Radeon 8500: война продолжается

Практически все уже привыкли к такому положению вещей, когда корпорация nVidia является безусловным лидером на рынке графических чипов,  почти в любом из его секторов. К счастью для потребителя о монополизме говорить еще рано, но основная масса конкурирующих компаний-разработчиков была способна лишь отметиться не слишком яркими вспышками новых продуктов на фоне надвигающейся тучи гегемонии монстра, выпускающего нас волю все более быстрых созданий клики GeForce.  Благодаря технологическому преимуществу и грамотной маркетинговой политике nVidia  оставляет соперникам очень узкие ниши, оставляя направление мейнстрим исключительно за собой. По сути, единственной компанией, способной составить конкуренцию лидеру, остался канадский разработчик ATI.

В прошлый раз в поход за головой GeForce (в те времена он имел номер 2 и носил прозвище NV15) был отправлен славный рыцарь Radeon 256 (R100), но завышенная цена чипа, неграмотный маркетинг и сырость драйверов сделали охоту не слишком удачной. Тем не менее, определенная доля рынка высокопроизводительный адаптеров была захвачена, шумиха по поводу разработки от ATI задела всех, кто хоть мало-мальски интересуется 3D-графикой, поклонники канадцев приободрились и стали ждать следующего прорыва…

Долго ли — коротко ли длилась пауза, но заветный час настал: ATI выпустила новую линейку чипов: Radeon 8500 (R200) и Radeon 7500, первый из которых призван покорить вершину быстродействия в прорисовке трехмерных сцен. Правда, стоит отметить, что и лидер не сидел на месте — на смену хедлайнеру GeForce3 (NV20) пришел чип GeForce3 Titanium 500, основное (и по большому счету единственное) отличие которого от предшественника — более высокие тактовые частоты работы ядра и памяти, и как следствие — более высокая производительность. Итак, за время пути собачка смогла подрасти: и за звание абсолютного чемпиона мира потребительской 3D-графики канадцу придется бороться с более мощным соперником.

Познакомимся поближе с последней разработкой инженеров ATI, мы не будем приводить полную таблицу спецификации чипа, просто скажем, что его в полной мере можно назвать «полноприводным», и остановимся на его ключевых особенностях. Radeon 8500 выполнен по 0,15 микронной технологической норме и состоит из 60 миллионов транзисторов. Чип общается с различными типами памяти (SDRAM/SGRAM, DDR SDRAM/SGRAM) по 128-битной шине и может адресовать до 256 Мбайт. Поддерживается асинхронный режим работы, максимальные частоты функционирования ядра/памяти составляют соответственно 275/275 МГц. В случае DDR-памяти ее максимальная пропускная способность составляет 8,8 Гбайт/с.

Естественно чип поддерживает протокол передачи данных AGP 4X (плюс SBA, DiME) и имеет ставший обязательным аппаратный блок T&L, способный выдавать на гора более 60 миллионов треугольников в секунду (честно говоря, трудно понять: почему разработчики снабжают свои изделия такими параметрами, т.к. совершенно очевидно, что увидеть быстро отрендеренную сцену с таким количеством полигонов нам не светит еще как минимум лет 5, а то и 10, а платить за эти бесполезные возможности нужно уже сейчас).

Radeon 8500 имеет 4 пиксельных конвейера, на каждый из которых приходится по 2 текстурных модуля, таким образом максимальная скорость заполнения в режиме монотекстурирования составляет 1100 млн. пикселей в секунду, в режиме мультитекстурирования — 2200 млн. текселей в секунду, что примерно на 15% больше, чем у чипа GeForce3 Titanium 500, имеющим схожую архитектуру. Стоит отметить, что у Radeon 8500 результаты работы текстурных блоков могут суммироваться, что дает возможность накладывать до 6 текстур за 1 проход (при двух штрафных тактах).

