Графические платы: миллионы цветов со скоростью света

Можно делать самые разные вещи: редактировать изображение в Adobe Photoshop, рисовать в CorelDRAW или верстать полосу в QuarkXPress, но во всех этих ситуациях почти после каждого движения мыши компьютер будет обрабатывать графическую информацию. Скорость и эффективность этой обработки зависят от ресурсов вашего ПК.

Цель статьи - помочь читателю разобраться во всем многообразии современных высокопроизводительных графических плат, ориентированных на применение в сфере издательских технологий. Мы рассмотрим недавно появившиеся наборы микросхем, типы оперативной памяти для графических адаптеров, а также построенные на их базе платы различных производителей. При описании изделий главное внимание уделено тем характеристикам, которые важны при работе с пакетами редактирования двухмерной графики и программами верстки.

В общем виде процесс обработки и отображения графической информации выглядит так: приложение, для которого необходимо выполнить обновление экрана, посылает информацию интерфейсу графических устройств (Graphic Device Interface, GDI); от GDI команды и данные передаются драйверу платы, который с максимальной эффективностью распределяет дальнейшую обработку; если компьютер оснащен графическим ускорителем, информация и инструкции для специализированной обработки передаются ему; если графического ускорителя нет, обработку графических команд и данных выполняет центральный процессор, который затем пересылает результаты обработки графическому адаптеру для отображения на мониторе. Обработка дополнительной информации отнимает у ЦП драгоценное время, которое может быть потрачено с большей пользой, и снижает общую производительность системы.

На плате ускорителя расположен графический контроллер, куда поступают инструкции и данные. Контроллер преобразует двоичные представления шрифтов, линий, рисунков, цветов - всего, что выводится на экран, в пикселы (элементы изображения) и пересылает эти данные в видеопамять (буфер кадров), расположенную на той же плате. Скорость передачи данных зависит от разрядности шины (32, 64 или 128 разрядов), связывающей графический контроллер и видеопамять, а также от характеристик памяти. Сформированное в буфере кадров цифровое представление пикселов постоянно считывается цифро-аналоговым преобразователем (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter, RAMDAC), который формирует аналоговый RGB-сигнал, передаваемый на монитор. От того, насколько часто RAMDAC считывает и преобразует данные из видеопамяти в аналоговый сигнал, зависит частота регенерации изображения (refresh rate) монитора.

В основном характеристики графической платы определяются возможностями ее графического контроллера или набора микросхем (chipset) и памяти. Однако использование разными производителями одинаковых сочетаний комплектующих еще не гарантирует одинаковой производительности плат. На параметры графической платы влияют также особенности "зашитой" в изделии программы BIOS и драйверов, поставляемых либо производителем набора микросхем, либо изготовителем платы, в которой используется набор. Ценность графической платы зависит также и от комплекта фирменного ПО, в который могут входить, например, программы управления режимами отображения, MPEG-проигрыватели и т. д.

При оценке платы важно учитывать, поддерживает ли она технологии обновления изображения серии DirectX: DirectDraw, DirectVideo и Direct3D. Эти новейшие разработки фирмы Microsoft позволяют повысить производительность программ для Windows 95. Для компьютерной графики и верстки важнее всего поддержка спецификации DirectDraw, ускоряющей выполнение основных функций двухмерной графики, в том числе перерисовку экрана. Другая спецификация, DirectVideo, включает в работу реализованные в плате функции вывода видео, а спецификация Direct3D описывает ускорение обработки трехмерной графики (что должно особенно понравиться любителям игр и не понравиться их начальникам).

Все упоминаемые в статье наборы микросхем и сделанные на их базе графические адаптеры имеют общие характеристики. Коротко рассмотрим их.

Современные наборы микросхем для графических адаптеров предназначены для работы с 32-разрядными операционными системами, поэтому в целях обеспечения высокой производительности они строятся на основе 64- и даже 128-разрядных графических контроллеров и поддерживают работу с новыми, скоростными типами оперативной памяти: VRAM, WRAM, RDRAM, MDRAM, Rambus RAM, SGRAM и др.

