Обзор видеочипов GeForce FX5200/GeForce FX5600 и карт на их основе

24.07.2003

 

Введение

Рынок современных графических ускорителей отличается от рынка других компьютерных комплектующих особой динамичностью внедрения разного рода инноваций, наряду с традиционным повышением скорости. В силу особо острой конкурентной борьбы, а так же откровенного несовершенства компьютерной графики в современных играх, разработчики графических чипов в каждом новом своем творении стремятся добавлять что-то новое. Новинки эти, как правило, призваны еще немного приблизить графику в современных играх к тому качеству, что мы привыкли видеть в фильмах. К сожалению, не все эти инновации находят широкую поддержку у самих разработчиков игр. Виной тому, часто оказывались, вовсе не они (разработчики игр), а, прежде всего сами компании разработчики чипов. Последние друг друга так сильно "любят", что любые, эксклюзивные инновации конкурирующих компаний, считают не иначе как "ересью от 3D" и постоянно стремятся придумать или продвинуть что-то уже имеющиеся, свое, особенное и "исключительно правильное". Такое "эксклюзивное видение" того, что должен обязательно поддерживать каждый современный графический чип, всегда вызывало весьма прохладное отношение разработчиков игр, к этим "эксклюзивным инновациям". В итоге, порой многие из возможностей чипов так и не находят какого-то применения на протяжении всего их срока жизни и бесславно списываются на свалку истории.

Однако с новинкам от 3D, разумеется, не все так плохо. Стараниями компании Microsoft существует постоянно совершенствующийся интерфейс программирования (API) Direct 3D, в рамках которого, большая часть графических возможностей современных чипов, являются стандартизированными. В рамках стандарта у разработчика игры уже не болит голова, будет ли работать та или иная возможность, которую он желает использовать. Таким образом, получается, что чем больше карт, представленных на рынке, поддерживают ряд определенных возможностей, тем быстрее эти возможности начнут использоваться разработчиками игр. Здесь мы подходим к рассмотрению одной из ключевых особенностей последних графических чипов компании NVIDIA. Это, конечно, поддержка API Direct3D 9.0

Direct3D 9.0 - новый стандарт качества

Эволюция API Direct3D проходила довольно медленно. На этапе своего становления как стандарта, доступное железо порой серьезно опережало его по своим возможностям, что выливалось в создание альтернативных API компаниями-разработчиками чипов. Самый известный из них - это конечно 3dfx Glide. Но сегодня, Direct 3D уже вырос в настоящего монстра, используя возможности которого уже можно создавать 3D-графику в реальном времени, по качеству сопоставимую с кинематографическим.

 

Построение 3D-графики в реальном времени, последними процессорами NVIDIA и ATI

Одними из основных преимуществ Direct3D версии 9.0, в сравнении со своим предшественником, являются:

Пиксельные шейдеры 2.0

Ранее, DirectX 8.0 серьезно расширил общепринятые рамки стандартного мультитекстурирования, дав возможность использования особых "пиксельных программ" (шейдеров), с помощью которых можно было наложить до четырех текстур на пиксель за проход, сделав четыре выборки значений цвета и восемь вычислений. Эти операции выполнялись конвейерно, на протяжении т.н. текстурной стадии. Пиксельные шейдеры 2.0 обладают значительно более широкими возможностями и совершенно иным подходом к выполнению операций. Само понятие "пиксельный конвейер", для современных чипов, изменило свой смысл. Пиксельные программы не раскладываются ими по текстурным стадиям, а выполняются одна за другой пиксельным процессором. Необходимость такого перехода от "конвейера" к "процессору" продиктована, прежде всего, возросшей сложностью пиксельных шейдеров 2.0 (спецификациями). В их рамках, чип может накладывать до 16-ти текстур, выполнять 32 выборки значений цвета и 64 операций вычисления за проход.

Некоторые спецификации пиксельных шейдеров Direct3D 8 и 9

В рамках пиксельных шейдеров 2.0 введены так же новые форматы представления данных для текстур и точности вычислений. Новый, 32-битный формат вычислений с плавающей точкой (FP32) ориентирован, прежде всего, на достижения максимального качества изображения, благодаря 128-битной обработке (32-бит для красного, зеленого, синего и альфа канала). Новый, 16-битный, формат (FP16) - призван обеспечить баланс между скоростью и качеством. Разработчик приложения может переключаться между форматами представления данных внутри пиксельной программы, добиваясь тем самым наилучшего, по всем параметрам, результата.

