ATI Radeon R100: Графикалық процессордың бірінші буыны

Кіріспе

Видеокарталар сериясы

Radeon R100 – ATI Technologies компаниясының Radeon графикалық чиптерінің бірінші буыны. Бұл желі Direct3D 7.0 және OpenGL 1.3 негізіндегі 3D үдеуді ұсынады, ал бастапқы деңгейдегі нұсқаларды қоспағанда, барлық нұсқалар хост геометриясының есептеулерін аппараттық түрлендіру және жарықтандыру (T&L) қозғалтқышына жүктейді. Бұл алдыңғы Rage дизайнымен салыстырғанда мүмкіндіктер мен өнімділіктің айтарлықтай жақсаруы. Процессорлар 2D GUI үдеуі, бейне үдеуі және көп дисплейлік шығыстарды да қамтиды. "R100" – бұл буынның алғашқы шығарылған GPU-ының әзірлеу кодолық атауы. Ол келесі көптеген өнімдердің негізі болып табылады.

Сәулет

Radeon GPU-ның бірінші буыны 2000 жылы шығарылды және бастапқыда Rage 6 (кейін R100) деп аталды. Бұл GeForce 256-пен бәсекелесе алмаған ATI-дің ескірген Rage 128 Pro-ның ізбасары болды. Карта шығарылғанға дейін бірнеше ай бойы Radeon 256 деп сипатталды, мүмкін бәсекелес Nvidia картасымен салыстыру үшін, бірақ соңғы өнім шыққан кезде бұл атау алынып тасталды. R100 180 нм технологиялық процесте жасалған. GeForce сияқты, Radeon R100 геометриялық есептеулерді орындау үшін аппараттық түрлендіру және жарықтандыру (T&L) қозғалтқышына ие болды, бұл хост-компьютердің процесорын босатты. 3D рендеринг кезінде процессор фреймбуферге 2 пиксел жаза алады және пикселге сағат сайын 3 текстуралық картаны үлгілей алады. Бұл әдетте 2×3 конфигурациясы немесе 3 TMU бар екі құбырлы жүйе деп аталады. Radeon-ның бәсекелестеріне келетін болсақ, GeForce 256 – 4×1, GeForce2 GTS – 4×2, ал 3dfx Voodoo 5 5500 – 2×1+2×1 SLI дизайны. Өкінішке орай, картаның қызмет ету мерзімінде үшінші текстуралық блок ойындарда көп қолданылмады, себебі бағдарламалық жасақтама көбінесе екі текстурадан артық қолданбады. Рендеринг тұрғысынан алғанда, оның "Pixel Tapestry" архитектурасы Environment Mapped Bump Mapping (EMBM) және Dot Product (Dot3) Bump Mapping қолдауын қамтамасыз етті, бұл одан бұрынғы Emboss әдісімен бірге ең толық Bump Mapping қолдауын ұсынды. Radeon сонымен қатар HyperZ деп аталатын жаңа жад енінің оңтайландыру және артық жүктемені азайту технологиясын енгізді. Бұл 3D рендеринг процесінің тиімділігін арттырады. Үш түрлі функциядан тұратын бұл технология Radeon-ға қағаздағы жоғары толтыру жылдамдығы мен ені бар бәсекелес жүйелермен салыстырғанда бәсекеге қабілетті болуға мүмкіндік береді. ATI жаңа картасының мүмкіндіктерін көрсету үшін нақты уақыт демо-версиясын жасады. Radeon's Ark демо-версиясы ғылыми-фантастикалық ортаны ұсынады, онда сурет эффекттері мен егжей-тегжейлілік үшін көптеген текстуралық қабаттар қолданылады. Эффекттердің арасында қоршаған ортаны картаға түсіру, егжей-тегжейлі текстуралар, шыны рефлексиялары, айналар, судың реалистік симуляциясы, жарық карталары, текстураны сығу, жазық рефлексиялық беттер және порталға негізделген көріну бар. Өнімділік тұрғысынан алғанда, Radeon HyperZ қосылғанда да көптеген тесттерде GeForce2-ден төмен нәтижелерді көрсетті. Өнімділік айырмашылығы әсіресе 16 биттік түс режимінде байқалды, онда GeForce2 GTS және Voodoo 5 5500 алда болды. Алайда, Radeon 32 биттік түс режимінде ең жылдам бәсекелесі GeForce2 GTS-тен оқсып кете алатын. Жаңа 3D аппараттық құралдан басқа, Radeon ATI-дің HDTV мүмкіндігі бар MPEG 2 қозғалтқышына пикселдік бейне деинтерляциясын да енгізді.

