A evolução do processador gráfico moderno começa com a introdução das primeiras placas complementares 3D em 1995, seguida pela adoção generalizada de sistemas operacionais de 32 bits e computadores pessoais acessíveis.

A indústria gráfica que existia antes disso consistia em uma arquitetura 2D não-PC mais prosaica, com placas gráficas mais conhecidas pelas convenções de nomenclatura alfanumérica de seus chips e grandes etiquetas de preços. Jogos 3D e virtualização Os gráficos de PC eventualmente se fundiram a partir de várias fontes, como jogos de arcade e console, simuladores militares, robóticos e espaciais e imagens médicas.

Os primeiros dias dos gráficos 3D para consumidores foram um faroeste de ideias concorrentes. Desde a forma como o hardware é implementado, ao uso de diferentes técnicas de renderização e sua implementação e interfaces de dados, bem como a hipérbole de nomenclatura permanente. Os primeiros sistemas gráficos tinham uma arquitetura que seguia um pipeline de função fixa (FFP) e um caminho de processamento muito rígido usando tantas APIs gráficas quanto os fabricantes de chips 3D fazem.

Embora os gráficos 3D tornem a indústria de PC um tanto entediante um show mágico e leve, eles devem sua existência a gerações de esforços inovadores. Esta é uma série de quatro artigos que dão uma visão abrangente da história da GPU, em ordem cronológica. Estamos passando dos primeiros dias dos gráficos de consumo 3D para a virada de jogo 3Dfx Voodoo, a consolidação da indústria na virada do século e o GPGPU moderno de hoje.

1976-1995: os primeiros dias do 3D Consumer Graphics

Os primeiros gráficos 3D reais começaram com os primeiros controladores de exibição conhecidos como modificadores de vídeo e geradores de endereço de vídeo. Eles serviram como uma transição entre o processador principal e a tela. O fluxo de dados de entrada foi convertido em saída de vídeo bitmap serial, como brilho, cor e sincronização composta vertical e horizontal, que preservou a linha de pixel durante uma renderização e sincronizou cada linha sucessiva (o tempo entre o intervalo). termina uma linha de varredura e inicia a próxima).




Uma onda de design veio na segunda metade da década de 1970 e lançou as bases para os gráficos 3D como os conhecemos. Por exemplo, o chip de vídeo "Pixie" da RCA (CDP1861) de 1976 era capaz de emitir um sinal de vídeo compatível com NTSC com resolução 62x128 ou 64x32 para o console malicioso RCA Studio II.




O chip de vídeo foi seguido um ano depois pelo Adaptador de Interface de Televisão (TIA) 1A, que foi integrado ao Atari 2600 para ler capturas de tela, efeitos sonoros e controladores de entrada. O desenvolvimento do TIA foi liderado por Jay Miner, que mais tarde liderou o design de chips personalizados para o computador Commodore Amiga.







Em 1978, a Motorola introduziu o gerador de endereços de vídeo MC6845. Isso se tornou a base para as placas Monochrome and Color Display Adapter (MDA / CDA) do IBM PC de 1981, fornecendo a mesma funcionalidade para o Apple II. A Motorola adicionou o gerador de imagem de vídeo MC6847 no mesmo ano, que invadiu uma série de computadores pessoais de primeira geração, incluindo o Tandy TRS-80.

Uma solução semelhante da VIC, subsidiária da Commodore MOS Tech, forneceu saída gráfica para computadores domésticos Commodore legados de 1980-83.




Em novembro do ano seguinte, o ANTIC (Controlador Alfanumérico de Interface de Televisão) da LSI e Coprocessador CTIA / GTIA (Adaptador de interface de televisão gráfica ou em cores) foi introduzido no Atari 400. ANTIC processou instruções de tela 2D usando acesso direto à memória (DMA). Como a maioria dos coprocessadores de vídeo, o CTIA pode gerar gráficos de playground (fundo, telas de título, tela de pontuação) ao renderizar cores e mover objetos. A Yamaha e a Texas Instruments forneceram CIs semelhantes para vários fornecedores de computadores domésticos legados.




Os próximos passos na evolução gráfica foram principalmente nas áreas profissionais.