Практически все графические контроллеры аппаратно ускоряют выполнение операций двухмерной графики: рисование линий, заливку цветом многоугольников, закраску текста, различные типы переноса блоков (BLT), растровые операции (ROP), аппаратный курсор и др. Несколько слабее других в этом плане набор микросхем Matrox MGA-2064W (это касается только номенклатуры ускоряемых операций, но не общей производительности), который, по меркам компьютерного века, был сделан уже довольно давно.

Общей характеристикой всех рассмотренных в статье изделий является также поддержка спецификаций из набора DirectX фирмы Microsoft. Кроме того, все современные наборы микросхем характеризуются новыми возможностями в сфере мультимедиа: расширенной аппаратной поддержкой трехмерной графики, воспроизведения видео и др. На всех графических платах имеются 26-контактные VESA-совместимые соединители (feature connector), позволяющие подключать дополнительные устройства типа аппаратного MPEG-проигрывателя или TV-тюнера.

Не обойдены вниманием производителей спецификация Display Data Channel (канал обмена данными с монитором) версии 2b (DDC 2b), позволяющая реализовать для мониторов возможности Plug & Play, и спецификация Display Power Management Signaling (DPMS), управляющая режимами энергосбережения.

Из числа наиболее известных изготовителей наборов микросхем для высокопроизводительных графических плат можно выделить шесть фирм: ATI Technologies, Cirrus Logic, Matrox Graphics, Number Nine Visual Technology, S3 и Tseng Labs. Их новые изделия мы сейчас и рассмотрим.

ATI разбушевалась

Осенью 1996 г. компания ATI Technologies объявила о создании графического ускорителя нового поколения 3D RAGE II (rage в переводе с английского - буйство, ярость. - Прим. ред.), улучшенной версии ее более раннего контроллера 3D RAGE. Заявленная производительность 3D RAGE II при обработке двухмерной графики по сравнению с предшественником выросла на 20% и в тесте WinBench 96 достигает 40 единиц. Максимальное разрешение - 1600х1200 точек, а в режиме 24-разрядного цвета - 1280х1024. Ускоритель сделан для шины PCI.

Ядром нового набора микросхем служит кардинально переработанный 64-разрядный графический контроллер mach64, поддерживающий 2-, 4- или 8-Мбайт синхронную память (SDRAM) или высокопроизводительную синхронную графическую память (SGRAM). Память SGRAM позволяет выполнять запись блоками, что ускоряет операции заливки областей и закраски текста. Обмен данными между графическим контроллером и памятью осуществляется по 64-разрядному интерфейсу.

Фирма ATI снабдила новый набор драйверами для всех основных операционных систем. Кроме спецификаций серии DirectX версии 2.0 поддерживаются также OpenGL для NT 3.51/4.0 и др.

Одновременно с 3D RAGE II было объявлено о выпуске специализированного видеопроцессора ImpactTV на одной микросхеме, предназначенного для вывода видеосигнала на бытовые телевизоры. По замыслу разработчиков оба комплекта микросхем могут использоваться совместно на одной графической плате, причем цена платы после установки в нее кристалла ImpactTV повышается всего на 15-20 долл.

Вслед за сообщением о выпуске новых наборов микросхем ATI Technologies объявила о создании графических плат на их основе: вначале была представлена плата 3D XPRESSION+ PC2TV, а чуть позже - еще более мощная 3D PRO TURBO PC2TV.

3D PRO TURBO PC2TV представляет собой мощный ускоритель двух- и трехмерной графики и видео для шины PCI, который может использоваться с 4-, 6- и 8-Мбайт памятью SGRAM. На плате установлены оба новейших фирменных набора: 3D RAGE II и ImpactTV. Максимальное разрешение достигает 1600х1200 точек, в режиме 24-разрядного цвета - 1280х1024 точки.

Микросхема RAMDAC с частотой 200 МГц позволяет достичь максимальной частоты регенерации 200 Гц, а в режиме 1600х1200 точек с 16-разрядным цветом - 75 Гц.

На плате имеется фирменный соединитель ATI Multimedia Channel (AMC), который может использоваться также в качестве VESA-совместимого адаптера и позволяет подключать дополнительные мультимедийные устройства, что еще больше увеличивает и без того мощные мультимедийные возможности платы.

