阵亡70余家！英伟达和ATi（AMD）崛起前的3D显卡芯片群

　　欢迎关注EETOP创芯老字号来源：technews作者：痴汉水球
　　本篇文章将带你了解：
　　3D显卡芯片何时出现？
　　Intel的显卡芯片史
　　3D显卡芯片厂商可分为几种？
　　GPU这名词真的是由nVidia首创？
　　3D群雄大乱斗时期的梦幻处理器
　　今日无论计算型、专业型、游戏型或入门型独立显卡芯片，几乎是Nvidia（英伟达）与AMD两家大厂的天下，前者从2011年底GeForce680（GK104）至今，在独显市场建立压倒性绝对优势，更不必说2006年至今CUDA（ComputeUnifiedDeviceArchitecture）生态体系与持之以恒的长期投资，让Nvidia霸业几乎没有丝毫遭挑战的可能性。但有点年纪的老骨灰，特别是经历过消费性3D显卡芯片发展草创期，一定不会忘记1990年代百家争鸣的战国时代，Nvidia一开始也出师不利，被大多数人不看好过。
　　进入本篇主角：3dfx末代产品Rampage与Sage（Spectre系列显示卡）前，先来复习一下历史，即将揭露的诸多史迹，将让各位大吃一惊，但假若各位没耐心看长文，看下笔者整理的主要厂商兼并史与主要产品，即可唤起各位年轻时的美好回忆，连想看到正常3D游戏画面都可遇不可求的蛮荒时代。
　　这张近代消费型3D显卡芯片厂商的兼并史，足以抵过千言万语，ATi也因透过大量并购，累积与Nvidia分庭抗礼的实力，最终2006年夏天成为AMD的一部分。（制图：痴汉水球）
　　第一题：群雄割据但最终赢家全拿的战乱时期，有多少玩家身处其中？
　　这在今天只看到Nvidia、AMD及苦苦追赶之英特尔的现代人眼里，恐怕完全难以想像1990年有20家厂商宣称开发个人电脑用3D显卡芯片，1996年更急速膨胀到70家。但2000年研发高效能3D显卡芯片的技术困难度水涨船高（刚好是微软DirectX8定义著色器架构之），以及互联网泡沫破掉影响，快速缩减至12家，更不要说现在的情况了。
　　你绝对没看错：曾宣称研发个人电脑3D显卡芯片的厂商，就是这么多家。
　　第二题：3D显卡芯片出现，是1990年代才开始吗？
　　当然不是。历史最著名的3D芯片先驱，莫过于那家科技树乱长一通，从机车、钢琴、音响、汽车引擎、烧录机、音效芯片都涉足的Yamaha（雅马哈），1984年COMDEX展览（COMputerDealersEXhibition，后来地位被CES取代）发布的YGY611，具备诸多仿佛搭上时光机从未来窃取的先进技术，号称集结长达十年对3D与芯片设计的研究成果，结果还真的拖到十年后才量产，独显市场活不到两年就退回出发点：柏青哥（日本赌博游戏机器）。
　　为柏青哥机台而生的YamahaYGY611渲染多边形加速器，是3D显卡芯片先驱，但也缺乏2DVGA功能，只能像3dfxVoodoo当辅助处理器，仍须搭配另一块一般视频输出显示卡使用。
　　第三题：英特尔显卡芯片史，是i740为起点吗？
　　当然也不是。英特尔早在1983年6月就推出NEC授权的PD7220的82720绘图控制器。
　　靠系统芯片组或处理器内建绘图核心强迫中奖优势，英特尔帐面一直占有大多数个人电脑显卡芯片市占率。但有充分理由相信，英特尔绝对不会满足。AMDZen4世代Ryzen7000处理器也赠送内显，应可提升AMD百分比。
　　接着，英特尔眼睁睁看着NEC的PD7220、Hitachi的HD63484与诸多IBMEGA复制版兴起，基于我们应该提供所有个人电脑相关芯片传统策略，1986年推出82786绘图协处理器，并出售给独立板卡（AIB，AddIngraphicsBoard）厂商推出显卡。1987年两家公司用82786提供三款显卡，这数字在1988年激增成10家公司和15款显卡。但整体来说，相较同期竞争对手，如TI的TSM34010，英特尔82786性能并不算强，也没有特别受市场欢迎。
