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NVIDIA GeForce 8

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NVIDIA GeForce 8系列
代号 G80
G84
G86
G92(D8P)
G98(D8M)
发布日期 2006年11月
制作工艺 80奈米/65奈米
低端GPU 8100,8200,8300,8400
中端GPU 8500,8600
高端GPU 8700,8800
DirectX版本 DirectX 10,Shader Model 4
OpenGL版本 OpenGL 3.3
前代产品 NVIDIA GeForce 7
后继产品 NVIDIA GeForce 9

GeForce 8系列,代号G80,是NVIDIA的第八代GeForce显示芯片。在7900 GTX发布后八个月,NVIDIA于2006年11月推出GeForce 8800 GTX,它是建基于G80核心。G80是全球首款支持DirectX 10的显示芯片,核心的架构和技术比前代GeForce 7系列显示芯片有很大的不同。纵使它是为DirectX 10而设计,但由于架构的改进,G80在DirectX 9环境下仍可以发挥出强大的性能。

DirectX 10的改进

虽然DirectX受人欢迎,但是DirectX 9的规格始终为游戏开发者带来限制。在图形API诞生前,当时的程序开发者能利用指令来控制显卡。但不同的架构就需要不同的指令,这就造成兼容性问题。为此,业界为了统一规格,就发展出最普遍的DirectX和OpenGL两种规格。纵使API能解决兼容性问题,但是派生出新的问题。在3D环境中,所有东西都以对象方式存在,而对象的运算则顺序由程序、API和驱动程序之间传输。而CPU必须参与这个过程。对象愈多,CPU负荷愈重。所以对象数量不能过多,但画面质量就不能大幅提升。 新的DirectX 10则解决了这个问题。当对象第一次运算时,CPU会参与这个过程,但到了第二次时,CPU不会再参与这个过程。对象数量就能大幅提升,画质就能相应提高。

除了以上措施能减低CPU负担,DirectX 10亦新增了两个减低CPU负担的功能。

NVIDIA GeForce 8800 Ultra
NVIDIA GeForce 8800 Ultra
NVIDIA GeForce 8800 Ultra PCB
NVIDIA GeForce 8800 Ultra PCB

纹理阵列

以往,多纹理转换动作使用大量CPU资源。DirectX 10的纹理阵列功能能解决这个问题。在每个纹理阵列中,最多可以保存512个同样大小的纹理。纹理的最高分辨率由DirectX 9的4096x4096提升至8192x8192。每一个Shader能使用128个纹理,为上一代DirectX 9的8倍。Render Targets由4个增加到8个。所以在DirectX 10中,对象有更多细节,更富真实感。

绘制断言

在一个3D场景中,对象会遮住其他对象,不会在画面显示。预早侦测出不会在画面显示的对象,能减少不必要的运算,增加资源。虽然以往的显示核心已拥有这个功能,但始终有些对象不会被预早侦测。程序设计者会采用绘制断言这个技术,将对象制作成方块,当方块不能在前景中显示,就可以省下该对象的运算。过往这个过程需要CPU介入,但在DirectX 10中,显示核心完全负责这个过程,增加CPU资源。

Shader Model 4.0

DirectX 10采用Shader Model 4.0版本,进一步减少资源限制。例如Register的资源不足问题。

以下为减少资源限制的措施的列表:

  • Temporary Registers Buffers : 4096
  • Constant Registers Buffers : 65536

Higher Level Shading Lanagage(HLSL)

它在DirectX 9中首次出现。在DirectX 10中,会采用HLSL 10版本。亦新增纹理阵列功能(请参考上面)。

改进列表:

  • 常量缓存:渲染过程中需要很多常量,来定义各样的参数[1],例如身件的位置,光线的颜色,观察者的位置等等。在渲染过程中,常量会不断被更新。更新时就需要到常量缓存。DirectX 10的常量缓存容量是DirectX 9的16倍,而且架构更有效率。
  • Views:以往在顶点着色器的缓存无法被像素着色器利用,反之亦然。这就限制了很多资源的利用。DirectX 10就解决了这个问题。当资源被着色器创建后,就成为数据块,并且用Views结构标示出来。这样资源就可以以不同方式利用得到。例如图形数据被像素着色器处理成纹理数据,顶点着色器能将纹理数据处理成几何数据[2]。这样资源就能够被灵活运用。
  • Integer and Bitwise Instructions:不用将浮点数据转换成整数数据就能直接进行整数算法,GPGPU的处理能力就能提高。
  • Switch Statement:支持转换陈述,简易着色编程的线路计算。

