Ранее я часто рассказывал об особенностях видеокарт из 90-х. В рамках прошлых статей, мы успели с вами рассмотреть внутреннюю архитектуру 3dfx Voodoo, узнать о кастомном графическом API в S3 ViRGE, и даже написать свою собственную небольшую демку под видеокарты из 90-х. Вместо рассказов о GeForce 256 и ATi 3D Rage, в сегодняшнем материале мне хотелось бы поговорить о видеокарте, которая обогнала своё время — и при этом всё равно провалилась. Как вы уже поняли — речь пойдет об Intel i740.

Каким был первый GPU от Intel, на что он был способен и в чём заключается его главная тайна — читайте в сегодняшней статье!

❯ Предисловие

История видеоускорителей Intel начинается, как это ни странно, с программ космических симуляций. Первые наработки 3D-ускорителей разрабатывали ещё в 70-х годах в стенах компании GE Aerospace, однако в 1992 году, General Electric решили продать своё аэрокосмическое подразделение компании Martin Marietta, которое в 1995 году стало называться Lockheed Martin. После появления PlayStation 1 и массовых игровых автоматов с 3D-графикой, было очевидно что рано или поздно 3D станет мейнстримом и в сегменте домашних компьютеров, а пока конкуренция была ещё достаточно мала, Lockheed Martin решила организовать подразделение под названием Real3D.

По сути, в 1995 году из конкурентов у Real3D была только Nvidia со своим мультимедийным акселлератором NV1 и... PowerVR с GPU Midas 3. Но NV1 не был просто 3D-ускорителем — это целый комбайн, который включал в себя контроллер геймпадов от SEGA Saturn, звуковую карту, 2D-ускоритель для GDI/DDraw-игр и, собственно, 3D-ускоритель. Стоил NV1 целых 300$ и его самая главная фишка в лице 3D-ускорителя оказалась полным провалом: дело в том, что по каким-то причинам инженеры Nvidia решили построить растеризатор на базе квадов, а не общепринятых треугольников. Из-за этого разработчикам приходилось серьезно переписывать рендереры своих игр, поэтому на NV1 вышло всего 6 игр. Кроме того, NV1 оперировал не классическими UV-координатами, а специальными «весами», которые диктовали GPU как правильно наносить текстуру на примитив.

Как и NV1, PowerVR Midas 3 был тоже прорывным и в некоторой степени экзотическим GPU. В отличии от чипа от Nvidia, он оперировал классическими треугольниками, однако растеризатор здесь работал по принципу TBDR — Tile Based Deffered Renderer. Если говорить простыми словами, то видеокарта разбивала экран на набор тайлов размером 32x32 каждый, считала видимость и перекрытие всех рисуемых в тайле треугольников и затем отсылала их растеризатору. Таким образом, Midas 3 очень сильно экономил филлрейт за счёт отсечения невидимых поверхностей, не требовал тяжелого Z-буфера и заметно снижал нагрузку на общую шину с видеопамятью. Однако TBDR очень не любит полупрозрачные поверхности, а также геометрию с альфа-тестом, поэтому производительность Midas 3 значительно падала при отрисовке заборов, решеток и прочих объектов с полностью прозрачными пикселями. К слову TBDR в отличии от квадов живёт и сегодня и применяется даже в вашей RTX5090, а GPU от PowerVR сильно повлияли на успех первых iPhone (причём MBX был прямым наследником Midas 3).

Поэтому в 1995 году, Real3D совместно с Intel и Chips (читатели, заставшие 386/486, сразу поймут что это за компания) начали разрабатывать потребительский GPU под кодовым именем Auburn. Главной фишкой Auburn была новая шина AGP, созданная специально для видеокарт. Концептуально и электрически AGP был практически идентичен PCI: использовалась всё та же параллельная шина (за исключением того, что AGP не делил линии с другими устройствами как PCI) с теми же логическими уровнями, на программном уровне AGP-устройства использовали регистры PCI-контроллера и PCI-й же Configuration Space, а регистры и память самого GPU точно также маппились в адресное пространство процессора с помощью MMIO. Однако AGP добавлял ещё несколько важных фишек:

• Возможность передачи данных как по восходящему, так и по спадающему фронту — как в DDR. Это позволяло передавать данные в два раза быстрее без фактического увеличения скорости шины, которая в первых версиях работала на частоте в 66МГц — x2 от PCI.

• Технология GART, позволявшая замаппить кусок RAM для совместного использования GPU и CPU. Таким образом, GPU мог читать текстуры не только из собственной видеопамяти, но и из оперативной — что по теории Intel должно было решить проблему недостатка дорогой EDO-памяти для текстур и заметно удешевить видеокарты.

Как вы уже могли понять, основной упор в Auburn решили сделать на поддержку технологии GART. Суть её была такой, что на видеокарте располагается лишь минимальный объём видеопамяти (~4МБ) для хранения фреймбуфера и Z-буфера, в то время как для хранения текстур предполагается использовать системную память. Теоретически этот способ помогал заметно разгрузить шину GPU — VRAM в процессе растеризации, при этом распараллеливая обращения к текстурам через контроллер памяти в северном мосту. На бумаге это звучало хорошо...

