《适者生存_显卡DirectXAPI进化论.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《适者生存_显卡DirectXAPI进化论.doc（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、适者生存！显卡 DirectX API 进化论2011年04月28日 17:00出处：泡泡网【原创】 作者:蒋尚文D-Sub：喜感的命名缘何悲剧的人生？DVI第四者插足谁的邯郸一梦？有做小四的资本，却终究抵不过野心家；革命拉开显卡接口混乱之治的序章，HDMI 和 DisplayPort 终将一战！上次我们从接口说起，阐述了显卡发展史上影响力最大的几种接口之间的渊源纠葛，小小一个接口主导的是全球显卡、显示设备庞大的市场，其中自然少不了尔虞我诈。（文章链接 欲望贪婪和野心！看显示接口混乱之治）而今天我们将惊心动魄的历程再度回放，看看过去的十年，显卡核心架构为谁而变、显卡发展史的幕后谁主沉浮，而Di
2、rect API 又在扮演什么样的角色！ 19世纪中叶，达尔文创立了科学的生物进化学说，以自然选择为核心的达尔文进化论，第一次对整个生物界的发生、发展，作出了唯物的、规律性的解释，推翻了特创论等唯心主义形而上学在生物学中的统治地位，使生物学发生了一场变革。神创论者调侃达尔文他认为，生物之间存在着生存斗争，适应者生存下来，不适者则被淘汰，这就是自然的选择。生物正是通过遗传、变异和自然选择，从低级到高级，从简单到复杂，种类由少到多地进化着、发展着。以上三点，就是我们常听到的“物竞天择，适者生存”，现在基因学诞生之生，为此提供了重要的证据，事实上，物竞天择，竞的是“基因”。 以达尔文进化论为基础的间
3、断平衡论认为，进化以跳跃的方式快速形成；新种一旦形成就处于保守或进化停滞状态，直到下一次物种形成事件发生 显示芯片领域同样的竞争也在延续。从GPU诞生至今双方都已推出了十多代产品，每一代产品之间的对决都令无数玩家心动不已，而NVIDIA和ATI每一代产品谁更强大似乎有某种规律可循，DirectX之于GPU架构就象环境之于物种。其中最精彩的战役往往就在微软DirectX API版本更新时出现。一只灭绝的恐龙：3Dfx 在我们的地球上，曾经有很多生物种类出现后又消失了，这是一个生物演化史中的必然阶段。 有一天，恐龙们还在地球乐园中无忧无虑地尽情吃喝，突然天空中出现了一道刺眼的白光，一颗直径10公里
4、相当于一座中等城市般大的巨石从天而降。那是一颗小行星，它以每秒40公里的速度一头撞进大海，在海底撞出一个巨大的深坑，海水被迅速气化，蒸气向高空喷射达数万米，随即掀起的海啸高达5公里，并以极快的速度扩散，冲天大水横扫着陆地上的一切，汹涌的巨浪席卷地球表面后会合于撞击点的背面一端，在那里巨大的海水力量引发了德干高原强烈的火山喷发，同时使地球板块的运动方向发生了改变。那是一场多么可怕的灾难啊。陨石撞击地球产生了铺天盖地灰尘，极地雪融化，植物毁灭了，火山灰也充满天空。一时间暗无天日，气温骤降，大雨滂沱，山洪暴发，泥石流将恐龙卷走并埋葬起来。在以后的数月乃至数年里，天空依然尘烟翻滚，乌云密布，地球因终年
5、不见阳光而进入低温中，苍茫大地一时间沉寂无声。生物史上的一个时代就这样结束了。 如果说3DFX显卡就象当时统治地球的恐龙，那Windows 95无疑就是白垩纪撞击地球的小行星了，它的发布真正让个人计算机热席卷全球，全新的图形界面让整个业界兴奋不已，全球软硬件厂商都不得不向其靠拢。正是这样环境的巨大改变，集成在windows下的DirectX才有资格与OpenGL/Glide分庭抗礼，而最终结果是曾经不可一世的3Dfx帝国土崩瓦解，NVIDIA和ATI适者生存。 在DirectX 5.0以前，显卡和游戏都以支持OpenGL和Glide（3DFX的专用API）为荣，DirectX只是在市场的一隅苟