На поставляемом вместе с платой компакт-диске кроме обширного набора драйверов записаны видеопроигрыватель ATI Video Player и диагностическая утилита.

Cirrus Logic + Rambus = Laguna

Незаметная раньше на рынке высокопроизводительных ускорителей графики фирма Cirrus Logic анонсировала два новых набора микросхем семейства Laguna - VisualMedia CL-GD5464 и CL-GD5465. Эти ускорители поддерживают один из самых современных типов памяти - Rambus DRAM (RDRAM). Особенностью этой памяти, разработанной компанией Rambus, является очень высокая скорость передачи данных (до 500 Мбайт/с) через простой 32-контактный соединитель с контроллером памяти. Производительность RDRAM выше, чем у VRAM, а цена - ниже. Контроллер памяти поддерживает конфигурации от 1 до 8 Мбайт RDRAM, причем наращивать память можно по одному мегабайту.

В новых наборах будет использоваться тот же 64-разрядный ускоритель двухмерной графики, что и в первом изделии семейства Laguna CL-GD5462. Максимальное поддерживаемое разрешение 1600x1200 точек, в режиме 24-разрядного цвета - 1024x768 точек.

В оба набора встроен ускоритель трехмерной графики и видеовоспроизведения. Набор CL-GD5464 поддерживает режим арбитра шины для PCI версии 2.1, а CL-GD5465 - спецификацию фирмы Intel ускоренного графического порта (Accelerated Graphics Port, AGP) для расширения полосы пропускания между системной памятью и графической подсистемой. В графический контроллер обоих наборов интегрирован цифро-аналоговый преобразователь на 230 МГц (вначале сообщалось о частоте 150 МГц) и тактовый генератор. Имеется также встроенный V-Port для подключения дополнительных устройств типа аппаратных MPEG-проигрывателей.

К сожалению, до момента подписания статьи в печать не было известно ни об одной графической плате, сделанной на основе наборов CL-5464 или CL-5465 серии Laguna. Однако такие изделия могут появиться в ближайшее время и, возможно, будут обладать высокими показателями производительности.

Золотой век компании Matrox

Свою самую мощную графическую плату для профессионалов - Millennium (в переводе с английского - золотой век. - Прим. ред.) - компания Matrox выпускает на основе собственного графического контроллера MGA-2064W.

Контроллер MGA-2064W - это 64-разрядный графический ускоритель для шины PCI, поддерживающий работу быстрой двухпортовой памяти Window RAM (WRAM) в конфигурациях с 2-, 4- или 8-Мбайт ОЗУ.

Высокопроизводительная память WRAM разработана фирмой Samsung. По своим характеристикам она близка к памяти VRAM. Однако благодаря своей способности работать на частоте до 50 МГц WRAM обеспечивает примерно вдвое большую полосу пропускания, чем VRAM. Кроме того, она примерно на 20% дешевле.

Ускоритель обеспечивает максимальное разрешение до 1600Ё1200 точек при 24-разрядном цвете. В процессор встроено 32-разрядное ядро VGA для увеличения производительности в среде DOS.

Построенная на базе этого ускорителя плата Matrox Millennium содержит до 8 Мбайт WRAM и мощный 220-МГц RAMDAC. Максимальная частота регенерации - 200 Гц, а в режиме 1600x1200 точек с 24-разрядным цветом - 85 Гц. Заявленная фирмой производительность платы в режиме 1024x768 точек с 8-разрядным цветом равна 41 единице (WinBench 96), а в режиме 800x600 точек с 24-разрядным цветом - 33 единицам. Еще более мощная версия платы, PowerDoc Edition, содержит RAMDAC на 250 МГц и поддерживает сверхвысокое разрешение 1800x1440 точек с частотой регенерации 70 Гц и разрешение 1600x1200 точек с частотой 88 Гц. Однако пока неясно, будет ли компания Matrox продолжать выпуск плат PowerDoc Edition.