❯ Разбираем архитектуру

Архитектура видеокарт в 90-х заметно отличалась от современных. Во первых, в GPU тех лет конвейер был фиксированным: все возможные операции по освещению, наложению тумана и текстурированию были заранее реализованы в железе и возможности вручную посчитать цвет фрагмента не было. Некоторым подобием шейдеров была возможность мультитекстурирования, которая позволяла за один проход наносить несколько текстур одновременно с разными операциями: например можно было наложить основную текстуру, маску и сферическую карту отражений, что позволяло сделать модельку машины, где кузов отражается, а матовые элементы — нет. Первой видеокартой с поддержкой мультитекстурирования была 3dfx Voodoo 2, однако там возможность нанесения нескольких текстур за один такт зависела от числа TMU — текстурных юнитов на видеокарте.

Во вторых, вплоть до GeForce 256 в видеокартах вообще не было вершинного конвейера. Вы же помните слова о том, что видеопамять используется только для фреймбуфера, а оперативная — для текстур? Так вот, в те годы видеокарты не хранили в себе геометрию и никак её не обрабатывали, ожидая на вход уже готовые и преобразованные треугольники. Таким образом, вся нагрузка по трансформации треугольников, перспективному делению, повершинному освещению и клиппингу (разбиения частично видимых треугольников «перед носом» на несколько более мелких) ложилась на центральный процессор, в то время как GPU оставалось лишь это всё растеризовать (и именно отсюда растут корни glBegin/glEnd). В GF256 уже появилась поддержка T&L и возможность размещать вершинные буферы в видеопамяти, что позволило уже через 2-3 года кратно увеличить полигональность моделей в играх.

Auburn, уже под финальным названием Intel i740, появился в начале 1998 года и должен был конкурировать с новым ATi Rage 128. На первый взгляд, это был суперсовременный и доступный GPU на момент выхода:

• В i740 был встроен 2D-ускоритель с аппаратным ускорением GDI и DirectDraw, поддержкой разрешения до 1280x1024 при 16-битном цвете и поддержкой как VGA, так и NTSC/PAL для вывода изображения на телевизор.

• Помимо 2D-ускорителя, в GPU был также аппаратный декодер DVD. Это уже очень серьезная заявка на успех с учетом того, что не каждый процессор в те годы мог программно декодировать MPEGII.

• 3D движок поддерживал все современные на тот момент возможности: Z-буфер, MSAA, затенение по методу Гуро, попиксельный туман, альфа-блендинг, альфа-тест, дизеринг, трилинейную фильтрацию. Из текстурных форматов поддерживалась палитровые, 1555, 565 и 4444 — никаких 24 и тем более 32 битных текстур.

• На бумаге GPU работал на частоте в 133МГц, имел приличный филлрейт в ~55 мегапикселей, мог растеризовывать до ~350к треугольников в секунду (или около 11к треугольников на один кадр — это не так мало, как кажется. В HL ~4к треугольников на кадр к примеру).

• И самое главное — никаких собственных GAPI, полный ориентир на OpenGL и Direct3D.

Всё это было выполнено на техпроцессе в 350нм и при скромной розничной цене в 120$. Звучит как что-то невероятное, однако на практике FPS в играх был не особо высокий из-за использования GART: видеокарте постоянно приходилось бороться с процессором за возможность доступа к оперативной памяти, из-за чего страдала пропускная способность как со стороны GPU, так и со стороны процессора. Добавьте к этому невысокую частоту FSB и самой SDRAM и получаем просадки растущие не только от объёма геометрии в кадре, но и количества наносимых текстур, благо i740 не поддерживал мультитекстурирование.

Очевидно что в 1998 году, большинство 3D-акселлераторов проектировались как игровые и i740 стал провалом в геймерском сегменте из-за невысокого FPS в играх. Ситуация становилась ироничной из-за того, что Intel выпустила специальную PCI-версию, для которой отдельно разработала чип-мост, перенаправляющий обращения к GART с северного моста на дополнительные чипы SGRAM распаянные на плате. PCI-версия стоила значительно дороже и нивелировала все плюсы i740, хоть и работала в играх чуть быстрее, что иронично.

Однако огромным плюсом были адекватные драйвера для OpenGL и Direct3D. До 1998 года, большинство видеокарт были ориентированы в первую очередь на свои собственные проприетарные графические API — у 3dfx был Glide, у S3 — Metal (не тот что у Apple), а у ATi — CIF, в то время как i740 был ориентирован на стандартные API. При этом все три API взваливали задачу написания аллокатора текстур, математической библиотеки и вершинного конвейера на программиста, что заметно увеличивало порог входа для разработки 3D-игр. У GL и D3D же это всё было готово «из коробки», благодаря чему большинство игр уже в 1999 году перешли на DirectX. Для понимания почему так произошло — окромя Nvidia, ни у одного производителя GPU в 90-х не было адекватных драйверов для OpenGL. У 3dfx был обрубок под названием MiniGL специально для Quake, у ATi драйвера были кривыми вплоть до ~2001 года, а у S3/SiS вообще всё с этим было максимально плохо, поэтому и победил DirectX.

