消失的图形显示芯片

如今消费者想购买独立显卡,不是选择绿厂(英伟达)就是红厂(AMD),两家企业从产品线布置到价格划分都非常清晰。即便拿两家同样定位的产品进行比较,来来去去能比较的技术要点可能经常看评测的朋友都能背了,甚至不同板卡厂商的产品也是那么千篇一律。目前英特尔和AMD基本形成了从CPU、GPU到芯片组的合围,即便是英伟达,也在努力收购Arm,御三家各自有了自己成体系的配置。或许在未来,无论OEM厂商还是消费者,选择显卡可能会更多地优先考虑从上至下同一个厂商的型号。
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如果将时间拨回到20到25年前,购买一块显卡可以讨论的话题可要多得多。可能由于可选的产品太丰富,消费者或许要花更多的时间,针对自己的预算和使用需要去进行比较。在图形显示芯片的“战国时代”,各个图形设计公司都在寻找自己的突破点,使得图形技术在短时间内有了质的飞跃,电子游戏得到了飞速发展。

3dfx:如流星般璀璨

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对于电影史,1994年可能是迄今为止最强的一年。除了电影行业,其他领域在这一年也发生了不平凡的事,比如图形领域,这一年一群硅谷的计算机图形技术精英成立了3dfx。3dfx已消逝多年,能经常被人提起,是由于3dfx在短暂的几年中光芒四射,虽然如流星般消逝,但兑现了当年成立的时候的承诺:
让每一个消费者用合理的价格享受世界上最顶尖的3D应用体验!
在3dfx之前,3D图像只属于专业领域,为科研、影视和医学等行业服务。对于普通消费者,当时无论PC还是游戏机,所谓3D加速的性能仍然非常有限。3dfx在1996年推出了Voodoo,加上搭配的Glide API,席卷了整个PC游戏市场,这是第一块真正意义上的“3D加速卡”,第一次以硬件管线的形式实现了包括光照贴图、半透明混合、调色纹理、窄频压缩以及硬件雾化在内的许多先进特效。在不到两年的时间里,统治了显卡市场,打开了3D游戏世界的大门。
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随后的Voodoo 2更是攀上了巅峰,带来了包括SLI在内的各种划时代的先进技术,其他厂商的产品完全不是对手。Voodoo 2并非完美无缺,由于是纯3D加速卡,缺乏2D功能,用户要搭配2D显卡使用。可以想象,最顶级的PC游戏平台,将是两块Voodoo 2组成SLI+一块2D显卡搭建而成,一台主机的成本非常地高。为了迎合市场的需求,3dfx又先后推出了Voodoo Rush和Voodoo Banshee(女妖),加入了2D功能,不过前者是比较失败的一款产品。
大概是成功来得太快,3dfx非常地膨胀,傲慢使得错失了世嘉Dreamcast游戏主机(合作代号Black Belt)项目。为了进一步垄断市场,3dfx在1998年收购了板卡厂商STB,不再授权给第三方而是开始自己生产显卡,导致大量合作的板卡厂商倒戈到英伟达,为日后衰落埋下了伏笔。到了1999年,3dfx推出了Voodoo 3,但是不支持32位渲染、不支持大纹理贴图和不支持直接内存调用使得许多游戏玩家大失所望。与此同时,英伟达正大步向前踏,特别是世界首款支持硬件几何和光影(T&L)显示芯片GeForce 256的诞生,技术上完全压制了3dfx。
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搭载VSA-100的Voodoo 4/5显卡错过了时机,性能上也不如人意,即便开放Glide API源代码也无补于事。随着微软选择英伟达作为Xbox游戏主机的图形显示芯片厂商,3dfx错失最后扭转战局的机会。最终在2000年12月25日圣诞节之际,英伟达以7500万美元现金和100万美元股票将3dfx购入,获得了3dfx的所有技术。