Вершинные шейдеры 2.0

Вершинные шейдеры Direct3D 9.0 так же "повзрослели", в сравнении с предшественниками, хотя и не столь серьезно, как пиксельные. Точность вычислений не претерпела никаких изменений, но шейдеры стали более гибкими за счет появившейся возможности управления потоком инструкций, числа самих инструкций (со 128 до 256) и числа регистров.

Некоторые спецификации вершинных шейдеров Direct3D 8 и 9

CineFX

Подсистема CineFX представляет собой логическое объединение всех новейших возможностей, используемых для приближения качества картинки к кинематографическому. В нее входят как аппаратные, так и программные решения от NVIDIA. В первую очередь, в эту подсистему в качестве аппаратных решений входят вершинные и пиксельные шейдеры. В качестве программной части, в эту подсистему входит язык программирования Cg, позволяющий перейти на качественно другой уровень создания видео эффектов.

Наиболее сильно улучшились пиксельные шейдеры, возможности которых, у GeForce FX, значительно превосходят спецификации Direct 3D 9. Чтобы подчеркнуть это, NVIDIA дала им даже условное обозначение "v.2.0+". Так, в версии 2.0+ появились новые инструкции, в том числе и для работы с вершинами. Плюс немаловажная для разработчика возможность ветвления кода, которая в предыдущих версиях шейдеров отсутствовала.

Некоторые спецификации пиксельных шейдеров Direct3D 9 и возможностей GeForce FX

Некоторые спецификации вершинных шейдеров Direct3D 9 и возможностей GeForce FX

Однако не стоит спешить радоваться широте возможностей GeForce FX, по работе с пиксельными и вершинными шейдерами. Возможности выходящие за рамки Direct 3D 9 - нестандартны. Отношение разработчиков игр к нестандартным возможностям графических чипов мы уже рассмотрели выше и не факт, что "шейдеры 2.0+", GeForce FX, будут когда-то востребованы ими.

Спецификации

От общих вещей перейдем к конкретным особенностям новейших чипов NVIDIA и сравним их, с конкурентом от ATI обладающим сходными возможностями. Это будет Radeon 9600 – чип класса Middle-End. Low-End чипа, с поддержкой Direct3D 9, у ATI (пока?) нет.

Некоторые пояснения к таблице:

1) Приведена базовая архитектура пиксельных конвейеров, используемая GeForce FX5200/5600. Драйвер, в зависимости от приложения, может изменить конфигурацию пиксельных конвейеров, использовав, например схему 2x2 вместо 4х1, что, с одной стороны, дает простор программистам драйвера для оптимизаций его под конкретные приложения, выжимая из них максимум производительности, а с другой стороны, потенциально есть вероятность ошибки при автоконфигурации конвейеров.

2) Технология оптимизации пропускной способности памяти NVIDIA (Intellisample) объединяет целый комплекс программных и аппаратных средств. Официально, у GeForce FX5600 эти оптимизации частично урезаны (отсутствует технология UltraShadow). GeForce FX5200, в плане оптимизаций, урезан еще более серьезно. Отсутствует сжатие Z-буфера и сжатие цвета в режимах антиалиасинга, что может ударить по производительности карты при его использовании.

3) Архитектура перекрестного (cross-bar) контроллера памяти рассмотренных чипов не афишируется ни ATI, ни NVIDIA. Это может быть как 4х32-бит контроллер (более предпочтительный вариант, используемый старшими моделями), так и более простой 2х64-бит (решение, теоретически, в два раза менее эффектное, которое мы уже видели ранее на примере чипов MX440, официально).

4) Новейшие чипы NVIDIA (даже старшие модели) не поддерживают наложение 3D-рельефа методом Displacement mapping (N-Patches DX 9.0), что может весьма плачевно сказаться на судьбе самой этой технологии (см. "Введение").

5) Разница в поддержке различных режимов антиалиасинга между чипами GeForce FX5200 и GeForce FX5600 - не следствие каких-либо аппаратных ограничений первого. Ограничения, наложенные NVIDIA на различные чипы, имеет либо маркетинговые основания ("только крутым чипам крутой АА"), либо основаны на целесообразности ("слабым чипам ни к чему крутой АА").