　　1989年英特尔发布单芯片超级电脑i860，也是继i960之后，再次以实际行动面对RISC（精简指令集电脑）的产物。i860在绘图工作站市场算是略有斩获，用在NeXTCube工作站NeXTDimensions显示卡绘图加速器和SGIRealityEngine几何处理引擎（GeometryEngine），但也是昙花一现。
　　后面就如诸多老一辈电脑玩家记忆，英特尔1997年并购笔电显卡芯片厂商ChipsandTechnologies，并跟世界最大军火厂商洛克希德马丁（拥有F22、F35、F16等战斗机）Real3D部门建立合作关系，1998年发布代号Auburn的i740独显芯片，规格看来很棒，赋予推广AGP2x的目的，也宣称充分发挥AGP2x潜能。
　　英特尔推出i740时，引起显卡芯片业界与个人电脑玩家圈一阵恐慌，但终究雷声大雨点小，倍受争议的商业推广手段，更让英特尔被美国政府找麻烦。
　　但i740与后继i752性能完全无法对抗3dfx、NVIDIA与ATi产品，以实际行动证明AGP2x的DME（DirectMemoryExecute）将一堆材质贴图放在主记忆体以降低成本是很蠢的主意，英特尔只能对以台湾地区为主的亚洲板卡厂商发动低价倾销，结果就是1998年6月，美国联邦贸易委员会（FTC）指控英特尔不公平商业行为，例如台湾地区的批发售价仅718美元，远低于英特尔公定价28美元。此外，如果客户购入i740芯片，将更容易取得PentiumII处理器货源。
　　最后，英特尔1999年底中止独显计划，收购Real3D，并再出售给3dfx（没多久又被NVIDIA并购），ATi也聘用不打算与英特尔共事的部分员工，导致Real3D技术分别流向NVIDIA与ATi，两家公司争夺Real3D专利过程，又引爆一连串诉讼，最终2001年达成交叉授权协议。至于英特尔爆发x86征服一切的理念催生疯狂的x86处理器显示卡Larrabee和后来腰斩的XeonPhi，又是另一段惊悚故事了。
　　虽然英特尔踏入消费性3D独显的尝试，可称为大投资，小成果，大耻辱，但以后见之明回顾这段历史，i740、i752与并未上市的i754（原本预定首款支持AGP4x的芯片，就这样让给S3Savage4）奠定英特尔芯片组内显技术基础，以i810（代号Whitney的82810）为起点，开启英特尔显卡芯片市占率遥遥领先独显双雄的盛世。但也有充分理由相信，英特尔绝对不会满意现状，否则也不会整个砍掉重练，从AMD挖角RajaKoduri重建Xe绘图技术体系和OneAPI了，即使现在看来还是跌跌撞撞的样子。
　　第四题：这票3D显卡芯片厂商，大致可分为几种？
　　这票在1990年代如过江之鲫的3D显卡芯片厂商，可概略分为以下几种：
　　再深入探究，各位将逐渐看到很多有趣的事实：处理器或芯片组厂商副业：
　　英特尔做过的诸多好事没什么值得一提的地方，但从SiS独立的XGI，接收Trident显示芯片部门，上海联盟公司远弘科技（MacroSynergy）2006年被ATi并购，也就是现在的AMD。古老的2D王者：
　　如果还记得倚天中文系统，应该会想到TsengLabs和Trident的产品是最好伙伴，安装设定界面还有对应选项。
　　倚天中文安装设定页面，可看到TsengLabs的ET4000、TridentT8800与T8900选项。（Source：insoler。com）血统纯正、根正苗红：
　　叱咤一时的3dfx可谓代表，有傲视业界的Direct3D与OpenGL驱动程序兼容性、甚至可自定义完整的3DAPI（微软尚未发布DirectX前非常重要，3dfxGlide是最好例证），但能否研发出具成本竞争优势的产品，以争取品牌电脑大厂支持，是决定生死的关键，3dfx就是死在这里，败给NVIDIA。靠并购一路成长：