The first generation Radeon GPU was launched in 2000, and was initially code named Rage 6 (later R100), as the successor to ATI's aging Rage 128 Pro which was unable to compete with the GeForce 256. The card also had been described as Radeon 256 in the months leading up to its launch, possibly to draw comparisons with the competing Nvidia card, although the moniker was dropped with the launch of the final product. The R100 was built on a 180 nm semiconductor manufacturing process. Like the GeForce, the Radeon R100 featured a hardware transform and lighting (T&L) engine to perform geometry calculations, freeing up the host computer's CPU. In 3D rendering the processor can write 2 pixels to the framebuffer and sample 3 texture maps per pixel per clock. This is commonly referred to as a 2×3 configuration, or a dual pipeline design with 3 TMUs per pipe. As for Radeon's competitors, the GeForce 256 is 4×1, GeForce2 GTS is 4×2 and 3dfx Voodoo 5 5500 is a 2×1+2×1 SLI design. Unfortunately, the third texture unit did not get much use in games during the card's lifetime because software was not frequently performing more than dual texturing. In terms of rendering, its "Pixel Tapestry" architecture allowed for Environment Mapped Bump Mapping (EMBM) and Dot Product (Dot3) Bump Mapping support, offering the most complete Bump Mapping support at the time along with the older Emboss method. Radeon also introduced a new memory bandwidth optimization and overdraw reduction technology called HyperZ. It basically improves the overall efficiency of the 3D rendering processes. Consisting of 3 different functions, it allows the Radeon to perform very competitively compared to competing designs with higher fillrates and bandwidth on paper. ATI produced a real time demo for their new card, to showcase its new features. The Radeon's Ark demo presents a science fiction environment with heavy use of features such as multiple texture layers for image effects and detail. Among the effects are environment mapped bump mapping, detail textures, glass reflections, mirrors, realistic water simulation, light maps, texture compression, planar reflective surfaces, and portal based visibility. In terms of performance, Radeon scores lower than the GeForce2 in most benchmarks, even with HyperZ activated. The performance difference was especially noticeable in 16 bit color, where both the GeForce2 GTS and Voodoo 5 5500 were far ahead. However, the Radeon could close the gap and occasionally outperform its fastest competitor, the GeForce2 GTS, in 32 bit color. Aside from the new 3D hardware, Radeon also introduced per pixel video deinterlacing to ATI's HDTV capable MPEG 2 engine.

