және атқарылатын файлдағы "Quake" сөзінің барлық нұсқаларын "Quack" деп өзгерту арқылы оның бар екенін дәлелдеді. Алайда, тіпті Detonator4 драйверлерімен де Radeon 8500, 8500-ге бәсекелес болуға арналған GeForce3-тен және кейбір жағдайларда оның жылдам нұсқасы Ti500-ден жоғары өнімділік көрсетті, R200 жобасына жауап ретінде Nvidia шығарған жоғары жиілікті модель. Кейіннен драйверлерді жаңарту 8500 мен Ti500 арасындағы өнімділік айырмашылығын азайтуға көмектесті, сонымен қатар 8500 айтарлықтай арзан болды және қос мониторды қолдау сияқты қосымша мультимедиа мүмкіндіктерін ұсынды. GeForce3 Ti200 сол кездегі жоғары деңгейдегі карталар үшін әдеттегі 64 МБ емес, 128 МБ бейне жадына ие болған алғашқы DirectX 8.0 картасы болғанымен, GeForce3 шектеулері оның толыққанды пайдалануына кедергі келтірді, ал Radeon 8500 бұл әлеуетті табысты пайдалана алды. 2001 жылдың соңында, арзан GeForce3 Ti200 және GeForce4 MX 460-пен бәсекелесу үшін ATI 8500 LE (кейін 9100 ретінде қайта шығарылды) және 8500 LELE шығарды, олар OEM-дер мен энтузиасттар арасында төмен бағасы және 8500 деңгейіне дейін разгон жасау мүмкіндігіне байланысты танымал болды. GeForce4 Ti4600 өнімділік бойынша көшбасшы болғанымен, ол Radeon 8500-ге қарағанда екі есе қымбат болды (MSRP 350–399 долларға қарсы 199 доллар), сондықтан тікелей бәсекелестік ұсынбады. Потенциалды бәсекелес GeForce4 Ti4200-дің кешіктірілген шығарылуымен және ATI-нің 8500/LE-нің 128 МБ нұсқаларын шығаруы R200 желісін орта және жоғары өнімділік нарығында танымал етті. All In Wonder (AIW) Radeon 8500 DV және AIW Radeon 8500 128 МБ мүмкіндіктері Nvidia-ның Personal Cinema баламаларынан жоғары болды, олар жылдам GeForce 3 Ti500 және GeForce4 Ti4200-ді қолданды. GeForce 3/4-тің жылдар бойы доминантты нарықтық позициясы R200-дің жоғары DX8.1 PS 1.4 мүмкіндік деңгейін қолдайтын көптеген ойындардың болмауына әкелді, бірақ кейбір операцияларды бірнеше өтудің орнына бірден өңдеуге болатындықтан, DX8-ге қарағанда айтарлықтай өнімділік пайдасын алуға болады. Мұндай жағдайларда Radeon 8500 тіпті DX8 код жолын пайдаланатын GeForce4 жаңа сериясымен де бәсекелесе алады. Мұндай көп код жолы бар ойынның мысалы – Half Life 2. Radeon 8500 TruForm қолдауын ұсынды, ол Tessellation-ның алғашқы нұсқасы болды.

Radeon 8500's biggest initial disappointment was its early driver releases. At launch, the card's performance was below expectations and it had numerous software flaws that caused problems with games. The chip's anti aliasing support was only functional in Direct3D and was very slow. To dampen excitement for 8500, competitor nVidia released their Detonator4 driver package on the same day as most web sites previewed the Radeon 8500. nVidia's drivers were of better quality, and they also further boosted the GeForce3's performance. Several hardware review sites noted anomalies in actual game tests with the Radeon 8500. For example, ATI was detecting the executable "Quake3. exe" and forcing the texture filtering quality to a much lower level than normally produced by the card, presumably in order to improve performance. HardOCP was the first hardware review web site to bring the issue to the community, and proved its existence by renaming all instances of "Quake" in the executable to "Quack." However, even with the Detonator4 drivers, the Radeon 8500 was able to outperform the GeForce3 (which the 8500 was intended to compete against) and in some circumstances its faster revision, the Ti500, the higher clocked derivative Nvidia had rolled out in response to the R200 project. Later, driver updates helped to further close the performance gap between the 8500 and the Ti500, while the 8500 was also significantly less expensive and offered additional multimedia features such as dual monitor support. Though the GeForce3 Ti200 did become the first DirectX 8.0 card to offer 128 MB of video memory, instead of the common 64 MB norm for high end cards of the time, it turned out that the GeForce3's limitations prevented it from taking full advantage of it, while the Radeon 8500 was able to more successfully exploit that potential. In the end of 2001, to compete with the cheaper GeForce3 Ti200 and GeForce4 MX 460, ATI launched the slower clocked 8500 LE (later re released as the 9100) and 8500 LELE which became popular with OEMs and enthusiasts due to its lower price, and overclockability to 8500 levels. Though the GeForce4 Ti4600 took the performance crown, it was a top line solution that was priced almost double that of the Radeon 8500 (MSRP of $350–399 versus US$199), so it didn't offer direct competition. With the delayed release of the potentially competitive GeForce4 Ti4200, plus ATI's initiative in rolling out 128 MB versions of the 8500/LE kept the R200 line popular among the mid high performance niche market. The greater features of the All In Wonder (AIW) Radeon 8500 DV and the AIW Radeon 8500 128 MB proved superior to Nvidia's Personal Cinema equivalents which used the faster GeForce 3 Ti500 and GeForce4 Ti4200. Over the years the dominant market position of GeForce 3/4 meant that not many games targeted the superior DX8.1 PS 1.4 feature level of the R200, but those that did could see significant performance gains over DX8, as certain operations could be processed in one instead of multiple passes. In these cases the Radeon 8500 may even compete with the newer GeForce4 series running a DX8 codepath. An example for such a game with multiple codepaths is Half Life 2. Radeon 8500 came with support for TruForm, an early implementation of Tessellation.

