Radeon 9800XT和9600XT架构技术介绍

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作者：Rowan    文章来源：本站原创    点击数：    更新时间：2007-6-16

编者按：2003年9月24日我开始给ATI打工，专门翻译ATI官方网站的新闻、技术文档、视频字幕，然后再由ATI的公关发往各大媒体。在这期间，我写了很多ATI的相关新闻。对ATI的各种新技术新趋势了如指掌。因此写起相关的技术文章来说驾轻就熟，这篇文章成文于2003年10月27日，发表在《大众硬件》杂志上，是“新一代显卡”专题的其中一篇文章，一共三篇大文章：ATI 9800XT&9600XT介绍、NVIDIA GeForce FX 5700 Ultra 和 GeForce FX 5950 Ultra介绍、催化剂3.8介绍

英雄本色 Radeon 9800XT和Radeon 9600XT介绍

追溯R3XX系列芯片

大约在10个月以前，WestCoast开发小组结束了所有的研发工作，一个具有革命性的显示芯片就此诞生，它就是代号为R300的Radeon 9700 PRO。R300的设计完全遵循DirectX9标准，它摒弃了以前很多陈旧的显卡设计方式，内部是采用真正的DirectX9的处理方式。并且成功的抢在微软发布DirectX9前4个月就推出了这款显示卡。直到现在Radeon 9700 PRO仍然是3D游戏显卡中的高端产品，鲜有几款产品能够超越它的性能。

NVIDIA的显示芯片在向130纳米制造工艺技术转产的时候遇到了重重的困难。然而ATI毅然的决定在高端产品线上并不使用最新的芯片制造工艺。他们仍然愿意使用目前比较成熟的150纳米的芯片制造技术，由此晶体管的数量被限制在了100M以内，运行频率也被限制在了325MHz。ATI意识到，新的显示芯片体系结构，和向新的芯片制造工艺转产，都需要冒更大的风险。因此他们采用了目前最为成熟的芯片生产工艺，把失败的风险降到了最小。

ATI随后发布了Radeon 9800 和 Radeon 9600。Radeon 9800的研发代号为R350，它是用来接替Radeon 9700，成为了当时ATI最为高端的3D图形显示芯片。而Radeon 9600的研发代号为RV350，它被定位为当时市场的主流显卡芯片。由于新品的研发需要一个很长的时期，并且具有很多潜在的风险，因而R350并没有很大的改动，它仍然沿用150纳米的制造工艺。尽管如此，RV350的研发时间还是比较早一些，ATI在它身上大胆尝试了130纳米的制造工艺技术。从这次转产，我们就可以看出新的硅片处理技术的优势，像显示芯片这样高度复杂的电子设备是需要不断提高生产工艺的。

在Radeon 9700 PRO发布的这一年中，市场的格局也在悄悄的发生着改变。硅片处理工艺的变革周期明显加快，3D图形显示芯片的体系结构的更新换代也在加快。微软也并不在孤高的发布自己的DirectX，而是与各大显示芯片制造商展开亲密的合作。直到两年之后下一代Windows Longhorn发布时我们才能看到全新的DirectX10。

那么2004年是一个关键的转折点，Pixel/Vertex Shader 3.0模型已经植入在DirectX9中，这鼓力量很可能在新一代PCI Express接口到来的时候被释放出来，届时显卡的体系结构从里到外将发生巨大的革新。因此在2003年，ATI和NVIDIA都不会过早的发布新一代显示核心。所有的新品只不过是弥补前代产品的瑕疵。

何谓“XT”?

XT的含义源于eXTreme，意为极致、极限的意思。一块成功的显示卡，应该具备出色的处理性能、精美的画面质量、广泛的兼容性。自从Radeon 9700 PRO的发布，ATI就在性能方面大幅领先NVIDIA的FX系列，而出色的画面质量一直广受3D玩家好评。由此有越来越多的厂商开始加入到ATI的阵营中。就连一直作为NVIDIA的铁杆显示卡制造商的ELSA也开始生产ATI的芯片了。昔日的NV王者已经不复存在，整个3D图形领域又重新回到了二虎相争的时代。ATI新的显卡真的能发挥出这些极致么？下面就给大家详细介绍这两款新的显示芯片。

R9800XT技术特色

ATI在这个秋天给我们带来的最大的惊喜莫过于研发代号为R360的最高端图形处理芯片——Radeon 9800 XT。以下是Radeon 9800 XT芯片和板卡的详细规格。

芯片规格
研发代号	R360
生产工艺	.15µ (TSMC)
晶体管集成度	107 Million
处理管道	8x1 (象素处理管道 x 材质取样单元)
显存界面	256-bit  DDR/DDR II
RAMDAC	2x 400MHz 10-bit DAC's 165 MHz TMDS transmitter (DVI 1.0 compliant)、 TV Out
总线标准	AGP 8X

板卡规格
板卡名称	Radeon 9800 XT
核心频率	412MHz
象素填充率	3.3G Pixels/sec
材质填充率	3.3G Textures/sec
多边形生成率	412M Triangles/sec
显存速度	365MHz DDR (730MHz Effective)
显存带宽	23.4GB/sec
显存容量	256MB

