要DX11还是PhysX?2009年显卡技术分析

    泡泡网显卡频道12月20日 今年的显卡市场特别热闹，也很有意思，像往年那样一边倒一家独大的局面不复存在了，NVIDIA和ATI双方竞争异常激烈，新技术新工艺新产品层出不穷，让消费者眼花缭乱，选购时难以抉择。

    新旧产品共存的局面导致产品线比较杂乱，但实际上每款产品的定位都十分精确，就连作为竞争对手的NVIDIA和ATI双方，其产品线几乎都是一一对应的，定价和性能都惊人的相似。

    拿千元价位最受关注的产品来说，HD5770、HD4870、GTX260+这三款显卡的游戏性能相差不过10%，HD5750、HD4850、GTS250三者的性能也基本处在同一水平，价位也相差不多，那么在性能、价格都差不多的情况下，还有什么能够左右消费者的选择呢？

    N卡和A卡在不同的游戏中互有胜负，谁也没有绝对的领先优势，当微弱的帧数差距不足以影响游戏体验之时，功耗发热噪音、通用计算、附加功能、特殊应用……这些对于传统显卡来说“不务正业”的规格参数开始成为新的关注焦点。这也就是今年CUDA、Stream、PhysX、绿色节能版等特殊功能大行其道的主要原因。

    下面笔者就将主流显卡常见的附加技术和特殊功能列出来，供读者参考，并由大家一起来评判，到底哪些技术更实用一些，哪些能够影响您的选择。

● DX10.1主要改进效率，未得到足够重视

    从2007年底的HD3000系列开始，ATI全线显卡就已经对DX10.1提供了完整的支持。可惜DX10.1相对于DX10的改进不多，新增的特效“多重采样算法”和“屏幕空间环境光遮蔽”，DX10硬件也能实现而且画质完全相同，只不过效率稍低一些。正因为如此，显卡是否支持DX10.1就没那么重要了，最关键的是游戏性能。

DX10.1的威力终于有所体现

    以《孤岛惊魂2》和《刺客信条》为代表的第一批DX10.1游戏，同级A卡并不比N卡强多少，由此导致DX10.1被众人所无视。但在今年以《鹰击长空》和《潜行者：晴空》为代表的新一代DX10.1游戏中，开启关闭DX10.1性能可以相差20%之多，因此直到两年后的今天DX10.1才受到了广泛关注，可见新技术能否得到游戏的大力支持十分关键，因为显卡更新换代频率实在太快，而消费者大都是比较现实的。

    终于，一向宣称DX10.1无用的NVIDIA没有将抵制策略进行到底，也在中低端显卡GT210、GT220、GT240显卡中加入了DX10.1支持，目的就是为了提升性能，增加卖点。花很小的代价就能让显卡性能提升10-20%，何乐而不为呢？

● DX11革命尚未成功，游戏仍需努力

    NVIDIA前脚刚迈入DX10.1，ATI就已经大踏步进入DX11时代了，HD5000系列的发布让ATI扬眉吐气，在中高端力压对手。其实同价位的HD5000显卡并不比N卡强多少，但新一代DX11 API的支持让A卡增色不少，DX11的诱惑力显然要比DX10.1大很多。

    DX11主要有五项关键特性，其中的三项（多线程处理、计算着色器11、纹理压缩）都是用来改进图形渲染效率的，另外的两项——SM5.0新增的指令可以带来一些新特效，细分曲面技术可以让模型更加细腻平滑。

    DX11游戏来得比想象中还要快，HD5870发布当天《BattlaForge》这款RTS网游就同步升级至DX11，通过笔者的测试来看，DX11虽然没有带来新的特效，但却让速度提升了20%以上！可惜这款游戏只在欧美运营，对于国内玩家来说没有任何意义。

    第二款DX11游戏是《Stalker：COP》（潜行者：普里皮亚季的呼唤），它除了使用DirectCompute11改进渲染效率外（性能提升也在20%以上），还对人物模型应用了Tessellation技术，效果提升不少。

