Historie společností vyrábějících 3D čipy - díl V.: Matrox | Kapitola 2
Seznam kapitol
Matrox byl podobně jako S3, jednou z nejoblíbenějších značek poloviny devadesátých let. Obě měly řadu stálých zákazníků a pro obě nebyly začátky 3D procházka růžovou zahradou. V dnešním díle se podíváme, jak se s deseti lety 3D akcelerace dokázala společnost Matrox poprat. V příštím díle se můžete těšit na S3.
G100
Čip G100 byl uveden počátkem léta roku 1998, měsíc před G200. Jednalo se o velice rozporuplné řešení, které nemělo mnoho šancí na úspěch. Jádro, i přes řazení do série "G", v mnoha ohledech vychází z původní Millenium, to znamená 64bit architekturu a nízký 3D výkon. Určitá změna ale přeci jenom je - přibyla podpora pro filtraci textur, fogging, 24bit rendering a další technologie, které tolik chyběly pro použitelnost ve hrách a kvalitu 3D srovnatelnou s konkurencí (vykreslení jednoho otexturovaného pixelu zvládala G100 pravděpodobně v jednom taktu, ale jádro běželo na nižší frekvenci, než starší čipy, což výkon dodatečně přibrzdilo).
Matrox Productiva G100
- zdroj: http://www.ixbt.com/ -
Není mi jasné, kde přesně Matrox udělal chybu, zda G100 vyšla příliš zpožděně, nebo byla předem plánovaná jako low-end doplněk pro G200. Matrox nazval kartu Productiva G100 a označil ji jako univerzální řešení pro domácí počítač, kancelář, herní PC, nebo DTP. 3D výkon byl ale na léto 98 poněkud nízký; nižší než nabízela Voodoo Graphics, ATi Rage PRO, nebo Verite 2200. Hráče 3D akcí neměla karta čím upoutat. Majitele řady Millenium a Mystique taky nemohla přimět k upgradu, protože G100 nabízela, stejně jako předchozí řešení, maximálně 8MB paměti (SGRAM či SDRAM).
Ovladače pro G100 ale byly velice špatné, zvlášť pro OpenGL. Změna nastala až v květnu 1999, kdy nové OpenGL ICD (ještě v beta verzi) navýšilo výkon o 25%.
I přes velmi nízkou cenu nebyla G100 nijak úspěšná. Zčásti proto, že majitelům starších řešení mnoho nového nenabízela, možná proto, že majitelé multimediálních upgradů radši zůstali u původních Mystique, neboť G100 vyžadovala novou verzi Rainbow Runner Studia (samostatná karta).
G100 ve Forsaken
- převzato z http://www.coolcomputing.com/ -
Majitelé m3D akcelerátoru na ní mohli rovnou zapomenout, neboť 20% nárůst ve výkonu se nedá považovat za upgrade (obzvlášť pokud vezmeme v úvahu, že kvalita obrazu G100 byla v mnohých hrách horší než s m3D). I v případě upgradu se m3D jevil výhodněji, neboť o 20% vyšší výkon G100 byl "kompenzován" dvojnásobnou cenou ($88) oproti m3D ($45). A tak nevýrazná G100 zhruba za měsíc po vydání skončila ve stínu zářící...
G200
V létě roku 1998 vydal Matrox novou grafickou kartu s čipem G200. Ten již neměl s původní architekturou staré Millenium nic společného, byl nesrovnatelně lepší, i po stránce výkonnostní. Za navýšení výkonu mohla především 128-bitová architektura jádra a rychlý triangle-setup engine. Ten byl implementován pomocí programovatelného WARP jádra (které zmíním detailněji u G400 a v samostatné kapitole).
Matrox Millenium G200
- zdroj: http://bbs.yjfy.com/ -
G200 byla jednou z prvních dostupných karet podporujících plný 32 bitový rendering*. V době vydání tak byla kartou s vůbec nejkvalitnějším obrazem (podporovala i trilineární filtraci a technologii zvanou VCQ, což označovala interní 32bit rendering i při 16ti bitovém výstupu, tedy velice kvalitní "16ti bitový" obraz).