SiS/XGI:更多地只是副业

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SiS中文名为矽统科技,1987年在中国台湾新竹科学园成立。相比于图形显示芯片,SiS更为出名的是主板芯片组,一度是世界第三大主板芯片组厂商,还曾有机会获得x86处理器技术成为一间横跨CPU、GPU和芯片组的厂商。
SiS被人熟知的首款图形显示芯片是SiS 6326,单芯片集成了2D和3D加速引擎、DVD解码、TV编码以及支持AGP总线。与Trident有点相似,都是得益于90年代中后期PC的普及和多媒体的发展。由于SiS的产品一直在价格上很合理,所以OEM厂商普遍比较喜欢。不过SiS的重心一直不在图形显示芯片上,图形技术更多地是为其芯片组服务,而且性能也并不突出,虽然后来推出的SiS 315也是市场上最早支持T&L的产品之一。
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当然,SiS也曾在图形领域努力过,Xabre系列曾一度得到不少厂商的支持,其中Xabre 600是市场上第一款“8×8”的产品,即支持DirectX 8.1和AGP 8x接口。2003年5月,SiS剥离了旗下的图形显示部门,独立成立了XGI图诚科技,推出了Volari系列。个别产品看起来还挺潮的,比如单卡双芯的Volari V8 Duo Ultra显卡
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到了2006年,ATI为了增加与AMD谈判的筹码,提高估值和议价能力,并购了XGI在上海的合作公司远弘科技(负责独立显卡研发)和加州的分部。现在AMD位于上海的GPU设计部门,很大程度上就是源于当年ATI对XGI的并购。SiS也在2010年将XGI回收,彻底结束了放弃了图形市场。现在SiS依然会提供诸如触控解决方案等产品,在中国大陆地区仍有研发部门。

3Dlabs:专业领域的王者

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3Dlabs成立于1983年,位于英国伦敦。对于大多数普通用户来说,基本接触不到他们的产品,那是因为3Dlabs的图形技术一开始是以UNIX为发展平台,主要是研发面向工作站的显卡。当时消费领域和专业领域的显示技术划分得很清晰,在各自的细分市场都有不同的图形显示芯片设计公司。
3Dlabs在90年代中开始扩展自己的版图,甚至还得到了英特尔的注资,推出一些PC使用的图形显示芯片,受到了一些准专业用户的欢迎。就像现在使用的一些入门级专业显卡,能做专业工作,平常也能满足一般的娱乐需求,比如帝盟搭载3Dlabs Permedia 2的显卡。在世纪之交的时候,3Dlabs成为了专业显卡的领头羊。
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OpenGL成就了3Dlabs,最终也拖累了3Dlabs。虽然3Dlabs的Oxygen系列和Wildcat系列专业显卡仍有不错的表现,OpenGL 2.0也受到了好评,但随着微软DirectX标准的扩展,以及英伟达向专业显卡领域发起攻势,到了2006年左右,3Dlabs逐渐招架不住了。新加坡的创新科技(也就是声卡那间)在2002年以1亿7千万美元股票加现金的方式收购了3Dlabs,四年之后双方一度分手,不过最终在2009年再次被创新科技旗下的个人数字娱乐部门兼并,结束了在图形领域的征战。
3Dlabs和创新科技之间的关系也是很有意思。双方的合作始于1994年,创新科技在1995年推出了搭载3Dlabs的显卡,当时创新科技在板卡市场也算是一间大厂。不过90年代末由于板卡业务亏损严重,创新科技最终退出了该市场,收购3Dlabs曾被认为是想重新进入该领域。此外,创新科技收购3Dlabs大概还想利用相关技术,应用在自己的多媒体设备的芯片上,后来还推出了Zii“干细胞计算”SoC。