    第三款DX11游戏是《DiRT2》（科林麦克雷：尘埃2），通过游戏的静态截图来看，DX11的五大关键技术在该作中都得到了体现，不过对于这款紧张刺激的赛车游戏来说，玩家在游戏过程中很难注意到DX11所带来的观众、旗帜或水面的差别，DX11和DX9C的画面区别并不大。

  

    总的来说，目前游戏对于DX11技术的应用和DX10.1类似，主要还是集中在改进效能的方面，对于增强画质的细分曲面和阴影技术使用率并不高，DX11的潜力还需要重量级大作来深度挖掘。

    全屏抗锯齿是游戏中最重要的一项特效，对于画面的改进甚至比DX10、DX11还要显著，因此抗锯齿的倍数、画质和效率一直都是NVIDIA和ATI双方不断优化改进的重点技术。

    相信大家也曾记得ATI HD2000/3000系列产品失败的主要原因就是MSAA效能太差，而HD4000系列大打翻身仗也是因为强大的AA效能。现在双方在抗锯齿方面的角逐再次升级。

● ATI HD5000系列拥有超强8xMSAA效能

    为了弥补HD2000/3000系列低下的AA效能，也为了对抗NVIDIA的CSAA（覆盖采样抗锯齿）技术，ATI曾推出了CFAA（可编程过滤抗锯齿），最高提供24xCFAA，遥遥领先于NVIDIA的16xQAA！

魔兽世界中打开CFAA后画面和文字模糊

    但实际上CFAA是很不成熟的技术，众多玩家发现打开CFAA后游戏内所有物体包括文字都有发糊的现象，CFAA也因此被玩家戏称为“糨糊AA”。此后，ATI依然在驱动中提供多种CFAA选项，但官方已经不再对此进行过多的宣传，因为CFAA本身的采样原理就决定了发糊的现象不可避免。

HD5000系列8xMSAA相比传统4xMSAA的性能损失很小

    在HD5000系列显卡当中，ATI大幅改进了光栅单元，从而使得AA效能大幅提升，以前不敢轻易使用的8xMSAA成为可能。通过ATI官方测试和笔者自己的测试来看，8xMSAA效率确实惊人，性能损失幅度远小于N卡，实用性更高！

● NVIDIA CSAA成为事实上的游戏标准

    虽然N卡在8xMSAA性能方面不如A卡，但NVIDIA也有自己的独门绝技，那就是从G80时代引入的CSAA技术，经过几年的发展后更加成熟和易用，画质和效率都令人满意，所以很多数游戏都直接内置了CSAA支持，从而已很小的性能损失实现更平滑的画面：

CSAA提供更平滑的边缘、更清晰的画质

    CSAA是在MSAA基础上更进一步的节省显存使用量及带宽，简单说CSAA就是将边缘多边形里需要取样的子像素坐标覆盖掉，把原像素坐标强制安置在硬件和驱动程序预先算好的坐标中。这就好比取样标准统一的MSAA，能够最高效率的执行边缘取样，效能提升非常的显著。比方说16xCSAA取样性能下降幅度仅比4xMSAA略高一点，效果却几乎和8xMSAA一样。8xCSAA有着4xMSAA的处理效果，性能消耗却和2xMSAA相同。

大多数游戏除了传统的MSAA外，都内置了CSAA支持

    目前主流游戏大作都提供了CSAA支持（TheWay游戏必然支持），就连DX11代表作DIRT2中也可以找到CSAA的踪影，由此可见CSAA已经成为了事实上的标准，强烈建议N卡用户直接使用16xCSAA，这样就能以4xMSAA的性能，实现接近于8xMSAA的画质。

    而且，CSAA当中还包括基于8xMSAA、精度更高的8xQAA和16xQAA，实现更加完美的画面，不过这两种模式的性能损失太大，一些变态的DX10游戏没有提供支持，也只有要求较低的DX9游戏才能开启，算是一种备选方案。

    大家应该可以发现，芯片厂商在宣传自己的产品时，很少提“性价比”这个词，而最常见的则是“性能功耗比/每瓦性能”（Performance per Watt），因为半导体芯片的功耗控制一直都是一大难题，尤其是目前晶体管数急剧膨胀的情况下。