A Intel usou o chip gráfico 82720 como base para a placa multimodo de controlador de vídeo iSBX 275 de US $ 1000. Ele pode exibir dados de oito cores em resolução de 256x256 (ou monocromático em 512x512). 32 KB de memória de tela eram suficientes para desenhar linhas, arcos, círculos, retângulos e bitmaps de caracteres. O chip também tinha zoom, particionamento de tela e recursos de rolagem.

A SGI rapidamente seguiu a IRIS Graphics para estações de trabalho - uma placa de vídeo GR1.x fornecendo placas plug-in (filha) separadas para opções de cores, geometria, Z-buffer e Overlay / Pad.

A placa multimodo da controladora de vídeo gráfico iSBX 275 da Intel, de US $ 1.000, era capaz de exibir dados de oito cores em resolução 256x256 (ou monocromática em 512x512).

A virtualização 3D industrial e militar se desenvolveu relativamente bem naquela época. Vários projetos que requerem tecnologia para simulações militares e espaciais foram conduzidos com a IBM, General Electric e Martin Marietta (que irá adquirir a divisão de aviação da GE em 1992), uma série de empreiteiros militares, institutos de tecnologia e NASA. A Marinha também desenvolveu um simulador de vôo usando virtualização 3D do computador Whirlwind do MIT em 1951.

Além de empreiteiros de defesa, havia empresas que mergulhavam no mercado militar com gráficos profissionais.

Evans & Sutherland - que fornecerá séries de placas gráficas profissionais, como liberdade ve REALimage - Além disso Simulador de vôo CT5Um pacote de $ 20 milhões Host DEC PDP-11. O cofundador da empresa, Ivan Sutherland, desenvolveu um programa de computador chamado Sketchpad em 1961; este programa permitiu desenhar formas geométricas e visualizá-las em tempo real em um CRT usando uma caneta de luz.

Este é o precursor da moderna interface gráfica do usuário (GUI).

No reino menos esotérico da computação pessoal, a série 82C43x EGA (Extended Graphics Adapter) da Chips and Technologies ofereceu a competição necessária para os adaptadores da IBM e foi implantado em muitos clones de PC / AT por volta de 1985. O Commodore Amiga também vem com o chipset OCS. O chipset consistia em três chips de componentes principais (Agnus, Denise e Paula), que permitiam que uma certa quantidade de gráficos e computação de som dependessem da CPU.

Em agosto de 1985, três imigrantes de Hong Kong, Kwok Yuan Ho, Lee Lau e Benny Lau fundaram a Array Technology Inc no Canadá. No final do ano, o nome era ATI Technologies Inc. alterado para.

A ATI recebeu seu primeiro produto como um cartão de emulação de cores OEM no ano seguinte. Ele foi usado para produzir texto de fósforo monocromático verde, amarelo ou branco para um monitor TTL contra um fundo preto com um conector DE-9 de 9 pinos. O cartão está equipado com pelo menos 16 KB de memória e foi responsável pela maior parte das vendas de US $ 10 milhões da ATI no primeiro ano de operação da empresa. Isso foi feito em grande parte por meio de um contrato que fornecia à Commodore Computers cerca de 7.000 chips por semana.

O cartão de emulação de cores da ATI veio com pelo menos 16 KB de memória e foi responsável pela maior parte das vendas de US $ 10 milhões da empresa em seu primeiro ano de operação.

O advento dos monitores coloridos e a falta de um padrão entre os concorrentes levaram à formação da Video Electronics Standards Association (VESA), da qual a ATI é membro fundador, com a NEC e seis outros fabricantes de adaptadores gráficos.

Em 1987, a ATI adicionou a linha Graphics Solution Plus à linha de produtos de OEMs usando o barramento PC / XT ISA de 8 bits para PCs IBM baseados em Intel 8086/8088 da IBM. O chip suportava modos gráficos MDA, CGA e EGA com interruptores dip. Era basicamente um clone da placa Plantronics Colorplus, mas tinha espaço para 64kb de memória. PEGA1, 1a e 2a (256 kB) de Paradise Systems, publicado em 1987, eram clones Plantronics.

A série EGA Wonder 1-4 alcançou US $ 399 em março, fornecendo 256 KB DRAM, bem como compatibilidade com emulação CGA, EGA e MDA de até 640x350 e 16 cores. Um EGA estendido estava disponível para as séries 2, 3 e 4.

