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市占率稳居榜首!Intel显示芯片回顾

    长久以来,竞争激烈的显卡市场中,ATI和NVIDIA的桌面独立显卡霸主之争成为了显示业界一道亮丽的风景线,吸引了人们大部分的关注。但是,桌面独立显示芯片只是整个显示领域中的一部分,在更为广泛显示芯片领域中,谁才是真正的霸主呢?我们不妨先看一看2006年第一、二季度的显示市场的占有率排名:

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    正向图中显示的那样,其实INTEL不仅是CPU领域的王者,在图形芯片业界内也具有领先的地位。其实不只是在2005年,在更早的2000年,便凭借整合芯片组815系列,拿下了34%的显示芯片市场。那么显示芯片究竟是怎样一个市场呢,我们首先做个简单介绍:

   根据著名研究机构Jon Peddie Research2005年的统计,全球范围内,狂热的PC游戏玩家为100万左右,主流PC的玩家群规模更大为300万人,也就是说最终用户中真正关心显示卡3D性能的使用者大概为400万人,看起来似乎不少,但是2004年全年,全球售出了1亿800万台PC,而且每一台的PC都配置或集成了支持3D显示技术的显卡,所以,以上述PC游戏玩家为代表的显卡市场只占总需求的20%--大量的普通家庭尤其是商业用户完全不关心PC的3D显示性能。这个调查结果虽然是在2005年得出的,即便现在的市场规模比2年前要更大,但是各种用户所占的比例不会出现太大的变化,所以这个调查结果依然有效。而INTEL也正是凭借其整合显示芯片,在与专业图形芯片制造商的竞争中,取得了绝对的优势。

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    俗话说,罗马不是一天建成的,INTEL的辉煌也是逐步累积的结果,那么INTEL在图形芯片领域的发展道路是怎样的、经历了哪些风风雨雨呢,本文就对这方面做个详细的回顾。

    虽然INTEL是目前整合图形芯片的霸主,但是其3D芯片之路确是从独立显卡开始的,而且也做了充分准备。1997年7月,Intel收购了当时在笔记本2D显示设计和研发领域处于领先地位的Chips And Technologies公司,不仅获得了研发2D显示核心的能力,也为日后进入笔记本显示领域打下了基础。

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    1998年2月,INTEL发布了i740 图形核心,这是一款具3D加速功能的芯片,不过这是在当年的REAL3D 公司配合下研发的,REAL3D是著名的洛克希德-马丁公司的衍生公司,INTEL则通过购买其20%的少数股权而获得了REAL3D的合作。Intel的这笔交易使其以较小的代价迅速进入了3D的市场,比从零开始组建研发队伍,要划算得多。

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    i740是Intel首次采用自己的HyperPipelined 3D(超级管道3D)架构研制的第一款图形加速芯片。i740采用0.35微米技术制造,是一个64BIT图形核心,i740显示内核的运行速度与AGP总线频率同步,一般工作在66MHz,可以通过提高AGP总线频率来达到超频的目的,超频后性能的改善与频率提升成线性关系。

    除了令人惊叹的3D性能外,i740还提供了全方位的图形方案,其中包括出色的2D显示、流畅的视频播放、电视信号输入/输出以及对PC家庭影院的完全视频支持。i740图形加速器的硬件辅助特性改善了用软件播放DVD的能力,可以直接支持硬件形式的DVD回放。

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HyperPipelined 3D(超级管道3D)架构的技术特点:

    ◇精确像素插补PPI(Precise Pisel Interpolation)
  PPI与Intel独特的纹理引擎协作运转,在像素值和颜色值的插补过程中,能得到非常精确的计算结果。这种精确的像素处理在每一帧都能实现图形高质量。
  ◇并行数据处理PDP(Parallel Data Processing)
  PDP是一种并行3D运算方法,允许在图形管道中同时执行几个命令。这样一来,无论在一个帧中需要实现多少数量的特性,都能连续保持高性能。
  ◇直接内存执行DME(Direct Memory Execution)
  DME技术允许图形加速器在系统主内存中保存与处理纹理,而不是在卡上显存中进行。由于采用AGP的技术,可以保证获得528MB/sec的带宽。这样便提供了高性能、理伦上无限制的纹理大小以及丰富多彩的渲染效果。

    不过在实际游戏中,i740 的速度约为Voodoo2的一半,不及Voodoo,不过在3D Winbench 98 却可以和Voodoo2处于相近的水平,这也被人指为针对测试软件“舞弊”的先例。凭借Intel 的特殊地位以及适当的价格策略,很多厂商尤其是台湾厂商,都推出了基于i740的相关产品,直接带来产品售价的下降,相比其它产品的价格优势不小,不仅提高了Intel 的市场占有率,还给消费者带来了更大的实惠。