    功耗大意味着发热大，需要很强的散热器，导致噪音不好控制，功耗大也需要大功率电源的支持，整机成本增加，长期电费开支也不可忽视。因此近年来NVIDIA和ATI双方都非常在意显卡的功耗。

    控制显卡功耗主要有以下几个方法：

1. 采用更先进的工艺，比如55nm、40nm；
2. 降低GPU电压和频率；
3. 采用GDDR5和gDDR3，这两种新显存的电压和内核频率比GDDR3低很多；
4. 2D模式下大幅降低核心/显存的电压和频率，达到节能目的。

● NVIDIA绿色版备受欢迎，ATI也跟进

    在40nm工艺量产之前，显卡功耗控制难度较大，但NVIDIA推出的几款绿色版显卡还是令人眼前一亮，9600GT绿色版和9800GT绿色版的频率只比普通版低一点，性能损失在10%以内，但待机功耗和满载功耗都下降了30-40%之多，此外9800GTX+改名GTS250之后也重新设计了供电电路，功耗略有下降。

    通过我们之前的测试来看，96GT和98GT绿色版在功耗发热控制方面确实做的很出色，在市场上也很受欢迎。其实绿色版显卡控制功耗的方法很简单，就是降压降频、优化供电设计。

  

    在看到NVIDIA绿色版取得成功后，ATI方面也开始仿效，各大AIB纷纷推出了HD4670绿色版，但并未在中高端产品上使用，因为HD4800系列所使用的GDDR5显存功耗控制并不理想，PowerPlay技术作用有限，无论功耗还是发热控制都并不比GTX200系列好。

● HD5000集众多节能技术于一身，能耗比大幅提升

    在HD4770身上试水40nm工艺之后，HD5000系列震撼出击，抛开新技术、新功能和DX11不谈，在功耗发热控制方面HD5000系列的确可圈可点，前面我们提到过的四种功耗控制方法它都有使用。

    40nm工艺使得GPU核心面积变得很小，TDP大幅下降；而第四代GDDR5显存的使用，频率取得了突破性进展，而且在空闲模式下的频率可以降到很低，可谓是能屈能伸：

    HD5800/HD5700四款显卡待机时的频率都一样，同为157/300MHz，难怪功耗控制可以做到如此完美。

    当然，NVIDIA的三款新显卡——GT240/220/210，拜40nm工艺和GDDR5/gDDR3显存所赐，功耗发热也非常低，但这些显卡本身定位中低端，用户不太在意功耗发热，因此未能得到足够多的重视，也没有过多的进行宣传。

● ATI Eyefinity技术实现三屏游戏之梦

    已经面世的五款HD5000显卡无一例外全都支持ATI Eyefinity技术，沿用N年的显卡双头输出方案被终结，三屏给玩家带来了全新的游戏体验：

    双屏有很多便利，但并不适合游戏玩家，因为玩家始终面对的是显示器的边框。而三屏就没这个顾虑了，主屏和传统显示器一样，两侧的副屏用来扩充视野，从而获得超宽的广角的显示效果。

    此前Matrox推出了专门的3D环幕仪，可以将显卡的一个DVI接口扩展成为三个D-DUB接口，从而为游戏玩家提供最高1280x1024x3的三屏输出，但这种方案不但价格昂贵（Matrox 3D环幕仪的售价是2000元左右），而且局限性太大，只支持1280分辨率的VGA显示器。而定位中端的HD5770/5750都能支持2560x1600x3的超高分辨率，根本不是一个级别。

● ATI Eyefinity三屏游戏实拍效果展示

跑Crysis Benchmark的效果

魔兽世界，铁炉堡一览无余

优品飞车13，道路两旁尽收眼底

FarCry2广袤的大草原

Google Earth实际效果图

    ATI Eyefinity技术是随HD5000免费赠送的，但三台显示器价值不菲，需要玩家们仔细斟酌。另外三屏玩游戏的话分辨率也是三倍，对显卡性能要求非常高，需要优异A卡甚至交火系统才有能力流畅运行。