Trident:多媒体先驱

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Trident(泰鼎)成立于1987年,属于最早的图形芯片设计公司之一,早期主要提供数字电视/数字多媒体的解决方案,英伟达成立之前已经在纳斯达克上市了。后来Trident开始涉足电脑显示芯片,采用ISA接口的Trident TVGA 8900/9000系列在90年代初一度是16位色的显卡代名词。随后的3DImage 9685/9750/9850系列显卡被更多的用户熟知,得益于Trident在电视领域的耕耘,这一系列产品有当时非常受欢迎的视频解码、采集、TV信号回放和DVD回放加速功能,并集成了2D和3D加速引擎,而且价格友好,受到了广大家庭用户的喜爱。
不仅仅在桌面平台,Trident很早就涉及了移动平台的图形显示芯片,所以早期很多笔记本电脑都使用了Trident的产品,一直延续到新世纪初期,甚至比桌面平台更晚消失。此外,Trident还向其他缺乏图形技术的主板芯片组提供相关技术,推出集成了图形单元的主板芯片组,比如威盛的Apollo MVP4芯片组,不但集成了Trident Blade 3D显示单元,具备DVD硬件加速功能,而且还集成了声卡和Moden功能,在Socket 7插座时代末期受到了追捧。
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除了图形领域,Trident在音频领域也有所建树,推出了Trident 4DWAVE-DX/NX,支持Q3D 2.0技术,而且被SiS和ALi的产品所采用。
不过进入3D时代以后,Trident明显力不从心,Blade 3D系列产品跟不上时代的步伐,市场份额迅速丢失。进入新世纪后,Trident试图重整旗鼓,在2001年宣布重返3D桌面图形芯片市场,推出了Blade XP系列产品,采用0.18微米工艺制造、支持DirectX 7.0和支持AGP 4×接口等主流技术。同时也将相关图形技术提供给ALi,推出了在移动平台颇受欢迎的CyberALADDiN-T芯片组。这些是Trident最后与消费者见面的产品,进入2004年后就很难在消费市场看到了。
Trident最终也守不住自己的传统领域,在2012年宣布破产。

PowerVR:塞翁失马焉知非福

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PowerVR属于Imagination Tech(前身名为VideoLogic)的一个部门,成立于1992年,专门开发用于2D和3D渲染的硬件和软件,以及视频编解码、相关图像处理和神经网络加速器等产品。很多人对PowerVR并不陌生,因为苹果的A系列SoC曾经很长时间使用PowerVR的产品。这也是PowerVR的特色之一,相比推出自己的芯片,更多时候是将其设计和专利授权给其他公司,所以使用PowerVR相关技术的产品随处可见。
在PC硬件市场上,PowerVR是个小角色,产品并不多,比较小众。PowerVR在1996年推出了PowerVR Series1系列产品,最早是面向街机,通过与NEC的合作改进后,首款PC使用的图形显示芯片发布了,名为PCX1,采用PCI接口,引入了基于分块延迟渲染(TBDR)的解决方案,接着在1997年推出了采用新工艺的PCX2,在PC市场初步获得了成功。
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随后PowerVR与NEC一起开发了PowerVR Series2系列,同时面向游戏机和PC。前者有大名鼎鼎的世嘉Dreamcast和Naomi街机系统,后者则通过NEC生产的显卡出售给PC用户。PowerVR在1999年通过与意法半导体建立战略合作关系,扩大了图形显示芯片的销售范围,比如大力神(Hercules)搭载Kryo系列芯片的显卡就是基于PowerVR Series3系列的产品,不过这也是PowerVR在PC市场的绝唱了。
由于世嘉退出游戏主机市场,以及意法半导体退出PC图形显示芯片市场,PowerVR面临很大的压力。塞翁失马焉知非福,PowerVR找到了新出路,就是移动平台的图形显示市场。事实上,PowerVR备受赞誉的TBDR就非常适合在小型移动平台上使用,加上PowerVR的芯片普遍具有低存储带宽要求和低功耗的优势,开始引领移动平台的图形技术变革。
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2005年随着PowerVR SGX GPU架构的诞生,小型移动平台开始出现高水平的图形显示芯片,加上视频编解码技术的引入,PowerVR的技术越来越多地被手机设备厂商所采用,比如2007年苹果就找到了PowerVR,将其GPU技术应用在iPhone手机上。此外,索尼也找到了PowerVR,开发PlayStaTIon Vita使用的GPU。在接下来的一段时间里,是移动设备发展最迅猛的一段时间,可见PowerVR灵敏的嗅觉。
PowerVR在2021年收购了名为Caustic的图形技术公司,这是一家专注于软硬件实时光线追踪图形技术的企业,也是目前PowerVR光线追踪技术的来源。由于苹果开始在A系列SoC上采用自研GPU,PowerVR受到了比较大的影响,前几年也被中资背景的机构收购了。不过PowerVR似乎又找到了其他出路,比如去年推出面向先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶应用的新一代神经网络加速器(NNA)产品IMG Series4,将图形技术扩展到其他领域。