Чип полностью поддерживает спецификацию OpenGL версии 1.3, а также все функции DirectX 8.1, включая пиксельные шейдеры вплоть до версии 1.4 включительно и вершинные шейдеры 1.1. В спецификации ускорителей серии GeForce3 Titanium 500 также заявлено, что они полностью совместимы с DirectX 8.1, но ироничность ситуации заключается в том, что калифорнийцы и северяне понимают под этим разные вещи. nVidia заявляет, что чип NV20 может исполнять пиксельные шейдеры спецификаций 1.1, 1.2, 1.3 (на сегодняшний день поддержка шейдеров 1.2, 1.3 картами GeForce3 есть только на бумаге). Дело в том, что корпорация nVidia убедила Microsoft считать поддержку этих функций достаточной для заявления о полной совместимости с последним релизом DirectX, тогда как Radeon 8500 отрабатывает это звание полностью.

Максимальная степень анизотропной фильтрации составляет 16х (у  NV20 — 8х), но Radeon 8500 не может одновременно осуществлять анизотропную и трилинейную фильтрации в OpenGL-приложениях (в отличие от GeForce3). Чип способен накладывать рельефные текстуры методами Emboss, EMBM, Dot3, максимальный размер текстур, с которыми он может работать составляет  2048х2048.

Несмотря на значительные архитектурные отличия Radeon 8500 является результатом развития идей, заложенных в его предшественника, поэтому большинство модулей его составляющих  имеют в названии римскую цифру II: Charisma Engine II — блоки трансформации, отсечения и освещения, и вершинных шейдеров; Pixel Tapestry II — это собственно архитектурный фундамент чипа — совокупность всех конвейеров и текстурных блоков; HyperZ II — усовершенствованная версия технологии, которая применяется для избавления адаптера от рендеринга невидимых участков сцены и освобождения пропускной способности шины памяти. Данная оптимизация работы Z-буфера достичь эффективной полосы пропускания памяти равной 11 Гбайт/с; Video Immersion II — блок обработки видео изображения, включая модуль де-интерлейсинга кадра и функцию независимой гамма-коррекции для видео потоков.

Большая часть видеоматериалов записана в формате с интерлейсингом, т.е. дисплей отображает кадр в два прохода: сначала показываются только четный строки, потом — нечетные. Современные мониторы лишены необходимости показывать видео таким образом, поэтому возникает необходимость де-интерлейсинга изображения. Стандартно применяются два метода: BOB  и Weave. Последний применяется для остановленных кадров: адаптер честным образом составляет изображение из четных и нечетных строк, в результате получается картинка с удвоенным вертикальным изображением. Метод BOB целесообразно применять для материалов с активно движущимися объектакми, он заключается в том, что адаптер вместо одного кадра показывает два: один из четных строк, второй — из нечетных. ATI разработала собственный метод попиксельного де-интерлейсинга, который обеспечивает макимальное вертикальное разрешение и высокую четкость изображения (без перьевого эффекта).

Новыми разработками в области 3D-графики, которые аппаратно поддерживает Radeon 8500 стали TruForm и SmoothVision. Вторая не представляет собой ничего революционно нового — это еще один режим полноэкранного сглаживания (Full Scene Anti-Aliasing — FSAA), имеющий общие корни с почившей технологией T-Buffer от легендарной 3Dfx. Она основана на попиксельном изменении геометрии сцены и последующим вычислении цвета пикселя на основании цветовых параметров сэмплов из смещенных сцен. ATI заявляет, что для прорисовки пикселя может использоваться до 8 сэмплов, но на настоящих момент максимальное их число — 6 (очевидно из-за проблем со скоростью прорисовки столь сложных сцен).