Ещё одна причина почему победил в DirectX

Во времена DirectX 6 было два режима D3D — Immediate и Retained. Immediate больше всего похож на современные графические API, поскольку сразу оперировал программными командными буферами, и аппаратными вершинными/индексными буферами, что позволило прозрачно для игр использовать T&L и заметно поднять их производительность.

Retained же представлял из себя почти готовый графический движок с полноценным графом сцены, математической библиотекой и даже API для загрузки моделей/текстур с диска. Retained-режим очень сильно снижал порог входа в сферу, благодаря чему некоторые игры использовали именно его.

Касательно конкретных фишек у i740 всё тоже было не идеально. Во первых, как я и говорил ранее, i740 не имел поддержки мультитекстурирования, что требовало двухпроходной отрисовки уровней — сначала геометрия с текстурой, затем та же самая геометрия с лайтмапой. Больше всего это было актуально для Half-Life и Quake. Во вторых, i740 не поддерживал Stencil-буфер и соответственно стенсильные тени в реальном времен. Можно было только очень костыльно реализовать самые примитивные Shadowmap'ы без фильтрации, но выглядели они отвратительно.

И в третьих — i740 не поддерживал текстурную компрессию, которая позволила бы заметно выиграть в производительности. Дело в том, что блочные алгоритмы типа DXT позволяют хранить блок из 16 пикселей всего в 8 байтах (двух машинных словах) и отлично кэшируются, что помогло бы разгрузить шину... но имеем что имеем. В играх i740 показывал себя в целом очень даже неплохо, но уступал решениям от ATi и Nvidia, а ещё по каким-то причинам GPU не использовался в ноутбуках (скорее всего из-за отсутствия поддержки LVDS).

Результаты в играх были неплохими, но не более того. В Quake 3 i740 в AGP-версии выдавала солидные 30 FPS (а PCI-версия всего 20), в то время как в Quake 1 кадровая частота местами подлетала почти до 50 FPS. В Carmageddon II приходилось наслаждаться 20-22 FPS на обеих версиях, зато Mortal Kombat 4 шел в 50 на PCI версии и 60 на AGP. В MS Flight Simulator 98, i740 вытворял чудеса и выдавал более 60 FPS - это уже FPS уровня современного геймера.

Несмотря на все свои недостатки, i740 не отправился в помойку: несмотря на провал на розничном рынке, i740 стоил очень недорого на оптовом для OEM, что и обеспечило ему большую популярность в готовых сборках. А годом позднее, GPU был интегрирован в чипсет Intel i810, где и раскрыл свой бюджетный потенциал во всю. Его основными конкурентами стали SiS Mirage Graphics на базе SiS 6326 (обычно была слабее Intel'ов), VIA Unichrome на базе легендарного S3 Savage, и такая экзотика, как Trident CyberBLADE XP. В 2004'ом, Intel выпустила современный и относительно крутой GPU под названием GMA900 с поддержкой Direct3D9 и продвинутым шейдерным конвейером, но... об этом как-нибудь в другой раз.

❯ Заключение

Вот такой была первая видеокарта от Intel. И, судя по всему, из года в год Intel повторяет историю точь в точь: разрабатывают продвинутый GPU с поддержкой всех современных технологий, но спотыкаются об использование RAM в качестве основной памяти и кривоватые драйвера. Хотя сейчас с появлением Intel Arc ситуация кратно улучшилась. А что вы думаете о GPU от Intel? Пишите своё мнение в комментариях!

В будущем хотелось бы написать статью про что-то из Trident'ов, PowerVR, Trident'ов или ранних 3dfx, но к сожалению пока возможности купить их нет. Но там будь что будет :)

Ну а я надеюсь, что вам было интересно. Подписывайтесь на блог, чтобы не пропускать новые статьи каждую неделю! А если вам интересна тематика ремонта, моддинга и программирования для гаджетов прошлых лет — подписывайтесь на мой Telegram-канал «Клуб фанатов балдежа», куда я выкладываю бэкстейджи статей, ссылки на новые статьи и видео, а также иногда выкладываю полезные посты и щитпостю. А ролики (не всегда дублирующие статьи) можно найти на моём YouTube канале.

А если вы хотите что-нибудь подарить из железа и увидеть о нём статью — пишите мне в Telegram. Меня очень интересуют самые разные гаджеты: начиная от игровых консолей и любых связанных с геймингом устройств, телефонов, смартфонов, КПК, заканчивая ретро-компьютерами и ноутбуками. Кто знает, может героем следующей подобной статьи окажется ноутбук из 90-х? :)

После обзоров устройства не продаются, а остаются в моей коллекции. Когда-нибудь я хочу сделать музей, где к каждому устройству можно будет приложить QR и почитать мою статью. Кто знает, вдруг на следующей неделе я также подробно расскажу про девайс из вашей юности? :)

Кстати, у меня есть GameBoy Advance SP, под который я очень хочу написать игру. Однако мой экземпляр был залит водой и кофе. Может у кого-то есть донор с дохлой платой, откуда я смог бы взять контроллер питания? У меня AGS-101.