Так или иначе, реально, практически все чипы NVIDIA, поддерживающие сглаживание методом мультисэмплинга, поддерживают и новейшие методы сглаживания (такие как 6xS и 8x), продвигаемые NVIDIA в старших моделях чипов. Эти режимы (и даже некоторые другие), недоступные в панели настроек драйвера, можно задействовать, например, с помощью RivaTuner. Единственное ограничение - соответствующие режимы антиалиасинга должен поддерживать сам драйвер.

Режимы сглаживания, доступные GeForce FX5200, при использовании драйвера 44.03, в Direct3D.
Обратите внимание, что поддерживаются все новейшие гибридные режимы сглаживания, и даже суперсэмплинг 2х2. :)

Карты

GeForce FX5200 128MB

Младший чип семейства NVIDIA - GeForce FX - в нашем исследовании представляет карта ASUS V9520/TD

 

В режиме AGP3.0 поддерживается скорость передачи - 4x и 8х, в режиме AGP 2.0 - 1х, 2х, 4х и в режиме AGP1.0 - 1х, 2х.

Карты на чипе GeForce FX5200, в отличие от Ultra-версий, не имеют внешнего питания и использует совсем другой дизайн. Однако дизайн ASUS V9520/TD совсем не похож и на эталонный, предлагаемый NVIDIA для "обычной" версии GeForce FX5200:

GeForce FX5200 референс-дизайн

Можно подумать, что ASUSTeK использовал собственный дизайн PCB для карты V9520/TD 128MB, однако, похоже это не совсем так. Очень сходный дизайн предлагался ранее NVIDIA для карт GeForce4 MX440 w/AGP 8x и, вероятно, ASUSTeK взял его за основу и для карты V9520/TD.

ASUS V9520/TD на чипе GeForce FX5200	Asus 9180/TD на чипе GeForce4 MX440 w/AGP8x (референс-дизайн)

На карте установлено восемь микросхем памяти "MIRA" в "обычной" (TSOP) упаковке.

Минимальное время цикла для этой памяти - 4ns, что соответствует частоте 250(500)MHz. По умолчанию карта работает на стандартных для GeForce FX5200 частотах 250(ядро)/400(память), как в 2D, так и в 3D и не имеет возможности устанавливать их отдельно. Частоты карты соответствуют эталону NVIDIA. Невозможность же раздельной установки их в 2D и 3D, видимо обусловлена особенностями BIOS карты ASUS V9520/TD.

Карта имеет возможность вывода аналогового сигнала на TV, реализованную посредством интегрированного в чип GeForce FX5600 кодека, но не имеет возможности оцифровки. Есть лишь разводка под соответствующий чип-кодер

У более дорогих моделей (ASUS V9520/ Video Suite) возможность оцифровки аналогового сигнала есть, для чего на такие карты обычно устанавливается чип Philips SAA7114H.

Для охлаждения используется весьма эффективный кулер типа "орб", с удлиненными ребрами, аналогичный тем, что встречались ранее на Deluxe моделях GeForce4 Ti4200, от того же ASUSTeK. В качестве теплопроводящего интерфейса используется паста. Радиаторы же на микросхемы памяти ASUSTeK решил не устанавливать, но это вполне типично для карт на чипе GeForce FX 5200 большинства производителей.

Обратите внимание, что на референс-карте чип GeForce FX5200 не имеет активного охлаждения, т.е. не требует его. Наличие активного охлаждения на серийных моделях карт можно считать лишь данью моде, или реверансом в сторону оверклокеров.

Разгонный потенциал карты (точнее ее памяти) нас не порадовал. Без использования дополнительного охлаждения ее удалось разогнать со штатных частот 250MHz(ядро)/400MHz(память) до 290MHz(ядро)/420MHz(память). Здесь необходимо отметить, что возможность разгона не является неотъемлемой характеристикой карты и результат, который показала одна карта, нельзя уверенно экстраполировать на другие (даже аналогичные) карты.

Карта поставляется в ретэйл-упаковке, на лицевой стороне которой изображена некая механическая конструкция а-ля "терминатор".