Технология TruForm намного более оригинальна и пока не имеет аналогов среди конкурирующих решений. Она заключается в том, что адаптер разбивает треугольники, из которых состоит сцена, на более мелкие, используя информацию о нормалях его вершин. Причем, как правило, эти данные не нужно передавать чипу дополнительно, т.к. они необходимы для расчета освещенности объектов. Таким образом, модели становятся менее угловатыми, а следовательно и их освещение — более натуралистичным. Разработчики учли даже то, что некоторые объекты в сцене не должны подвергаться сглаживанию: например, системный блок, стоящий на столе, не должен превращаться в эллипсоид, лежащий на другом эллипсоиде, поэтому случае, если плоскости соприкасаются под углом 90 градусов, тесселяции треугольников проводиться не будет. Чисто теоретически выполнение этой технологии можно было бы включить в уже существующих трехмерных приложений, но видимо результат настолько далек от идеала, что в драйверах такая возможность не предусмотрена. Для корректной работы TruForm необходимо вмешательство программистов и написание дополнительных заплаток. Сегодня посмотреть на сглаженные модели можно, к примеру, в игре Half-Life: Counter Strike. Закрывая разговор об этой разработке, добавим еще одну ложку дегтя: разбиение полигонов происходит до выполнения вершинных шейдеров, следовательно нагрузка на адаптер значительно возрастает, следовательно падает производительность…

Еще одна разработка ATI, на которой стоит подробно остановиться — это технология SmartShader, она является не чем иным как расширением вершинных и пиксельных шейдеров, поддержка которых впервые появилась в драйверах DirectX 8.0. В результате сотрудничества компаний ATI и Microsoft свет увидела новая версия DitrectX, которая позволяет раскрыть все преимущества SmartShader.  Для разработчиков OpenGL-приложений новые функции доступны через специальные расширения. Основные преимущества новой разработки перед прежними вершинными и пиксельными шейдерами заключаются в следующем:

1)      возможность наложения до 6 текстур за 1 проход, что позволяет создавать более сложные эффекты без высоких требований к полосе пропускания памяти (и не уменьшает производительность из-за отсутствия многопроходного рендеринга)

2)       упрощенный набор инструкций, который позволяет разработчикам получать сложные эффекты при меньшем количестве операций

3)      Длина пиксельных шейдеров может составлять 22 инструкции (против 12 инструкций по версии DirectX 8.0), что позволяет более корректно отображать материалы различных типов (металл, керамика, etc)

4)      Возможность производить математические операции по адресации текстур и с их цветовыми параметрами, что позволяет добиться получения ранее недоступных эффектов освещения и текстурирования объектов.

После всего этого хочется сказать следующее: все это очень хорошо, но когда мы сможем увидеть ПО, которое поддерживает эти разработки? К сожалению у ATI есть негативный опыт решений, которые пропали втуне. Чип Radeon 256 имел по 3 текстурных блока на 1 пиксельный конвейер, компания подняла большую шумиху о том, как это здорово… И что!? Из-за отсутствия поддержки этой функции разработчиками третий текстурный блок оказался не нужным и от тройного текстурирования просто отказались. Увы.

С легкой руки компании Matrox в индустрии стало очень модно оснащать графические контроллеры возможностью вывода картинки на два отображающих устройства. Среди карт на базе Radeon 256 только одна из младших моделей (а именно Radeon VE) поддерживала эту функцию, но теперь ATI снабдила этим мультимедийным расширением свой самый быстрый чип. В Radeon 8500 интегрированы 2 ЭЛТ-контроллера и 1 TMDS-трансмиттер с частотой 165 МГц для подачи изображения на цифровые мониторы. Однако встроенных конвертеров RAMDAC у чипа, не 2, а 1, второй должен быть внешним. При наличии на плате микросхемы ATI Rage Theater платы на базе Radeon 8500 поддерживает подачу изображение на телеприемник (причем отдельно, без наличия монитора) и захват видео. 

Чип оптимизирован для работы в среде Windows XP и поддерживает все расширения графического стандарта GDI (Alpha BLT, Transparent BLT, Gradient Fill).

