20 let vývoje grafických karet: od CGA až po konec 3Dfx (díl III.)

• 20 let vývoje grafických karet: od CGA až po konec 3Dfx (díl I.)

…jsme prošli ty úplně první grafické karty standardů MDA a CGA, seznámili se s milníkem v podobě IBM PC a podívali se i na karty Hercules, EGA či TIGA. Pro skok přímo do jedné z kapitol prvního dílu můžete použít následující rozcestník.

1. Kdo byl první? MDA, či CGA?
2. Hercules, aneb zlaté thajské ručičky…
3. EGA – evoluce CGA
4. PGC a TIGA – první profi karty

V té druhé…

• 20 let vývoje grafických karet: od CGA až po konec 3Dfx (díl II.)

…jsme se pak přes dodnes používaný standard VGA a „válku sběrnic“ dostali až do roku, který byl skutečným milníkem v historii grafik.

1. VGA – poslední úspěch IBM
2. MCGA, 8514/A, XGA – série neúspěchů IBM
3. SVGA – neoficiální standard
4. PCI – zkáza mnohých
5. 1996 – rok 3D a začátek éry 3Dfx

1998 – druhá generace 3D přichází

Za první kartu nové generace se dá považovat Voodoo 2 od 3Dfx prodávaná od jara 1998. Oproti Voodoo 1 přibyla navíc jedna texturovací jednotka, navýšen byl takt a velikost paměti vzrostla na 8 nebo 12 MB. I druhému Voodoo stále chybí 2D jádro a karty používají zastaralé paměti EDO. I tak ale Voodoo 2 opět překonává veškerou konkurenci. Díky větší paměti se poprvé dají plynule hrát hry i v rozlišení 800 × 600.

Voodoo 2 navíc umožňuje hrát i v rozlišení 1024 × 768, ale musíte si pořídit dvě karty a propojit je pomocí kabelu. 3Dfx tak přináší technologii SLI i bohatým hráčům (v době uvedení vyšla dvojice karet Voodoo 2 na 24 000 Kč) a nejenom profesionálům (SLI fungovalo už dříve na upravených Voodoo 1 od Quantum3D). 3Dfx si opět zajišťuje výkonnostní prvenství na celý rok a neotřesitelnou pověst krále 3D akcelerace.

Na podzim se začala prodávat i Banshee neboli náhrada za Voodoo Rush. Banshee už má vlastní (hodně rychlé) 2D jádro, 16 MB paměti SDRAM nebo SGRAM a podporu sběrnice AGP (neumí ovšem AGP texturing). Je ale pomalejší než Voodoo 2, přestože má vyšší takt pamětí i jádra. Banshee totiž na rozdíl od Voodoo 2 nemá druhou texturovací jednotku, a proto ztrácí výkon u některých nových her vyžadujících multitexturing (Quake 2 např.). Díky nižší ceně a skvělé pověsti 3Dfx je i Banshee hodně úspěšná karta.

Riva 128ZX se na trhu moc dlouho neohřála. Nvidia jen o měsíc později ohlásila nový čip Riva TNT. Karty se začaly prodávat v létě, ale s nižšími frekvencemi, než bylo původně zamýšleno (problémy s výrobní technologií). Opakovala se tak situace s Rivou 128. Nová TNT se sice v D3D vyrovnala Voodoo 2, ale díky Glide Voodoo 2 často vedla a kombo dvou Voodoo 2 v režimu SLI zůstalo nepřekonáno.

Riva TNT má stejně jako Voodoo 2 druhou texturovací jednotku (čímž si Nvidia vysloužila od 3Dfx patentovou žalobu), 16 MB paměti SDRAM, podporu AGP texturingu a umí narozdíl od Voodoo 32bitové barvy. Je tedy technologicky vyspělejší, což jí navyšovalo prestiž v dobových recenzích, ale v praxi to moc význam nemělo. Propad FPS v 32bitech byl výrazný, takže se stále převážně hrálo v 16bitových barvách.

