ATI Radeon R200: Архитектура и возможности

Введение

Серия видеокарт, серия графических процессоров, выпущенная в 2001 году.

R200 – это второе поколение графических процессоров, используемых в видеокартах Radeon и разработанных компанией ATI Technologies. Этот графический процессор обеспечивает 3D-ускорение на базе Microsoft Direct3D 8.1 и OpenGL 1.3, что представляет собой значительное улучшение функциональности и производительности по сравнению с предшествующей архитектурой Radeon R100. Графический процессор также включает в себя ускорение 2D-графического интерфейса, ускорение обработки видео и поддержку нескольких дисплеев. "R200" – это кодовое название разработки первого выпущенного графического процессора этого поколения, который стал основой для множества последующих продуктов.

Архитектура

3D-аппаратный блок R200 состоит из 4 пиксельных конвейеров, каждый из которых оснащен 2 блоками выборки текстур. Он включает 2 юнита вершинных шейдеров и устаревший блок Direct3D 7 TCL, продаваемый под названием Charisma Engine II. Это первый графический процессор ATI с программируемыми пиксельными и вершинными процессорами, известный как Pixel Tapestry II и совместимый с Direct3D 8.1. R200 обладает продвинутыми аппаратными средствами для экономии полосы пропускания памяти и уменьшения перерисовки, называемыми HyperZ II, которые включают в себя отсечение невидимых объектов (иерархический Z-буфер), быстрое очищение Z-буфера и сжатие Z-буфера. GPU поддерживает вывод изображения на два дисплея (HydraVision) и оснащен видеодекодером (Video Immersion II) с адаптивной аппаратной деинтерляцией, временной фильтрацией, компенсацией движения и iDCT. R200 представил версию 1.4 пиксельного шейдера (PS1.4), что стало значительным улучшением по сравнению с предыдущими спецификациями PS1.x. К заметным инструкциям относятся "phase", "texcrd" и "texld". Инструкция "phase" позволяет программе шейдера работать в двух отдельных "фазах" (2 прохода через аппаратное обеспечение), эффективно удваивая максимальное количество инструкций адресации текстур и арифметических операций и потенциально сокращая количество проходов, необходимых для эффекта. Это позволяет создавать не только более сложные эффекты, но и повысить производительность за счет более эффективного использования аппаратных ресурсов. Инструкция "texcrd" перемещает значения координат текстуры в регистр назначения, а инструкция "texld" загружает текстуру по координатам, указанным в исходном регистре, в регистр назначения. По сравнению с архитектурой 2x3 пиксельных конвейеров R100, 4x2 дизайн R200 более надежен, несмотря на потерю одного юнита текстуры на конвейер. Каждый конвейер теперь может адресовать в общей сложности 6 слоев текстур за один проход. Чип достигает этого, используя метод, известный как "обратная связь". Увеличение количества текстур, к которым осуществляется доступ за проход, снижает количество случаев, когда карта вынуждена использовать многопроходный рендеринг. Возможности фильтрации текстур R200 также улучшены по сравнению с предшественником. Для анизотропной фильтрации Radeon 8500 использует технику, аналогичную используемой в R100, но улучшенную с помощью трилинейной фильтрации и других доработок. Однако она по-прежнему сильно зависит от угла обзора, и драйвер иногда принудительно использует билинейную фильтрацию для повышения скорости. Серия GeForce4 Ti от NVIDIA предлагала более точную реализацию анизотропной фильтрации, но с большей потерей производительности. R200 включает в себя первую реализацию ATI аппаратного ускорителя тесселяции (также известного как поверхности высшего порядка), под названием Truform, который может автоматически увеличивать геометрическую сложность 3D-моделей. Эта технология требует поддержки разработчиков и не всегда подходит для всех сценариев. Она может приводить к нежелательному сглаживанию моделей. В результате очень ограниченного распространения, ATI отказалась от поддержки TruForm в своем будущем оборудовании. DirectX 8.0 Pixel Shader 1.1 DirectX 8.1 Pixel Shader 1.4 Макс. входных текстур 4 6 Макс. длина программы 12 инструкций (до 4 выборок текстур, 8 смешиваний цветов) 22 инструкции (до 6 выборок текстур, 8 адресов текстур, 8 смешиваний цветов) Набор инструкций 13 адресных операций, 8 цветовых операций 12 адресных/цветовых операций Режимы адресации текстур 40 практически неограниченные

