Schede video/ Scontro al vertice nel 3D

Nei prossimi mesi si assisterà all'arrivo sul mercato dei nuovi chip grafici 3D di quasi tutte le principali firme del settore, una sfida all'ultimo poligono di cui già possiamo dare un ampio assaggio


Da quando, circa 4 anni or sono, 3Dfx propose il primo acceleratore esclusivamente tridimensionale per il mercato videoludico del PC, di fatto inaugurò la nascita di un nuovo e promettente business che nessun produttore di chipset grafici poté più ignorare. Si passò così dalle semplici schede grafiche accelerate 2D, capaci di velocizzare in hardware l’ambiente grafico a finestre di Windows, a quelle 3D, capaci di velocizzare la generazione di scene tridimensionali.

La grande concorrenza che progressivamente caratterizzò questo mercato fece sì che i nuovi chip grafici divenissero sempre più potenti ed integrassero sempre più funzioni 3D: questo ha permesso un costante miglioramento della qualità e velocità delle scene ed ha permesso la creazione di giochi in mondi sempre più realistici. In pochi anni i PC si sono così trasformati in sistemi che oggi potrebbero fare concorrenza alle migliori workstation grafiche di pochissimi anni fa, ma a costi di gran lunga inferiori. Di certo però le schede grafiche accelerate di cui andremo a parlare conservano un ruolo specificatamente ludico, sebbene anche in questo campo le cose inizino a cambiare visto che ad esempio ATI, con la sua nuova generazione di chipset, punta sia al mercato consumer che a quello professionale.

La continua evoluzione del settore ha accelerato l?obsolescenza dei prodotti costringendo utenti e sviluppatori a rincorrere il mercato e, questi ultimi, a portare i propri giochi in codice ottimizzato per le varie CPU grafiche più in voga, questo almeno finché non ci si è potuti basare sullo standard ICD Mini OpenGL e sulle Direct X di mamma Microsoft. La crescita tecnologica di questo settore è stata davvero travolgente e forse più veloce persino di quella fatta registrare, nel campo delle CPU, da Intel e AMD.

Tecnicamente parlando, si è passati da una singola texture (piccola immagine da ?spalmare? sulle superfici) di dimensioni fisse a quattro o più da impiegare su un pixel o su due. Via via sono stati introdotti nuovi effetti, aumentate le velocità di creazione di una scena e la qualità visiva. Attualmente una scheda video adeguatamente supportata dal sistema riesce a generare a 1024×768 punti di risoluzione più quadri di quanti poi effettivamente il monitor sia in grado di visualizzarne. Le frequenze di funzionamento dei chip grafici sono ormai prossime ai 200 MHz e sfruttano 32 MB o più memoria dedicata (la quantità di RAM di un PC medio di 3 anni fa).

Attualmente le frequenze di funzionamento si attestano fra i 150 e i 183 MHz circa, con architetture a 128 bit, 32 MB di memoria (16 MB per 3Dfx, 64 MB per S3 con il Savage 2000) che può essere di tipo SDRAM, SGRAM o la nuovissima DDR SDRAM. La scheda video provvede completamente alla parte di renderizzazione dell?immagine, cioè tutti gli ?aggiustamenti? prima di mandarla allo schermo, mentre la preparazione geometrica della struttura poligonale è a carico del processore di sistema. Fanno eccezione il GeForce 256 di Nvidia ed il Savage 2000 di S3 che, come vedremo, si fanno carico parzialmente anche di questa parte di elaborazione di una scena 3D.

Fatto il quadro antecedente, andiamo ora a vedere cosa ci riserva il futuro, ed in particolare il periodo estivo e autunnale.