*Pokusil jsem se vypátrat, která grafická karta podporovala jako první 32bit rendering a podle všeho se zdá, že šlo o Rendition Verite 1000, která podporovala 32bit rendering i texturing (texture formats: 332, 565, 1555, 4444, 8888 in RGB and YUV). Další v pořadí byla Rendition Verite 2x00, poté Matrox G200 a nVidia RIVA TNT. Pokud bychom pátrali i ve skutečné profesionální sféře (grafické karty řádově za tisíce nebo desítky tisíc dolarů), našli bychom i jiná řešení podporující tuto technologii, možná i starší než Verite 1000, ale ty se našeho tématu přímo nedotýkají.
Výkon měla G200 celkem dobrý, ovšem nijak oslňující, karta byla o desítky procent pomalejší, než např. Voodoo 2, Banshee, nebo RIVA TNT, ale oproti G100 šlo o náskok minimálně o 100%.
Nižší výkon byl způsoben třemi aspekty: 64bitovou paměťovou sběrnicí, jedinou pixel pipeline s jednou texturovací jednotkou, ale hlavně ovladači. Zvlášť podpora OpenGL byla slabá a podporován byl pouze Quake I/II. Nedotaženost OpenGL driverů se podepsala i na výkonu a ačkoli byla G200 v Direct 3D akceptovatelná a v některých hrách dokonce srovnatelná s TNT/Banshee, výsledky v Quake II nedosahovaly ani 50% výkonu jmenovaných karet. Pravým opakem byla situace v Linuxu. Díky tomu, že Matrox podporoval Linuxovou komunitu existovalo velice rozsáhlé spektrum ovladačů a G200 se na dlouho stala nejvýkonnější 3D kartou pro Linux. Díky neustále zlepšovaným ovladačům byla dokonce výkonnější, než později vydaná TNT2.
G200 byla dodávána v několika verzích - s 8-16MB SDRAM či SGRAM. SGRAM verze nesla název Mystique G200, SDRAM analogicky Millenium G200. Není to ovšem pravidlo, neboť značení se nijak striktně nedodržovalo, takže není neobvyklé narazit na SGRAM verzi označenou jako Millenium.
Velkou výhodou G200 byl velmi vysoký výkon ve 2D (spolu s 3Dfx držel Matrox prim) a vynikající kvalita analogového výstupu. Některé karty nesly i Matrox TV-out čip. Po vydání G200 se rok nic nedělo.
G400
V červnu 1999, čtvrt roku po uvedení TNT2 a Voodoo 3, přišel Matrox s novinkou, poměrně revolučním čipem G400, prvním s 256bitovou architekturou. G400 byla po hardwarové stránce vynikající - krom 256bitové architektury nabízela jako první na trhu podporu pro Environment Bump-Mapping, VCQ2 (32bit interní rendering), trilineární filtraci, anizotropní filtraci* a nově i nezávislý duální výstup DualHead, který byl v segmentu domácích grafických karet něčím zcela novým.
*Matrox anizotropní filtraci uváděl, ale současné ovladače tuto možnost nenabízejí. Po konzultaci s několika lidmi, kteří měli kartu k dispozici jako novinku, mohu říct, že jádro skutečně tuto technologii podporuje, ale opět půjde o nedostatek ze strany softwarového oddělení. Anizotropní filtrace totiž fungovala pouze pokud byla zapnuta aplikací (ze hry) a to možná ještě jen s některými verzemi ovladačů. Pokud máte nějaké zkušenosti v tomto směru, podělte se v diskusi.