На оборотной стороне отображены возможности подключения карты к различным приемникам сигнала, а также комплект поставки и системные требования. Аналогичный дизайн коробок используются ASUSTeK для всех карт серии GeForce FX. Правда, у более "продвинутых" моделей карт глаза у терминатора синие и его цветовая гамма более серебристая. Железная логика у дизайнеров ASUSTeK. :)

Комплект поставки карты очень хорош:

• Шесть дисков с играми и демоверсиями (их набор может отличаться в зависимости от партии карт, но он всегда явно указан на коробке).

• Программа проигрывания DVD от ASUSTeK.
• Программа создания презентаций от CyberLink.
• Диск с удобным автоинсталлятором драйверов и фирменного программного обеспечения от ASUSTeK.

• Руководство по аппаратной и программной установке карты (в том числе и на русском языке).
• Переходник-разветвитель "DVI-I" на "D-Sub/DVI-I".
• Провод для вывода аналогового композитного сигнала на TV

GeForce FX5600 128MB

Семейство GeForce FX5600, в нашем исследовании, представляет карта Manli M-GF5600/R128 VIVO

 

В режиме AGP3.0 поддерживается скорость передачи - 4x и 8х, в режиме AGP 2.0 - 1х, 2х, 4х и в режиме AGP1.0 - 1х, 2х.

О дизайне карты ничего уверенно сказать нельзя, поскольку фото референс-образца GeForce FX5600, NVIDIA, почему-то, для прессы не предоставляет. Таким образом, сравнить дизайн Manli с эталоном мы не можем. Впрочем, по некоторым косвенным признакам, а именно использования другими производителями (например, ASUSTeK) аналогичного дизайна для некоторых своих карт на базе GeForce FX5600, можно предположить, что дизайн карты, скорее всего, референсный.

На карте установлено восемь микросхем памяти Samsung, в TSOP-упаковке.

Минимальное время цикла этой памяти 3.6ns, что соответствует 275(550)MHz. Карта имеет раздельные установки частот для работы в 2D и 3D-приложениях. В первом случае - 270MHz(ядро)/550MHz(память), во втором - 325MHz(ядро)/550MHz(память), что является стандартом для карт на чипе GeForce FX5600.

Карта имеет возможность оцифровки аналогового видеосигнала, для чего на ней установлен чип Philips SAA7114H.

Интересно отметить, что этот чип отвечает только за оцифровку сигнала. Для вывода изображения на TV-out используется интегрированный в чип GeForce FX5600 кодер. Это не нюанс именно карты Manli M-GF5600/R128 VIVO, а особенность всех карт на чипе GeForce FX5600, использующих возможность оцифровки видеосигнала посредством внешних кодеров.

Система охлаждения карты лишена каких-то дизайнерских изысков. На карте установлен прессованный радиатор из алюминия, а в качестве теплопроводящего интерфейса используется паста. Радиатор имеет довольно жесткое крепление и его площадь теплообмена значительно увеличена дополнительным оребрением с двух сторон. Благодаря этому, такое решение не должно уступать многим из популярных сейчас кулеров типа "Орб". Радиаторов на микросхемах памяти не установлено, хотя на подобных платах других производителей это не редкость

Несмотря на такую, казалось бы, скромную систему охлаждения, карта продемонстрировала весьма приличный разгонный потенциал. Со штатных частот 325MHz(ядро)/550MHz(память), ее удалось разогнать до 360MHz(ядро)/630MHz(память), без использования дополнительного охлаждения. Для чипа GeForce FX5600 такой результат можно считать рядовым, но для памяти Samsung 3.6ns, 630MHz - это очень хороший результат. Напомним еще раз, что возможность разгона не является неотъемлемой характеристикой карты и разгонный потенциал может отличаться даже у карт из одной партии.

Карта поставляется в ретэйл-упаковке, на лицевой стороне которой представлен непонятный орнамент с элементами разводки печатной платы.

Мысли, которые хотят передать дизайнеры коробок видеокарт, порой умом понять очень сложно, так что мы не будем пытаться этого делать. На коробке, с помощью наклеек-стикеров, отмечены основные возможности карты, а также принадлежность ее к семейству GeForce FX 5600. Видимо, дизайнеры Manli очень твердо уверены, что именно такой дизайн наилучшим образом подходит для всех их карт семейства GeForce FX. :) На оборотной стороне упаковки указаны некоторые характеристики семейства карт GeForce FX5800/5600/5200, на восьми языках (не на русском), причем характеристики эти указаны с некоторыми неточностями.