O recheio de ponta era o EGA Wonder 800 com emulação VGA de 16 cores e suporte para resolução 800x600, e era um cartão VGA Enhanced Performance (VIP), essencialmente um EGA Wonder com a adição de digital-analógico (DAC). compatibilidade VGA limitada. O segundo custa US $ 449 mais US $ 99 para o módulo de expansão da Compaq.

A ATI estava longe de estar sozinha na onda de apetite do consumidor por computação pessoal.

Muitas empresas e produtos novos chegaram naquele ano, entre eles Trident, SiS, Tamerack, Realtek, Oak Technology, LSI's G-2 Inc., Hualon, Cornerstone Imaging e Winbond - todos fundados em 1986-87. Enquanto isso, empresas como AMD, Western Digital / Paradise Systems, Intergraph, Cirrus Logic, Texas Instruments, Gemini e Genoa teriam produzido seus primeiros produtos gráficos nessa época.

A série Wonder da ATI continuou a receber atualizações incríveis nos anos seguintes.

Em 1988, a Little Wonder Graphics Solution (para emulação CGA e MDA) com porta de controlador e opções de saída composta, bem como o EGA Wonder 480 e 800+ com suporte estendido para EGA e VGA de 16 bits, e também VGA, tornou-se disponível. Wonder e Wonder 16 com suporte VGA e SVGA adicionado.

O Wonder 16 foi equipado com 256KB de memória por $ 499, enquanto a variante de 512KB custou $ 699.

A série VGA Wonder / Wonder 16 atualizada veio em 1989, incluindo o VGA Edge 16 de baixo custo (série Wonder 1024). Os novos recursos incluem uma porta bus-Mouse e suporte para o VESA Feature Connector. Esse era um conector dourado semelhante a um conector de slot de barramento encurtado e foi conectado por meio de um cabo de fita a outro controlador de vídeo para ignorar um barramento obstruído.

As atualizações da série Wonder continuaram ganhando impulso em 1991. A placa Wonder XL adicionou compatibilidade de cores VESA 32K e um Sierra RAMDAC que aumenta a resolução máxima da tela para 72Hz ou 800x600 @ 60Hz. Os preços variaram de $ 249 (256 KB), $ 349 (512 KB) a $ 399 para a opção de 1 MB de RAM. Uma versão de baixo custo chamada VGA Charger baseada no Basic-16 do ano anterior também estava disponível.

A série Mach foi lançada com Mach8 em maio daquele ano. É vendido como um chip ou placa que permite o descarregamento de operações limitadas de desenho 2D, como desenho de linha, preenchimento de cores e combinação de bitmap (Bit BLIT) por meio de uma interface de programação (AI). XL contendo o chip Creative Sound Blaster 1.5 para um PCB estendido. A partir dos arquivos mono da Sound Blaster, conhecidos como VGA Stereo-F / X, o estéreo foi capaz de simular algo próximo à qualidade do rádio FM.

Placas de vídeo como a ATI VGAWonder GT ofereciam uma opção 2D + 3D, combinando Mach8 com o núcleo gráfico de VGA Wonder + (28800-2) para tarefas 3D. Wonder e Mach8 levaram a ATI à marca de 100 milhões de vendas de CAD ao longo do ano, em grande parte por trás da adoção do Windows 3.0 e do aumento das cargas de trabalho 2D que poderiam ser usadas com ele.

A S3 Graphics foi fundada no início de 1989 e produziu o primeiro chip acelerador 2D e uma placa de vídeo S3 911 (ou 86C911) dezoito meses depois. Os principais recursos deste último incluem suporte para VRAM de 1 MB e cores de 16 bits.

O S3 911 foi substituído pelo 924 no mesmo ano - era basicamente um 911 revisado com cores de 24 bits - e foi atualizado novamente no ano seguinte com aceleradores 928 e 801 e 805 que adicionaram cores de 32 bits. O 801 usa uma interface ISA, enquanto o 805 usa VLB. Entre a introdução do 911 e o advento do acelerador 3D, o mercado estava cheio de designs de GUI 2D baseados no original do S3 - especialmente dos laboratórios Tseng, Cirrus Logic, Trident, IIT, Mach32 da ATI e MAGIC RGB da Matrox.