    除了占领规模日益扩大的3D图形市场,INTEL推出i740的另一个主要目的是推广由自己牵头并联合其它厂商推出的AGP标准。i740是第一个真正的AGP 2X显卡,其他的主流图形芯片厂商如S3,Trident,MGA,3Dlabs等厂商都对AGP持观望态度,而i740的推出以及热销,无疑对AGP标准的推广起了相当的推动作用。

    后来,Intel将i740集成在810芯片组内,随着810芯片组的热销,i740占领了更大的市场纷份额。

    在Intel 推出i740后显卡,虽然获得了不错的市场反应,占领了相当的低端市场。但是,俗话说,“闻道有先后,术业有专攻”,i740作为3D加速卡,其游戏性能只能处于中等水平,落后于3dfx与nVIDIA,这无疑令是事必争先的Intel 颇为不悦。而且考虑到自身在图形技术方面积累有限,如果进军高端3D游戏领域,即便投入大量的人力与财力,也未见得就会从对手身上占得多少便宜,而且高端3D游戏显卡市场不仅规模实在有限,竞争也更加激烈,除了当时处于领先地位3dfx、ATI,颇具技术实力的nVIDIA,以及S3、trident、matrox都对此虎视眈眈。

    而与此同时,随着WINDOW图形操作系统进一步普及,并不需要太多3D性能的低端显卡市场规模空前增大且更为广阔。而且在这个市场中,与S3、trident这些厂商相比,Intel在产能方面具有得天独厚的优势,竞争中更加如鱼得水。

    而且1997年初Compaq始就发布了采用Cyrix的MediaGX处理器的1000美元PC,MediaGX这款中央处理器将图像处理、语音系统、存储控制、以及外围设备互连(PCI)接口等集成在一起,其成本更低,但性能却得到了相当的保留。

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    当然,仅仅是出现了MediaGX芯片,还不足以引起Intel的关注,关键在于Cyrix以此为起点,随后又推出一系列针对不同用户需求的低价PC芯片,再加上当时AMD、IDT也都有自己的低价热销产品,入门级电脑的CPU市场份额的竞争空前激烈。造成了Intel在98年上半年业绩不佳、PⅡ推广缓慢、Merced推出计划延迟。而且,Micron也在98年6月收购了老牌显卡厂商Rendition,也是意在整合图形市场。

    无疑使得Intel必须重新审视自己在中低端的策略,并最终导致了Intel 将显示核心整合进自己的主板芯片组--99年初,Intel 发布了集成i740显示核心的810系列芯片組。而从i752后Intel完全退出了独立显卡市场。

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    在上述的背景下,1999年4月27日,Intel发布了用于替代i740的新一代图形图像加速芯片——i752。i752采用128位的核心架构,i752核心频率为100MHz,显存最高支持133MHz,最大16MB。i752采用双像素管,线每秒钟可以产生300万个多边形,像素填充率是1亿每秒,支持环境雾化、单周期纹理合成等3D功能以及16位的Z-buffer,此外,还增加了很多新特效的支持,比较突出的是用于显示浮雕的凹凸贴图特效(bump mapping),而且也支持纹理压缩功能。 i752还拥有出色的数字视频加速性能,能针对各种数字视频流格式进行加速,其中包括vcr、便携式摄像机、电视调谐器、mpeg-2、web视频等等。另外,它还提供了基于硬件的MPEG-2 硬件动态补偿功功能,用来最大限度地改善软件播放dvd的效果。

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    由于显示芯片集成后,主板厂商并不一定配备显存,这会导致性能的严重下降。Intel 为此发展了 Dynamic Video Memory Technology (DVMT) 技术,在这个架构下,系统会划出1 MB 空间供核心使用,当需要更多容量的时候,驱动程序会动态的向系统提出请求,核心可以直接访问主存,使得整合i752芯片性能提高不少。

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    当然从规格与3D性能方面来说,i752绝对可以说是为整合图形芯片量身打造的,相比i740提高的实在有限,更不是游戏发烧友的首选,显然这也不是Intel的目的。很快i752就步i740后尘,被集成到了Intel810以及后来的Intel815芯片組中,并随着整合主板的热销而占有了很大的低端市场。据统计,由于810、815芯片组的持续热卖,Intel在2000年第三季度的巅峰时期,独占了34%的显示芯片市场。

