R300以来的芯片架构及其影响

    ● R300以来的芯片架构及其影响

    作为第一代DirectX 9产品，R300及其各种派生产品让对手NVIDIA吃尽苦头。时至两三年之后，基于R300体系架构的Radeon9800 PRO、Radeon9800SE等产品依然在市场上长盛不衰。加之当时AMD推出第一款X86-64架构处理器——Athlon 64，整个市场都在为“双A”巨头的飞速发展而惊喜。

    R300的成功一方面基于产品的设计简洁明快，另一方面则是ATI市场把控决策能力的集中体现。Radeon 9700（R300）图形芯片采用了0.15微米制程，完全遵循DirectX 9，也就是说R300管道从头到尾完全浮点化，大大增加了内核晶体管的数目。完全浮点化的管线加上内核集成的8条渲染管道，使得R300芯片内核集成的晶体管数目超过了1亿1千万个，这超越了当时任何一款GPU的集成度，这毫无疑问是当时架构最为复杂的一款GPU。

    2002年底微软发布的DirectX 9.0中，PS单元的渲染精度已达到浮点精度，传统的硬件T&L单元也被取消。全新的Vertex Shader（顶点着色引擎）编程将比以前复杂得多，新的Vertex Shader标准增加了流程控制，更多的常量，每个程序的着色指令增加到了1024条。DirectX 9.0从技术规格上看似乎没有DX7和DX8那种让人眼前一亮的革命性技术，它只是将Shader Model版本从1.0升级到2.0而已。其实不然，此次Shader Model指令集的改进让图形渲染画质提高到了新的水平。

R300架构着色器单元

    首先，Pixel Shader 2.0具备完全可编程架构，能对纹理效果即时演算、动态纹理贴图，还不占用显存，理论上对材质贴图的分辨率的精度提高无限多；另外PS1.4只能支持28个硬件指令，同时操作6个材质，而PS2.0却可以支持160个硬件指令，同时操作16个材质数量，新的高精度浮点数据规格可以使用多重纹理贴图，可操作的指令数可以任意长，电影级别的显示效果轻而易举的实现。

    其次，Vertex Shader 2.0通过增加顶点指令的灵活性，显著的提高了老版本的顶点性能，新的控制指令，可以用通用的程序代替以前专用的单独着色程序，效率提高许多倍；增加循环操作指令，减少工作时间，提高处理效率；扩展着色指令个数，从128个提升到256个。

    另外，增加对浮点数据的处理功能，以前只能对整数进行处理，这样提高渲染精度，使最终处理的色彩格式达到电影级别。突破了以前限制PC图形图象质量在数学上的精度障碍，它的每条渲染流水线都升级为128位浮点颜色，让游戏程序设计师们更容易更轻松的创造出更漂亮的效果，让程序员编程更容易。

    R300的简洁高效是竞争对手难以比拟的，虽然当时的它不支持IEEE提出的精度标准，但是它成功地影响了微软。同时R300还深刻影响到了ATI后来的GPU架构发展。我们现在回顾R300架构的设计可以这样认为，ATI首先在DirectX7.0和8.0时代预测到了未来的应用环境和GPU发展规律，其次通过增强研发团队实力设计出一款符合未来应用的架构，它用合理的芯片规模换取了巨大的性能提升；最不可忽视的一点是ATI通过超越以往的公关能力影响了微软对于DirectX标准的制定，达到了硬件与编程环境的高度统一。