Historie společností vyrábějících 3D čipy - díl VI.: S3 Graphics | Kapitola 4
Seznam kapitol
Téměř každý, kdo měl mezi lety 1994-1999 počítač, vyzkoušel značku S3 na vlastní kůži. Grafické karty této společnosti se montovaly prakticky do všech sestav, přesně odpovídaly požadavkům tehdejšího mainstreamu: slušná 2D akcelerace, podpora pro video, 3D akcelerace a nízká cena. Někdo S3 miloval, někdo nenáviděl, někteří jeho produkty podceňovali, jiní naopak přeceňovali. A pravda byla jako vždy někde uprostřed. S3 připomínala rozjetý vlak, netrvalo ani pět let od založení a řadila se mezi nejúspěšnější. Co se pokazilo? Proč už S3 není mezi elitou 3D-grafického průmyslu? To vše se dočtete v dnešním dílu našeho seriálu.
O prázdninách 2002 se začaly objevovat první zmínky o dalším projektu S3, který by se měl na světlo světa dostat na konci roku. Situace na trhu se tehdy zdála být ideální a velice slibná, pamětníci druhé poloviny devadesátých let se těšili, že po dvou letech duelu ATi/nVidia se konečně spektrum výrobců grafických karet rozšíří do původní podoby. S3 něco kutila, Matrox uvedl Parhelii, která sice nebyla úplný top ve výkonu, ale mnoho hráčů po ní tajně toužilo, ATi slibovala R300 a nVidia převratnou generaci GeForce. Hodně se mluvilo o PowerVR Series 5, novinky slíbil i Trident. Stejně tak vydání světově první AGP 8x kompatibilní grafické karty byla otázka dní - předvedl ji SiS. Jediný, kdo ze starých známých chyběl, bylo 3Dfx, ale šuškalo se, že novinka nVidie nějaké technologie od 3Dfx určitě nabídne.
S3 DeltaChrome
První se na trh dostala Matrox Parhelia, po ní SiS Xabre, Radeon 9700 PRO, s určitým zpožděním i dlouho očekávaná GeForce FX, ale S3 stále nikde...
Opožděný DeltaChrome S8 / S4
V roce 2003 se začaly porůznu na internetu objevovat informace, specifikace, oficiální název (DeltaChrome) a sem-tam i nějaký test nebo recenze, ale brzy vše opět vychladlo, plynuly týdny, měsíce a až na konci roku, 18. prosince 2003, se objevily oficiální recenze a karta byla venku. Jenže ouha. Opět utíkaly týdny, měsíce a karty nikde. Výsledky v testech nebyly špatné, DeltaChrome S8 bylo možné srovnávat s Radeony řady 9500/9600 nebo GeForce 5600/5700 - tedy velmi slušný mainstream. V některých hrách sice byla velmi znát výkonnostní limitace ze strany ovladačů, ale výsledky byly vcelku pozitivní a zdálo se, že nedokonalosti S3 brzy vychytá. O to více znervózněli potencionální zájemci, kteří si zajímavou novinku vybrali jako upgrade. Pět měsíců uteklo a karty nebyly dostupné. Na přelomu května/června 2004 se sice objevily zprávy z východní Asie, kde se první kusy dostaly do obchodů, ale zbytek světa jakoby pro S3 neexistoval... Za další měsíc/dva se v Evropských obchodech konečně objevil DeltaChrome v cenících, ale za pár týdnů opět postupně vymizel. Dostupný pro běžného zákazníka se stal až v listopadu 2004, tedy rok po vydání.
S3 DeltaChrome S3 (Club 3D)
- zdroj: http://computer.zive.cz -
DeltaChrome byl zajímavý v několika směrech. 3D jádro (podporující shader model 2.0) využívalo zajímavý systém pro HSR (odstranění skrytých povrchů), který sice mnozí kritizovali, ale který byl zároveň první vlaštovkou technologie HSR pro S3. Každá scéna byla zpracována dvouprůchodově - nejprve byla připravena kompletní geometrická část, podle níž bylo vyhodnoceno, které objekty budou vidět a které ne. Druhý průchod už byl podobný jako u většiny grafických karet. Po hardwarové stránce byl čip schopen fungovat i běžným způsobem - první průchod mohl být vynechán. Celý systém nebyl špatný, ale měl dva háčky - prvořadě bylo nutné provést transformaci (geometrie) v prvním i druhém průchodu, tedy 2x. Pokud byla aplikace náročná na geometrický výkon, mohl celý systém vést i ke zpomalení. Druhý háček spočívat v efektivitě. Deferred rendering v podání S3 sice umožnil nevykreslovat a vynechat skryté povrchy, tzn. ušetřit výpočetní dobu a zvýšit výkon, ale velkou část této výpočetní doby si vybral průchod navíc.