Matrox G450

Il nuovo processore grafico annunciato da Matrox è in realtà una semplice evoluzione della generazione attuale: il vero salto ci sarà con l’arrivo, più avanti, della nuova famiglia di chip G800. Le novità introdotte riguardano l?innalzamento della frequenza di lavoro e la maggiore integrazione. Il processo produttivo viene portato a 0.18 micron mentre l’architettura passa a 256 bit con canali indipendenti di memoria DDR a 64 bit: nei suoi milioni di transistor vengono integrati due RAMDAC che consentono lo sfruttamento dell’apprezzata tecnologia dual head che permette la gestione di due monitor, con il secondo che può essere indipendente dal primo oppure sfruttare una serie di funzionalità quali lo zoom del primo monitor, la stessa immagine, la riproduzione a pieno schermo di un filmato DVD (che in alternativa può sfruttare l?uscita TV). A tal riguardo è stata integrata un’apposita circuiteria per i filmati MPEG2, che permette di ottenere la maggiore qualità possibile. La connessione con il monitor si avvale ora della nuova tecnologia digitale DVI.
Per quanto riguarda le prestazioni, i 165 MHz di velocità della nuova unità permettono velocità di creazione delle scene 3D superiori a quelle attuali, ma da sempre l?obbiettivo di Matrox è stato, più che la velocità pura, la qualità, sia nel 2D (si possono pilotare risoluzioni fino a 2048×1536 a 85 Hz) che nel 3D, dove il filtro environmental bump mapping permette una migliore resa delle superfici traslucide e increspate.

Nvidia GeForce2

In questo caso, il nome non rende pieno merito al reale passo in avanti effettuata dal chip di Nvidia. Il nuovo processo produttivo a 0.18 micron, insieme ad un’architettura migliorata, hanno permesso di integrare 25 milioni di transistor, aumentare la frequenza di lavoro a 200 MHz e ridurre i consumi energetici (quindi meno calore prodotto). La quantità di memoria supportata può arrivare fino a ben 128 MB, il cui tipo è la veloce DDR, con clock a 166 MHz, equivalenti a ben 333 MHz di una normale SDRAM. La capacità di elaborazione della scheda è quadruplicata, infatti l?aumento del clock permette di aumentare il fill-rate, ma in questo caso vengono elaborati ben 8 pixel con le relative texture applicate (quindi con i relativi sofisticati calcoli) che moltiplicati per 200 MHz di funzionamento porta a ben 1,6 Gigatextel (1 miliardo di pixel texturizzati in un secondo). Il motore di T&L (Transform & Light) permette di sgravare di molto il peso della creazione e gestione della scena dalle spalle del processore di sistema, permettendo altresì di aumentarne la complessità potendo ora gestire 25 milioni di poligoni al secondo (prima erano 15). Disporre di tanta potenza permette di avere rate elevatissimi, ma Nvidia non vuole rinunciare alla qualità, permettendo gestioni complete delle texture con colori a 32 bit e la gestione di texture di dimensione variabile fino a 2048x2048pixel, eventualmente comprimibili tramite l?algoritmo S3TC incluso nelle DirectX (metodo di compressione creato da S3 e recentemente reso di pubblico utilizzo). Effetti come antialiasing e bump mapping vengono completamente gestiti in hardware aumentando ulteriormente la sensazione di realtà delle scene create. La riproduzione dei filmati pare sia rimasta la stessa del primo GeForce, ma troveremo il nuovo tipo di connessione digitale DVI.
Le prime prove di questa scheda, verosimilmente disponibile dopo l?estate, evidenziano due cose: in primo luogo un generale innalzamento della velocità e qualità dell?immagine e, in secondo luogo, che il collo di bottiglia di un PC per la grafica tridimensionale torna ad essere la CPU.