Комплект поставки карты скромный:

• Диск с программой Power DVD.
• Универсальный диск с драйверами для карт на самых разных чипах и инструкцией по установке карт в формате PDF (традиционной, "бумажной" инструкции к карте почему-то не прилагается).
• Провод для вывода и оцифровки аналогового S-Video и композитного сигнала. Однако программного обеспечения, позволяющего проводить эту оцифровку, на установочном диске нет.

Как мы теcтировали

Мы решили сравнить популярные сейчас карты низкого и среднего уровня, чтобы выяснить, насколько хорошо выглядят карты на новейших чипах NVIDIA, на их фоне, в современных играх, а так же их вероятные перспективы в играх будущих.

Система

• Процессор: AMD Athlon XP 2600+ (Thoroughbred, FSB 333MHz)
• Материнская плата: ASUS A7V333
• Системная память: Kingston PC2700 512MB
• Жесткий диск: IC35080AVVA07-0
• Монитор: Samsung SyncMaster 700IFT
• Видеокарты Low-End (низкий уровень):
  • GeForce FX5200: ASUS V9520/TD 128MB - 250MHz(ядро)/400MHz(память)
  • GeForce MX440 w/AGP 8x: Gainward GeForce4 PowerPack Pro/600-8X XP Golden Sample (64MB) - 275MHz(ядро)/513MHz(память)
  • Radeon 9200: Gigabyte MAYA II RADEON 9200 128MB VIVO - 250MHz(ядро)/400MHz(память)
• Видеокарты Middle-End (средний уровень):
  • GeForce FX5600: Manli M-GF5600/R128 VIVO 128MB - 325MHz(ядро)/550MHz(память)
  • GeForce4 Ti4200 w/AGP 8x: ASUS V9280S (Super Fast Series) 128MB - 275MHz(ядро)/600MHz(память). Карта тестировалась на пониженных (штатных для GeForce4 Ti4200 w/AGP 8x) частотах - 250MHz(ядро)/513MHz(память)
  • Radeon 9600: Sapphire Atlantis RADEON 9600 128MB - 325MHz(ядро)/400MHz(память)
• Программная часть: Windows XP Pro, SP1, DirectX9
• Версии драйверов: NVIDIA - Detonator 44.03, ATI - Catalist 3.4 (6343)

Настройки тестов

• 3DMark2001 SE v.330: по умолчанию
• CodeCreatures Benchmark Pro v.1.0.0: по умолчанию
• Comanche4 Demo v.1.01.18: по умолчанию
• Aquanox v.1.17: пресет "High Quality", V-sync off
• Unreal II: The Awakening v.2001 - настройки, предлагаемые программой BenchEmAll
• Unreal Tournament 2003 v.2225:
  • Flyby (командная строка):
    dm-antalus?game=engine.gameinfo -benchmark -seconds= 77 -exec= ..\Benchmark\Stuff\flybyexec.txt ini= ..\Benchmark\Stuff\MaxDetail.ini userini= ..\Benchmark\Stuff\MaxDetailUser.ini -nosound -UPT -
• Quake III Arena v.1.13: пресет "High Quality", Texture Detail - 4/4, Geometric Detail - High
• Star Wars JK II Jedi Outcast v.1.02a: пресет "High Quality", anisotropic filter - Off
• Serious Sam - The Second Encounter v.1.05: пресет "High Quality", anisotropy - Off
• Doom3 leaked E3 version - настройки, предлагаемые программой BenchEmAll

Качество 2D

Все рассмотренные карты продемонстрировали нам прекрасное (и совершенно аналогичное) качество изображения на используемом для тестирования мониторе Samsung SyncMaster 700IFT, в "крейсерском" для него режиме 1024х768х100Hz. Отрадно отметить, что никаких "наводок в некоторых разрешениях", которые мы отмечали раннее у разных карт на чипах R300, при подключении монитора к первой их "голове", у карты на чипе RV350 (Sapphire Atlantis RADEON 9600 128MB) не наблюдалось.

Далее: Синтетические тесты