Фирма разработала высокопроизводительные драйверы для Windows NT/95/3.11 и OS/2 Warp. В комплекте с платой поставляется набор фирменных утилит (в том числе программа для создания виртуального Рабочего стола с разрешением до 2048x1536 точек), программа калибровки Colorific Color Matching, программный проигрыватель MPEG CompCore SoftPEG, пакет для компьютерной анимации Asymetrix 3D F/X, трехмерная игра NASCAR Racing и даже Netscape Navigator 2.0.

На плате имеется соединитель для подключения одного из модулей расширения: аппаратного MPEG-проигрывателя Media XL MPEG или телевизионного тюнера Media TV. Но после подключения модуля XL MPEG память на плате расширить уже нельзя.

Графический адаптер Matrox Millennium пользуется хорошей репутацией у ведущих производителей компьютеров и профессионалов в области компьютерной графики. Его устанавливают в свои наиболее высокопроизводительные модели фирмы Compaq, Digital, Gateway 2000, IBM, Hewlett-Packard и NEC.

В настоящее время на рынке графических плат наблюдается тенденция удешевления новых моделей при одновременном расширении их мультимедийных возможностей. Однако чаще всего новые модели не отличаются повышенной производительностью при обработке двухмерной графики. Именно таковы последние разработки компании Matrox: 64-разрядный графический контроллер MGA-1064SG и графическая плата Mystique на его основе, которые несколько уступают по производительности паре MGA-2064W и Millennium. Контроллер MGA-1064SG поддерживает до 4 Мбайт SGRAM и содержит 32-разрядное ядро для ускорения производительности в среде DOS. В него встроен RAMDAC на 170 МГц, обеспечивающий максимальную частоту регенерации 200 Гц.

Плата Mystique для шины PCI поставляется с оптимизированными драйверами для Windows 95 и Windows 3.11; максимальное разрешение 1600Ё1200 точек при 16-разрядном цвете.

Полет воображения Number Nine

Фирма Number Nine, широко известная благодаря своему высокопроизводительному графическому контроллеру Imagine 128 (в переводе с английского - вообразить. - Прим. ред.), выпустила его новую версию Imagine 128 Series 2 и одноименную графическую плату для шины PCI. Предметом особой гордости Number Nine является полностью 128-разрядная технология, охватывающая три основные подсистемы: графический контроллер, внутреннюю шину контроллера и шину обмена данными с памятью. Такая архитектура позволяет за один такт работы контроллера обрабатывать шестнадцать 8-разрядных, восемь 16-разрядных или четыре 32-разрядных пиксела. Заявленная производительность нового набора микросхем вдвое выше производительности предыдущей версии.

Микросхема RAMDAC с частотой 220 МГц обеспечивает высокую частоту регенерации: максимум 150 Гц, а при разрешении 1600x1200 точек с 16-разрядным цветом до 80 Гц. Встроенные функции аппаратного преобразования DIB, ускорения видео и трехмерных объектов оптимизированы для работы с 32-разрядными операционными системами.

Графическая плата Imagine 128 Series 2 может поставляться с 4- и 8-Мбайт памятью EDO VRAM или 2- и 4-Мбайт 128-разрядной (!) памятью DRAM. В комплект поставки входят также драйверы для основных операционных систем и фирменный набор утилит HawkEye.

S3 и ее "производные"

Компания S3 в 1991 г. первой выпустила на рынок графический ускоритель на одном кристалле. В течение двух последних лет 64-разрядный графический контроллер Vision968 и платы на его основе (например, Diamond Stealth64 Video 3240XL и 3400XL) неизменно занимали первые места в различных рейтингах.

Новый набор микросхем ViRGE (Video and Rendering Graphics Engine) фирмы S3 обеспечивает более высокую производительность и значительно более широкие возможности, особенно в области трехмерной графики и воспроизведения видео.

Контроллер ViRGE содержит 64-разрядный графический ускоритель вывода двух- и трехмерной графики и видео. Двухмерная графика ускоряется контроллером на базе набора Trio64V+ (с которым ViRGE совместим по расположению контактов).