ATI:继承者仍然在奋战

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相信很多人对ATI(Array Technology Industry,冶天)都很熟悉,这间成立于1985年的加拿大图形技术公司成为了独立显卡进入3D时代后,仅存的双雄之一。创始人何国源出生于江门新会,父亲在香港做化工生意,后来移民到了加拿大。与宿敌英伟达的创始人黄仁勋至今仍奋斗在一线不同,何国源在ATI成立20周年之际就选择了退休,当时也就50多岁。
ATI初期的产品是围绕色彩和视频回放这些要素设计,虽然成立后曾一度红火,但更多时候受到S3和Trident两家图形芯片企业压制,所以ATI很长时间里都不温不火,并没有太多过人之处。在进入3D时代后,ATI有所起色,在技术上紧跟微软DirectX标准,同时何国源非常善于与上游晶圆代工厂及下游经销商打好关系,无论桌面平台还是移动平台,在OEM市场ATI都争取到相当大的份额。比如Rage 128,如果与其他厂商同期的产品进行比较,并不十分突出,但却占据了不少市场份额,一度坐上了图形市场的王座位置。
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何国源原来打算50岁就退休,但是英特尔试图从CPU、GPU和芯片组实现全包围的政策,以及英伟达在图形领域争霸中开始一家独大,眼见技术上逐渐被抛离,市场占有率也出现较大幅度下滑,何国源推迟了退休计划。在21世纪初期,很多图形芯片公司为了争取一席之地,普遍选择推出性价比高的产品,以争夺中低端显卡市场。何国源的看法完全相反,认为这种类似放弃技术研发的做法不能长久,今天的高端可能就是明天的中低端,放弃了技术制高点等于放弃了未来,降低研发费用只能换来短期财务报表更好看而已。
随后ATI开放芯片授权给第三方,以及在技术上决意与英伟达竞争,推出R100 GPU,打造Radeon品牌。经过几年的努力,ATI成了仅存能与英伟达相抗衡的图形芯片设计公司。到何国源退休的时候,ATI基本能与英伟达平起平坐。
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何国源退休后,ATI的表现有所下滑,特别是为了在AMD的并购中提高自身的估值,通过耗费大量资源并购其他公司(比如XGI),导致后面一度出现研发问题。在2006年的7月24日,AMD正式宣布以54亿美元收购ATI,开始了在图形领域的新征程,后面的事情就不再叙述了。