6、且偷生，基于DOS系统的Windows还不够强大，而微软的影响力还远远没到左右游戏开发商和芯片厂商的地步。 沉船侧畔千帆过，病树前头万木春。科学家认为如果没有6500万年前的大撞击导致恐龙灭绝，作为哺乳动物的人类难以发展成为地球的主宰。 一灭一生，一个循环，如果没有3DFX帝国的轰然倒塌，同样也没有目前虚拟现实技术的华丽转生，而从那时起，两大阵营的殊死较量才刚刚开始洒在冰河时代的一束暖阳：DirectX 7.0 冰川时期是指地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期，又称为冰川时期。两次冰期之间为一相对温暖时期，称为间冰期。地球历史上曾发生过多次冰期，最近一次是第四纪冰期。冰期时期最重要的标志是全球性
7、大幅度气温变冷，在中、高纬（包括极地）及高山区广泛形成大面积的冰盖和山岳冰川。由于水分由海洋向冰盖区转移，大陆冰盖不断扩大增厚，引起海平面大幅度下降。所以，冰期盛行时的气候表现为干冷。冰盖的存在和海陆形势变化，气候带也相应移动，大气环流和洋流都发生变化，这均直接影响动植物生长、演化和分布。如果说windows的发布对于3Dfx的影响类似于小行星撞地球对于恐龙的影响，那DirectX 7.0的发布则宣告了显卡间冰期的到来，在这样的环境变迁之下，显卡产业走上了欣欣向荣的发展和辉煌之路。 DirectX 7.0堪称一次革命性的改进，其最大的特色就是支持Transform & Lighting，中文名
8、称“坐标转换和光源”。 3D游戏中的任何一个物体都有一个坐标，当此物体运动时，它的坐标发生变化，这指的就是坐标转换；3D游戏中除了场景物体还需要灯光，没有灯光就没有3D物体的表现，无论是实时3D游戏还是3D影像渲染，加上灯光的3D渲染是最消耗资源的。 基于T&L技术的演示Demo 虽然OpenGL中已有相关技术，但此前从未在民用级硬件中出现。而在T&L问世之前，位置转换和光照效果都需要CPU来计算，CPU速度越快，游戏表现越流畅。使用了T&L功能后，这两种效果的计算用显卡核心来计算。 也许这样说大家还不是很明白，举个例子，DX7以前的显卡并不能算是真正意义上的显卡，至少功能不全，而支持DX7的
9、显卡就可以自行计算位置转换和光照效果，从而把CPU从繁忙的劳动中解脱出来，让CPU做他该作的事情，比如逻辑运算、数据计算等等。 改进的效果显而易见，在CPU不堪重负的时代，DX7显卡用T&L渲染游戏时，即使没有高速的CPU，同样能能流畅的跑3D游戏。显卡对于PC的重要性上升到一个新的高度，所以很多人认为，DirectX 7.0是API发展史上的一个里程碑。始祖鸟时代来临：DirectX 7.0架构 始祖鸟时代：GeForce 256（NV10） DirectX 7.0架构首次让CPU走下了神坛，让大家知道原来PC中可以有第二颗运算处理器GPU。 T&L优秀的特性成为当时业界关注的焦点，这样的环
10、境孕育出了全球首颗GPU，支持Dx7与T&L的NVIDIA GeForce 256，可以说它是一款划时代的产品，为了突出它先进的技术特性，NVIDIA将GeForce 256的显示核心称为GPU（Graphic Processing Unit，图形处理器）。 GeForce 256所采用的核心技术除了硬件T&L之外，还有立方环境材质贴图、顶点混合、纹理压缩和凹凸映射贴图、双重纹理四像素、256位渲染引擎等诸多先进技术。在性能大幅提升的同时，3D游戏的画面得到了质的提升。 此后发布的GeForce 2 GTS就是GeForce 256的提速版本，架构、规格和技术没有多少改变。因此可以说GeFor