● DirectCompute和OpenCL：NVIDIA和ATI支持度不同

    提起GPU通用计算，自然会让人想到NVIDIA的CUDA、ATI的Stream以及开放式的OpenCL标准，再加上微软推出的DirectCompute，四种技术标准令人眼花缭乱，他们之间的竞争与从属关系也比较模糊。

    首先我们来明确一下概念：

1. OpenCL类似于OpenGL，是由整个业界共同制定的开放式标准，能够对硬件底层直接进行操作，相对来说比较灵活，也很强大，但开发难度较高；

2. DirectCompute类似于DirectX，是由微软主导的通用计算API，与Windows集成并偏向于消费领域，在易用性和兼容性方面做得更出色一些；

3. CUDA和Stream更像是图形架构或并行计算架构，NVIDIA和ATI对自己的GPU架构自然最了解，因此会提供相应的驱动、开发包甚至是现成的应用程序，通过半开放的形式授权给程序员使用。

NVIDIA CUDA示意图

ATI Stream示意图

    CUDA和Stream我们暂且不提，先说说关于DirectCompute和OpenCL这两大通用计算标准的故事。

● DirectCompute：A卡仅HD5000支持，N卡全系列都支持

    理论上来说，DX10以上级别的显卡都可以支持DirectCompute技术，但DirectCompute也分版本的，它与DirectX（或ShaderModel）是一一对应的（10.0、10.1、11.0），比如DX10显卡就只支持DirectCompute 10（GPU-Z识别为DirectCompute 4.0），DX10.1显卡支持DirectCompute 10.1（4.1），DX11显卡支持DirectCompute 11（5.0）。

    由于ATI HD4000都支持DX10.1，HD5000支持DX11，按理说在DirectCompute支持方面A卡是绝对强于N卡的。但目前AMD只为HD5000提供DirectCompute 11的支持，在昨天刚刚发布的催化剂9.12驱动中，AMD终于为HD4000开放了DirectCompute 10.1支持。

    NVIDIA方面因为没有DX11显卡的关系，虽然不支持DirectCompute 11，但全线DX10显卡都能支持DirectCompute 10，部分新显卡支持DirectCompute 10.1，让所有用户都能使用Windows 7系统集成的转码功能。

● OpenCL：N卡驱动内置，A卡需要安装特定Beta驱动

    NVIDIA依靠强大的驱动研发团队，对DirectCompute和OpenCL都第一时间提供了完美支持，所以打开GPU-Z的话我们可以看到N卡能够支持所有的四项通用计算技术，而HD4000系列A卡默认是一项都不支持的。

    AMD也有供开发者测试用的OpenCL Beta驱动，并未向普通用户开放下载，必须进AMD官网注册之后才能下载到特殊版本的驱动，这个驱动需要搭配催化剂9.12以及催化剂9.12Hotfix驱动才能生效，安装之后GPU-Z就可以显示全系列A卡都支持OpenCL了（官网链接）。

● CUDA通用计算遍地开花

    虽然GPU通用计算的概念最早由ATI提出并率先应用，但NVIDIA早已后来者居上。通过我们此前的诸多报道来看，CUDA软件无论数量还是质量都远超Stream，即便是同时支持CUDA和Stream的软件，对于Stream的支持也都要晚上几个月，N卡用户有更多的选择，而A卡用户有得用就不错了，看来AMD还得加倍努力才行。

暴风转码的出现，方便了众多菜鸟用户

    今年，GPU通用计算在民用领域的应用出现了爆炸性成长的局面，CoreAVC CUDA解码器、GPU倍线视频、MediaShow、MediaCoder、暴风转码等一批更好用、更实用的软件，让普通用户真正感受到了CUDA技术所带来的好处。

    通过此前我们的一项调查来看，CUDA软件显然要比Stream软件更受欢迎一些，那些同时支持CUDA和Stream的软件，对于CUDA的支持更快更到位，而且性能也更好一些。