HDR

DirectX 10支持两种新的HDR模式。第一种采用11-Bit红色和绿色、10-Bit蓝色。另一种采用5-Bit共享运算,另加每一种颜色以9-Bit作尾数运算。新的HDR模式能增加资源使用效率。DirectX 10亦支持FP32,提高HDR质量。G80提供全新的128bit精度的HDR运算,并可与抗锯齿技术同时运作,让HDR+AA不再是ATI的专利。

Geometry Shader(几何着色引擎)

DirectX 10首次加入Geometry Shader,功用是将点、线、及三角连接起来,以为此过程由顶点着色器负责。它能有效提升模板阴影特效、动态立方体贴图和位移贴图的运行效率。它能减少CPU的负担,增加系统资源。当顶点着色引擎产生出一组顶点数据后,随后的几何着色引擎能将数据化成最高1024个顶点,即是将数据顶点数据增多。几何着色引擎亦可将多余的顶点数据除去,增加显示核心的运算效率。

几何着色引擎能使位移贴图技术配合镶嵌图形技术。位移贴图十分常见,通常用于非即时3D渲染中。位移贴图的原理是首先建构一个简单的平面模型,然后增加顶点数量。显示核心会根据一张灰阶纹理,去将该平面模型立体化。而镶嵌图形技术则会把一个模型镶嵌更多多边形,增加细节。

上一代的DirectX 9并不可以完好的支持镶嵌图形技术。DirectX 10的几何着色引擎就解决了这个问题。位移贴图技术和镶嵌图形技术可一同进行运算,对象表面更真实。

此外,几何着色引擎的运算结果能直接发送到显示存储器中,不用通过像素着色引擎,提升效率。将来,显示核心能集中处理物理运算。

其它DirectX 10的改进

  • Alpha to coverage:复杂的几何图形通常会被透明多边形代替,例如树叶和铁丝网这些重复性很高的对象。想像一块平面,标示透明和不透明地方后,渲染后就成为铁丝网。但透明和不透明的连接地方会有很多锯齿,虽然利用Alpha渲染可以解决问题,但性能损失十分大。Alpha to coverage能减少性能损失。
  • 阴影帖图过滤:减少阴影的锯齿,使之更柔和。
  • Access to Multi-sampling Sub-Samples:可以访问MSAA的子样本,并控制它。

产品架构

NVIDIA G80 GPU
NVIDIA G80 GPU
NVIDIA NVIO-1-A3 RAMDAC
NVIDIA NVIO-1-A3 RAMDAC

GeForce 8采用统一管线结构。传统显示核心的架构分为顶点着色引擎和像素着色引擎。当顶点着色引擎负荷很重时,像素着色引擎可能闲置著,反之亦然。这就造成显示核心运算能力不被充分发挥,浪费资源。DirectX 10将顶点着色、几何着色和像素着色合并成一个渲染流程。所以每一个统一流处理器都能处理顶点、几何和像素数据,不会有闲置问题,效率显著提升。

G80显示核心拥有128个流处理器,每16个为一组,每一组有8个材质过滤单元和4个材质寻址单元,每一组流处理器都拥有L1和l2缓冲记忆体。G80可同时运行过千个线程,nVIDIA称之为GigaThread技术。某程度上,nVIDIA参考了ATI的设计,使其显示核心能进行异类运算工作,例如物理运算和影像编码。

物理运算方面,G80已作出强化,nVIDIA称之为Quantum Effects技术,效率比CPU高很多。

nVIDIA终于加入Early-Z技术,它的目的与绘制断言相似,但原理不一样。现先介绍一下Z缓存技术,通过测试像素深度和缓存数据比较,可测量到每一个像素的最后位置。若像素被其他像素遮挡住,被遮挡住的像素的数据则会被去掉。但很多无用的像素数据没有去掉,依然通过像素流水线,造成资源浪费。基于以往的技术限制,要预先侦测无用像素数据,必需通过整条像素流水线。Early-Z技术能解决这个问题。像素数据在进入像素着色器前,会预先被侦测,若果是无用的数据,就不用通过像素单位,省下资源。理论上,支持Early-Z技术的8800GTX比7900 GTX快4倍去筛选无用的像素数据。

G80可并行计算材质数据,而不用像以往的显示核心般,存有等待时间。

Lumenex 引擎

G80的强化画质引擎称为Lumenex,它支持Anti-Aliasing(反锯齿技术)、High Dynamic Range和Anisotropic Filtering(各向异性过滤)。反锯齿方面,将同时利用覆盖采样和几何采样。这个新模式称为Coverage Sample Anti-aliasing(CSAA),程度分为8x、8xQ、16x和16xQ。其中的Q版本画质较高。CSAA 16x的画质比常规反锯齿4x好,但是性能趺幅相近。纵使CSAA 16x影像质量高,但当游戏采用大量模板阴影时,会影响到CSAA运算效率。