Радеон 8500/8500 LE/9100

ATI-нің R200 негізіндегі алғашқы бейнекартасы – 2001 жылдың қазан айында шыққан Radeon 8500 болды. 2001 жылдың желтоқсанында ATI Radeon 8500 LE (кейін Radeon 9100 ретінде қайта шығарылды) бейнекартасын ұсынды, ол төмендетілген такталық жиілігі және жад жылдамдығы бар бірдей чип болды. Толыққанды 8500 бейнекартасы 275 МГц ядролық және 275 МГц жад жиілігінде жұмыс істесе, 8500LE ядро үшін 250 МГц, ал жад үшін 200 немесе 250 МГц жиілікте жұмыс істеді. Екі бейнекарта да бастапқыда 64 МБ DDR SDRAM конфигурациясында шығарылды; кейін 128 МБ Radeon 8500 тақталары жадтың араласу режимі арқасында аз ғана өнімділік артықшылығына ие болды. 2001 жылдың қараша айында 64 МБ жадысы және 8500 LE сияқты төмендетілген такталық жиілігі бар All In Wonder Radeon 8500 DV шығарылды. 2002 жылы үш 128 МБ бейнекарта ұсынылды: Radeon 8500, 8500 LE және All In Wonder Radeon 8500 128 МБ, ол толық 8500 жылдамдығымен жұмыс істеді, бірақ AIW 8500 DV-ге қарағанда бейне мүмкіндіктері аз болды. ATI компаниясы 8500DV-нің төмендетілген такталық жиілігі FireWire интерфейсіне байланысты екенін мәлімдеді. 2002 жылдың соңында R200 архитектурасына негізделген өнімдерге жоғары нарықтық сұранысты қанағаттандыру мақсатында Radeon 9100 жарияланды.

Radeon 8500 XT (ауыстырылды)

Жаңартылған чип, Radeon 8500 XT (R250), 2002 жылдың ортасында GeForce4 Ti желісімен, әсіресе Ti4600 жоғарғы деңгейлі моделімен (бөлшек сауда бағасы 350–399 АҚШ доллары) бәсекелесу үшін жоспарланған. Алдын ала ақпаратта «R250» чипі үшін 300 МГц ядролық және RAM сағаттық жиілігі көрсетілген. 300 МГц жиілікте жұмыс істейтін Radeon 8500, NVIDIA-дан шыққан жаңа картаны тіпті айтпағанда, GeForce4 Ti4600-ді жеңіп алуға қиындық тудырар еді. Ең жақсы жағдайда, ол Radeon 9000 (RV250, төменде қараңыз) қарағанда төмен күрделілігіне байланысты жақсырақ орта деңгейлі шешім болуы мүмкін еді, бірақ оның өндірісіне де көп шығын кетіп, өлшемі мен қуат тұтынуына байланысты Radeon 9000-нің ноутбук/жұмыс үстелі екі қызметін атқаруға қолайсыз болар еді. Атап айтқанда, оверклокерлер Radeon 8500 және Radeon 9000-нің қосымша вольтсыз 300 МГц-ке сенімді түрде оверклоктелмейтінін анықтады, сондықтан R250-де де күрделілігі мен өндіріс технологиясының ұқсастығына байланысты ұқсас мәселелер туындауы мүмкін еді, бұл чиптердің төмен өнімділігіне және, демек, жоғары құнға әкелер еді. ATI, бәлкім, 3dfx-тің «Rampage» процессорына назар аударғанда не болғанын еске түсіріп, R250 жаңартуын тоқтатып, келесі буын DirectX 9.0 картасын аяқтауға шешім қабылдады, ол Radeon 9700 ретінде шығарылды. Бұл дұрыс шешім болды, өйткені ол ATI-ге NVIDIA-дан қалыс қалмай, алғаш рет дамуда көшбасшылықты алуға мүмкіндік берді. Жаңа Radeon 9700 флагманы, жаңа буын архитектурасының арқасында бұрын-соңды болмаған мүмкіндіктер мен өнімділікті ұсынады, кез келген R250 жаңартуынан жоғары болар еді және ол Ti4600-ден өнімділік жүлдесін оңай иеленді.