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

Выступление

Самым большим первоначальным разочарованием Radeon 8500 стали ранние версии драйверов. При запуске производительность карты оказалась ниже ожидаемой, и она содержала множество программных ошибок, вызывавших проблемы в играх. Поддержка антиалиасинга в чипе работала только в Direct3D и была очень медленной. Чтобы приглушить ажиотаж вокруг 8500, конкурент nVidia выпустил пакет драйверов Detonator4 в тот же день, когда большинство сайтов опубликовали предварительные обзоры Radeon 8500. Драйверы nVidia были более качественными и дополнительно повысили производительность GeForce3. Несколько сайтов, занимающихся обзорами оборудования, отметили аномалии в реальных игровых тестах с Radeon 8500. Например, ATI обнаруживала исполняемый файл "Quake3.exe" и принудительно снижала качество фильтрации текстур до уровня, значительно ниже того, который обычно обеспечивала карта, предположительно для повышения производительности. HardOCP первым сообщил об этой проблеме сообществу и доказал её существование, переименовав все вхождения "Quake" в исполняемом файле в "Quack". Однако даже с драйверами Detonator4, Radeon 8500 смогла превзойти GeForce3 (с которой 8500 должна была конкурировать) и в некоторых случаях более быструю версию Ti500 – модификацию с повышенной тактовой частотой, выпущенную Nvidia в ответ на проект R200. Позднее обновления драйверов помогли ещё больше сократить разрыв в производительности между 8500 и Ti500, при этом 8500 была значительно дешевле и предлагала дополнительные мультимедийные функции, такие как поддержка двух мониторов. Хотя GeForce3 Ti200 стала первой видеокартой DirectX 8.0 с 128 МБ видеопамяти вместо стандартных 64 МБ для карт высокого класса того времени, оказалось, что ограничения GeForce3 не позволили ей в полной мере использовать этот объём, в то время как Radeon 8500 смогла более эффективно реализовать этот потенциал. В конце 2001 года, чтобы конкурировать с более доступными GeForce3 Ti200 и GeForce4 MX 460, ATI выпустила менее разогнанные версии 8500 LE (позже переизданные как 9100) и 8500 LELE, которые стали популярны среди OEM-производителей и энтузиастов благодаря своей низкой цене и возможности разгона до уровня 8500. Хотя GeForce4 Ti4600 завоевала лидерство по производительности, это было топовое решение, цена которого была почти вдвое выше, чем у Radeon 8500 (MSRP $350–399 против $199), поэтому она не представляла прямой конкуренции. Задержка с выпуском потенциально конкурентоспособной GeForce4 Ti4200, а также инициатива ATI по выпуску 128-мегабайтных версий 8500/LE позволили линейке R200 оставаться популярной на нишевом рынке высокой производительности среднего уровня. Расширенные возможности All In Wonder (AIW) Radeon 8500 DV и AIW Radeon 8500 128 МБ оказались превосходящими по сравнению с аналогами Nvidia Personal Cinema, использующими более быстрые GeForce 3 Ti500 и GeForce4 Ti4200. С течением времени доминирующее положение на рынке GeForce 3/4 привело к тому, что немногие игры были оптимизированы для превосходного уровня функций DX8.1 PS 1.4 R200, но те, которые были, могли получить значительный прирост производительности по сравнению с DX8, поскольку некоторые операции могли выполняться за один проход вместо нескольких. В этих случаях Radeon 8500 могла даже конкурировать с новыми сериями GeForce4, использующими кодовый путь DX8. Примером такой игры с несколькими кодовыми путями является Half-Life 2. Radeon 8500 поддерживала TruForm – раннюю реализацию Tessellation.

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

Первой видеокартой ATI на базе R200 стала Radeon 8500, представленная в октябре 2001 года. В декабре 2001 года ATI выпустила Radeon 8500 LE (позднее перевыпущенная как Radeon 9100) – идентичный чип с пониженной тактовой частотой и более медленной памятью. В то время как базовая модель 8500 работала на частоте 275 МГц для ядра и 275 МГц для памяти, 8500LE была тактирована более умеренно: 250 МГц для ядра и 200 или 250 МГц для памяти. Обе видеокарты изначально выпускались в конфигурации с 64 МБ DDR SDRAM; более поздние платы Radeon 8500 объемом 128 МБ получили небольшой прирост производительности благодаря режиму чередования доступа к памяти. В ноябре 2001 года была выпущена All In Wonder Radeon 8500 DV с 64 МБ памяти и пониженной тактовой частотой, как у 8500 LE. В 2002 году были представлены три карты объемом 128 МБ: Radeon 8500, 8500 LE и All In Wonder Radeon 8500 128 MB, работающая на полной частоте 8500, но с меньшим набором видеофункций по сравнению с AIW 8500 DV. Компания ATI утверждала, что более низкая тактовая частота 8500DV была обусловлена интерфейсом FireWire. В конце 2002 года был анонсирован Radeon 9100 для удовлетворения высокого рыночного спроса на продукты, основанные на архитектуре R200.