各向异性过滤方面,G80加入了Angular LOD控制,能有效加强锐利度。

影像输出方面,G80支持10-Bit(十亿种色彩)影像输出,比上一代的8-Bit(一干六百万种色彩)影像输出质量大幅提升。但比ATI迟了一代。

第二代PureVideo HD

GeForce 8800系列显卡都支持HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)。HDCP会保护HDTVBlu-RayHD-DVD的影像内容,防止非法拷贝。不支持HDCP的显卡,分辨率会强行由1080p降至540p。

暂时只有8800GT和8800GTS(G92,512MB)高端显卡支持新一代PureVideo HD技术,首次支持高清影讯噪声消除和边缘强化技术。在HQV影像测试中,获取128分高分,为现时最佳成绩。它除了支持720p、1080i及1080p等分辨率外,并支持H.264 、VC-1、WMV-HD及MPEG-HD硬件解码。

而G84和G86所支持的PureVideo HD技术更强,将所有影像解码工作交由显示核心(VP2)负责,大幅降低CPU占用率。亦新加入BitStream Processor,能够完全硬件解码H.264及部分硬件解码VC-1的影片。最后,加入了AES128运算引擎,就能硬件解码AACS,由于Windows Vista的关系,这种解码方式将被频繁使用,硬件解码就变得必要。

产品型号

桌面平台

GeForce 8100

是集成于MCP78S芯片组中的显示核心,有16个流处理器,核心频率为500 MHz,不支持PureVideo功能。

GeForce 8200

同GeForce 8100一样是集成于MCP78S芯片组中的显示核心,规格相同,但支持PureVideo功能。

GeForce 8300

是GeForce 8系列的最低端独立显卡。只会出现于OEM市场,并不会出现于零售市场。8300 GS把存储器带宽降至64bit,更不支持PureVideo功能。

GeForce 8400系列

起初8400 GS(G86)的PureVideo HD是不可以支持VC-1硬件解码。之后,NVIDIA推出了采用新核心的8400 GS显卡。核心代号是G98,是继G92后的第二款采用65nm工艺制造的显示核心。核心由联电生产,核心频率是567MHz。新的核心,已新增支持VC-1硬件解码。所以,新的8400 GS已完整支持,H.264和VC-1解码。但是,HDCP Key Rom仍然未集成到显示核心中,须要另加芯片支持。HDMI方面,音频信号须透过SPIDF输入,显示核心仍然不像HD系列显卡般,能直接处理音频信号。另外,新版本的8400 GS显示核心只有8个流处理器,性能会比第一代差。

在2008年初,第三版的8400GS推出。这次使用与8600GT一样的G84核心,流处理器数量与G86一样。厂商亦会使用较高速的显示存储器。[3]

GeForce 8500系列

这个系列采用G86显示核心,定位是主流级。它拥有16个统一流处理器,8个Texture Filtering Unit,8个Texture Address Unit和 4个光栅操作单元。当前只有一款形号,就是GeForce 8500 GT。对于HDCP的支持,厂商可自由选择是否支持。显示存储器方面,G86核心最高支持GDDR4存储器,而存储器带宽只有128bit,是高端G80的三分一。影像方面,支持第二代的PureVideo HD。

GeForce 8600系列

影驰出品的8600GT显卡
影驰出品的8600GT显卡

这个系列采用G84显示核心,定位是中端。它拥有32个统一流处理器,16个Texture Filtering Unit,16个Texture Address Unit和 8个光栅操作单元。值得注意的是,在G80核心中,每个可编程运算单元有4个Texture Addressing Unit;而在G84和G86核心中,每个可编程运算单元有8个Texture Addressing Unit。所以G84和G86核心不是单纯的从G80简化而成。整个8600系列有两款显卡形号,它们是Geforce 8600 GTS和8600 GT版本。当中的分别是GTS版本显示核心和存储器的频率较高。还有,GTS版本是强制性支持HDCP,而GT版本则可有可无。显示存储器方面,G84核心最高支持GDDR4存储器,而存储器带宽只有128bit,是高端G80的三分一。影像方面支持第二代的PureVideo HD。

GeForce 8800系列

GeForce 8800 GTS显卡
GeForce 8800 GTS显卡

G80于2006年11月8日推出。高端形号为GeForce 8800,核心拥有6亿8千1百万个晶体管,为上一代G70的两倍。现时有三个高端形号,分别是Ultra、GTX和GTS版本。G80采用90奈米制程由TSMC代工。GTX版本会取代GeForce 7950 GX2,GTS版本则取代GeForce 7900 GTX。GeForce 8800 GTX (G80-300) 拥有128个统一流处理器,64个Texture Filtering Unit,32个Texture Address Unit和 24个光栅操作单元。核心频率是575MHz,但部分流处理器的频率是1.35GHz,运算性能高达519 gigaflops。G80最高支持384-Bit显示存储器带宽,最高显示存储器容量为768MB,默认显示存储器频率是1.8GHz。 显卡长10.5吋,功耗达185W,需要两组外接 6 pin 电源。