Em janeiro de 1992, a Silicon Graphics Inc (SGI) lançou o OpenGL 1.0, uma interface de programação de aplicativos (API) agnóstica de fornecedores multiplataforma para gráficos 2D e 3D.

A Microsoft estava desenvolvendo uma API concorrente chamada Direct3D e garantiu que o OpenGL funcionasse tão bem quanto poderia no Windows, e não se preocupou.

O OpenGL evoluiu a partir da API proprietária da SGI chamada IRIS GL (Integrated Raster Imaging System Graphics Library). Foi uma tentativa de manter a funcionalidade não gráfica do IRIS e permitir que a API fosse executada em sistemas não SGI, já que fornecedores concorrentes estavam começando a aparecer no horizonte com suas próprias APIs proprietárias.

Originalmente, o OpenGL era voltado para mercados profissionais baseados em UNIX, mas foi rapidamente adotado para jogos 3D com suporte amigável ao desenvolvedor para implementação de extensão.

A Microsoft estava desenvolvendo uma API concorrente chamada Direct3D, e não demorou muito para garantir que o OpenGL funcione tão bem quanto pode ser nos sistemas operacionais Windows mais novos.

Alguns anos depois, quando a id Software John Carmack, anteriormente Doom revolucionou nos jogos para PC, mudou o Quake para usar OpenGL no Windows e criticou diretamente o Direct3D.

O conflito da Microsoft aumentou no Windows 95, pois impede o licenciamento do driver de mini-cliente (MCD) do OpenGL, permitindo que os fornecedores escolham quais recursos podem acessar a aceleração de hardware. A SGI respondeu desenvolvendo um driver de cliente instalável (ICD), que não apenas fornece a mesma capacidade, mas é ainda melhor, pois o MCD cobre apenas operações de rasterização e adiciona iluminação ICD e funcionalidade de transformação (T&L).

Durante a ascensão do OpenGL, que inicialmente ganhou força na área de workstations, a Microsoft estava ocupada rastreando o mercado emergente de jogos com designs em suas próprias APIs proprietárias. Em fevereiro de 1995, eles compraram o RenderMorphics, cujo Reality Lab API competia com os desenvolvedores e se tornou o núcleo do Direct3D.

Ao mesmo tempo, Brian Hook da 3dfx estava escrevendo a API Glide que será a API dominante para o jogo. Isso se deveu em parte ao envolvimento da Microsoft no projeto Talisman (um ecossistema de renderização baseado em blocos), que diluiu os recursos projetados para DirectX.

Como o D3D é amplamente usado por trás da adoção do Windows, S3d (S3), Matrox Simple Interface, Creative Graphics Library, C Interface (ATI), SGL (PowerVR), NVLIB (Nvidia), RRedline (Rendition) e Glide começaram a desaparecer com os desenvolvedores.

Não ajudou algumas dessas APIs proprietárias a se aliarem sob pressão crescente dos fabricantes de placas para adicioná-las a uma lista de recursos em rápida expansão. Isso incluiu melhorias na qualidade da imagem, como resoluções de tela mais altas, maior profundidade de cor (de 16 bits para 24 e 32) e anti-aliasing. Todos esses recursos exigiam maior largura de banda, eficiência gráfica e ciclos de produto mais rápidos.

Em 1993, a volatilidade do mercado já havia forçado uma série de empresas gráficas a se aposentar ou serem adotadas por concorrentes.

O ano de 1993 gerou uma enxurrada de novos concorrentes gráficos, especialmente a Nvidia, fundada por Jen-Hsun Huang, Curtis Priem e Chris Malachowsky em janeiro daquele ano. Huang foi anteriormente Diretor de Coreware na LSI; Priem e Malachowsky vieram da Sun Microsystems, que desenvolveram anteriormente. Arquitetura gráfica GX baseada em SunSPARC.

Os recém-chegados Dynamic Pictures, ARK Logic e Rendition logo se juntaram à Nvidia.

A volatilidade do mercado já obrigou várias empresas gráficas a se aposentarem ou serem adotadas por concorrentes. Estes incluíam Tamerack, Gemini Technology, Genoa Systems, Hualon, Headland Technology (adquirida pela SPEA), Acer, Motorola e Acumos (adquirida pela Cirrus Logic).

No entanto, uma empresa que ficou cada vez mais forte foi a ATI.