R100 пикселдік шадерлері

R100 негізіндегі GPU-ларда олардың конвейерлерінде алдын ала бағдарламаланатын көлеңкелеу мүмкіндігі бар; алайда, чиптер Pixel Shader 1.1 үшін Microsoft Direct3D спецификациясын қолдау үшін жеткілікті икемді емес. 2001 жылы ATI инженерінің форумда жазған хабарламасында бұл нақтыланды: DirectX 8.0 соңғы нұсқасы шықпастан бұрын Microsoft, RADEON және GeForce{2} құрылғыларының кеңейтілген мультитекстура мүмкіндіктерін пикселдік шейдер интерфейсі арқылы емес, SetTextureStageState кеңейтулері арқылы көрсетуді дұрыс деп шешті. Бұған бірнеше техникалық себептер бар. Пикселдік шейдерлермен жасалатын көптеген математикалық амалдарды SetTextureStageState арқылы жасауға болады, әсіресе DirectX 8.0-дегі SetTextureStageState-ке енгізілген жақсартулармен. Нәтижесінде, DirectX 8.0 RADEON құрылғысының пикселдік конвейерімен жасай алатын мүмкіндіктердің 99%-ын қамтиды, ал "0.5" пикселдік шейдер интерфейсінің күрделілігін қоспайды. Сонымен қатар, "шейдер" сөзінің графикада қолданылатын мағынасы ерекше екенін түсіну қажет. Біз, аппараттық өндірушілер, пикселдер бойынша есептеулерді (яғни RADEON / GF чиптерінің буыны) жасай алғаннан кейін "шейдер" сөзін жиі қолдана бастадық. Одан да ертерек, Rage 128 құрылғысындағы "ATI shader op" OpenGL кеңейтуі болды (кейін ол көп өндірушілік EXT текстуралық ортаны біріктіру кеңейтуімен алмастырылды). Quake III ойыны материалдардың жарықтандырылуын сипаттау үшін ".shader" файлдарын пайдаланады. Бұл ойын индустриясында "шейдер" сөзінің қолданылуының бірнеше мысалы (Pixar-дың RenderMan бағдарламасында қолданылатын көптеген түрлі шейдерлерді, тіпті кино өндірісі индустриясын ескермесек). DirectX 8.0 соңғы нұсқасымен "шейдер" термині бекітілді, ол енді бағдарламаларын жазу үшін қолданылатын интерфейсте ғана емес, жалпы индустриялық терминология ретінде де қолданылады. DirectX 8.0-де пикселдік шейдерлердің екі нұсқасы бар: 1.0 және 1.1. (DirectX-тің болашақ нұсқаларында 2.0, 3.0 және басқа шейдерлер болады.) Жоғарыда айтқанымдай, RADEON DirectX 8.0-дегі пикселдік шейдерлердің ешқайсысын қолдамайды. Кейбіреулеріңіз тіркелімді өзгертіп, драйверді 1.0 пикселдік шейдер нұсқасын 3DMark2001 бағдарламасына экспорттауға мәжбүрлеген. Бұл 3DMark2001 бағдарламасы белгілі бір тесттерді орындай алады деп ойлауға әкеледі. Біздің бағдарламамыз мұндай жағдайда қате шығармауы керек, бірақ сіз драйверді (бұзылған және/немесе қолдау көрсетілмейтін) қалыпты жұмыс істемейтін жолға түсіруге мәжбүрлейсіз. Чип 1.0 немесе 1.1 пикселдік шейдерлерді қолдамайды, сондықтан біз қате шығармасақ та, дұрыс рендерлеуді көре алмайсыз. Тіркелім кілтінің бар екендігі, біз драйверде эксперименттер жүргізгендігімізді көрсетеді, бірақ RADEON құрылғысында пикселдік шейдерлерді енгізудің жартысы аяқталғанын білдірмейді. DirectX 8.0-дің 1.0 және 1.1 пикселдік шейдерлері RADEON құрылғысымен қолдау көрсетілмейді және ешқашан қолдау көрсетілмейді. Кремний 1.0 немесе 1.1 шейдерлерді қолдау үшін қажетті есептеулерді орындай алмайды. Бұл GeForce және GeForce2 құрылғыларына да қатысты.

R100 based GPUs have forward looking programmable shading capability in their pipelines; however, the chips are not flexible enough to support the Microsoft Direct3D specification for Pixel Shader 1.1. A forum post by an ATI engineer in 2001 clarified this:

prior to the final release of DirectX 8.0, Microsoft decided that it was better to expose the RADEON's and GeForce{2}'s extended multitexture capabilities via the extensions to SetTextureStageState instead of via the pixel shader interface. There are various practical technical reasons for this. Much of the same math that can be done with pixel shaders can be done via SetTextureStageState , especially with the enhancements to SetTextureStageState in DirectX 8.0. At the end of the day, this means that DirectX 8.0 exposes 99% of what the RADEON can do in its pixel pipe without adding the complexity of a "0.5" pixel shader interface. Additionally, you have to understand that the phrase "shader" is an incredibly ambiguous graphics term. Basically, we hardware manufacturers started using the word "shader" a lot once we were able to do per pixel dot products (i. e. the RADEON / GF generation of chips). Even earlier than that, "ATI shader op" was our multitexture OpenGL extension on Rage 128 (which was replaced by the multivendor EXT texture env combine extension). Quake III has ". shader" files it uses to describe how materials are lit. These are just a few examples of the use of the word shader in the game industry (nevermind the movie production industry which uses many different types of shaders, including those used by Pixar's RenderMan). With the final release of DirectX 8.0, the term "shader" has become more crystallized in that it is actually used in the interface that developers use to write their programs rather than just general "industry lingo." In DirectX 8.0, there are two versions of pixel shaders: 1.0 and 1.1. (Future releases of DirectX will have 2.0 shaders, 3.0 shaders and so on.) Because of what I stated earlier, RADEON doesn't support either of the pixel shader versions in DirectX 8.0. Some of you have tweaked the registry and gotten the driver to export a 1.0 pixel shader version number to 3DMark2001. This causes 3DMark2001 to think it can run certain tests. Surely, we shouldn't crash when you do this, but you are forcing the (leaked and/or unsupported) driver down a path it isn't intended to ever go. The chip doesn't support 1.0 or 1.1 pixel shaders, therefore you won't see correct rendering even if we don't crash. The fact that that registry key exists indicates that we did some experiments in the driver, not that we are half way done implementing pixel shaders on RADEON. DirectX 8.0's 1.0 and 1.1 pixel shaders are not supported by RADEON and never will be. The silicon just can't do what is required to support 1.0 or 1.1 shaders. This is also true of GeForce and GeForce2.