 

Ostatní výrobci už na tom nebyli tak dobře (z hlediska výkonu). S3 uvedlo v květnu svůj první opravdu použitelný 3D akcelerátor Savage3D. Karty Savage3D mají 8MB paměti SDR/SGR, podporu AGP 2×, umí 32bitové renderování a hojně využívají i AGP texturing (kvůli relativně malé velikosti paměti). Navíc disponovaly převratnou (v očích firemního marketingu) novinkou v podobě komprese textur S3TC. Ta umožňovala používat podstatně větší a kvalitnější textury, ale v praxi se tato technologie neprosadila kvůli nezájmu vývojářů. Vzniklo jen několik ukázkových technologických levelů (Unreal, Quake 2). Texturová komprese se alespoň zalíbila Microsoftu, který koupil licenci od S3 a použil ji do další generace DirectX pod názvem DXTC.

Savage3D byla na svou dobu poměrně výkonnou kartou, ale na Voodoo 2 ani Rivu TNT neměla. Díky velmi příznivé ceně to byla oblíbená náhrada za první generaci v roce 98 už nepoužitelných karet. S3 navíc získala dobrou podporu pro nové renderovací API nazvané Metal u ve své době velmi oblíbeného Unreal enginu. Nevýhodou byla naopak velmi špatná pověst ovladačů, které nebyly vždy stabilní. Zejména AGP texturing často zlobil na některých chipsetech a bylo nutné jej často vypínat.

S3 navíc ve svých ovladačích neměla žádné možnosti týkající se 3D nastavení, takže se majitelé karet museli spoléhat na šikovné programátory upravující oficiální ovladače (vznikaly nejméně dva mixy modifikovaných ovladačů a skvělý program S3Tweak nahrazující neexistující ovládací panel). Tato tragická úroveň kvality ovladačů se bohužel táhla s S3 i po následující roky a plně potvrdila názor, že není důležitý jen hardware, ale i ovladače.

ATI na podzim uvedla nové čipy Rage 128 GL a VR. Karty měly většinou 16 MB paměti, podporu AGP 2×, 32bitové renderování a hlavně skvělou podporu přehrávání DVD. To byla nakonec klíčová technologie, na které ATI stavěla. Rage 128 GL totiž výkonem na 3Dfx a Nvidii stejně jako S3 nestačila. Byly sice zaznamenány jen minimální propady mezi renderováním v 16 a 32bitových barvách, ale to bylo spíše slabým výkonem v 16 bitech. Navíc ovladače pro OpenGL měly problémy s propadem výkonu oproti D3D a v té době se ještě OpenGL hojně využívalo i ve hrách. ATI se opět velmi úspěsně uchytila na OEM trzích (levnější podtaktovaná verze VR byla pro ně přímo určena) a velmi oblíbené byly i karty All-in-Wonder s integrovaným TV tunerem.

 

Matrox na jaře představil 64bitový a tudíž i značně pomalý čip G100. Ten se nakonec objevil jen na OEM trzích. V létě následoval už 128bitový a podstatně rychlejší G200. I tak ale rychlostí moc neohromil. G200 sice překonává první generaci, ale ne o moc a v konkurenci karet druhé generace nemá žádnou šanci. Matrox se tedy zaměřil převážně na profesionální trhy vyžadující vynikající kvalitu obrazu a stejně jako ATI válí zejména u velkých výrobců díky levným 8MB verzím karet.

Na jaře zkusil své štěstí i Intel s čipem 740. Ten hodně spoléhal na Intelem propagovaný AGP texturing a karty přímo do Intelu měly dokonce jen 4 MB paměti. Ostatní výrobci raději osazovali 8 MB paměti, protože AGP texturing nebyl zas tak skvělá technologie a značně snižoval výkon karet oproti konkurenci. Inte l740 ovšem dosahoval sotva polovičních výkonů oproti Voodoo 2 a to ho odsoudilo k poměrně rychlému úpadku.

Ješte hůř si vedl Blade3D od Tridentu. Tyto karty se rovnou prodávaly jako kancelářské a konkurovaly jen stále ješte oblíbeným levným Trio3D od S3. Mezi neúspěchy lze také zařadit čip Ticket to Ride IV od Number Nine. Ve hrách také nezazářil a stejně jako u Matrox u skončily karty s tímto čipem u profesionálů vyžadujících vysokou kvalitu obrazu.