   Intel在集成显示芯片领域的辉煌,直接造成了S3、trident等老牌显卡厂商的没落,二者后来也分别被VIA和SIS所收购。

     2002年5月,伴随着推533MHz外频P4处理器的推出,Intel发布了支持533MHz外频的i845G和i845E芯片组,其中i845G的北桥芯片中集成了新一代的“Extreme Graphics”。和以往的集成显卡相比,Extreme Graphics有了很大的提高,Intel甚至在在推广845G的活动中把主题定为“显卡风暴”的原因。

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     Extreme Graphics图形核心为256bit,它采用一条像素管线,含有两个纹理贴图单元,支持双线性、三线性和各向异性纹理过滤,每次最多渲染四个纹理,采用动态内存分享技术,支持AGP 4X 。Extreme Graphics首次支持了32bit色深,RAMDAC达到了350MHz,最高可以支持2048x1536 / 60Hz。Extreme Graohics可以支持D3D和OpenGL API,支持AGP 2X/4X和AGP快写功能;3D特性方面支持多纹理特性,包括光照贴图(light maps)、雾化效果(atmospheric effects)等等。

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    845G也采用了动态分配共享显存技术(DVMT,Dynamic Video Memory Technology),用户可以在BIOS中最多设定8MB的固定显存,显卡会自动在系统内存中调用内存作为扩展显存,调用的显存是动态变化的,而且在不同的操作系统中显卡调用的显存也是不一样的,在Win9x和Win2K中最多可调用32MB显存,而在WinXP中最多可以调用48MB显存。

    Extreme Graphics的核心频率为200MHz,在845GE中从200MHz达到了266MHz。像素填充率可以达到200M Pixel/s。后期的845GE可以支持DDR333,进一步提高了Extreme Graphics的性能,可以基本或达到GF2 MX200的水平。

    由于第一代的Intel Extreme Graphics(845G)性能并不理想,因此在Extreme GraphicsII(865IGP),英特尔做出了相当的改进。

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    它采用一条像素管线,含有两个纹理贴图单元,支持双线性、三线性和各向异性纹理过滤,每次最多渲染四个纹理,采用动态内存分享技术,支持AGP 8X 。

    相比上一代核心,Extreme GraphicsII的核心频率从200MHz提升到了266MHz ,而且增加了DXTn纹理压缩、立方体映射贴图以及Embossed/DOT3凹凸贴图等基本特效。更重要的是,865平台支持双通道内存技术以及DDR400,极大的提高了系统内存的带宽供给,这对提升Extreme GraphicsII核心的性能起到了关键的作用,使Extreme Graphics 2核心的带宽也从以前的64bit上升为128bit,一直以来困扰整合芯片的带宽问题也得到了一定程度的缓解。

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    Extreme GraphicsII还采用了新一代的Zone Rendering 技术,类似于POWERVR的TBDR技术,可以更有效的提升图形流水线的效率。Zone Rendering是intel在内存用来转换3D图形画面的一种技术,寻址内存带宽限制了图形对内存带宽的需求。针对于此,intel的Zone Rendering技术通过在内存单独划出一段地址空间来来存放三角形,渲染是另一内存区域中进行。一次只在一个单独的缓存空间中处理,这样缓存(内存)在每一次的渲染过程中将工作在最佳的内存大小范围内。这样就对内存带宽减低了相当的需求。

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    另外,Extreme GraphicsII采用了DVMT 2.0技术,实现操作系统“智能”控制缓存大小的功能。显存方面的提升使其比845G系列产品性能高出不少,可以达到或者接近GF2 MX400 。

    不过在2003,DIRCETX 9.0都已经发布,但是EG2还只能硬件支持DX8,而且还是部分支持DX8,因为硬件支持DX8需要拥有VertexShader和PixelShader,而EG2只支持VertexShader1.1版本,PixelShader则不能硬件支持,使得Extreme 2仍然处于比较尴尬的地位,不完全支持DX8,而且DX7速度一般。

    2004年6月21日,新一代的Grantsdale(915)平台发布,Intel也将910/915GM集成的显示芯片更名为Graphics Media Accelerator,简称GMA900。GMA900核心频率为333MHz,内存频率为400MHz。拥有4条象素渲染管线,每管线1个纹理贴图单元,支持PCI Express总线和DDR2内存。

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    GMA900应用了英特尔第三代动态显存技术Dynamic Video Memory Technology (DVMT) ,因此915G能够在固定分配显存和更多系统主存之间动态调整。和前几代 IGP 芯片一样, GMA900 的可以在进入操作系统之前通过BIOS选择1M到8M的预留显存(DVMT3.0仅仅支持8M的Pre-Allocated显存容量),而在进入操作系统之后,显卡驱动又会根据实际情况另外选择动态的显存容量。DVMT动态显存技术受操作系统和驱动控制,自动优化最佳的显存和系统主存容量之比。