Радеон 9000

Radeon 9000 (RV250) Radeon 9700-мен бірге шығарылды. 9000, Radeon 7500 (RV200) моделінің орнын негізгі нарық сегментінде басты, ал соңғысы бюджеттік сегментке көшті. Бұл чип, шығындарды және қуат тұтынуды азайту мақсатында R200-дің маңызды жаңартылуы болды. Алдағы құрылғылардың арасында екі текстуралық блоктың бірі, "TruForm" функциясы, Hierarchical Z, DirectX 7 TCL блогы және екі vertex шейдерінің бірі алынып тасталды. Ойындарда Radeon 9000, GeForce4 MX 440 сияқты өнімділік көрсетеді. Оның MX 440-қа қарағандағы басты артықшылығы – DirectX 8.1 vertex және пиксельдік шейдерлерін толыққанды қолдауы болды. 9000, 8500LE немесе Nvidia GeForce3 Ti200 сияқты жылдам болмаса да, 8500LE және Ti200 өндірістен алынуға тиіс еді, бірақ біріншісі жоғары нарық сұранысының арқасында қайтадан қолжетімді болды.

Радеон 9200

9000-ның кейінгі нұсқасы 2003 жылғы 16 сәуірде шығарылған Radeon 9200 (RV280) болды, ол AGP 8X қолдауынан басқа, толықтай бірдей болды. Арзан нұсқасы – 9200SE, оның сағаттық жиілігі 20%-ға төмен, ал жад шинасы тек 64 биттік болды. 2004 жылғы шілдеде Radeon 9250 деп аталатын тағы бір карта шығарылды, ол RV280-дің сәл төмен жиілікті нұсқасы еді. ATI 2001 жылы өнімдерін қайта брендтеді, 7xxx сериясын DirectX 7.0 мүмкіндіктерін, 8xxx сериясын DirectX 8.1 мүмкіндіктерін көрсету үшін жоспарлады. Алайда, Radeon 9000/9200 атауын берген кезде, DirectX 8.1 рендеринг мүмкіндіктеріне ие болса да, ATI оларды "DirectX 9.0 үйлесімді" деп жарнамалады, ал нағыз DirectX 9.0 стандартындағы Radeon 9700 "DirectX 9.0 сәйкес" деп көрсетілді.

Ноутбук нұсқалары

Mobility Radeon 9000 2002 жылдың жазында шығарылды және DirectX 8 ноутбук чипінің алғашқысы болды. Ол DirectX 7 негізіндегі nVidia GeForce 2 Go-дан жоғары өнімділік көрсетті және GeForce 4 Go-ға қарағанда көбірек мүмкіндіктерге ие болды. Соңынан, десктоптық 9200 моделінен жасалған Mobility Radeon 9200 да пайда болды. Mobility Radeon 9200 көптеген Apple ноутбуктерінде, оның ішінде Apple iBook G4 моделінде де қолданылды.

Unix-ке байланысты операциялық жүйелер

X.org/Mesa ашық бастапқы кодындағы драйверлері R200 аппараттық құрылғысының көбісін қамтитын мүмкіндіктерді қолдайды. Олар көптеген BSD және Linux жүйелерінде әдепкі бойынша орнатылып келеді. Жаңа ATI Catalyst драйверлері R500 және одан ертерек архитектуралы өнімдерді қолдамайды. Mac OS X жүйесінде жұмыс істейтін PowerPC негізіндегі Mac mini және iBook G4 құрылғылары Radeon 9200 графикалық процессорларымен (GPU) жабдықталған; ал соңғы Power Mac G4 "Көпіршікті диск қақпасы" жүйелерінде 9000 және 9000 Pro бейнекарталары тапсырыс бойынша (BTO) опциясы ретінде қолжетімді болды.

Windows драйверлері

Radeon графикалық карталарының бұл сериясы Microsoft Windows операциялық жүйелерінде, соның ішінде Windows XP (x64 нұсқасын қоспағанда), Windows 2000, Windows Me және Windows 98 жүйелерінде AMD қолдауына ие. Басқа операциялық жүйелерде жабдықты толыққанды қолдамайтын, жалпы драйвер түрінде қолдау болуы мүмкін. R200 сериясы үшін драйверлерді жасау Windows XP үшін Catalyst 6.11 драйверлерімен аяқталды.

Классикалық Mac OS

Radeon 9250 – Mac OS 9 жүйесін ресми түрде қолдаған соңғы ATI бейнекартасы болды.

AmigaOS

R200 сериялы Radeon графикалық карталары Amiga операциялық жүйесінің 4-ші және одан жоғары нұсқаларымен үйлесімді. Отбасының барлық карталары 2D графикасын толық қолдайды, ал 9000, 9200 және 9250 сериялы карталар үшін 3D үдету қолдауы бар.