 

 

1998 – druhá generace 3D přichází

1999 – počátek konce

1999 – počátek konce

V roce 1999 jsme se ze začátku moc novinek nedočkali. Většina výrobců se soustředila na zvyšování frekvencí a mírné úpravy stávajících čipů (např podpora AGP 4×). Díky lepším výrobním technologiím je ovšem výkon dále navyšován a konkureční boj sílí.

3Dfx ohlásila nové Voodoo 3 už v zimě 1998, ale na trh se karty dostaly až v květnu 1999. Voodoo 3 ale v porovnání s konkurencí působila beznadějně technologicky zastarale. Výkon i dobré prodeje jí nechyběly, ale karty mají maximálně 16 MB paměti, neumí vůbec 32bitové renderování a chybí jim i AGP texturing. Prodávaly se různě taktované verze 2000/3000 a dokonce i 3500TV s integrovaným tunerem po vzoru úspěšného All-in-Wonder od ATI. Z Voodoo 3 vycházela i hodně zpomalená verze Velocity jen s 8 MB paměti určená pro OEM trhy jako konkurence Matroxu G200 a ATI Rage 128.

 

S3 si pospíšila s novým čipem Savage 4 a vyfoukla tak ostatním výrobcům uvedení první AGP 4× karty na trh. Oproti Savage3D už Savage 4 podporoval až 32 MB paměti a multitexturing. Zůstaly však problémy s ovladači a mnoho levných výrobců podcenilo i chlazení. Špatná pověst se tak táhla s S3 dál.

Karty byly sice výkonnější než stará generace, ale na Voodoo 3 to stále nestačilo a na trh se zanedlouho dostalo příliš mnoho dalších stejně výkonných karet. Jednou z nich byla překvapivě G400 od Matroxu. Nikdo nečekal, že tento výrobce profi grafik dokáže vyrobit takto výkonnou a konkurenceschopnou herní kartu.

G400 navíc jako první zvládala Environment Bump-Mapping, díky čemuž si získala velký ohlas u recenzentů (u Matroxu nezapomněli dodat pěkná technologická dema). G400 se dočkala i výše taktované verze Max, ale obě varianty byly ve své době hodně drahé a byly několik měsíců po uvedení rychle překonány a zapomenuty.

 

ATI na jaře uvedla Rage 128 Pro a později i ještě výše taktovanou verzi Ultra. Výkon opět nebyl nejvyšší, ale na udržení se poblíž konkurence to stačilo. Přibyla komprese textur, podpora AGP 4× a zlepšila se už tak dobrá akcelerace přehrávání DVD. Na špičku měla ATI pomoci na podzim uvedená novinka Rage Fury MAXX. Rage Fury MAXX je spojení dvou Rage 128 Pro na jednu kartu. Každý čip má vlastních 32 MB paměti a karta používá režim AFR (Alternate Frame Rendering) – čipy se střídají při renderování snímků. Možnost připojit dva monitory zůstala bohužel z cenových důvodů nevyužita a karty měly jen jeden výstup VGA.

Výkon byl dobrý, ale cena vysoká (jako u každé highend karty) a objevil se zásadní problém – Microsoft. Rage Fury MAXX totiž nefungovala v nově vydaných Windows 2000. Každý čip Rage 128 Pro měl totiž přiděleno vlastní IRQ a to se neslučovalo s architekturou nových Windows. ATI nakonec nebyla schopna udělat ovladače umožňující práci obou čipů zároveň a karta stejně zvládala jen DirectX 6. A to brzy přestalo stačit.

 

Kalifornská Nvidia byla v roce 1999 velmi úspěšná s vylepšenou modelovou řadou Riva TNT2. Oproti modelu z předchozího roku přibyla podpora AGP 4×, dalších 16 MB paměti (32 MB celkem) a podstatně byly zvýšeny takty jádra i pamětí. Žádné technologické novinky se nekonaly, ale navýšené takty bohatě stačily na překonání konkurence a lepší propustnost pamětí už umožňovala i hraní v 32bitových barvách. Úspěch na všech částech trhu si Nvidia pojistila vydáním levnějších podtaktovaných verzí Vanta (16 MB) a M64 (32 MB), které ovšem měly jen 64bitovou paměťovou sběrnici. Střední třídu a highend pokryla plně 128bitovými modely TNT2, TNT2 Pro a vysoce takovanou TNT2 Ultra.