11、ce 256就已经确立了当今GPU的整体架构雏形，我们可以看到它拥有专门的坐标转换与光源引擎，还有装配引擎、渲染管线、后期处理模块等等，这些功能单元基本都被沿用至今。 两强争霸局面形成：Radeon 256 在DX7大势所趋的局面下，ATI也发布了首款DX7显卡，其命名都与NVIDIA惊人的一致Radeon 256，由此掀开了NVIDIA与ATI、GeForce与Radeon争霸的局面。Radeon 256独特的单管线3纹理架构 Radeon 256同样支持硬件T&L、环境贴图和凹凸贴图，还支持Hyper及和DOT3压缩技术，Radeon 256只有两条渲染管线，但每条管线拥有多达3个纹理单元
12、，而GeForce 256每条管线只有1一个纹理单元，GeForce 2 GTS才改进为2个。但遗憾的是Radeon 256的第3个贴图单元直到它退市的时候也没有任何程序能够支持它，同时令人诟病的驱动也令用户大为恼火。 Radeon 256及其衍生的Radeon VE/LE/SE等都是优秀的产品，技术与架构不输给GeForce系列，功能甚至还更丰富，但糟糕的软硬件支持度导致它无法同GeForce相抗衡，口碑和市场都不如人意。小结：DX7架构平分秋色，硬件规格决定性能 GeForce 256与Radeon 256的基本架构是相同的，不同的是管线设计，GeForce 256拥有更多4条管线，但纹理
13、单元也只有4个；Radeon 256虽然只有2条管线，但每管线拥有3个纹理单元，而且工作频率很高，因此在理论性能上占优势。 在当时来说，游戏大量使用了各种纹理贴图，因此对纹理单元提出了很高的要求，所以NVIDIA在GeForce 2 GTS当中改进为单管线双纹理。NVIDIA管线:纹理=1:2、ATI管线:纹理=1:3的架构都维持了很多年，直到DX9时代才有了较大的变化。变色龙的像素和管线：DirectX 8.0DirectX 8.0 的每个组件都包括了重要的新特性，它们极大地增强了 DirectX 的功能。图形、音频和网络三个组件被彻底重写。DirectInput 包括了新的配置功能、操作映
14、射和更好的国际化支持。DirectShow 第一次作为 DirectX 的一部分出现在运行时和 SDK 中。 现在看来，DirectX 8.0架构重要性可以和DirectX 7.0相提并论，T&L的引入第一次将显卡从一个单纯的打印机变成了有主动操作功能的图形处理器，而DirectX 8.0 shader的引入则将运算能力这个无限可能的大门放置在了显卡面前，透过运算能力，人们终于可以准确并且实时的操作纹理上像素的色彩，并最终透过正确的色彩表达正确的效果了。 DirectX 8.0：引入像素和顶点两大渲染管线 面向图形计算，让GPU逐渐找到了自己的方向，那就是给予用户更真更快地视觉体验，但是GPU
15、架构也遇到一些问题亟待解决。首要问题就是，要实现更加复杂多变的图形效果，不能仅仅依赖三角形生成和固定光影转换，虽然当时游戏画面的提高基本上都是通过大量的多边形、更复杂的贴图来实现的。 但后期的发展中，顶点和像素运算的需求量猛增。每个顶点都包含许多信息，比顶点上的纹理信息，散光和映射光源下表现的颜色，所以在生成多边形的时候带上这些附加运算，就可以带来更多的效果，但这也更加考验顶点和像素计算能力。 2001年微软发布了DirectX 8.0，一场新的显卡革命开始，它首次引入了ShaderModel的概念，ShaderModel就相当于是GPU的图形渲染指令集。其中像素渲染引擎(Pixel Shader)与顶点渲染引擎(VertexShader)都是ShaderModel 1.0的一部分，此后每逢DirectX有重大版本更新时，ShaderModel也会相应的升级版本，技术特性都会大大增强。 与Dx7引入硬件T&L仅仅实现的固定光影转换相比，VS和PS单元的灵活性更大，它使GPU真正成为了可编程的处理器，时至今日DX11时代ShaderModel都在不停地更新，以便渲染出更逼真更完美的画面。这意味着程序员可通过它们实现3D场景构建的难度大大降低，但在当时来说可编程性还是很