  • GeForce 8800 GTX需采用450W电源供应器驱动,若只插入一个电源接口,显卡会降低核心频率。纵使卡上拥有两个MIO接口,但现时只需接上一个接口即可打开SLI模式。显卡板上多了一颗芯片,名为NVIO-1。它负责所有显示输出,包括模拟和数字输出。未来若追加新显示输出制式,例如HDMI和VideoPort,就只需推出新的NVIO芯片,不需更改显示核心设计。
  • GeForce 8800GTS (G80-100) 是G80核心的平价版本,核心与GTX版本相同,规格差异请看下表。它拥有96个统一流处理器,48个Texture Filtering Unit、24个Textyre Address Unit和20个光栅操作单元。显卡长9吋,功耗是150W,需采用400W电源供应器驱动,只需一组外接电源。卡上拥有一个MIO接口。
  • GeForce 8800 Ultra (G80-450) 是新近推出的GTX升级版,Geforce 8800 Ultra的ASIC版本由8800 GTX的A2版本升级到A3版本,但仍旧只有128个统一流处理器,64个Texture Filtering Unit,32个Texture Address Unit和24个光栅操作单元。核心频率提高至612MHz,部分流处理器的频率是1.5GHz,运算性能高达576 gigaflops。显示存储器容量与GTX同为 768MB,但因使用-0.8ns存储器颗粒,默认显示存储器频率高达2.16GHz。至于采用新制程的G80-400核心,就在耗电一环稍有进步。建议零售价与规格一样惊人,达 829美元。另外,它支持三路SLI

下一代G92核心的首张产品是8800 GT,2007年10月29日推出。核心以65奈米制程生产,热量更低,性能更高。显示存储器方面,支持256-bit带宽。虽然带宽比旧有的320-bit少,但成本可以大幅下降,只需要8颗存储器就可以实现。事实亦证明,256-bit的性能与320-bit不相伯仲。值得注意的是,在9800 GT推出后,有厂商的8800 GT显卡只支持128-bit存储器带宽,流处理器的数量亦由112下降到96个,性能比9600 GSO更差,NVIDIA表示对此并不知情[4]。G92核心亦支持新的显卡接口PCI-E 2.0。视频播放加速方面,是第一张NVIDIA的高端显卡支持PureVideo HD技术。经过测试在默认频率下性能已更胜同厂产品8800 GTS 320MB及8800 GTS 640MB,以及ATI的HD 2900 XT 512MB及HD 2900 Pro 512MB。而采用G92核心的新板8800 GTS,流处理器的数量亦有所提升,由96个增加到128个。纹理拾取单元的数量亦倍增。

行动平台

  • GeForce 8200M G,是集成于MCP77MVMCP79MV行动芯片组中的显示核心,拥有8个流处理器,核心频率500 MHz。
  • GeForce 8400M G,核心编号G86M,拥有8个流处理器,核心频率400 Mhz,最大显示存储器64MB。
  • GeForce 8400M GS,核心编号G86M,拥有16个流处理器,最大显示存储器128MB,其他规格与8400M G相同。
  • GeForce 8400M GT,核心编号G86M,拥有16个流处理器,核心频率600 Mhz,最大显示存储器256MB。
  • GeForce 8600M GS,核心编号G84M,拥有16个流处理器,其他规格与8400M GT相同。该显卡曾传出散热不良的问题,曾多次召回更换。下面核心代号相同的8600M GT和8700M GT也受牵连。
  • GeForce 8600M GT,核心编号G84M,拥有32个流处理器,核心频率475 Mhz,最大显示存储器512MB。
  • GeForce 8700M GT,核心编号G84M,拥有32个流处理器,核心频率625 Mhz,其他规格与8600M GT相同。
  • GeForce 8800M GTS,采用下一代65奈米显示核心G92M,拥有64个流处理器,核心频率500 Mhz,512位最大显示存储器带宽。
  • GeForce 8800M GTX,采用下一代65奈米显示核心G92M,拥有96个流处理器,核心频率500 Mhz,512位最大显示存储器带宽。

参考条目

参考

  1. ^ 存档副本. [2006-11-12]. (原始内容存档于2006-11-18). 
  2. ^ 存档副本. [2006-11-12]. (原始内容存档于2006-11-18). 
  3. ^ 三英战吕布!入门级HD3450对决8400GS
  4. ^ 小心 市场可能出现缩水版8800 GT显卡

外部链接

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