Matrox:色彩与多屏显示传奇

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和ATI一样,Matrox(迈创图形技术)也是来自于加拿大的图形技术公司,不过资历更老,产品偏向于商业和专业应用。Matrox成立于1976年,总部位于蒙特利尔。谈起Matrox,最容易想到的是两点,一个是双头/多头显示,另一个是色彩,ZD Davis的PC绘图视频测试软件在相当长的一段时间里都给了Matrox的产品100分的满分测试成绩,至今仍然是传奇。
Matrox值得一提的成就不少,比如Matrox在1979年就为华尔街的金融家们提供了四屏显示解决方案;1983年的Matrox GXB 1000是真正意义上的第一个图形加速卡;1986年Matrox赢得了美军7.5亿美元的合同,为美军提供电子信息的传输系统(EIDS),这是以CD-ROM为基础的多媒体电脑的原型;同年,Matrox推出第一个基于PC图像处理的MVP-AT加速器,推动了医疗成像系统和半导体装备制造业等专业领域的图像应用;1992年,Matrox推出了第一个混合线性或非线性视频编辑系统;1993年,推出了第一个64位图形引擎;2002年的Parhelia 512是第一块512bit架构、支持DirectX 9和10bit色深的消费级显卡,Parhelia 512及其PCI-E版的Parhelia APVE是不少早期HTPC用户喜爱的产品。
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Matrox被更多普通消费者熟悉的是Millennium系列显卡,在CRT时代是画质的代名词,Millennium G100/G200/G400都曾是不少人梦寐以求的产品。直到前些年,个别服务器主板上仍板载Millennium G200芯片作为监控显示输出。很多人接触双屏显示,也是从Millennium G400开始,这也是在性能上能与英伟达TNT2系列抗衡的其中一款产品。传言英伟达(或ATI)的多屏显示技术,就是挖角Matrox的研发人员获得的。
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Parhelia 512是Matrox打算在性能上与英伟达和ATI相竞争,最后放手一搏的产品,不过早期版本只是个半成品,性能也不够强。至此之后就逐渐远离消费市场,退到了专业性较强的细分市场里。如今Matrox仍然有专业的多屏显卡,不过新一代产品已放弃自己研发的芯片,而是基于AMD芯片二度开发的产品。此外,Matrox还提供包括工业、科学和医学成像,混合线性或非线性视频编辑系统以及高性能网络解决方案。

S3 Graphics:饱受驱动问题困扰

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S3 Graphics成立于1989年,在90年代中前期、3D时代来临前,称霸了显卡市场。在1994年,S3 Graphics凭借卓越的2D加速性能,压倒了竞争对手Trident成为市场的领跑者,是第一个真正意义上的霸主。Trio64V+(S3 765)这块2D显卡相信很多人都使用过,可以说是当时兼容机的标配。
当图形技术进入以3D为主导的时代后,S3 Graphics渐渐跟不上技术发展的节奏。S3 Virge是S3 Graphics第一款支持3D加速的显卡,但性能实在不敢恭维。仓促投入战场的Savage 3D虽然规格上并不差,是第一款128bit的图形显示芯片,支持Direct3D和OpenGL,S3TC技术开创了材质无损压缩的先河,MPEG-2回放无论质量和速度都很给力,但性能上抵挡不住各路竞争对手的进攻。虽然S3 Graphics得到了英特尔的支持,但随后推出的Savage 4也只能靠性价比占据部分市场。
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与3dfx一样,S3 Graphics也选择了收购板卡厂商自己来生产显卡,不过收购的对象是更为出名的帝盟(DIAMOND),走势和3dfx类似。接着S3 Graphics推出的Savage 2000是市场上第二款支持T&L的产品,仅次于英伟达的GeForce 256,但是这款产品继承了S3 Graphics驱动程序问题,各种bug让用户苦不堪言,而且不能尽情发挥其性能。
威盛在2000年以3.22亿美元收购了S3 Graphics,不但使其拥有自己的图形技术,还获得了x86授权。经过三年的蛰伏,S3 Graphics在2004年推出了DeltaChrome S8系列,维持了一定的市场份额,不过驱动问题仍然严重困扰着S3 Graphics。在进入PCI-E时代以后,S3 Graphics先后推出了GammaChrome S18系列和Chrome S20/400/500系列产品,但在2009年发布Chrome 540 GTX以后就一直沉寂。
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2011年7月6日,HTC宣布以3亿美元买下S3 Graphics,昔日王者与显卡市场说拜拜了。严格上S3 Graphics并没有完全消失,威盛仍然在使用S3 Graphics的显示技术。此外,上海国资委和威盛合资的兆芯也重新投入到GPU的研发中,也算是继承了S3 Graphics的衣钵吧。

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