Po vydání nedopadla G400 příliš dobře. Ovladače sice nebyly ideální, ale zdaleka nebyly tak špatné, jako u starších karet. Větším problémem bylo, že málokoho napadlo porovnat kvalitu renderingu. G400 byl jediný čip své generace, který podporoval multitexturing s trilineární filtrací zároveň. Trilineární filtrace samozřejmě nějaký výkon stojí a obzvlášť na kartě, která nezakládá na brutálním fillrate, což byl právě případ G400. Většina testů na internetu se skládala z kombinace 3DMark + Quake III, ale bylo tragicky málo recenzentů, kteří si povšimli, že Quake III při nastavení na nejvyšší kvalitu právě kombinaci trilineární filtrace s multitexturingem používá. Grafická karta, která tuto kombinaci nepodporovala, jednoduše použila bilineární filtraci, případně bilineární mip-map dithering, čímž si ušetřila práci a navýšila výkon až o 50%. Naproti tomu G400 jela v plné kvalitě. Prakticky jediný web, kde si toho alespoň částečně všimli, byl TechReport (autor Scott "Damage" Wasson):
Quake III Arena
TNT2 Ultra (vlevo) provádí pouze bilineární filtraci + mip-map dithering
Matrox G400 (vpravo) provádí plnou trilineární filtraci
- zdroj: http://www.techreport.com/ -
G400 si takto díky svému technologickému náskoku ublížila. Kvůli komplexnosti a velikosti jádra byla G400 taktována na pouhých 125MHz (TNT2 Ultra 175-190MHz, Voodoo 3 - 3500 183MHz, Rage 128PRO 120-135MHz), takže většina jejího výkonu pramenila spíš z kvalitní architektury (256bit jádro), než z hrubého výkonu.
Gigabyte / Matrox G400
- zdroj: http://www.anandtech.com/ -
pro srovnání standardní G400 (zdroj: http://www.tusmi.de/ )
V souvislosti s vydáním G400 došlo k poměrně neobvyklému jevu - Matrox se dohodl se společností Gigabyte, která začala vyrábět vlastní grafické karty s čipem G400. Aby nemohly být karty používány s jiným produktem, než určenou základní deskou od Gigabyte, byl čip s BIOSem z grafické karty přesunut na základní desku:
G400 MAX
O několik měsíců později Matrox vydal i rychlejší verzi (125/166MHz->150/200MHz) s rychlejším RAMDACem (300->360MHz), dual-head/TV-out výbavou v základu a aktivním chladičem s kuličkovým ložiskem (AAVID), která nesla název Millenium G400 MAX.
Matrox Millenium G400 MAX
- zdroj:http://www.tomshardware.com/ -
G400MAX byla nejrychlejší grafickou kartou na trhu, ale dlouho si tuto pozici neudržela, nVidia vydala GeForce 256, s jejíž pomocí si opět pomyslnou výkonnostní korunku vzala zpět. G400 se i přesto stala jedním z nejlepších a nejúspěšnějších čipů Matroxu. Jediným technologickým nedostatkem byla absence pro podporu komprese textur (S3TC/DXTC; ale 8-bit paletized textures G400 uměla). Větším nedostatkem byl pozdní nástup na trh a vyšší pořizovací cena, která se ale dala omluvit bezkonkurenční kvalitou 2D/3D obrazu a podporou env. bump-mappingu, který znamenal grafické vylepšení v téměř 50 hrách.
Na závěr kapitoly o G400 jsem připravil krátké shrnutí grafických akcelerátorů této generace (pro zajímavost jsem přidal ještě pozdější VSA-100):
Po vydání G400 bylo jasné, že je 3D vývoj společnosti Matrox velice schopný a většina lidí čekala, že další produkt bude pro nVidii a 3Dfx minimálně stejným konkurentem, jako G400. Bohužel, nestalo se tak.
speciální kapitola - WARP engine
WARP engine byla novinka čipu G200, ale Matrox neuváděl víc, než že se jedná o část čipu, která je využívána jako triangle-setup engine. /Hardwarový triangle-setup engine určitým způsobem zvyšuje výkon, ale nárůst výkonu nepramení přímo z toho, že by došlo k výraznějšímu odlehčení hlavního procesoru (tyto operace nejsou příliš náročné, jde především o celočíselné výpočty). Nárůst výkonu pramenil především ze sníženého množství dat na triangle - tedy menší množství dat proudící z CPU ke grafickému čipu (= snížení nároků na sběrnice)./
To ale zdaleka nebylo vše. WARP engine byl ve skutečnosti plně programovatelný RISCový procesor, který dokázal provádět výpočty celočíselné i v plovoucí desetinné čárce. Tento procesor využíval 64 víceúčelových registrů, bohužel podrobnou dokumentaci a seznam instrukcí nikdy Matrox nezveřejnil. Hardwarové oddělení společnosti Matrox mělo vždy výrazný náskok před softwarovým, a proto je více než pravděpodobné, že měl Matrox s WARP jednotkami velké plány, ale na jejich realizaci softwarovému oddělení nikdy nezbyl čas. Zveřejněn byl pouze soubor několika ukázkových rutin, ale to bylo velice málo vzhledem k možnostem čipu.