В набор встроены 135-МГц RAMDAC, синтезатор частоты, процессор потоков (S3 Streams Processor) для ускорения видео, а также интерфейс S3 Scenic Highway, позволяющий подключать непосредственно к плате источник видеосигнала и периферийные устройства MPEG-1. Поддерживаются разрешения 1280x1024 точки с 8-разрядным цветом, 1024x768 точек с 16-разрядным и 800x600 точек с 24-разрядным при частоте регенерации 75 Гц.

Для обмена данными с DRAM или EDO DRAM контроллер использует 64-разрядный интерфейс. Поддерживаемые конфигурации памяти - 1, 2 и 4 Мбайт. Выпускаются варианты для шины PCI и VESA VL-Bus. Фирма разработала комплект драйверов для всех основных операционных систем.

Однако для использования в области НИС гораздо интереснее другой набор микросхем фирмы S3 - ViRGE/VX. В отличие от своего предшественника этот набор содержит встроенный преобразователь RAMDAC с частотой 220 МГц. Кроме того, в нем реализованы поддержка 64-разрядного интерфейса с WRAM или VRAM и независимый 64-разрядный интерфейс, связывающий графический контроллер и RAMDAC, минуя видеоОЗУ.

Из других усовершенствований в ViRGE/VX следует отметить режим поблочной записи при воспроизведении цветных изображений и архитектуру памяти, позволяющую выполнять быстрый рендеринг шрифтов. Возможные конфигурации видеоОЗУ - 2, 4 или 8 Мбайт.

Интересной особенностью наборов ViRGE и ViRGE/VX является возможность использования в системах, основанных на процессорах с набором команд, отличным от x86.

В качестве примеров реализации видеоплаты на базе набора микросхем ViRGE/VX можно рассмотреть адаптеры серии Stealth 3D 3000 компании Diamond. Модель 3240XL поставляется с 2-Мбайт памятью VRAM, а модель 3400XL - с 4-Мбайт памятью VRAM. Максимальная частота регенерации - 160 Гц, максимальные разрешения в режиме 24-разрядного цвета: при 2-Мбайт VRAM - 800x600 точек, при 4-Мбайт VRAM - 1280x1024 точки.

В комплекте с платами поставляется разнообразное ПО, включая игру Descent II, энциклопедию Compton"s Interactive Encyclopedia 1996, пакеты Asymetrix 3D/FX и Digital Video Producer, а также MS Internet Explorer (видимо, в пику фирме Matrox, продающей свою плату с браузером Netscape Navigator).

Формула скорости света от Tseng и STB

Фирма Tseng Labs хорошо известна еще со времен выпуска серии высокопроизводительных 32-разрядных графических контроллеров ET4000. Однако графические платы на базе анонсированного в ноябре 1995 г. нового контроллера ET6000 появились только летом 1996 г. Причем объявленная компанией Diamond Multimedia плата Viper128 Video не появилась в продаже вообще. Скорее всего, это свидетельствует о сложностях доводки изделия до уровня промышленного образца.

Микросхема содержит интегрированный 24-разрядный RAMDAC с частотой 135 МГц, а также тактовый генератор с удвоением частоты. Поддерживается разрешение до 1280x1024 точки при 256 цветах. Максимальная частота регенерации 100 Гц.

Архитектура набора ET6000 оптимизирована для 8/15/16/24/32-разрядных RGB-режимов с упакованными пикселами. Технология поддержки очередей позволяет графическому контроллеру работать параллельно с ЦП. Используется 32-разрядная линейная адресация и шина данных. Поддерживается 8-разрядный скоростной внешний соединитель. В ET6000 реализованы также разнообразные функции ускорения мультимедийных операций.

Контроллер фирмы Tseng Labs поддерживает высокопроизводительную мультибанковую динамическую память (Multibank DRAM, MDRAM), разработанную компанией MoSys. MDRAM представляет собой динамическую память, разделенную на маленькие независимые банки по 32 Кбайт, имеющие общий интерфейс. Такая конструкция памяти имеет важное преимущество - она позволяет достичь ширины полосы пропускания до 720 Мбайт/с для двух каналов MDRAM простым увеличением тактовой частоты интерфейса, поскольку контроллер способен выполнять операции для различных банков практически одновременно. Кроме того, данная технология позволяет использовать такие конфигурации памяти, которые обеспечивают лучшее соотношение цена/производительность. Например, для буфера экрана в режиме 1024x768 точек при 24-разрядном цвете необходимо 2 359 296 байт памяти, или 2,25 Мбайт. Обычно (хотя бывают исключения) для реализации такого режима в адаптер необходимо устанавливать 4 Мбайт памяти, а для плат, использующих сочетание встроенного в ET6000 контроллера памяти с MDRAM, это значение будет составлять точно 2,25 Мбайт.

