NVIDIA GeForce4 Ti 4400
и GeForce4 Ti 4600 (NV25)
или "Опять - двадцать пять"

В наших руках - NV25. Этот чип ждали многие. Кто-то как отголосок славных дел 3dfx (холодно); кто-то как достойный ответ на ATI RADEON 8500 (теплее); кто-то как вторую, оптимизированную и обогащенную инкарнацию NV20 (жарко). Пожалуй, на этот раз мы не будем злоупотреблять лирическими отступлениями, а сразу подойдем к сути вопроса...

Внимание! Прежде, чем приступить к прочтению данного материала, рекомендуем ознакомится с предыдущими полновесными обзорами NVIDIA GeForce3 (NV20) и ATI Radeon 8500 (R200).

Линейка продуктов

Линейка GeForce 4 базируется на двух чипах - NV17 (подробный обзор которого появится на нашем сайте несколько позже) и NV25 - главном герое этой статьи:

• GeForce 4 Ti4600 - NV25 300 МГц ядро, 128 МБ 325(650) МГц 128 бит DDR памяти.
• GeForce 4 Ti4400 - NV25 275 МГц ядро, 128 МБ 275(550) МГц 128 бит DDR памяти.
• Еще одна, младшая карта на базе NV25, будет анонсирована позже.
• GeForce 4 MX460 - 300 МГц ядро, 64 МБ 275(550) МГц 128 бит DDR памяти.
• GeForce 4 MX440 - 270 МГц ядро, 64 МБ 200(400) МГц 128 бит DDR памяти.
• GeForce 4 MX420 - 200 МГц ядро, 64 МБ 166 МГц 128 бит SDR памяти.

1. Линейка GeForce 3 будет максимально быстро заменена новой GeForce 4 линейкой.
2. NV17 не поддерживает (и не будет поддерживать) пиксельные и вершинные шейдеры.
3. NV17 будет иметь аппаратный декодер MPEG2 и систему динамического управления питанием, а NV25 нет.
4. NV17 имеет только два конвейера закраски, а NV25 четыре.
5. NV25 имеет суперскалярный (двойной) T&L, NV17 только один.
6. NV17 и NV25 имеют схожие контроллеры памяти (двухканальный у NV17 и четырехканальный у NV25).
7. Оба чипа снабжены одинаковым набором систем повышения эффективной пропускной полосы памяти второго поколения (сжатие и быстрая очистка Z буффера, MSAA, HSR).
8. NV17 имеет два встроенных контроллера LCD панелей.
9. Оба чипа имеют два независимых RAMDAC, CRTC контроллера, интегрированные TV-Out и DVI интерфейс.

   Вот такой "милый" вервольф будет оказывать наглядную силовую поддержку анонсу продуктов на базе NV25, демонстрируя передовые возможности мягкого освещения, скелетной анимации, сгенерированной вершинными шейдерами шерсти и попиксельного рельефа:
   
   

   
   
   

   Теория

   Структурная схема NV25

   
   
   
   
   

   Основные архитектурные новшества NV25 (в сравнении с NV20)

   Для начала посмотрим, каким предстает перед нами новый чип после прочтения массы сопутствующих его анонсу спецификаций и кратких обзоров технологий:

   1. Два независимых контроллера отображения (CRTC). Гибкая поддержка всевозможных режимов с выводом двух независимых по разрешению и содержанию буферов кадра на любые доступные приемники сигнала.
   2. Два полноценных интегрированных в чип 350 МГц RAMDAC (с 10 битной палитрой).
   3. Интегрированный в чип интерфейс TV-Out.
   4. Интегрированный в чип TDMS трансмиттер (для DVI интерфейса).
   5. Два блока интерпретации и исполнения вершинных шейдеров. Они сулят существенное увеличение скорости обработки сцен со сложной геометрией. Блоки не могут испольнять различный микрокод шейдеров, единственное назначение подобного дублирования - обработка двух вершин одновременно - служит для увеличения производительности.
   6. Усовершенствованные конвейеры закраски обеспечивают аппаратную поддержку пиксельных шейдеров до версии 1.3 включительно.
   7. По заявлениям NVIDIA, увеличена эффективная скорость закраски в режимах MSAA, теперь режимы 2x AA и Quincunx AA вызовут существенно меньшее падение производительности. Немного усовершенствован Quincunx AA (смещены позиции выборки семплов). Появился новый метод AA - 4xS.
   8. Усовершенствованная система раздельного кеширования (4 раздельных кеша для геометрии, текстур, буфера кадра и Z буфера).
   9. Усовершенствованное сжатие без потерь (1:4) и быстрая очистка Z буфера.
   10. Усовершенствованный алгоритм отброса невидимых поверхностей (Z Cull HSR).