Veškerou konkurenci ovšem Nvidia odrovnala až vydáním GeForce 256. Tato karta překvapila plnou podporou DirectX 7, což spočívalo hlavně v hardwarové jednotce T&L (Transform and Lightning). Tato technologie byla hodně propagována novým 3DMarkem 2000 a karty bez ní měly značně snížené hodnocení. Progresivní Nvidia si vydáním GeForce 256 zajistila technologické prvenství a skvělou publicitu.

GeForce 256 ovšem měla také nejvyšší výkon díky další novince – integraci rovnou čtyř pixel pipeline. Takty čipu sice byly poměrně nízké, ale i tak překonaly vlastní konkurenci v podobě Rivy TNT2 Ultra i ostatní karty. Všechny zmíněné karty měly totiž maximálně jen dvě pipeline. Prvenství pak utvrdila i o několik měsíců později vydaná verze s ještě rychlejší pamětí typu DDR. Podporou T&L Nvidia získala poslední chybějící technologii oproti profesionálním řešením, a tak se rozhodla vstoupit i na tuto část trhu. GeForce 256 přejmenovaná na Quadro zneškodnila takřka veškerou konkurenci a soupeřit s Nvidií zvládly jen karty od 3DLabs. Ostatní výrobci se Quadru nemohli rovnat výkonem ani cenou.

 

2000 – nástup duopolu

2000 – nástup duopolu

S GeForce 256 se těžko soupeřilo. S3 se pokusila všem opět vyfouknout prvenství s čipem plně podporujícím DirectX 7 a ještě před Nvidií ohlásila Savage 2000. Karty se ale dostaly do prodeje až v zimě 1999 a měly pro highend zásadní problém (mimo již notoricky známých nevychytaných ovladačů). Spěch se S3 nevyplatil, protože T&L část nefungovala správně. Bylo sice ohlášeno, že se všechno napraví pomocí ovladačů, ale k tomu nikdy nedošlo (prý to snad částečně fungovalo v OpenGL).

S3 vyčepaná nákupem Diamondu tak v roce 2000 zkrachovala. Diamond se na čas přeorientoval na prodej MP3 přehrávačů a S3 byla odprodána firmě VIA, kde se dále věnovali návrhům integrovaných grafických částí čipsetů. Ke grafickým kartám se vrátili až v roce 2004 vydáním Deltachrome S8 a S4. Následovala GammaChrome S18 v roce 2005, Chrome S27 a S25 o rok později a Chrome 430/440/530 v roce 2008. Posledním počinem zůstává Chrome 540 z roku 2009.

Celá řada Chrome bohužel trpěla nejenom ovladači nesrovnatelnými s konkurencí, ale i velkými zpožděními v dostupnosti karet a výkonem se daly srovnávat jen s nejnižšími řadami od ATI a Nvidie. Zaujmout dokázaly pouze propracovanou podporou přehrávání videa a nízkou spotřebou. Ani v segmentu HTPC se ale příliš nerozšířily kvůli malé dostupnosti karet a častému nesmyslnému používání aktivního chlazení (kdo by chtěl při sledování filmu poslouchat ventilátor grafické karty). Firmu S3 aktuálně kupuje HTC kvůli patentovým sporům, takže to nevypadá, že bychom se od ní ještě dočkali nějaké grafické karty.

Ani bývalý lídr trhu – 3Dfx – nedokázal vzdorovat konkurenci. V zimě 1999 byla ohlášena Voodoo 4 4500 založená na novém čipu VSA-100. Do prodeje v roce 2000 se ovšem ještě před ní dostala Voodoo 5 5500 založená rovnou na dvou čipech VSA-100 s 64 MB paměti. Karty směřovaly cenou i výkonem na highend, ale technologicky na konkurenci stále nestačily. Byly vyráběny pro PCI a netypicky jen sběrnici AGP 2×, zvládaly konečně 32bitové renderování a uměly i kompresi textur. Ovšem část T&L chyběla a tudíž i plná podpora DX7.