S3 Savage 2000

Il Savage 2000 è l?ultimo nato in casa S3 ed è anche, fra i chip considerati, l’unico già disponibile sul mercato. Il suo processo produttivo è ibrido, contenendo parti a 0.18 micron e altre a 0.22, per un totale di 12 milioni di transistor. La velocità è impostata a 150 o 200 MHz (versione plus), mentre la memoria lavora rispettivamente a 166 o 200 MHz per un massimo di 64 MB supportati. Dispone di due pipeline con quattro motori di texturizzazione che dovrebbero permettere il raggiungimento del Gigatextel. Ovviamente è sfruttabile l?algoritmo di compressione delle texture introdotto da S3 che permette, riducendo a un quarto la dimensione delle texture (di dimensione massima 2048×2048), di mantenere frame rate elevati, anche in scene complesse. L?innovazione rispetto alla precedente versione del Savage (la 4) è l?introduzione di un motore hardware di Transform&Lighting, sulla scia di quanto aveva fatto Nvidia con il GeForce. Tuttavia, la necessità di uscire in tempi rapidi ha forse costretto S3 a introdurre sul mercato un prodotto non ancora maturo. Si aspettano grossi miglioramenti sul fronte software, con l?introduzione di nuovi driver che permettano di sfruttare appieno le caratteristiche di un prodotto comunque forte di un ottimo rapporto prezzo/prestazioni. Pare infatti che il motore T&L non venga attivato e sfruttato dal presente driver. La riproduzione di filmati DVD viene assicurata a pieno frame rate.


ATI Radeon 256

Il produttore canadese in questo anni si è sempre tenuto uno o due gradini dietro i primi per quanto riguarda le prestazioni nel 3D, sebbene le sue schede possano invece vantare ottimi risultati nella riproduzione video. Dopo il Fury MAXX, che sfruttava due chip Rage Pro per raggiungere prestazioni simili alla concorrenza senza grossi investimenti, è finalmente arrivato il momento di voltare pagina. È arrivato il momento del Radeon 256. Tutte le più recenti tecnologie e qualcosa di più sono state introdotte in questo chip che, adottando un processo produttivo a 0.18 micron, integra la bellezza di 30 milioni di transistor operanti alla frequenza di 200 MHz con supporto fino a 128 MB di RAM, anche DDR. Sono presenti due pipeline contenenti ciascuna tre unità di texture in grado quindi di applicare filtri trilineari oppure tre texture su un singolo pixel per ogni ciclo di clock (pixel tapestry), portando quindi il totale a 1,2 Gigatextel per secondo che potrebbero addirittura arrivare a 1,5 grazie alla tecnologia HyperZ che riduce le informazioni necessarie per lo Z-buffer, rendendo così disponibile ulteriore banda e quindi maggiore fill-rate. ATI ha introdotto, sulla scia del GeForce, un motore di Transform&Light, ma ovviamente dichiara prestazioni superiori, che arrivano fino alla bellezza di 30 milioni di poligoni al secondo, con una migliore resa dei processi di illuminazione con l?aumento del numero delle sorgenti luminose e dotato di hardware clipping che permettono di meglio visualizzare la scena, che come è noto si svolge entro un cubo, i cui piani vengono detti clip. Altre funzioni introdotte nel Radeon 256 riguardano la funzione di Vertex skinnig, sfruttando la quale i triangoli delle texture vengono applicati al meglio su uno struttura poligonale detta scheletro. Il key frame è un?altra funzione che permette di definire delle linee guida di trasformazione, attraverso le quali generare un morphing in hardware, definendo solo l?immagine iniziale e quella finale: ha un?ottima resa sulle espressioni facciali. La qualità grafica ATI non poteva che rimanere al vertice in questa nuovo chip, che anzi introduce alcune chicche per migliorarla ulteriormente. Il confronto fra due frame successivi permette di applicare effetti di motion blur compensation (l?effetto movimento come in una foto mossa), ma grazie a una unità di interlacciamento locale, i particolari delle zone in movimento vengono resi al meglio. Sfruttate al meglio le funzionalità del bus AGP, ATI offre il supporto per i monitor digitali e per elaborazioni video.