生产工艺

在芯片的工作频率这一项中，你会发现R9800XT 仅仅比9800 Pro提高了32MHz。整个芯片的性能会否被这微弱的频率提升所累呢？你应该注意到，Radeon 9800 XT的显示核心仍然使用基于150纳米工艺的制造技术，ATI仍然没有将先进的130纳米制造技术用在高端产品中。只有芯片结构相对简单的移动版本的RV350 和 RV360 采用了130纳米的制造技术。向130纳米工艺制造技术转产，并不比重新设计一款芯片更为简单。转产现有的显示核心，尤其是那些复合的电路部分是需要花费很多精力和时间的。不但技术成本提高了，而且所要担负的风险也成倍增长。由此ATI再次选择了技术相对成熟一些的150纳米芯片制造技术。ATI只将先进的130纳米生产工艺技术用在了处理管道较少，核心结构相对简单的RV360。这也是为今后的高端产品能够顺利过渡所作的保守性的尝试。事实上，Radeon 9800 XT的工作频率和晶体管集成度已经是150纳米芯片制造技术的极限了。（如图1，这是Radeon 9800 XT的芯片核心）

R9800XT的显存为365MHz（730DDR）。与Pro 128MB版本的340MHz（680DDR）相比，新款的显卡在内存带宽方面只增加了1.6GB/s（R9800Pro为21.8 GB/s）。目前ATI只提及采用的是DDR内存，不过如果在未来看到XT使用DDR2内存模块我们也不必太过惊讶。

如图2，这是Radeon 9800 XT的工程样板。

针对散热问题，ATI为9800 XT开发出简单结构的新散热系统——配备了一个硕大的纯铜散热片。（如图3）铜的导热系数要比铝高很多，只需在纯铜散热片上产生微弱气流，就可以帮助显示芯片与显存散热。因此此款风扇的直径很大，转速却相当缓慢。风扇转速也是可调整的，并且会随芯片速度而变化。

SMARTSHADER 2.1

从R9800 Pro起SMARTSHADER的版本升级到了V2.1。虽然在R9800 XT中的SMARTSHADER并没有加入任何新的特性，处理Shader的指令也没有增加。但ATI表示，V2.1版本中将不会对F-Buffer中的Shader的指令个数作任何限制。游戏开发人员可以更自由的控制F-Buffer缓冲区。它完全支持DirectX9的Pixel Shaders 2.0标准。每个时钟周期可以处理多达160个24bit精密度的指令。它完全支持Vertex Shader 2.0，可以处理程序中多达65,000条的指令。每条通道可以处理16个材质。支持阴影特效加速，在游戏中可以实现更为逼真的实时阴影。每个象素支持128-bit、64-bit、32-bit 的浮点颜色格式。每个通道的帧缓冲支持高达10bit的精密度。

SMOOTHVISION 2.1

从Radeon 8500的时代起，ATI就提出了SMOOTHVISION技术用来增强画面的质量。它可以说是一种全屏抗锯齿的采样技术。FSAA主要有两种概念的采样算法，SuperSampling超采样与MultiSampling多采样。SuperSampling通常需要在后台处理高于屏幕分辨率数倍的象素。（4X、8X、16X）或将同一帧画面渲染数次之后再进行子像素的采样。这种技术虽然最终生成的画面比较精细，但是它太消耗性能与显存带宽了。MultiSampling是通过将同样的一帧的画面只渲染一次，但分别的存储于多个的帧缓冲区内，独立进行各自的混合子像素操作。虽然MultiSampling要比SuperSampling快上很多，但是它却无法正常的处理非多边形画面的Alpha透明渐变抗锯齿渲染。对于一帧画面来说，SMOOTHVISION技术可以智能的选择某些部分的采样算法。动态的在SuperSampling与MultiSampling中作出选择。（如图4）

SMOOTHVISION的另一项改进之处在于它们设计了一个专利的Gamma Correction伽玛纠正技术。伽玛纠正技术是一项被在实际显示中非线性响应特征中被广泛使用的技术。换句话说，计算象素所展现亮度的数值更倾向于人眼对明暗光线的反映。（如图5）

这样可以使我们看到的亮度明暗对比更为鲜活生动。虽然这项技术与颜色有关，但ATi却将这项技术的应用整合进了FSAA中，也就是说它可以自动的平滑一些闪烁的多边形边缘。所渲染出的物体会更加接近自然的质感。

Hyper-Z III

从第一代Radeon 256开始，ATI就引入了Hyper-Z隐面消除引擎技术。它可以用来节省显存带宽的负荷，不处理那些在场景中被前景所遮挡的后景。ATI在每一代新的Radeon芯片中加入这项功能，并且每一代产品中的Hyper-Z都更为高效智能。Hyper-Z III中仍旧包含了三项功能：Hierarchical Z、Fast-Z Clean、Z Compression。