    参考文章：游戏外的精彩!GPU通用计算软件大放送

● PhysX：物理加速卡免费送，普及开始

    物理效果由于需要真实的模拟现实生活中物体的运动，所以从计算量方面来看，CPU这样的串行计算架构很难满足越来越复杂的物理效果，业界一直在寻找通过硬件来实现物理加速的方法。2005年，Ageia公司推出了首款物理卡产品，通过一颗专用的处理器进行物理运算，从而彻底的减小了CPU的负担，性能有了质的提升。

    Ageia公司因此一夜成名，霎时成为了业界关注的焦点。而Ageia的竞争对手Havok也被Intel收购，向来财大气粗的NVIDIA公司为了在显卡上实现硬件物理加速，于2008年初将Ageia公司并入囊中，从此GPU硬件物理加速时代来临。

    可以说，NVIDIA收购了Ageia，并推出GPU物理加速在显卡发展史上具有革命性的历史意义。相对于CPU物理加速来说，使用GPU进行物理加速运算有很多的优势，综合起来我们可以归纳为以下几点：

1、用户不必花更多的钱

   NVIDIA将物理加速应用在GPU上之后，用户再也不需要够买价格昂贵且功能十分单一的物理加速卡，对于用户来说节省了很大一部分开支，而且效果更加出色（游戏可以更加大胆的使用复杂的物理运算）。这一点无疑是最具历史意义的！同时，使用GPU物理加速之后，用户也不需要购买非常高档的CPU来进行物理加速的“软”计算，用户只需要购买一颗低端的CPU即可。

2、物理运算性能更好

    前面我们就已经说过，由于CPU串行计算架构上的缺陷以及性能的不足，很难以满足越来越大的物理场景渲染；而专门使用物理加速卡的话，性能方面显然也无法和当今两倍于摩尔定律发展速度的GPU相比，所以在性能方面，GPU物理加速也无疑是最好的选择。

3、引擎更加容易使用

    NVIDIA收购Ageia之后，采用CUDA架构，标准的C语言环境使得NVIDIA公司在一个月之内就完成了PhysX的移植。PhysX引擎从PPU上移植到GPU上之后，游戏开发人员不必再去研究如何保证与PPU的兼容性和利用率，只要能够支持NVIDIA的显卡，NVIDIA的物理加速驱动程序就会搞定这一切，所以对于游戏开发商来说，在GPU上进行物理加速也有着十分重要的作用。

4、支持物理加速的游戏越来越多

    NVIDIA在游戏界有着举足轻重的影响力，和众多游戏开发商保持着密切的合作关系，大名鼎鼎的“The Way”计划就保证了N卡在几乎所有游戏大作中都有着良好的性能发挥。PhysX物理引擎被NVIDIA收入囊中之后，原本屈指可数的物理游戏逐渐开花结果，以《镜之边缘》、《蝙蝠侠》为代表的一些重量级大作开始使用PhysX物理引擎，影响力非同小可。

MKZ中爆炸、破坏、玻璃和布料使用了PhysX技术

剑网三中衣物和水面使用了PhysX技术

    而且，中国本土游戏开发商也开始使用PhysX引擎来增强画面，比如《MKZ铁甲突袭》和《剑网3》都内置了PhysX支持，可见PhysX技术显然要比其它同类物理技术更易用一些。

    虽然物理加速技术还没有一个统一的标准，但PhysX无论从游戏数量还是画面效果方面，都更胜一筹。

● 3D Vision立体游戏：免费的红蓝眼镜也可以玩玩

    尽管我们玩的确实是3D游戏，但这个3D是针对电脑内部显卡渲染过程而言，对于玩家来说，我们看到的图像是电脑内部三维物体“投影”到显示器上的一帧帧二维画面，最终我们看到的图像其实是2D的，显示效果与电视/电影没有本质区别。

    为了让电脑游戏告别生硬的2D显示效果，NVIDIA于2009年伊始在CES大展上隆重推出了GeForce 3D Vision技术，其组件包括：液晶分时无线眼镜、高功率红外发射器、120Hz高刷新率显示器、配套驱动、软件、游戏优化等一整套完整的解决方案。为广大游戏玩家献上真正具有立体感、距离感的游戏，给人产生一种跃然纸上、栩栩如生般的立体3D游戏。