3Dfx Voodoo 4 e 5

Annunciate da parecchio tempo, non sono ancora disponibili le nuove schede di 3Dfx denominate Voodoo4 e Voodoo5, delle quali, però, si sa già tutto. Attualmente siamo in fase beta e il prodotto è stato ufficialmente dichiarato disponibile nel secondo quarto di quest?anno, quindi, entro agosto. Le nuove schede basano la loro potenza sul nuovo chip VSA-100. Trattasi di un nuovo chip, prodotto a 0.25 micron, operante a 166 MHz, evoluzione del Voodoo 3, rispetto al quale finalmente consente la gestione delle texture a 32 bit di colore e con dimensione variabile fino a 2048×2048 pixel, eventualmente comprimibili con un algoritmo proprietario che riduce la dimensione fino a un ottavo, lo Z-buffer è a 24 bit, contro i 32 bit dei concorrenti, il RAMDAC è integrato e opera a 350 MHz (come il Voodoo 3) per risoluzioni video fino a 2048x1536a 75 Hz di refresh. Tuttavia la vera novità di questo processore è la sua capacità superscalare. In passato era possibile affiancare due Vooodoo 2 che operando in congiunzione, generando ciascuna metà della scena, permettevano di raddoppiare le velocità. Oggi 3Dfx propone in un?unica scheda 2 o 4 processori, ciascuno con la capacità di gestire fino a 32 MM di SDRAM operante alla stessa velocità (Voodoo 5 6000, 4 Chip, 128 MB), ma sono stati presentati prototipi per workstation grafiche con 32 processori! La possibilità di operare in parallelo permette di aumentare la velocità oppure di attivare effetti e filtri (anti-aliasing, motion blur, profondità di campo, sfumatura delle ombre) che, necessitando di più passaggi sulla singola scena, si giovano della maggiore potenza a disposizione. Tutto questo è reso possibile dall?implementazione di un buffer (T-Buffer) in grado di rielaborare più volte anche solo una porzione di immagine. Il motion blur compensation è una tecnica che sfuma l?immagine dando a ogni singolo frame la sensazione di ?sfocatura da movimento?. Lo stesso concetto per cui le immagini del cinema rendono bene le animazioni nonostante si parli di soli 25 fotogrammi al secondo, infatti ciascuno di essi non è nitido, ma presenta una sfocatura da movimento. L?effetto di profondità di campo è reso invece considerando la distanza di ogni oggetto dal punto di visuale, cosicché la zona sulla quale va concentrata l?attenzione risulta a fuoco mentre le altre no, simulando le caratteristiche dell?occhio umano. Il vantaggio di questi nuovi effetti rispetto ad altri impiegati dalla concorrenza, compreso il motore di T&L, è che l?utilizzo viene deciso dai driver della scheda, con un appesantimento, oserei dire nullo, ai programmatori. Naturalmente queste caratteristiche possono venire disattivate e ottenere la massima velocità possibile, da sempre fiore all?occhiello di 3Dfx, raggiungibile ora anche senza dover ricorrere alle storiche librerie Glide. Puntando forse più dei concorrenti al mercato consumer, 3DFx ha voluto produrre i suoi gioielli con caratteristiche non considerate dai concorrenti. L?alimentazione delle nuove schede della serie Voodoo 5 non proviene dal bus AGP, insufficiente sulle vecchie motherboard, ma da un normale connettore di alimentazione (tipo hard disk o CD-ROM). Probabilmente il processo produttivo ha portato a consumi non troppo bassi che comunque escono dagli standard nelle versioni multiprocessore: con questa soluzione è possibile adottare un?architettura simile per varie schede. Considerando che i sistemi di fascia economica hanno il sottosistema video integrato nel chipset della piastra madre, è importante notare che verranno presentate versioni PCI delle nuove schede. Le funzionalità AGP avanzate non sono supportate, la riproduzione dei filmati DVD dovrebbe permettere 30 frame per secondo anche se non è presente la funzione specifica di motion compensation. Per la prima volta 3Dfx non sfodera solo la forza bruta, ma introduce novità di grande effetto sulla qualità dell?immagine. Tuttavia, la sensazione è che, dopo i grossi investimenti del recente passato, questo nuovo chip, vuoi per il processo produttivo meno sofisticato della concorrenza, vuoi per la velocità di punta inferiore agli avversari, rappresenti il capostipite di una nuova famiglia già pronta per un successivo passo evolutivo. Ma si sa che per qualsiasi costruzione sono necessarie solide fondamenta e sembra che la magia nera di casa 3Dfx si stia rinvigorendo.

Raffaele Galli

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