   Далее, по ходу нашего повествования, мы тщательно сверим, проверим и замерим все декларированные здесь преимущества нового чипа, дабы собственноручно убедится в степени их реальной эффективности.

   Подводя итог этого списка, хочется отметить скорее эволюционный, нежели революционный характер изменений в сравнении с предыдущим творением NVIDIA (NV20). Впрочем, это неудивительно - исторически NVIDIA вначале предлагала продукт, несущий множество новых технологий, а затем выпускала более совершенный (оптимизированный) вариант на его основе, устраняя привлекшие основное внимание (за время присутствия продукта на рынке) недостатки. Вспомним TNT и TNT2, GF256 и GF2 - точно такой же парой являются на наш взгляд GF3 и GF4. И, как показывает практика предыдущих "пар", именно вторую, доведенную версию архитектуры ждет наибольший успех и признание, а следовательно и долгая (скажем так, сравнительно долгая :-) ) жизнь.

   Тактико-технические характеристики

   Для начала небольшое пояснение:

   1. Ускоритель нельзя рассматривать в отрыве от драйверов. Для конкретных приложений любые возможности чипа существуют лишь в меру их поддержки драйверами для двух основных API. Многие из приведенных в этой таблице характеристик могут зависеть от драйверов и верны в первую очередь для указанной версии. Более того, некоторые возможности, о наличии которых драйверы не сообщают, на проверку оказываются доступными для приложений (например, плоскости отсечения в D3D для карт NVIDIA). Мы все равно будем считать эти возможности отсутствующими - корректно написанные приложения не должны пытаться использовать вызовы и параметры, о наличии которых не отрапортовал драйвер.
   2. Большинство информации относится к Direct3D, в OpenGL эти параметры могут иметь иные значения (впрочем, это происходит крайне редко). Тому есть несколько причин, в том числе и более тесное взаимодействие этого игрового API с железом ускорителей. А также тот факт, что возможности современных ускорителей достаточно четко продиктованы спецификацией D3D.

   А теперь - сводная таблица ключевых ТТХ участвующих в дальнейшем тестировании чипов и карт. Отметим, что в ближайший календарный квартал следует рассматривать ATI RADEON 8500 как основного конкурента карт на базе NV25 (GeForce 4 Ti 4600 и Ti 4600) ввиду отложенного (возможно, навсегда) запуска RADEON 8500XT и достаточно существенного промежутка времени, оставшегося до выхода первых продуктов на базе R300.

Прокомментируем существенные пункты:

1. GeForce4 Ti4600 обладает более высокой тактовой частотой ядра и памяти, нежели RADEON 8500. GeForce4 Ti4400 обладает равной тактовой частотой ядра и памяти по отношению к RADEON 8500.
2. Наконец-то, передовые продукты NVIDIA получили полноценную поддержку вывода изображений на два монитора, причем, в отличие от R200, оба полноценных 350 МГц RAMDAC интегрированы в чип NV25.
3. Более низкая у NV25 частота RAMDAC по сравнению с первичным RAMDAC R200 (350 против 400 МГц)
4. Схожая с NV20 и R200 организация внутренней архитектуры NV25 - 4 конвейера закраски, по два текстурных блока на каждом. Однако у R200 результаты их работы могут накапливаться два раза, в результате чего мы получаем возможность комбинировать до 6 текстур за один проход, а у NV25 мы по прежнему ограничены 4 текстурами. Впрочем, пока на рынке нет ни одного игрового приложения, способного получить существенное преимущество при использовании 6 текстур за проход. По слухам, в будущем на роль такого приложения претендует Next Doom.
5. NVIDIA по-прежнему не поддерживает пиксельные шейдеры 1.4 (подробнее о них см. в превью R200) и, следовательно, более гибкий механизм зависимой выборки значений текстур. Реально шейдеры транслируются в настройки конвейеров выборки и комбинации, число стадий конвейера выборки текстур осталось прежним - 4 у NV25/NV20 против 8 у R200; Небольшие изменения комбинационного конвейера позволили аппаратно поддержать шейдеры 1.2 и 1.3. Отличия последних от шейдеров 1.1 не имеют отношения к организации более гибкой зависимой выборки (как хотелось бы), а связаны в основном с использованием и модификацией значений Z и другими мелкими "удобствами".
6. Комбинационные конвейеры всех чипов имеют 8 стадий и поддерживают все декларированные DirectX 8.1 операции.
7. Несмотря на ожидания, в доступных на данный момент драйверах для NV25 не увеличено ни число констант, которые можно задействовать в вершинных шейдерах (все так же 96 против 192 у R200), ни число команд вершинного шейдера (все так же 128). Судя по всему, никаких существенных качественных изменений, кроме дублирования T&L блока (он же интерпретатор вершинных шейдеров в одном лице) в геометрический конвейер не внесено.
8. Ликвидировано отставание от R200 в плане стабильной работы контроллера памяти на близких к номинальным частотах - память NV25 успешно работает на одинаковой с R200 частоте при том же номинальном времени доступа. Само по себе это еще не говорит о равной эффективности - подходы R200 и NV20/NV25 в вопросах работы с памятью существенно разнятся. NV25 предпочитает мелкие блоки и эффективный четырех канальный перекрестный контроллер, R200 - крупные блоки и интенсивное совместное кеширование. Какой из подходов оказался более жизнеспособен в современных тестах и приложениях, мы увидим далее.
9. Все карты имеют полноценные DirectX 8.1 и OpenGL 1.3 драйверы. Общепризнано, что OpenGL драйвер ATI не столь эффективен, как творение программистов NVIDIA. Однако различие между ними постепенно сокращается, и в данный момент во многом определяется тем, как работает с геометрией OpenGL программа и использует ли она индексные буферы - сам по себе R200 заметно менее эффективен в вопросах передачи геометрии через AGP нежели NV20/NV25.
10. У NV20 и NV25 сложилась достаточно интересная ситуация в области плоскостей отсечения. По той или иной причине текущие драйверы рапортуют, что плоскостей отсечения нет, хотя на поверку оказывается, что они прекрасно работают. Причина столь странного поведения следующая: для реализации плоскостей отсечения NVIDIA использует специальный пиксельный шейдер. Т.е. при этом задействуется большая часть слотов комбинационного конвейера и приложение теряет возможность использовать собственный пиксельный шейдер и некоторые другие ресурсы. Что, в свою очередь, не соответствует стандарту DirectX - именно поэтому плоскости отсечения и были отключены на уровне рапортуемых драйвером возможностей.
11. В NV25 по прежнему не реализована аппаратная поддержка N-Patches, скорее всего, по политическим соображениям.
12. Драйверы NV20 и NV25 уже достаточно давно перестали поддерживать аппаратную тесселяцию гладких поверхностей (HOS на основе RT-Patches). Причина этого кроется в DirectX - в случае, когда карта не поддерживает аппаратно N-Patches, API пытается эмулировать их с помощью RT-Patches. Что, несомненно, вызывает очень медленную работу N-Patches, даже более медленную чем толковая программная эмуляция. NVIDIA была вынуждена отключить RT-Patches, дабы игры с поддержкой N-Patches не впадали в трудно объяснимый для рядового пользователя ступор на ее последних продуктах.
13. NV25, как и NV20, не поддерживает индексированный матричный блендинг - приоритет в этом вопросе отдан шейдерам, через них можно гибко организовать любые схемы матричного блендинга.
14. Multisampling не претерпел никаких изменений по сравнению с NV20 - все те же 2..4 сэмпла, на которые R200 по-прежнему не способен.
15. Реализация анизотропии у NV25/NV20 и R200 существенно различаются, и каждый подход имеет свои преимущества и недостатки. Чуть далее мы уделим этому вопросу больше внимания.
16. Диапазон значений пиксельных шейдеров NV25 по-прежнему от -1.0 до 1.0 - повышенная точность R200 осталась без ответа.
17. Все карты поддерживают стандартный джентельменский набор форматов текстур, однако, в дополнение к нему, R200 имеет поддержку нескольких экзотических форматов для использования в шейдерах дополнительных данных (карт нормалей и смещений) с повышенной точностью передачи компонент (11 и 16 бит - V16U16, W11V11U10); NV25 и NV20, в свою очередь, позволяют использовать текстуры с форматом буфера глубины (D32, D24S8, D16, D24X8), необходимые для реализации алгоритмов затенения на основе буфера глубины (Depth Buffer Shadows). То, как этот специфичный для продуктов NVIDIA алгоритм используется приложениями в драйверах для DirectX, является некоторым отступлением от стандарта - своеобразным хаком.
18. NV25 по-прежнему не позволяет сжимать объемные текстуры. Учитывая существенные размеры 3D-текстур, этот факт можно считать заметным недостатком драйверов или чипа. По крайней мере, когда эти пресловутые объемные текстуры наконец начнут применяться в реальных приложениях :-). В то же время, OpenGL драйвер NVIDIA предоставляет свой собственный формат сжатия 3D-текстур.
19. NV25 поддерживает все разновидности тумана, как и NV20.