S3 DeltaChrome podporoval FSAA jako super-sampling, tedy vyhlazení celého obrazu. Super-sampling je obecně citlivý na fillrate, díky čemuž se konečně deferred rendering S3 dokázal nějakým způsobem projevit a výpočetní doba zabraná prvním průchodem se výrazněji zúročila a znatelně snížila výpočetní dobu druhého průchodu. Samozřejmě, že super-sampling S3 nebyl rychlejší, než multi-sampling ATi nebo nVidie, ale propad výkonu byl procentuálně nižší, než na některých starších čipech, které super-sampling používaly.
Nároky na vyhlazování byly celkově poměrně vysoké a S3 je alespoň částečně vykompenzovala kvalitou - použitím výhodnějšího rozložení vzorků rotated-grid. Implementace byla ale opět velmi neobvyklá... Pro prakticky jakýkoli grafický čip není problém implementovat super-sampling s uspořádanou mřížkou (ordered-grid), kterého lze docílit vykreslením obrazu ve vyšším rozlišením + následným zmenšením:
FSAA - Ordered-Grid SuperSampling 2x
Slabinou uspořádaného rozložení je, že velice špatně vyhlazuje linie blízké horizontále (případ rozložení na obrázku výše), nebo vertikále. Proto je vhodnější použít rozložení ordered-grid, které je účinné na všech kritických úhlech:
FSAA - Rotated-Grid SuperSampling 2x
Pokud čip nepodporuje rozložení ordered-grid plně hardwarově, je jeho implementace problém. S3 to vyřešila následovně (pokusím se vysvětlit na scéně ze hry UnrealTournament):
Toto je scéna, kterou bychom chtěli vykreslit s použitím FSAA 2x s kvalitním rozložením vzorků rotated-grid:
Bohužel, plně hardwarová implementace není příliš snadná (dosud ji používalo myslím jen 3Dfx, i když na nejnovějších čipech by byla možná realizace přes pixel shadery) a S3 šlo jinou cestou. DeltaChrome celou scénu vykreslí pootočeně:
(čip ovšem musel vykreslit i ty části obrazu, které na obrazovce nebudou vidět a zde jsou vyznačeny žlutě; nevím ale, jestli tento problém S3 dodatečně nevyřešila v ovladačích). Jak jsem již zmínil, pro žádný grafický čip není problém provést anti-aliasing s uspořádaným rozložením vzorků - DeltaChrome jej tedy provede:
Pro názornost jsem rozložení dokreslil do obrázku jakoby na jednom "zvětšeném" pixelu. Na závěr DeltaChrome požadovanou část obrazu otočí do požadované polohy...
... čímž se uspořádané rozložení (ordered-grid) změní v efektivní rotated-grid a výsledek se může zobrazit na monitoru.
Postup je to sice poněkud krkolomný, ale účel světí prostředky a je třeba mít na mysli, že tento systém FSAA nevyžaduje prakticky žádnou hardwarovou podporu, což znamená, že pro jeho implementaci nejsou třeba žádné tranzistory v jádře navíc = nižší spotřeba, nižší cena čipu, vyšší výtěžnost atp. Však to znáte :-)
Poslední zajímavostí čipu DeltaChrome byl "ChroMotion" video-engine, srozumitelně řečeno akcelerace pro video. Podporované byly běžné formáty, samozřejmě i MPEG2 (DVD) a nově i WMV. ChroMotion dále nabízel hardwarový post-processing filtr, který ale kvalitou příliš nevynikal, a pak slušné možnosti nastavení ostrosti obrazu, které už praktické uplatnění našly.
DeltaChrome - S4 / S8 / F1 / Nitro / Pole / XE...?
Nejznámější verze čipu je již popsaná S8, která obsahuje osm pixel-pipelines. Levnější S4, která se příliš nerozšířila, vystačí se čtyřmi. Ostatní verze se liší jen frekvencemi: Nitro měla běhat na lehce vyšších frekvencích (asi jako tehdy "PE" u ATi) a XE vyšla později - používala pomalejší paměti, ale rychlejší jádro, takže zhruba stejný výkon nabízela za nižší cenu.
Zmiňovány byly i varianty DeltaChrome F1 a rychlejší (přetaktovaná) verze F1 Pole. Původní zprávy o F1 hovořily jako o čipu s 256bit paměťovým rozhraním (S4 a S8 byly 128-bitové), ale vydání bylo nakonec zrušeno a parametry nejsou zcela známé - zmiňovalo se, že F1 ve skutečnosti stejně jako S8 používala 128bit paměťový řadič a rozdílné měly být jen frekvence pamětí, ale není mi pak jasné, v čem by se lišil samotný čip tak, aby byl důvod použít jiný název (F1 místo S8).