3Dfx doufala v porážku konkurence díky implementaci anti-aliasingu a některých obrazových efektů (motion-blur, depth of field…). Anti-aliasing se ale neprosadil a ani o ostatní efekty nebyl mezi vývojáři zájem. Naopak chybějící T&L si už stihla získat velkou popularitu, což byl pro highendovou Voodoo 5500 problém. Ani Glide už nebylo mezi vývojáři oblíbené a jeho podpora rychle mizela – karty tak ztratily další výkonnostní výhodu v mnoha hrách. Na vlně úspěchu se vezoucí Nvidia navíc v roce 2000 vydala vylepšenou řadu GeForce 2 na vyšších taktech. A ta byla rychlejší než nejnovější Voodoo.

 

Voodoo 4 4500 se dostala na trh až po highendové 5500 a měla obsadit střední část trhu. Podporuje už AGP 4×, ale má jen jeden čip VSA-100 a 32 MB paměti. Byla ale bohužel příliš drahá a nestačila na další povedenou novinku Nvidie –GeForce 2 MX. Ani na Voodoo 4 tedy 3Dfx moc nevydělala a věřitelé nakonec firmu v prosinci 2000 poslali do konkurzu. Zbytky firmy a technologie 3Dfx koupil její největší rival – Nvidia. V plánu byly samozřejmě i další karty, ale ty už se nedostaly do výroby. Asi nejšílenější byla Voodoo 5 6000 s rovnou čtyřmi čipy VSA a 128 MB paměti. Tato karta už měla takovou spotřebu, že byl plánován prodej s externím napájecím zdrojem.

Matrox po rychlé ztrátě zájmu o G400 zanevřel na herní trh a v roce 2000 vydal jen levnou G550, což je jen G400 vyrobená lepší technologií s podporou pamětí DDR. G550 byla určena pro OEM trhy a profesionály a na hry se nesoustředila. Naposledy se Matrox pokusil prorazit v roce 2002 s 512bitovou Parhelií.

Parhelia umožňovala hrát až na třech monitorech a měla samozřejmě highendovou cenovku. Dlouho se ale na výslunní neudržela. Ukázalo se, že není moc dobře optimalizovaná pro hry a GeForce 4 Titanium od Nvidie si vedly lépe. ATI navíc vydala ještě lepší Radeony 9500 a 9700 a Matrox se definitivně stáhnul na profesionální trhy. Pro ně byla určena i levnější Parhelia-LX vydaná o rok později. S ní si v Matroxu vystačili až do roku 2007, kdy vydali svůj zatím poslední čip P690. Ten se používá v různých kartách od Matroxu dodnes.

 

Xabre, Volari a jiný přístup PowerVR: Kyro

V SiS si vždy vystačili s lowendem a v tomto trendu pokračovali i nadále. V dubnu 1999 se začala prodávat SiS 300 s podporou 64 MB paměti, AGP 2× a přehrávání DVD. Ovšem kvůli jen jedné pipeline konkurovala maximálně tak kartám S3 Trio3D. Technologii alespoň v SiS zužitkovali po integrování do svých chipsetů. V roce 2000 následoval model 305 a o rok později 315. Výkon se moc nezlepšil a karty skončily v kancelářských PC.

V roce 2002 se SiS pokouší o nástup na herní trh s řadou Xabre. Tím sice vyfoukli konkurenci uvedení první karty s AGP 8× před nosem, ale stejně jako S3 rychle dojeli na nízkou kvalitu ovladačů. 64MB Xabre se dodávala ve třech různě taktovaných variantách – 80, 400 a 600 a měla i podporu DirectX 8.1. Výkonem však stačila jen na GeForce 4 MX-440 a pixel shader postrádal výkon. Když se to spojilo s nezájmem výrobců karet, vznikla jen další sběratelská kuriozitka.

Xabre II naplánovaná na rok 2003 se už na trh nedostala. Grafická divize SiS se oddělila a přejmenovala na XGI. Následoval nákup neúspěšné grafické divize Tridentu a nastal čas pro velké plány do budoucna. Už v roce 2004 XGI uvádí karty Volari. Kvůli zpoždění výroby ovšem jen lowendovou 128MB verzi V3/V3XT a highendové Volari V8. V8 už zvládala i 256 MB paměti, dělala se i výše taktovaná verze Ultra a ultimátní dvoučipová Duo V8 Ultra. Střední třída v podobě Volari V5 a Ultra se dostala na trh až roce 2005.