　　ATi策略很接近NVIDIA，都采取规模经济，企图成为涵盖所有市场的供应商，但ATi极度仰赖并购以快速取得产品与技术，先后收购KubotaGraphics（得到开创性的3DRage）、TsengLabs、ChromaticResearch、Real3D的一部分、ArtX（取得任天堂GameCubeFlipper显卡芯片，踏足游戏机市场）、S3分割出来的FireGL专业绘图卡、AppianGraphics的HydraVision多萤幕桌面管理软件（从此ATi与之后AMD就成为多显示器领导者）、生产电视调制器的NxtWave、XGI的MacroSynergy、Trident、专注可携式产品的Bitboys等等。日资背景：
　　KubotaGraphics第一个字就是总部位于大阪，以重型建筑设备和农耕机械而知名的久保田，让ATi在3DRage（Mach64264GT）取得重大商业成功。
　　IBM将其内建Aptiva多媒体家用个人电脑，使3DRage成为史上第一个针对家用娱乐应用的3D芯片主机板的DesignWin，1996年ATi平均每季可卖出100万颗3DRage，冥冥之中预言了ATi（AMD）和NVIDIA并列显卡芯片双雄的结局。
　　当年3dfx竞争SEGADreamcast主机失败，输给NEC和VideoLogic（讲PowerVR可能比较易懂），除了3dfx申请股票上市，递交营业资讯时，不小心外泄仍在保密阶段的合作协议，肥水不落外人田极可能也是主因。小型新创公司或从大公司分割：
　　往往看起来好像很厉害，但做成实际产品又不是那么回事，画面惨不忍睹算是共同特色，能被并购已很幸运了。不务正业：
　　扣掉真正3D芯片先驱Yamaha，剩下厂商真的很像来搞笑的。
　　这是AllianceAT3D的游戏画面，难怪有人说：现代艺术爱好者应该能享受这些令人印象深刻的画作，也是测试早期3D显卡芯片的乐趣与醍醐味。（Source：vintage3d。org）
　　第五题：GPU这词真是由Nvidia创造？现在这词还有意义吗？
　　好像对，也好像不对。
　　随着1999年8月31日发布GeForce256（NV10），Nvidia宣称创造了GPU（GraphicProcessingUnit）看起来好像非常伟大的专有名词，定义为整合3D转换（Transform）、打光（Lighting）、三角设定（TriangleSetup）裁切（Clipping）与成像引擎（RenderingEngine），每秒能处理至少1千万个多边形的单芯片处理器，蓄意突显当时只有Nvidia支持DirectX7。0硬件TransformLighting（HardwareTL）的营销手法，刻意集中打击产品发展与公司营运深陷绝境的3dfx。
　　如果一时想不起来什么是几何处理，请复习一下3D绘图流水线概论。
　　但早在Sony1994年推出第一代PlayStation家用主机时就使用此简写，描述几何处理单元（GeometryProcessingUnit）。针对专业绘图工作站市场，3DLabs1995年推出配备几何处理器单元的Glint芯片组，反观Nvidia与ATi则专注当时市场较小但急速成长的游戏社群。结果蓬勃发展的游戏市场让Nvidia和ATi享有压倒性市场规模，并以为基础，触角延伸到专业绘图，但3DLabs却无法靠这块地盘支撑研发投资，无以为继，将整个市场拱手送给Nvidia和ATi。
　　今天GPU应用非常广泛多元，手机和汽车人工智能推理、数字货币挖矿，高效能浮点计算等等，远远超过绘图范畴，更不乏连输出画面都不行的计算专用芯片，也许重新命名为并行处理应用加速器单元（PPAAU，ParallelProcessingApplicationAcceleratorUnit）会更贴切。
　　最具象征性的3D群雄大乱斗时期梦幻处理器：3dfxRampage和Sage
　　靠着初代Voodoo与GlideAPI绝对优势，3dfx曾取得853D显卡市占，1998年初Voodoo2搭配SLI模式连接两张卡，更是最豪华也最顶级的3D游戏专用配备。