3D眼镜和120MHz显示器，缺一不可

    不过，3D Vision产品发布之后，对于用户来说仅仅是一款叫好不叫座的产品，因为要想体验到3D Vision效果，必须具备三个条件：

1、必须使用NVIDIA Geforce 8以上显卡产品
2、必须拥有一台刷新率为120Hz的显示器
3、必须购买NVIDIA的3D Vision眼镜

    使用NVIDIA的显卡不用说，但是市面上刷新率为120Hz的液晶显示器非常稀少，动辄3、4千元，甚至更高，而且尺寸仅为22寸分辨率只有1680x1050（前几天才刚发布一款1080p的120Hz显示器）；而一套NVIDIA的3D Vision眼睛也价值不菲，中国大陆地区零售价格竟然高达1399元，这样的成本对于一个普通用户是完全无法接受的，况且仅仅是为了实现玩游戏时的3D效果！

    为了普及3D Vision技术，让普通N卡用户也能体验到真正的立体游戏，NVIDIA从下半年开始，在驱动中开放了基于红蓝滤光技术的3D Vision，用户只要使用NVIDIA显卡，和一个成本几毛钱的纸质红蓝眼镜即可，无需价格昂贵的120Hz显示器和液晶分时眼镜。

 

    从笔者整体的使用感受中来看，3D立体效果还是非常明显的，唯一的缺点就是偏色比较严重，毕竟这仅仅是通过对两种颜色的过滤实现的效果，而计算机实际显示的颜色值非常高，整体来说是在可以接受的范围内。当然，免费的东西你也不用抱太大的希望，如果你想获得非常好的的3D视觉体验效果，建议还是购买NVIDIA提供的3D Vision Glasses。不管怎么说，不用花一分钱，用户可以对显卡有一个新玩法也不错。

国产网游《天下贰》居然内置了3D Vision支持

    NVIDIA的3D Vision驱动中加入了数百款主流游戏大作的支持，一些新的游戏甚至能够直接支持3D Vision技术，兼容性和效果自然更加完美。不管怎么说，这项免费的、好玩的技术都非常值得一试。

    写了这么多，无非是想要告诉大家，不要一味的关心显卡的游戏性能，因为目前的市场格局是，同价位的显卡性能其实相差不多。10%以内的性能差异、60和70帧的FPS差别，在游戏中几乎是感觉不到的，真正能够大幅影响游戏体验的，正是性能之外的附加技术！

    比如，《BattleForge》、《STALKER：COP》和《DIRT2》这三款最新的DX11游戏，在DX10/DX9模式下同级N卡和A卡的性能不相上下，但A卡在DX11模式下前两款游戏的速度能瞬间提升20%左右，第三款游戏虽然速度下降了，但画面更加出色。

    再比如，《雪域危机》、《镜之边缘》和《蝙蝠侠》这三款物理游戏，如果不开PhysX的话，同级N卡和A卡性能差别也不是很大，但N卡支持PhysX，可以带来很多额外的特效，此时N卡的性能便遥遥领先于A卡。

ATI的官方技术宣传

    很多游戏玩家认为DX11是大势所趋，DX10显卡不但体验不到最新的特效而且性能会跟不上，所以购买HD5000很划算，买N卡的话很快将会被淘汰。但谁又能否认物理加速不是趋势呢，购买N卡现阶段游戏绝对够用，今后升级显卡之后淘汰的N卡还能做物理加速卡使用……总之公说公有理婆说婆有理。

NVIDIA的官方技术宣传

    此外，N卡用户还可以玩玩视频转码加速、体验3D立体效果，这都是N卡的附加值；A卡当然也有低功耗、三屏游戏等附加值，不过仅限HD5000系列，HD4000就没有太多的亮点了。

    显卡的附加值如此众多，其实用性到底如何，相信不同玩家在心里各有一套衡量标准，这是芯片厂商或者文章编辑无法强加于人的。所以，最终哪些技术更受欢迎呢？还是您说了算，请大家有空的话投上宝贵的一票，并在评论中发表高见……