От рассмотрения характеристик чипа перейдем непосредственно к плате, созданной на его основе. Изучив положительный маркетинговый опыт nVidia, компания ATI решила прибегнуть к тем же приемам, что и ее основной конкурент,  и пошла на то, что стала искать партнеров среди сторонних производителей для выпуска адаптеров на базе выпускаемых ею чипов, тогда как раньше этим занимались только сами канадцы. Полный список «друзей» ATI можно увидеть по адресу: http://www.ati.com/na/pages/partnerproducts/partnerlist.html, в основном в нем представленными мало известные у нас китайские и тайваньские фирмы, но не стоит забывать, что за незнакомым названием азиатской конторки может скрываться один из монстров индустрии, который просто не хочет портить отношения с калифорнийскими парнями (в принципе, такие явления как белые коробки без маркировок и noname-продукты не редкость в мире ИТ). Нам в руки попала плата, произведенная непосредственно самой компанией ATI, поэтому частоты работы ее чипа и памяти составили задекларированые 275, а не 250 МГц, как это бывает в случае продукции сторонних производителей.

В комплектацию платы вошли кабели S-Video, RCA, переходники S-Video-to-RCA, DVI-to-VGA, описание на английском языке, диск с драйверами и демонстрашками, а также (sic!) Reviewer’s Kit CD (диск — набор обозревателя). На этом чуде маркетинговой мысли хотелось бы остановиться несколько подробнее. Как следует из названия, этот носитель предназначен для людей, подобных вашему скромному слуге, которые берут на себя (нелегкий :) труд описывать новики индустрии hi-tech. Основная часть болванки оказалась забита красивыми скриншотами, демонстрирующими технологическое совершенство новинки ATI, а также фотографией с высоким разрешением самой платы, логотипом производителя и картинкой на тему, что такое «Radeon-характер». Но что нас умилило больше всего — это представленный там же обзор новой платы: с иллюстрациями, результатами тестов и пояснениями. Осталось только подпись поставить. Кхм,… большое спасибо за заботу, конечно, но мы все-таки попытаемся сами.

Итак, компоненты платы распаяны на зеленом текстолите, 8 микросхем DDR-памяти (производство hynix) с временем выборки 3,6 нс, по 4 на каждой стороне контроллера, имеют суммарный объем 64 Мбайт.  Обратим внимание, что при латентности в 3,6 нс максимальная и при этом стабильная частота функционирования составляет 277 МГц, таким образом, возможности разгона Radeon 8500 по шине памяти весьма туманны и, судя по всему, мало перспективны. Стоит отметить, что несмотря на высокую скорость работы память не имеет никакого охлаждения, тогда как более медленное ОЗУ у GeForce3 Titanium 500 как средневековый рыцарь сплошь закрыто массивным радиатором. На боковой планке адаптера размещено 3 разъема: стандартный VGA (DB15), DVI-I для цифровых мониторов и TV-out, наличие последнего говорит о том, что на плате установлен мультимедийный чип ATI Rage Theater. Кроме того, там же нами был обнаружен второй (внешний) RAMDAC — это 10-битная микросхема ADV7123, работающая на частоте 240 МГц, т.е. максимальное доступное изображение для второго отображающего устройства — 1600х1200 при частоте развертки в 100 Гц. Radeon 8500 поддерживает все возможные варианты отображения сигнала на двух устройствах, его разработки в этой области носят прежнее название — HydraVision.

От созерцания объекта перейдем к практическому анализу. Тестовый стенд состоял из компьютера на базе процессора AMD Athlon XP 1800+ c материнской платой ASUS A7V266-E (чипсет VIA Apollo KT266A), в слоты для памяти которой было установлено 512 Мбайт ОЗУ типа PC2100, и жестким диском IBM DTLA-307020 ( 20 Гбайт, 7200 rpm). Отображающим устройством служил монитор ViewSonic P810 (21”).