Como precursor da série All-In-Wonder, o chip decodificador de PC TV 68890 da ATI, lançado em Video-It, foi anunciado no final de novembro! cartão. O chip foi capaz de capturar vídeo a 320x240 @ 15 fps ou 160x120 @ 30 fps graças ao Intel i750PD VCP (Processador de Compressão de Vídeo) integrado e o compactou / expandiu em tempo real. Ele também foi capaz de se comunicar com a placa de vídeo por meio da placa de dados, eliminando assim a necessidade de dongles ou portas e cabos de fita.

Video-It! Embora um modelo com menos recursos, chamado Video-Basic, tenha completado a classificação, foi vendido por US $ 399.

Cinco meses depois, em março, a ATI lançou um acelerador de 64 bits com lag; Mach64.

O ano fiscal não foi bom para a ATI, com uma perda de CAD 2,7 milhões, uma vez que caiu no mercado em meio a forte concorrência. As placas rivais incluíram S3 Vision 968, adquirida por muitos fornecedores de painel, e Trio64, que recebeu contratos OEM da Dell (Dimension XPS), Compaq (Presario 7170/7180), AT&T (Globalyst), HP (Vectra VE 4). ) e DEC (Venturis / Celebris).

Lançado em 1995, Mach64 observou uma série de inovações importantes. Foi o primeiro adaptador gráfico disponível para computadores PC e Mac como Xclaim (US $ 450 e US $ 650, dependendo da memória on-board) e ofereceu aceleração de reprodução de vídeo full motion com o S3 Trio.

Mach64 também é a primeira placa gráfica profissional da ATI, 3D Pro Turbo e 3D Pro Turbo + PC2TVEle estará à venda por $ 599 para a opção de 2 MB e $ 899 para a opção de 4 MB.

No mês seguinte, uma startup de tecnologia chamada 3DLabs surgiu da divisão de gráficos Pixel da DuPont. comprou subsidiária Junto com o processador GLINT 300SX da matriz, capaz de criar, usinar e rasterizar OpenGL. Devido ao alto preço, os cartões da empresa eram originalmente destinados ao mercado profissional. O Fujitsu Sapphire2SX 4 MB é vendido por US $ 1600-2000, enquanto o ELSA GLoria 8 de 8 MB custava US $ 2600-28. No entanto, o 300SX foi projetado para o mercado de jogos.

S3 parecia em toda parte naquela época. As marcas OEM high-end dominaram os chipsets Trio64 da empresa, integrando um DAC, um controlador gráfico e um sintetizador de clock em um único chip.

1995 O Game GLINT 300SX continha muito menos 2 MB de memória. Ele usava 1 MB para as texturas e Z-buffer e outro para o buffer do framework, mas veio com a opção de aumentar o VRAM para Direct3D em $ 50 a mais do que o preço base de $ 349. O cartão não chegou a um mercado já lotado, mas a 3DLabs já estava trabalhando em um sucessor na série Permedia.

S3 parecia em toda parte naquela época. As marcas OEM high-end dominaram os chipsets Trio64 da empresa, integrando um DAC, um controlador gráfico e um sintetizador de clock em um único chip. Eles também usaram um buffer de quadro combinado e uma camada de vídeo de hardware compatível (uma parte reservada da memória gráfica para renderizar o vídeo para o aplicativo). O Trio64 e seu irmão de barramento de memória de 32 bits, o Trio32, estavam disponíveis como unidades OEM e placas autônomas de fornecedores como Diamond, ELSA, Sparkle, STB, Orchid, Hercules e Number Nine. Os preços da Diamond Multimedia variaram de US $ 169 para um cartão baseado em ViRGE a US $ 569 para um vídeo Diamond Stealth64 baseado em Trio64 + com 4 MB de VRAM.

A ponta principal do mercado incluiu ofertas da Trident, um fornecedor OEM de longa data de adaptadores gráficos 2D simples, que recentemente adicionou o chip 9680 à sua linha. O chip tinha a maioria das especificações do Trio64 e os cartões geralmente custavam em torno de US $ 170-200. Dentro deste suporte, eles têm boa reprodução de vídeo, oferecendo um desempenho 3D aceitável.