    不过,GMA900并不具备Vertex Shader的硬件架构,需要依靠处理器来特别处理3D建模和光影处理的前期步骤,运行3D游戏时,这会过多的消耗CPU资源。

    GMA900最大的亮点是支持DX9.0b及Pixel Shader像素渲染2.0,还支持新一代的Zone Rendering 3技术,性能和过去的Intel 855/852芯片组所集成的Extreme Graphic2相比有了不小的进步。3dmark2001得分约3000多,虽然也很低。不过,915芯片组开始支持双通道内存,如果两条内存搭配组成双通道的话,就将提供更大的显存带宽和更高的性能。具体到游戏性能,GMA900运行常见的CS、魔兽等在游戏默认选项下还是没有问题的。

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    总得来说GMA900还是比较成功的,从市场方面来说,到2005年第一季度Intel在整体图形市场的份额上升为43.1%,遥遥领先ATI的26.1%以及nVIDIA的17.9%,而在移动图形市场的业绩更为惊人,以50.8%的份额超过了一直领先的ATI。

    距推出GMA900一年之后,Intel又发布了945G芯片组,其中包含了GMA950显示核心。从名称上也可以看出,GMA950在架构上的提升并不大,可以说是GMA 900核心的高频版,速度要更快一些。

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    Intel关于GMA950的宣传重点也没有放在3D图形性能上,这说明GMA950的游戏性能相比GMA900可能并没有太大的变化。相反,Intel把很大力气放在视频方面,可以看到GMA950对于HDTV的良好支持被刻意凸显出来,另外支持ADD2+子卡的特性也相当引人注目。

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    2006年,随着DirectX 9C、SM3.0的普及,Intel发布了GMA 3000系列核心。

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    GMA 3000系列图形芯片目前也是英特尔的最新一代集成图形芯片产品,英特尔将其命名为Intel Clear Video Technology(简称CVT),CVT图形核心能够支持DirectX 10中关于操作系统界面3D化专用的API,包括微软已经开始推行的WDDM,而且专门开辟一组管线和显存管理单元进行工作,这样既能保证3D化界面效果,又能降低工作负荷。

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    相比GMA900、GMA950,GMA X3000根据DirectX 10及Windows Vista的需要增加了很多功能,在性能上也有一定的提高,同时保持了相对于独立显卡在成本上的优势。在架构设计上,GMA X3000可以说是英特尔的一次飞跃,芯片中首次通过硬件单元实现顶点着色处理,而在之前的芯片中都是通过驱动和CPU配合完成。尽管GMA 900、GMA 950是DirectX 9级别的核心,但其并不能完整支持DX9的全部特性,而GMA X3000则完整支持DirectX 9C、SM3.0,可以在游戏中实现FP精度的HDR特效,这在整合图形核心中尚属首次。
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    G965 Express内置的GMA X3000 显示核心支持DirectX 9C,DirectX 10和OpenGL 1.5,其特性包括:
  *硬件Vertex Shader Model 3.0
  *硬件 Pixel Shader Model 3.0
  *32bit和16bit全精度浮点运算操作
  *8 multiple render targets
  *支持Occlusion Query
  *128-bit floating point texture formats
  *Bilinear,Trilinear以及anisotropic mipmap filtering Bilinear
  *Shadow maps以及double sided stencils

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    GMA 3000面向企业级用户,其实只是GMA950的小幅改进版本,GMA 3000支持Windows Vista,并且支持Aero Glass效果,支持DirectX 9c和OpenGL 1.4 Plus。其特性包括:
  *软件vertex shader model 2.0/3.0
  *硬件pixel shader model 2.0
  *32bit和16bit精度浮点运算操作
  *8 multiple render targets
  *支持Occlusion Query
  *128-bit floating point texture formats
  *Bilinear, trilinear以及anisotropic mipmap filtering
  *Shadow maps 以及double sided stencils

    不过要指出的是,GMA X3000也不能支持RayTracing光线追踪和Displacement(位移贴图)等DirectX 10的一些重要特性,比较遗憾。

笔记本领域:

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    2000年9月,VIA抢先面向笔记本市场发布了业界首款具备3D功能的集成主板芯片组──Twister。VIA将刚收购的S3公司的Savage4显示芯片集成在了自己研发的VIA Apollo Pro133A主板芯片组上。一个月后,Intel推出了i815EM主板芯片组。这也是Intel面向笔记本市场推出的首款支持移动版Pentium Ⅲ处理器的内置显示模块的主板芯片组。正是这块集成在主桥接总线芯片(host bridge hub)GMCH2-M中的显示芯片向人们充分展示了Intel拓展移动显示芯片市场的决心。