　　任何经历过1990年代后期3D游戏的老骨灰，绝对不会忘记当年如何朝思暮想Voodoo2SLI。
　　但Nvidia也追得很紧。1997年4月发布2D3D单芯片方案Riva128，1998年3月推出具32位元色深和双材质处理单元的RivaTNT，3dfx则慢慢疲态毕露，直到1999年3月被RivaTNT2夺走戴在头上多年的王冠，再也拿不回来。
　　说穿了，3dfx硬件层面本就不太先进，诸如此类：1996年10月：
　　初代Voodoo是双芯片，且需要另一张独立2D显卡。1997年8月：
　　3dfx发布VoodooRush，整合AllianceProMotionAT252D显示芯片跟Voodoo成为单一显卡方案，却引发严重的游戏兼容性问题。
　　还好笔者没买。1998年3月：
　　Voodoo2是三芯片，成本更高，也需要另一张2D显卡。
　　比较糟糕的是，还没有32位色深、AGP材质、24位元Z缓冲区。1998年6月：
　　3dfx总算有2D3D单芯片方案VoodooBanshee，但只有一个材质处理单元，效能不如Voodoo2，也没有32位色深和一堆有的没有的功能。1999年3月：
　　Voodoo3Avenger补回第二个材质处理单元，32位色深依旧付之阙如，和Nvidia差距越拉越开。2000年6月：
　　VSA100（VoodooScalableArchitecture）追加第二个画素处理单元与32位元色深，支持14颗多芯片组态，偏偏还是没有硬件TL。
　　180纳米制程微缩版VSA101永远没问世。2000年12月：
　　Nvidia收购多数3dfx资产。
　　3dfx的传奇难道就此结束？但历史却说不，因还有梦幻般末代逸品Rampage和Sage。
　　3dfxRampage堪称1990年代3D显卡芯片大乱斗时期的最佳结尾。
　　2018年底，也是3dfx开发Rampage和Sage的20年后，《TheLegacyof3dfx》一书作者OscarBarea，测试手上Spectre1000显示卡（一颗Rampage）工程样品，让若干旧传说、疑问、误解都获得澄清，可说3D绘图技术发展史，了结一场重大公案。结论就是：即便3dfx没有倒闭破产，还是会被Nvidia活活打爆。连GeForce256都打不过了，还奢望抗衡更新型GeForce2和GeForce3？门都没有。
　　这些往事，都默默消失于世界尽头。但如外界盛传，Sage转生GeForce4（NV25）的VertexShader、GeForceFx（NV30）名称摆明致敬3dfx、Rampage演化成GeForce6800（NV40）的PixelShader技术基础，究竟3dfx有多少基因融入Nvidia产品，就只有Nvidia自己知道了。
　　3dfx之所以短短四年就从天堂掉入深渊，有很多原因，技术和商业都有，反正笔者还是那句话，天底所有奇迹与惨剧，都是天时、地利、人和，大概可归类成以下几点：
　　1。天时迟迟无法推出有成本竞争力的单芯片产品：
　　自微软发布DirectX并逐渐成熟普及、刺激更多3D游戏陆续登场，市场自然亟需低成本产品，Voodoo这种昂贵附加卡根本是票房毒药。
　　但就算到生死存亡之秋，3dfx依旧坚持所费不赀的多芯片架构，硬件规格也远远落后Nvidia和ATi等竞争对手的主流产品。
　　当Nvidia和ATi单芯片产品陆续进驻品牌电脑大厂，就注定3dfx死期不远。
　　坊家普遍有某种观点，认为3dfx把自己绑死在GlideAPI，所以无法有效应对DirectX和OpenGL等业界标准3DAPI开发的游戏，恰好相反，3dfx驱动程序很长时间一直都是业界兼容性最佳者，3dfx反而是软件实力远大于硬件的经典案例。那时玩家玩游戏的，应该都不会怀疑3dfx驱动程序是否值得信任。笔者就是靠MatroxMillennium或Mystique搭配Voodoo当标准配备。
　　2。地利对家用游戏主机的怨念浪费太多资源：