Outros novos participantes no mercado principal incluíram o Power Player 9130 da Weitek e o ProMotion 6410 da Alliance Semiconductor (frequentemente visto como Alaris Matinee ou OptiViewPro da FIS). Enquanto ambos oferecem excelente escalonamento com velocidade de CPU, o último combinou o poderoso motor de escalonamento com circuito anti-bloqueio para obter uma reprodução de vídeo suave que é muito melhor do que os chips anteriores como ATI Mach64, Matrox MGA 2064W e S3 Vision968.

A Nvidia lançou o primeiro chip gráfico, NV1Tornou-se o primeiro processador gráfico comercial capaz de renderização 3D, aceleração de vídeo e aceleração GUI integrada.

Eles fizeram parceria com a ST Microelectronic para fabricar o chip em processos de 500 nm, e esta também introduziu a versão STG2000 do chip. Embora não tenha sido um grande sucesso, representou o retorno financeiro inicial da empresa. Infelizmente para a Nvidia, assim que as primeiras placas de fornecedores começaram a ser vendidas em setembro (especificamente Diamond Edge 3D), a Microsoft encerrou e lançou o DirectX 1.0.

A API gráfica D3D verificou que o NV1 depende da renderização de polígonos triangulares usando mapeamento de textura quádrupla. Foi adicionada compatibilidade D3D limitada através do driver para envolver os triângulos como superfícies quadráticas, mas a falta de jogos adaptados para NV1 considerava a placa um macaco de todos os processos, não era mestre de nenhum.

A maioria dos jogos foram retirados da Sega Saturn. Em setembro de 1995, um NV1 de 4 MB para portas Saturn integradas (dois por suporte de expansão que se conecta à placa via cabo de fita) foi vendido por cerca de US $ 450.

As últimas alterações da Microsoft e o lançamento do DirectX SDK deixaram os fabricantes de placas não podem acessar diretamente o hardware para reprodução de vídeo digital. Isso significava que quase todas as placas gráficas discretas tinham problemas de funcionalidade no Windows 95. Os drivers do Win 3.1 de várias empresas geralmente eram exatamente o oposto.

Seu primeiro show público aconteceu na conferência de videogame E3, realizada em Los Angeles em maio do ano seguinte. O próprio cartão ficou disponível um mês depois. O 3D Rage combinou o núcleo 2D do Mach64 com a capacidade 3D. A ATI anunciou o primeiro chip acelerador 3D, o 3D Rage (também conhecido como Mach 64 GT) em novembro de 1995.

As últimas revisões da especificação do DirectX significa que o 3D Rage teve problemas de compatibilidade com muitos jogos que usam a API - principalmente uma falta de buffer de profundidade. Com buffer de quadro de RAM EDO de 2 MB embutido, a modalidade 3D foi limitada a 640x480x16 bits ou 400x300x32 bits. Tentar cores de 32 bits em 600x480 geralmente causava distorção de cores na tela, e a resolução 2D chegava a 1280x1024. Se o desempenho do jogo for medíocre, a capacidade de reproduzir MPEG em tela cheia foi perdida de alguma forma, pelo menos equilibrando o conjunto de recursos.

Os gráficos 3Dfx Voodoo destruíram efetivamente toda a competição, terminando antes do início da corrida pelo desempenho.

A ATI revisou o chip e em setembro o Rage II começou. Corrigidos problemas D3DX do primeiro chip, bem como suporte para reprodução de MPEG2. No entanto, os primeiros cartões ainda vêm com 2 MB de memória, prejudicando o desempenho e tendo problemas com a conversão de perspectiva / geometria, como o Serial Rage II + foi expandido para incluir DVD e 3D Xpression +, as opções de capacidade de memória aumentaram para 8 MB.

Quando a ATI estava fazendo marketing com uma solução gráfica 3D pela primeira vez, não demorou muito para que outros concorrentes com idéias de aplicativos 3D diferentes aparecessem em cena. Ou seja, 3dfx, Interpretação e VideoLogic.

3Dfx Interactive vence Rendition e VideoLogic na corrida para lançar novos produtos no mercado. No entanto, a performance terminou antes do início da corrida e 3Dfx Voodoo Graphics destruiu efetivamente toda a competição.

Este artigo é a primeira das quatro séries. Se você gostar, continue lendo enquanto damos um passeio pela estrada da memória até a jovem empresa chamada 3Dfx, Rendition, Matrox e Nvidia.