Приведем, для полноты картины, полный список OpenGL расширений поддерживаемых NV25 с текущими драйверами:

GL_VENDOR: NVIDIA Corporation

GL_RENDERER: GeForce4 Ti 4400/AGP/SSE2

GL_VERSION: 1.3.1

GL_EXTENSIONS:

• GL_ARB_imaging
• GL_ARB_multisample
• GL_ARB_multitexture
• GL_ARB_texture_border_clamp
• GL_ARB_texture_compression
• GL_ARB_texture_cube_map
• GL_ARB_texture_env_add
• GL_ARB_texture_env_combine
• GL_ARB_texture_env_dot3
• GL_ARB_transpose_matrix
• GL_S3_s3tc
• GL_EXT_abgr
• GL_EXT_bgra
• GL_EXT_blend_color
• GL_EXT_blend_minmax
• GL_EXT_blend_subtract
• GL_EXT_compiled_vertex_array
• GL_EXT_draw_range_elements
• GL_EXT_fog_coord
• GL_EXT_multi_draw_arrays
• GL_EXT_packed_pixels
• GL_EXT_paletted_texture
• GL_EXT_point_parameters
• GL_EXT_rescale_normal
• GL_EXT_secondary_color
• GL_EXT_separate_specular_color
• GL_EXT_shared_texture_palette
• GL_EXT_stencil_wrap
• GL_EXT_texture3D
• GL_EXT_texture_compression_s3tc
• GL_EXT_texture_edge_clamp
• GL_EXT_texture_env_add
• GL_EXT_texture_env_combine
• GL_EXT_texture_env_dot3
• GL_EXT_texture_cube_map
• GL_EXT_texture_filter_anisotropic
• GL_EXT_texture_lod
• GL_EXT_texture_lod_bias
• GL_EXT_texture_object
• GL_EXT_vertex_array
• GL_EXT_vertex_weighting
• GL_HP_occlusion_test
• GL_IBM_texture_mirrored_repeat
• GL_KTX_buffer_region
• GL_NV_blend_square
• GL_NV_copy_depth_to_color
• GL_NV_evaluators
• GL_NV_fence
• GL_NV_fog_distance
• GL_NV_light_max_exponent
• GL_NV_multisample_filter_hint
• GL_NV_occlusion_query
• GL_NV_packed_depth_stencil
• GL_NV_point_sprite
• GL_NV_register_combiners
• GL_NV_register_combiners2
• GL_NV_texgen_reflection
• GL_NV_texture_compression_vtc
• GL_NV_texture_env_combine4
• GL_NV_texture_rectangle
• GL_NV_texture_shader
• GL_NV_texture_shader2
• GL_NV_texture_shader3
• GL_NV_vertex_array_range
• GL_NV_vertex_array_range2
• GL_NV_vertex_program
• GL_NV_vertex_program1_1
• GL_SGIS_generate_mipmap
• GL_SGIS_multitexture
• GL_SGIS_texture_lod
• GL_SGIX_depth_texture
• GL_SGIX_shadow
• GL_WIN_swap_hint
• WGL_EXT_swap_control