　　3dfx先后争取SEGADreamcast和微软Xbox合作机会，为前者耗费一年多研发却一无所获，输给日系背景的PowerVR（坦白讲，3dfx一开始就在对手主场作战，处于极度不利局面，当年还是学生的笔者不感觉有丝毫讶异），还与SEGA对簿公堂，为后者更花1。86亿美元并购GigaPixel，散尽最后家底，还败给NVIDIA。
　　我们可从日后AMD变相寡占SonyPlayStation和微软Xbox的经验，得到简单结论：游戏机利润并不高，顶多是细水长流的现金母牛，不见得值得3dfx花这么大力气和代价争抢。
　　实在很难想像3dfx可存活至今，且垄断微软Xbox和SonyPlayStation的画面。
　　3。人和并购STB让自家球员兼裁判：
　　这才是压死3dfx的最后一根稻草，本来想花1。41亿美元抢走NVIDIA最大客户，却一举得罪所有独立板卡厂商，转向支持Nvidia和ATi，平白把客户送给对方。
　　之前Nvidia原本没有同时服侍大量客户的经验与技术支持能量，突然被3dfx这世纪大烂招逼到什么都有了。
　　回到Nvidia和ATi群雄大乱斗时成功突围的1990年代末期，两家公司有共同点：尽其所能扩大基本盘，但3dfx却彻头彻尾反其道而行，会如此快速败亡，也不让人意外。
　　追加题：AMD有可能如法炮制CPU成功模式挑战Nvidia霸业吗？
　　既然都讲到Nvidia，其实这问题简单一句话就能打发，但笔者左思右想，还是觉得这地方颇有多加解释的必要。
　　一言以蔽之，AMD的CPU和GPU，败部复活之路截然不同，前者是集中资源打造一系列Zen处理器微架构，花了很长时间发展统一AMD内部SoCIP区块通用控制方式InfinityFabrics，才有本钱采用简化晶粒种类的Chiplet策略，并藉由台积电先进制程，有点胜之不武取得对英特尔的优势。
　　但AMD的GPU，和Nvidia长期同为以台积电为主要代工伙伴，制程从来就不是决定两边胜负的关键因素（尤其Nvidia一直不乏抢先使用先进制程出事的前例，NV30和GF100就很让人印象深刻），20112015年，两家公司GPU同样黏在台积电28纳米制程很久，从高效能计算、专业绘图到游戏，Nvidia相对AMD的强势点只有越来越大，就是最好证明。
　　原因很简单，Nvidia有办法针对不同应用研发不同GPU微架构，让计算和游戏分而治之，更持之以恒耕耘生态系统（自从2006年到今天超过15年），建立几乎滴水不漏的CUDA封锁网，造就数以百万计开发社群，这可不是区区一句驱动程序品质良好就能一笔带过的历史轨迹。论研发支出、品牌形象、与游戏玩家的紧密度和可让玩家感受到热情，AMD从来看不见Nvidia的车尾灯。
　　2006年至今发展超过15年的CUDA生态系统，一直是Nvidia霸业的基础，与台积电制程技术到底好不好一点关系都没有。别说AMD，连看起来倾尽全力发展OneAPI的英特尔恐怕都难有挑战本钱。
　　讲更白一点，AMDGPU近况有点起色，主因不外乎终于可以双轨化了，不必强迫计算导向的GCN微架构硬跑游戏，然后师承自CPU的大型化快取记忆体，也似乎多少可抵销Nvidia的秘密王牌：自从NV40后，被大量专利权保护的先进记忆体资料传输压缩机制。过去这让AMDGPU长期需要更丰沛的记忆体频宽，性能才有机会对抗Nvidia。
　　不过就算如此，光看着超级电脑Top500采用NvidiaGPU的比例，比较NvidiaDLSS（DeepLearningSuperSampling）和AMDFSR（FidelityFXSuperResolution）对应游戏数，就不难理解Nvidia霸业有多难挑战。
　　话说回来，消费性显卡市场，拜Nvidia有点走火入魔之赐，AMD倒明显享有能耗比优势，加上专业计算战场，MI300仰赖多芯片封装，成为EHP（ExascaleHeterogenousProcessor）首发，搞不好可稍微拉近一点与Nvidia的差距，或许是AMD唯一勉强能如法炮制CPU成功模式的地方。