Radeon 8500 XT (отменен)

Обновленный чип Radeon 8500 XT (R250) планировался к выпуску в середине 2002 года, чтобы конкурировать с линейкой GeForce4 Ti, в особенности с топовой моделью Ti4600 (которая продавалась по рекомендованной розничной цене 350–399 долларов США). Предварительная информация указывала на тактовую частоту ядра и памяти 300 МГц для чипа "R250". Radeon 8500, работающий на частоте 300 МГц, вряд ли смог бы обойти GeForce4 Ti4600, не говоря уже о более новой карте от NVIDIA. В лучшем случае он мог бы стать более производительным решением среднего уровня, чем менее сложный Radeon 9000 (RV250, см. ниже), но его производство также было бы дороже, и он плохо подходил бы для двойного назначения Radeon 9000 в ноутбуках и настольных компьютерах из-за размера кристалла и энергопотребления. Примечательно, что энтузиасты разгона обнаружили, что Radeon 8500 и Radeon 9000 не могут стабильно разгоняться до 300 МГц без дополнительного напряжения, поэтому R250, несомненно, столкнулся бы с аналогичными проблемами из-за своей большей сложности и сопоставимой технологии производства, что привело бы к низкому выходу годных чипов и, следовательно, к увеличению затрат. ATI, возможно, помня о судьбе 3dfx, когда они переключили внимание с процессора "Rampage", отказалась от обновления R250 в пользу завершения разработки следующего поколения карт DirectX 9.0, которое было выпущено как Radeon 9700. Это оказалось мудрым решением, поскольку позволило ATI впервые возглавить разработку, а не отставать от NVIDIA. Новый флагман Radeon 9700, с архитектурой нового поколения, обеспечивающей беспрецедентные возможности и производительность, превзошел бы любое обновление R250 и легко завоевал лидерство по производительности у Ti4600.

Радеон 9000

Radeon 9000 (RV250) был выпущен одновременно с Radeon 9700. Модель 9000 сменила Radeon 7500 (RV200) в среднем ценовом сегменте, а последняя была переведена в бюджетный сегмент. Этот чип представлял собой значительную переработку R200 с целью снижения стоимости и энергопотребления. Из его состава были исключены один из двух текстурных блоков, функция "TruForm", Hierarchical Z, блок DirectX 7 TCL и один из двух вершинных шейдеров. В играх Radeon 9000 демонстрирует производительность, сопоставимую с GeForce4 MX 440. Его основным преимуществом перед MX 440 являлась полная реализация вершинных и пиксельных шейдеров DirectX 8.1. Хотя 9000 и не был столь же быстрым, как 8500LE или Nvidia GeForce3 Ti200, модели 8500LE и Ti200 должны были быть сняты с производства, однако первая была возвращена в продажу из-за высокого спроса.

Радеон 9200

Позднее модификацией 9000 стала Radeon 9200 (RV280), выпущенная 16 апреля 2003 года, которая, за исключением поддержки AGP 8X, была полностью идентична. Также существовала более доступная версия, 9200SE, с тактовой частотой на 20% ниже и 64-битной шиной памяти. В июле 2004 года была представлена еще одна плата, Radeon 9250, которая представляла собой просто RV280 с немного пониженной тактовой частотой. В 2001 году ATI пересмотрела брендинг своей продукции, планируя, чтобы серия 7xxx указывала на поддержку DirectX 7.0, 8xxx – на DirectX 8.1 и так далее. Однако, назвав Radeon 9000/9200, которые поддерживали только функции рендеринга DirectX 8.1, ATI рекламировала их как "совместимые с DirectX 9.0", в то время как Radeon 9700, полностью соответствующий спецификации DirectX 9.0, позиционировался как "соответствующий DirectX 9.0".

Версии для ноутбуков

Мобильный чип Radeon 9000 был представлен в начале лета 2002 года и стал первым графическим чипом для ноутбуков с поддержкой DirectX 8. Он превосходил nVidia GeForce 2 Go, основанную на DirectX 7, и предлагал больше возможностей, чем GeForce 4 Go. Впоследствии появился Mobility Radeon 9200, разработанный на базе настольной версии 9200. Mobility Radeon 9200 также использовался во многих ноутбуках Apple, включая Apple iBook G4.

Операционные системы Unix

Драйверы с открытым исходным кодом от X.org/Mesa поддерживают почти все возможности, предоставляемые аппаратным обеспечением R200. Они устанавливаются по умолчанию на большинство систем BSD и Linux. Более новые драйверы ATI Catalyst не обеспечивают поддержку продуктов архитектуры R500 и более старых. Mac mini и iBook G4 на базе PowerPC, работающие под управлением Mac OS X, поставлялись с графическими процессорами Radeon 9200; в финальных системах Power Mac G4 "Mirrored Drive Door" карты 9000 и 9000 Pro были доступны как опция BTO (Build-to-Order).

Драйверы Windows

Эта серия графических карт Radeon поддерживается AMD под операционными системами Microsoft Windows, включая Windows XP (кроме x64), Windows 2000, Windows Me и Windows 98. Для других операционных систем поддержка может быть реализована в виде универсального драйвера с неполной поддержкой аппаратного обеспечения. Разработка драйверов для линейки R200 завершилась с выпуском драйверов Catalyst 6.11 для Windows XP.

Классическая Mac OS

Radeon 9250 была последней видеокартой ATI, официально поддерживающей Mac OS 9.

AmigaOS

Серия видеокарт Radeon R200 поддерживается операционной системой Amiga версии 4 и выше. 2D-графика полностью поддерживается всеми картами семейства, а 3D-ускорение – картами серий 9000, 9200 и 9250.