На систему устанавливалась ОС MS Windows 98 SE, «заплатка» для чипсета VIA 4-in-1 версии 4.37, драйвера DirectX 8.1. Для видеоплаты ATI Radeon 8500 использовались драйвера 4.13.7206. В соперники подопытному достались адаптеры ASUS V8200 T5 Deluxe (nVidia GeForce3 Titanium 500) и Creative 3D Blaster GeForce3 под управлением драйверов Detonator 4 v.23.11.

В качестве тестовых приложений использовались синтетический набор тестов MadOnion 3DMark 2001, игровые приложения Quake III Arena v.1.17 (OpenGL), Unreal Tournament v.4.36 и Expendable Demo (два последних — Direct3D). Все тесты проводились только в 32-х битном цвете при отключенной вертикальной синхронизации (Vsync).

Установка ATI Radeon 8500 прошла, как говорится, без сучка, без задоринки, кроме непосредственно самих драйверов пользователь имеет возможность установить множество различных фирменных утилит, обилием которых издавна славится канадская фирма. При тестировании адаптер показал отличные, порою даже превосходные результаты. Остановимся на них подробнее. Замер производительности при прогоне демо из Quake3 показал, что Radeon 8500 уступил платам на базе NV20 только при низких разрешениях, а на более высоких в действие активно вступила технология HyperZ II и лидер поменялся. Тут стоит отметить, что при использовании более старых драйверов для карты ATI ее показатели были бы еще лучше. Но! В предыдущих версиях (до 4.13.7206) в игре от id Software принудительно уменьшалось качество текстур, что положительно образом сказывалось на скорости прорисовки сцен. Сама компания утверждает, что это было сделано исключительно ради блага игроков (достаточно спорный аргумент), а не для того, чтобы искусственно завысить производительность и нечестным образом обойти конкурентов. Т.к. нами использовалась самая последняя версия драйверов, то эта проблема осталась позади, что ясно видно на приведенных скриншотах, таким образом, полученные результаты следует считать достоверными. 

При замере производительности в Direct3D-приложениях карта от ATI взяла верх в 3DMark 2001 и Unreal Tournament, но не смогла удержать лидерство в тесте Expendable Demo ().

Мощности современных графических адаптеров хватает не только на то, чтобы рендерить картинку в «стандартном» качестве, они  могут предложить пользователю такие инструменты повышения качества изображения как анизотропная фильтрация и полноэкранное сглаживание.

Высшая степень анизотропной фильтрации у плат на базе Radeon 8500 составляет 16х, тогда как у адаптеров семейства GeForce3 — всего 8х. Обработка текстур подобным образом, безусловно, повышает качество изображения, но может весьма негативно сказаться на скорости вывода графики, подтверждением чему служат показатели карт на основе NV20 (). Но механизм работы с текстурами карт компании ATI значительно отличается от способа,  исповедуемого nVidia, и поэтому в данном случае улучшение реалистичности сцены происходит практически без ущерба для производительности. В данном случае Radeon 8500 однозначно на коне и с существенным отрывом опережает своих конкурентов.

Как и в случае процессинга текстур компании ATI и nVidia придерживаются различных методик реализации полноэкранного сглаживания. Различные пути создания качественного, без раздражающего «эффекта лесенки», изображения в обоих случаях приводят к визуально приятной картинке, но возлагают на ускоритель дополнительную нагрузку. Как видно из лучше с ней справляются платы семейства GeForce3. Технология SmoothVision дает отличное качество изображения, но требует за это, как нам кажется, слишком большое снижение скорости. В данном случае более привлекательным является фирменная методика сглаживания от nVidia — Quincunx: продуманный компромис между реалистичностью и производительностью.

В целом, новинка от ATI оставляет очень благоприятное впечатление, если бы не проигрыш на поле FSAA, ее можно было бы назвать пределом мечтаний. Впрочем, учитывая ее цену (порядка $190), это не слишком далеко от истины. Поклонники канадской компании и просто любителям качественной 3D-графики имеют отличный повод для радости: наконец-то у самых мощный карт nVidia появился достойный конкурент, который способен не только смотреть в спину лидера, но и значительно вырываться вперед.