И, для сравнения, такой же список в исполнении последних драйверов R200:

GL_VENDOR: ATI Technologies Inc.

GL_RENDERER: Radeon 8500 DDR x86/SSE2

GL_VERSION: 1.3.2475 WinXP Release

GL_EXTENSIONS:

• GL_ARB_multitexture
• GL_ARB_texture_border_clamp
• GL_ARB_texture_compression
• GL_ARB_texture_cube_map
• GL_ARB_texture_env_add
• GL_ARB_texture_env_combine
• GL_ARB_texture_env_crossbar
• GL_ARB_texture_env_dot3
• GL_ARB_transpose_matrix
• GL_ARB_vertex_blend
• GL_ARB_window_pos
• GL_S3_s3tc
• GL_ATI_element_array
• GL_ATI_envmap_bumpmap
• GL_ATI_fragment_shader
• GL_ATI_map_object_buffer
• GL_ATI_pn_triangles
• GL_ATI_texture_mirror_once
• GL_ATI_vertex_array_object
• GL_ATI_vertex_streams
• GL_ATIX_texture_env_combine3
• GL_ATIX_texture_env_route
• GL_ATIX_vertex_shader_output_point_size
• GL_EXT_abgr
• GL_EXT_bgra
• GL_EXT_blend_color
• GL_EXT_blend_func_separate
• GL_EXT_blend_minmax
• GL_EXT_blend_subtract
• GL_EXT_clip_volume_hint
• GL_EXT_compiled_vertex_array
• GL_EXT_draw_range_elements
• GL_EXT_fog_coord
• GL_EXT_packed_pixels
• GL_EXT_point_parameters
• GL_ARB_point_parameters
• GL_EXT_rescale_normal
• GL_EXT_secondary_color
• GL_EXT_separate_specular_color
• GL_EXT_stencil_wrap
• GL_EXT_texgen_reflection
• GL_EXT_texture_env_add
• GL_EXT_texture3D
• GL_EXT_texture_compression_s3tc
• GL_EXT_texture_cube_map
• GL_EXT_texture_edge_clamp
• GL_EXT_texture_env_combine
• GL_EXT_texture_env_dot3
• GL_EXT_texture_lod_bias
• GL_EXT_texture_filter_anisotropic
• GL_EXT_texture_object
• GL_EXT_vertex_array
• GL_EXT_vertex_shader
• GL_KTX_buffer_region
• GL_NV_texgen_reflection
• GL_NV_blend_square
• GL_SGI_texture_edge_clamp
• GL_SGIS_texture_border_clamp
• GL_SGIS_texture_lod
• GL_SGIS_generate_mipmap
• GL_SGIS_multitexture
• GL_WIN_swap_hint
• WGL_EXT_extensions_string
• WGL_EXT_swap_control

Закончив с представлением новых графических процессоров, обратим внимание на видеоплаты, которые базируются на двух вариантах NV25: GeForce4 Ti 4400 и 4600.