Ani nejvyšší dvoučipová Duo V8 Ultra ale nestačila na mainstream od ATI a Nvidie v podobě Radeonu 9600 a GeForce FX 5700. Recenze nedopadly dobře (opět slabé drivery a pixel shader) a Volari potkal stejný osud jako Xabre. Ještě v roce 2005 byl vydán lowendový nástupce Volari 8300, ale Volari 8600 naplánovaná na rok 2006 byla zrušena. V roce 2007 ještě vyšla Volari XP10, ale to byl poslední čip od XGI. V roce 2010 SiS koupila XGI a firmy se opět sloučily.

Duopol ATI a Nvidie nakonec dokázala dočasně narušit jen jedna firma. STMicroelectronics s čipy Kyro a Kyro II. STMicroelectronics si licencovali třetí generaci čipů PowerVR od VideoLogicu (ten čipy vždy jen navrhoval a dále je licencoval) a v roce 2000 se dostaly na trh karty s Kyro. Kyro neumí T&L, ale díky vlastnímu unikátnímu způsobu renderingu má slušný výkon i při použití levnějších pamětí SDR. Kyro ovšem byla poměrně nízko taktována a trh moc nezaujala.

Situace se obrátila v roce 2001 s vydáním výše taktované Kyro II. Ta už místy překonávala i střední třídu v podobě GeForce 2 MX a občas se dotahovala výkonem i na GeForce 2 GTS a Radeon DDR. To ve spojení s nízkou cenou umožnilo velké prodeje těchto karet. Plánovaná Kyro 3 se už ale na trh nedostala. STMicroelectronics ukončila činnost své grafické divize a o výrobu Kyra 3 neměl nikdo další zájem. Vývoj technologie PowerVR pokračuje dále, ale soustředí se hlavně na integraci do procesorů pro mobilní telefony a tablety. Licenci si koupil i Intel a využil ji pro integrované grafiky v některých svých chipsetech.

A jak to dopadlo s ATI a Nvidií už jistě víte. Dravá Nvidia svou novou řadou Quadro odrovnala veškerou konkurenci na profesionálních trzích a v roce 2002 začala konkurovat i Matroxu s novou řadou Quadro NVS zaměřenou na podporu více monitorů. V roce 2001 zahájila také výrobu úspěšných čipsetů nForce určených hlavně proprocesory AMD. V tomto roce také uvedla svou první mobilní grafiku GeForce 2 Go, ale naplno se na tento trh zaměřila až v roce 2005. Po sloučení ATI a AMD v roce 2006 začal upadat prodej čipsetů a poslední modely jsou z roku 2008. Z těchto trhů vystrnaděná Nvidia se zaměřila na ultramobilní trh a zkouší to s výrobou procesorů pro tablety.

ATI se na rozdíl od Nvidie nejdříve soustředila na mobilní grafiky a zlikvidovala konkurenci vydáním čipů Rage Mobility s podporou 3D v roce 1999. Archrivala jménem Nvidia nebylo možné nechat řádit na trhu profesionálních grafik samotného, a proto ATI zakoupila v roce 2001 divizi profesionálních karet FireGL od zkrachovalého Diamondu. Získala tak zavedenou značku a ze začátku stále ještě dodávala přelepené původní modely s čipy od IBM. Ve stejném roce ale už stihla dodat i první FireGL karty založené na Radeonu 8500. V roce 2006 došlo ke sloučení s AMD, a ATI tak získala místo dvorního dodavatele chipsetů pro procesory AMD.

Situace na trhu kopíruje s několikaletým zpožděním vývoj procesorů. Zůstali dva významní výrobci a ostatní paběrkují na menších trzích. Nejvíce šancí mají u rozvíjejících se mobilních technologií, ale na trh PC už nikdo nemá odvahu vstoupit. Pravděpodobně by asi ani neměl šanci uspět vzhledem ke stavu amerického patentového práva a náročnosti vývoje ovladačů.