R100

Radeon-ның алғашқы нұсқалары (R100) 2000 жылдың көктемінде 32 МБ немесе 64 МБ конфигурациясымен қолжетімді Radeon DDR болды; 64 МБ картаның сағаты сәл жоғары болды және VIVO (видео кірісі/видео шығысы) мүмкіндігі қосылды. Ядроның жылдамдығы 183 МГц, ал 5,5 нс DDR SDRAM жадының такт жылдамдығы 183 МГц DDR (тиімді 366 МГц) болды. R100 HyperZ технологиясын енгізді – бұл ертедегі іріктеу технологиясы (мүмкін, St Microelectronics PowerVR чиптеріндегі Tile Rendering-тен шабыттанған), графикалық эволюцияда және ұрпақтан ұрпаққа рендерингті оңтайландырудың маңызды жолы болды. Бұл Z-буферін оңтайландыруды қолданатын және DX7-мен үйлесімді, плиткалық емес рендерингке негізделген алғашқы карта саналды. Бұл карталар 2001 жылдың ортасына дейін өндірілді, содан кейін олар Radeon 7500 (RV200) моделімен ауыстырылды. 2000 жылдың ортасында GeForce2 MX-пен бәсекелесу үшін Radeon SDR (32 МБ SDRAM жадымен) қосылды, бірақ ол ұзаққа соқпады. Сондай-ақ 2000 жылы тек OEM өндірісі үшін Radeon LE 32 МБ DDR пайда болды. ATI-дің стандартты Radeon DDR-мен салыстырғанда, LE Athlon Micro компаниясымен Radeon GPU-дан жасалды, ол техникалық талаптарға сай келмеді және бастапқыда Азиялық OEM нарығы үшін арналған еді. Карта RAM және GPU үшін 143 МГц төменгі такт жылдамдығымен жұмыс істейді, ал Hyper Z функциясы деактивацияланған. Осы кемшіліктеріне қарамастан, Radeon LE GeForce 2 MX және Radeon SDR сияқты өзге де замандастарымен бәсекелесе алды. Алайда, бәсекелестерінен айырмашылығы, LE-де үлкен әлеует болды, себебі жүйелік тізілімді өзгерту арқылы HyperZ-ді қосуға болады, сонымен қатар оны разгон жасауға да мүмкіндік бар. Жаңа драйверлер Radeon LE-ді басқа Radeon R100 карталарынан ажыратпайды және HyperZ аппараттық құралы әдепкі бойынша қосылады, бірақ HyperZ аппараттық құралы бұзылған карталарда визуалды аномалиялар пайда болуы мүмкін. 2001 жылы 64 МБ SDR жадымен жабдықталған Radeon R100 қысқа ғана уақытқа Radeon 7200 ретінде шығарылды. Осыдан кейін және барлық ескі R100 Radeon карталары тоқтатылғаннан кейін, R100 сериясы ATI-нің жаңа атау схемасына сәйкес Radeon 7200 деп аталды.