Hierarchical Z可以根据物体边沿的粗糙程度设置采样的细节，分为2x、4x、6x、8x几个级别。（如图6）

Fast-Z Clean采用了更为先进的算法，它的智能算法使需要写入清除的资料会少得多。据说会比一般的Z-Buffer Clean清除快上64倍。（如图7）

Z Compression用来高效的对Z缓冲中的数据的压缩和解压缩，可以提高数据传输的效率，对于Pixel Shader中的FSAA操作特别的有帮助。通过这些技术使得显存带宽的利用率大大提高了，尤其在非常宏大而复杂的场景中Hyper-Z技术所展现出来的作用就越加明显。

VIDEOSHADER

一直以来，Radeon系列显卡不仅仅可以生成精美的3D图像，而且在视频回放方面也有很多特色。VIDEOSHADER是基于强大的Pixel Shader功能实现的技术。视频解码的多个处理过程都可以由Pixel Sshader来完成。这使得R9800 XT无需使用额外的视频处理芯片就可以完成对WMV、Mpeg、Real Player等多种视频格式的实时影像动态补偿。它可以实时的对低码率的视频流进行马赛克平滑过滤处理，使我们看到的影像更为清晰。更有助于传输带宽较低的网络进行流媒体视频的回放。由于对视频影像的回放达到了象素级别，还可以实时渲染出多种风格的画面。比如用户能以灰色浮雕效果来观看影片。

OVERDRIVE

新的R9800XT/R9600XT核心中置有热敏电路，可以实时检测显示芯片的工作温度。如果用户的计算机使用环境通风散热较好，显示芯片的温度自然就相对较低。显示核心的工作频率就还有超频的空间。那么此时，配合催化剂3.8以上版本的驱动程序，显卡就可以自动提升工作频率，用户可以得到最好的性能。反之，用户的计算机整体散热效果不尽人意，显示芯片的热量不能立刻散去。那么显卡驱动程序就会降低显卡的工作频率，防止显示芯片过热烧毁。

显卡驱动会根据用户的实际使用情况，合理的进行超频和降频。这样高级的发烧友们再也不必使用不稳定的第三方超频软件，也不必担心超频之后会损坏显示芯片。而初级用户不必了解高深的理论知识，便可轻松压榨出显卡所有的性能。

Radeon 9600XT技术特色

研发代号为RV360的Radeon 9600 XT显示芯片面向于现在的主流3D游戏市场。相对于R9800XT来说，在R9600XT身上我们并没有看到体系结构有什么重大的革新。ATI仅仅是修正了Radeon 9600上的一些瑕疵。但伴随着新品的问世ATI也带来了一项新的硅片制造技术。它是世界上第一款使用low-k dielectrics技术的生产的基于130纳米制造工艺的图形处理器。

随着芯片的设计结构越来越复杂，集成度越来越高，传统的铝导线及二氧化硅的制造工艺已不能符合目前芯片对于高时钟频率的要求，当布线的宽度进入到0.25 微米以下时，阻容迟滞(RC-delay)效应的影响会越来越大。阻容迟滞会降低讯号的传递速度，增加旁路电路之间的相互影响，增大线路中的噪音，以及使功率消耗上升。为降低阻容迟滞的效应，除了使用铜导线取代铝导线之外，另一方法是选用低介电常数(low-k)作为介电层之材料来取代传统的二氧化硅。由于这种生产工艺实现的困难程度远超过预期，low-k 材质替换二氧化硅的进度较业界期望的时间表延迟了整整3年之久。

low-k dielectrics的意思为低电介质。它将有利于减少芯片的电力功耗需求，减小芯片的发热量。使用这种技术，可以提高显示核心的运行速度。例如在制造普通的Radeon 9600级别的芯片过程中使用low-k技术后，成品芯片只要装配普通的显卡散热风扇，就可以超越Radeon 9600 pro级别的核心工作频率。以后ATI将把这种低功耗的low-k技术全面用在笔记本图形处理芯片的制造过程中。届时相信low-k技术可以使笔记本的3D性能和耗电量更为完美。

RADEON 9600系列的各款产品比较

我们会注意到low-k技术的效果真是立竿见影。Radeon 9600XT的核心频率较之它的前辈Radeon 9600 Pro整整要高出100MHz。这也意味着Radeon 9600XT将是目前整个9600家族中性能最为出色一款。不过我们也应该注意到Radeon 9600XT在处理管道和显存位宽方面要远远逊色于R9700/R9800等这些高端产品。这也是ATI区分产品阶层的一个重要标准。

如图8，Radeon 9600XT工程样卡

如图9，三星的DDR颗粒，总线位宽128bit 频率600MHz 速度3.3ns

总结

Radeon 9800XT/9600XT他们也许是ATI在AGP时代最后的产品了。并且似乎也是R3XX系列芯片的收山之作。R420的脚步越来越近了。Radeon系列显卡从Radeon 256一步步发展到了XT，其中ATI已经积累了相当丰富的经验。虽然他们并没给笔者带来太多的惊喜，但是R360和RV360已经经历了多次改良，因此这两款产品已经相当成熟。其实XT系列产品的革新并不仅仅重在性能的提升和画质的完善，事实上我们更应该看重显示芯片与显卡驱动的配合方面。XT系列显卡搭配最新的催化剂驱动才能发挥出它们的真正威力。