На основе набора микросхем ET6000 и памяти MDRAM фирма STB Systems со "скромным" девизом "Simply The Best" ("Просто лучшие") разработала графическую плату LightSpeed 128 Video для шины PCI. Эта плата содержит 1- или 2-Мбайт память MDRAM (версия с 2-Мбайт ОЗУ допускает расширение до 3 или 4 Мбайт) и интегрированный механизм Digital Video Engine для ускорения программного воспроизведения MPEG-1 и команд спецификации DirectDraw. В режиме 1280x1024 точки при 24-разрядном цвете частота регенерации составляет 75 Гц, максимальная - 160 Гц. Заявленная пиковая полоса пропускания между контроллером и видеопамятью для платы с 4 Мбайт достигает 1 Гбайт/с! По данным фирмы, значение WinBench 96 в режиме 1280x1024 точки с 256 цветами составляет 39,9 единицы. Для подключения модуля STB MPEG-2, ускоряющего воспроизведение MPEG-2, на плате имеется порт Video Option.

Вместе с адаптером поставляется комплект драйверов для Windows NT/95/3.11 и OS/2 Warp, а также фирменный набор утилит STB Vision 95. Утилита Dynamic Display позволяет изменять размер виртуального Рабочего стола, не покидая Windows, Zoom Window увеличивает произвольно выделенную экранную область, Virtual Desktop, как и следует из названия, создает виртуальный Рабочий стол, при этом монитор является своего рода окном на экране с гораздо большим (до 1600x1200 точек) разрешением, а Icon Toolbar ускоряет доступ к наиболее часто используемым возможностям STB Vision 95.

Фирма предоставляет на плату десятилетнюю гарантию (хотя трудно представить, чтобы кто-нибудь пользовался ею так долго).

Фирма VideoLogic, прежние модели графических плат которой (на базе других наборов микросхем) имели довольно посредственную производительность, для своей новой графической платы GrafixStar 600 также выбрала набор ET6000. От LightSpeed 128 Video этот адаптер отличается тем, что поддерживает максимальное разрешение до 1600x1200 точек при 8-разрядном цвете с частотой регенерации 60 Гц, максимальная частота регенерации составляет 200 Гц. В стандартной конфигурации плата поставляется с видеопамятью MDRAM объемом 2,25 Мбайт (расширяется до 4,25 Мбайт). Плата поддерживает спецификацию DirectDraw, имеются также драйверы для всех основных операционных систем. В комплекте с платой поставляется фирменный пакет утилит SmartTools.

Выбор хорошей графической платы для вашего компьютера - задача ответственная и непростая. К сожалению, значения производительности видеоадаптеров могут оказаться необъективными: фирма, проводящая тестирование, как правило, венчает короной победителя свой продукт. Поэтому относиться к результатам таких тестов следует с известной долей скепсиса. Кроме того, номенклатура выпускаемых изделий обновляется очень быстро, и самые свежие рейтинги самых уважаемых независимых тестовых лабораторий устаревают с удручающей скоростью.

Поэтому мы не стали опираться на субъективные оценки, а приняли другой подход: если знать, из каких основных "кирпичиков" построена та или иная графическая плата, можно с высокой вероятностью предсказать ее возможные характеристики. Это не гарантирует безошибочный выбор, но позволяет действовать не вслепую, а объективно оценивать возможности представленных на рынке высокопроизводительных графических плат.

Автор искренне благодарит Константина Яковлева (Издательский дом "Открытые Системы") за идею статьи и ценные советы, а также признателен Михаилу Лукинову (компания CompuLink) за предоставленную консультацию.