The first versions of the Radeon (R100) were the Radeon DDR, available in Spring 2000 with 32 MB or 64 MB configurations; the 64 MB card had a slightly faster clock speed and added VIVO (video in video out) capability. The core speed was 183Mhz and the 5.5 ns DDR SDRAM memory clock speed was 183 MHz DDR (366 MHz effective). The R100 introduced HyperZ, an early culling technology (maybe inspired by the Tile Rendering present in St Microelectronics PowerVR chips) that became the way to go in graphic evolution and generation by generation rendering optimization, and can be considerend the first non tile rendering based (and so DX7 compatible) card to use a Z Buffer optimization. These cards were produced until mid 2001, when they were essentially replaced by the Radeon 7500 (RV200). A slower and short lived Radeon SDR (with 32 MB SDRAM memory) was added in mid 2000 to compete with the GeForce2 MX. Also in 2000, an OEM only Radeon LE 32MB DDR arrived. Compared to the regular Radeon DDR from ATI, the LE is produced by Athlon Micro from Radeon GPUs that did not meet spec and originally intended for the Asian OEM market. The card runs at a lower 143 MHz clock rate for both RAM and GPU, and its Hyper Z functionality has been disabled. Despite these handicaps, the Radeon LE was competitive with other contemporaries such as the GeForce 2 MX and Radeon SDR. Unlike its rivals, however, the LE has considerable performance potential, as is possible to enable HyperZ through a system registry alteration, plus there is considerable overclocking room. Later drivers do not differentiate the Radeon LE from other Radeon R100 cards and the HyperZ hardware is enabled by default, though there may be visual anomalies on cards with HyperZ hardware that is defective. In 2001, a short lived Radeon R100 with 64 MB SDR was released as the Radeon 7200. After this and all older R100 Radeon cards were discontinued, the R100 series was subsequently known as the Radeon 7200, in keeping with ATI's new naming scheme.

RV100

R100 аппараттық құралының бюджеттік нұсқасы жасалды және Radeon VE деп аталды, кейіннен 2001 жылы ATI өнімдерін қайта брендтеген кезде Radeon 7000 деп аталды. RV100 тек бір пикселдік конвейерге ие, аппараттық T&L мүмкіндігі жоқ, 64 биттік жад шинасы және HyperZ жоқ. Бірақ ол HydraVision екі мониторды қолдау мүмкіндігін қосты және екінші RAMDAC-ті ядроға (Hydravision үшін) енгізді. 3D өнімділігі тұрғысынан алғанда, Radeon VE сол дәуірдегі GeForce2 MX-ке қарағанда нашар өнім көрсетті, алайда оның көп дисплейлі қолдауы GeForce2 MX-тен айқын түрде жоғары болды. Matrox G450 графикалық процессорлардың арасында ең жақсы екі дисплейлі қолдауға ие, бірақ 3D өнімділігі ең баяу. RV100 Mobility Radeon ноутбук шешімінің негізі болды.

RV200

Radeon 7500 (RV200) негізінен R100-дің жаңа 150 нм өндіріс процесінде кішірейтілген нұсқасы. Тығыздықтың жоғарылауы және архитектураға енгізілген түрлі өзгерістер GPU-ға жоғары жиілікте жұмыс істеуге мүмкіндік берді. Бұл сонымен қатар картаға асинхронды сағат режимінде жұмыс істеуге мүмкіндік берді, ал алғашқы R100 әрқашан жадпен синхронды түрде жұмыс істеген. Radeon 7500 – ATI-дің Direct3D 7 стандартына сәйкес келетін және екі мониторды қолдайтын (Hydravision) алғашқы GPU-сы болды. Radeon 7500 2001 жылдың екінші жартысында Radeon 8500 (R200)пен бірге нарыққа шығарылды. Ол 4x үдемелі графикалық портты (AGP) пайдаланды. Radeon 8500 және 7500 жарияланғаннан кейін, бәсекелес Nvidia GeForce 3 Ti500 және Ti200 үлгілерін ұсынды. 8500 және Ti500 тікелей бәсекелес болса, 7500 және Ti200 бәсекелес емес. Radeon 7500 десктоптық платасы көбінесе 290 МГц ядролық және 230 МГц жад жиілігімен келді. Ол GeForce2 Ti және кейіннен GeForce4 MX440 үлгілерімен бәсекелесті.