Asi poslední vyrobená verze byla nazvána "ULP" a jednalo se o variantu s velmi nízkou spotřebou (2,5-5W) určenou především pro mobilní segment.
frekvence | pixel pipelines | poznámka | |
| DeltaChrome S4 | 400 / 300 MHz | 4 | |
| DeltaChrome S4 Nitro | ? | 4 | nedostupná |
| DeltaChrome S8 | 300 / 300 MHz | 8 | |
| DeltaChrome S8 Nitro | 315-325 / 215-325 MHz | 8 | |
| DeltaChrome S8 XE | 350 / 250 MHz | 8 | |
| DeltaChrome S8 ULP | variabilní | 8 (?) | snížená spotřeba |
| DeltaChrome F1 | 300 / 350 MHz ? | 8 | nevydána |
| DeltaChrome F1 Pole | ? | 8 | nevydána |
GammaChrome
Čip GammaChrome, který byl uveden začátkem minulého roku (2005), nebyl ničím příliš výrazný. Používal čtyři pixel pipelines, ale novější výrobní proces umožnil zvýšit frekvence jádra (500MHz) a určitých změn doznala i architektura (vyšší efektivita), takže výkon byl minimálně srovnatelný s S8, ne-li lepší. Přímé srovnání je trochu problém; S18 byla určena výhradně pro sběrnici PCI-Express, kdežto S8 pro AGP. Přibyla i podpora pro FSAA 4x (či spíše 5x), které bylo realizováno stejným způsobem, jako na DeltaChrome.
Hlavní devizou S18 je podpora pro video, kterou se S3 snažila zaujmout. HDTV, HD-WMV, DVD, HD-MPEG2, všechny efekty z DeltaChrome a ještě pár vylepšení navíc.
Dále asi nemá cenu S18 rozebírat, na náš trh se nedostala a do jaké míry se rozšířila ve východních asijských zemích a v chudších oblastech Ameriky, kam se S3 orientuje, můžeme jen těžko odhadovat.
Chrome 20
Chrome 20 snad ani nemá cenu představovat. Nejde o historii, ale o současnost - pro komplexnější představu o čipu bych doporučil pročíst oficiální parametry:
nebo ještě lépe dostupné zahraniční recenze:
http://www.xbitlabs.com
http://theinquirer.net/
http://www.techspot.com/
http://www.hkepc.com/
Nemáte-li na recenze náladu, pokusím se situaci shrnout: Při vydání čipu S18 se očekávala ještě verze S14 (pomalejší) a S19 (rychlejší) s osmi pixel pipelines. Další generace (S20) již měla podporovat shader model 3.0. Situace ale dopadla jinak než se čekalo. Původní S20 s podporou SM3.0 byla zrušena se zhruba následujícím zdůvodněním: podpora pro shader model 3.0 v současné době není nutná, vyšší komplexnost čipu by vedla k horšímu poměru cena/výkon, a proto S3 SM3.0 "přeskočí" a bude se naplno soustředit na unifikované shadery a podporu SM4.0.
Mluví se o tom, že současná S20 je ve skutečnosti původní "zrušená" S19 s mírnými úpravami. Nynější sérii S20 zastupují dvě verze - S25 a S27 (druhá je rychlejší). Za výkon vděčí především taktovací frekvenci 700MHz. S3 ohlásila Chrome 27 jako první grafický čip běžící na 700MHz (90nm výroba Fujitsu), ovšem na trhu S3 částečně přeběhly firmy Asus, HIS a Sapphire, které uvedly 700MHz verzi Radeonu X1800XT. V současné době ale trh žádný 700MHz grafický čip nenabízí (S3 stále ještě ne, Asus/HIS/Sapphire už ne), a tak je tato pozice stále volná...
Výhledy a závěr
S3 Graphics přinesla grafickému trhu víc, než si mnozí jsou ochotni připustit. Mnoho dodnes používaných technologií pochází z hlav jejích inženýrů, jiné technologie S3 se již dnes nepoužívají, ale měly historické opodstatnění. Podívejme se na některé:
trilineární textur. jednotky - krom Virge 325/VX + Savage 2000/XP na všech čipech S3
komprese textur - revoluční technologie, přítomna na všech moderních akcelerátorech
single-pass multi-texturing - efektivní multitexturing s jednou text. jednotkou
akcelerace videa - první čipy s HW DVD subpicture, HW downscaler, HW WMV...
integrovaný TV-out - S3 integroavala TV-out do jádra roky před ATi a nVidií
podpora pro více výstupů - roky před Matroxem
první speciální mobilní grafický čip - Virge MX se sníženou spotřebou
rotated-grid supersampling bez hardwarové podpory
Přál bych S3, aby ještě tento technologický výčet dokázala co nejvíce rozšířit. Zatím se můžeme těšit na další řadu jejích čipů, které by již měly podporovat unifikované shadery. Myslím si, že právě tato architektura přesně odpovídá vývojovým trendům S3 (co nejvíce výkonu a funkcí do co nejmenšího počtu tranzistorů) a bude velice zajímavé, jak se s tím její inženýři poperou. K úspěšnému čipu už schází jen dostatečná dostupnost a s trochou (možná větší trochou :-) štěstí bychom se mohli dočkat návratu někdejšího giganta na typický main-streamový trh.
Děkuji následujícím webům za informace a obrázky použité pro tento článek:
http://4um.ocguru.cz/
http://accelenation.com/
http://www.theregister.co.uk/
http://www.geek.com/
http://www.reed-electronics.com/
http://www.archive.org/
http://www.techreport.com/
http://www.3d-center.de/