Khong Jye Liew, autor utility MGA tweak, po čase potvrdil, že WARP jednotky jsou plně programovatelné RISC procesory a Grzegorz Mazur z Varšavského institutu informatiky uvedl, že jednotky dokonce zvládají operace potřebné pro realizaci T&L. Krom toho mohly být použitelné (a velice užitečné) při přehrávání videa, pro akceleraci dekomprese MPEG1/2 video streamu (např. iDCT). Bohužel, nedošlo ani k jednomu, ani k druhému (pokud vynechám některé verze 3rd party ovladačů pro Linux, v nichž se snad určitá podpora pro MPEG2 měla objevit)
Před vydáním čipu G450 se opět v diskuzích začaly objevovat určité zmínky, konkrétně o tom, že se Matrox chystá použít WARP jádra G450 pro T&L operace. K tomu bohužel opět nedošlo a G450 nebyla ničím jiným, než levnější verzí G400. Určitá jiskra naděje se objevila s příchodem čipu G550, který nabízel technologii HeadCasting, kterou zmíním v příslušné kapitole. Tento vertex shader program byl hardwarově akcelerován právě přes WARP jednotky G550.
G450
Opět po roce (od vydání G400), v létě 2000, v době GeForce 2 GTS, Radeonu 256 DDR a Voodoo 5 - 5500 vydal Matrox novinku nazvanou G450. Prakticky všichni předpokládali jakousi rychlejší G400 s T&L jednotkou, ale opak byl pravdou. Nejenže G450 T&L nepodporovala, ale dokonce ani nebyla rychlejší, než rok stará G400.
Matrox Millenium G450
- zdroj: http://www.3dnews.ru/ -
G450 byla ve skutečnosti jen G400 vyráběná na novějším (a levnějším) 180nm výrobním procesu s pozměněným paměťovým řadičem - místo 128bit SDR byl použit 64bit DDR. Tento krok samozřejmě nevedl ke zvýšení výkonu (spíš naopak), ale umožnil zjednodušení PCB karty (=nižší cena) a dále vedl ke zmenšení balení čipu (opět nižší cena).
Najít vůbec nějaké prvky, ve kterých byla G450 lepší než G400, není nic jednoduchého. Jednak to může být snížené tepelné vyzařování (G450 používala uzemněný pasivní chladič), dále rychlejší sekundární RAMDAC integrovaný v jádře (G400 dual-head měla sekundární RAMDAC umístěn externě na PCB) a nakonec asi nižší cena. I když ani cena zdaleka neodpovídala výkonu.
Záporů bylo výrazně víc. Výkon ve 3D byl někde na úrovni TNT2 M64, sem-tam lepší, sem-tam horší. Majitelé G400MAX dokonce tvrdili, že ani kvalita analogového výstupu G450 není lepší, než na MAXce. Stejně tak integrovaný TV-out encoder nedosahoval kvalit externího z G400.
Jediný smysl G450 byla možnost duálního výstupu a nezávislého TV-výstupu za trochu nižší cenu oproti G400. G450 dopadla podobně jako G100. Zůstala ve stínu výkonnějšího produktu a ani cena nebyla dostatečně nízká na to, aby to dokázala zvrátit.
G600 a G800?