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为了使i815EM主板芯片组也集成了i752显示芯片模块,具备了诸多的主流显示技术,集成了2D和3D图形引擎、视频引擎、显示管线以及使用硬件加速的动态补偿等模块。i815EM主板芯片组的2D图形引擎则主要包含了固定BLT和可扩展BLT两个模块以及一系列的2D寄存器和指令集。在显存方面,i815EM仅支持最高4MB频率为100/133MHz的SDRAM显存。而为了弥补显存过小的缺陷,Intel同样引入了在i810E芯片组中首次使用的动态视频缓存技术(D.V.M.T.),显示芯片能够根据应用的需要将需要渲染或者处理的纹理存贮在系统主内存中,而显存则可以被用作Z缓存或应用于其他对存储要求较低的环境。

Intel的i815EM芯片组中的显示芯片虽然难以和当时ATi的独立移动显示芯片相抗衡,但是却击败了包括VIA、SiS在内的绝大多数主板芯片组厂商推出的同类产品,并且凭借良好的兼容性在笔记本市场中取得了不俗的成绩。
2001年10月,Intel又发布了多款全新的Pentium Ⅲ-M移动处理器,并随之推出支持这些处理器的i830M芯片组。虽然Intel表示i830M芯片组的性能比i815EM的提高了13%,但是在显示芯片性能等诸多方面并无明显改善,i830M芯片组更像是一块支持新处理器的i815EM。尽管在显示性能上毫无长进,但是在i830M主要应用的超轻超薄笔记本市场上,该芯片组凭借较低的功耗和不错的兼容性成为了众多轻薄笔记本的不二之选。

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到了2002年第四季度,Intel凭借它的集成显示芯片在全球的显示芯片市场上赢得了超过32%的市场份额,成为仅次于NVIDIA的第二大显示芯片供应商。至此,Intel凭借其在移动CPU以及主板芯片组市场的绝对优势,成为了在集成显示芯片设计和研发领域的最有影响力的厂商。

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    之后,Intel继续发布了 830GM、852GM、845GM 、855GM 、915GM,955GM、G965 Express和Q965 Express等芯片组,其采用的图形核心上面都已经提到,这里不再赘述。

    vista 发布导致低端显示芯片重新洗牌:

    时隔Windows XP后推出五年后,Windows vista也正式登场。微软发布新的操作系统早已不是微软自己的事,每一次新操作系统的发布,都是可以影响整个IT业的大事,都会在IT业界引起相当大的变革。当年Windows XP发布后导致256MB以上内存的迅速普及就是一个极好的例证。

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    Vista尤其在显示性能方面对显卡提出了更高的要求,Vista Premium Ready电脑则需要支持Aero Glass的显卡。Vista Premium Ready要求使用支持DX9的显卡必须支持WDDM驱动,硬件必须支持Pixel Shader 2.0。除此意外,Vista对显存也提出了更高的要求,Vista Premium内置WinSAT ,会测定系统显卡的显存带宽是否开启Aero界面所需,而显存带宽正是集成显卡的弱项,这显然不利于作为集成显卡霸主的Intel,而这方面正好是Intel的对手ATI和NVIDIA的强项。我们看到,伴随SM3.0的普及以及HDR渲染的普及,在2006年全年中,Intel在图形核心市场中的占有率从年初的40.3%跌至第四季度37.4%,而且还有继续下滑的势头。

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    有了上述的背景,Intel最近开始招聘独立显卡开发人员的做法也就很好理解了。根据介绍,Intel成立了Visual Computing Group(VCG),专门负责建立未来高负荷运算架构的重任,着重针对高端平台的多核心架构独立图形产品开发。Intel还任命了前Netburst构架师Douglas M. Carmean,负责GPU产品设计领导工作。

    目前,很多消息传出,Intel将开发将集中在游戏玩家所购买的高端独立绘图芯片上。同时,Intel还表示了未来可能会将绘图技术集成到多核处理器中的愿望:“VCG起初将集中精力于独立绘图产品,但是同时还将进行扩展,加速绘图功能向CPU中的整合。

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    而且,Intel已经获得了PowerVR图形架构的授权,基于该技术的Intel自有GPU产品也会在未来的一年中问世,其产品代号为Larabee,它将会在明年的下半年设计完毕,而正式推出可能要等到08年底或09年。目标是主攻高端游戏市场。总之,随着Windows vista的逐渐普及,未来的显示领域内的竞争将会更加激烈,结果如何让我们拭目以待吧。<

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