Po vydání G450 se hovořilo o projektu G800 a G600. Jak se později ukázalo, šlo z větší části o hoax. Něco pravdy ale na těchto informacích bylo. Objevily se dvoje "specifikace" G800:
jedna verze:
3 pixel pipelines
3 texturovací jednotky na každé
200MHz jádro
200MHz 128bit DDR paměti
fillrate 600MPxl/s, 1800MTxl/s
T&L s 20-30 miliony trojúhelníků za sekundu
datová propustnost pamětí 6,4GB/s
možnost propojení dvou čipů (škálovatelná architektura)
vydání Q4 2000
podpora DX8
Ačkoli vypadá počet pipelines přinejmenším exoticky, jsou tyto parametry velice zajímavé. Pokud se na to podíváme ještě jednou, může nám to trochu připomínat parametry Parhelie (zvyšte si počet pipelines a TMU o jednu a zdvojnásobte šířku paměťové sběrnice). A protože je na každém šprochu pravdy trochu, je docela možné, že Matrox skutečně připravil nějaký DX8 čip, ale jeho výsledný výkon či poměr cena/výkon nesplnil očekávání a proto se vedení Matroxu rozhodlo projekt přepracovat a prozatím vydat něco "slabšího".
Dále se objevily parametry hovořící o čipu vycházejícím z architektury G400, který obsahuje dvojnásobek pixel pipelines, 128bit DDR sběrnici a T&L akceleraci, jehož výkon by měl být situován mezi GeForce 2 MX a GeForce 2 GTS, spíše blíž k GTS. To by celkem odpovídalo (G400 MAX na 150MHz nabízela 70-90% výkonu GeForce 2 MX). Tato teorie je považována za pravděpodobnější; smysl by pak dávalo i zrušení projektu (poměr cena/výkon). Ať už byla pravda kdekoli, je jisté, že Matrox měl nějaký čip připraven, ovšem do výroby se nedostal. Vydána byla pouze osekaná varianta...
G550
Millenium G550 byla uvedena koncem léta 2001. To je rok po GeForce 2 Ultra, skoro půl roku po GeForce 3. Nebo také krátce před GeForce 3 Ti500 a Radeonem 8500. Pro mnohé byla G550 velkým zklamáním. Vycházela z čipu G450 (64bit DDR sběrnice), stále požívala dvě pixel pipelines, ale oproti G4x0 byl zdvojnásoben počet texturovacích jednotek na pipeline (místo jedné byly použity dvě). Tímto krokem se Matrox dostal po více než dvou letech opět na výkonnostní úroveň G400, ovšem korunu stále nesla G400MAX.
Matrox Millenium G550
- zdroj: http://www.xbitlabs.com/ -
Možná ještě větším zklamáním byla kvalita výstupu. Obraz z analogového výstupu těchto karet nebyl pouze neostrý - byl doslova rozmazaný. Pozdější revize už měly tento problém odstraněn, ale pro mnohé uživatele to bylo dost na to, aby se s Matroxem definitivně rozloučili.
Krom zdvojnásobeného počtu texturovacích jednotek se G550 oproti G450 lišila ve tvaru PCB - G550 byla prodávána především v low-profile provedení. Dále v základní verzi nabízela DVI-výstup a jakýsi specifický T&L engine s vertex shaderem, který ale podporoval pouze technologii HeadCasting - pohyblivý 3D model hlavy použitelný při online konferencích. Spíš než praktická záležitost je HeadCasting zajímavé tech-demo.
Matrox (či spíše jeho vedení) opět zapomněl, že karta, která nebude výkonnější ani než předminulá generace a nebude nabízet prakticky nic nového, nemůže motivovat ani své, natož konkurenční zákazníky k upgradu.
Situaci Matroxu nezjednodušil ani čip RV100 od ATi (Radeon VE, Radeon 7000), který podobně jako G450 a G500 nabízel možnost duálního nezávislého výstupu a i když možnosti nastavení nebyla tak široké jako u Matroxu, znamenala pro mnohé poloviční cena dostatečnou kompenzaci. Výkon ve 2D a 3D byl navíc velmi podobný, podpora pro video byla dokonce na RV100 lepší a protože byla pro mnohé uživatele klíčovou funkcí dual-head možnost nezávislého televizního výstupu, byl pro přehrávání videa Radeon VE výhodnější alternativou.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
