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GeForce 8系列,代號G80,是NVIDIA的第八代GeForce顯示晶片。在7900 GTX發佈後八個月,NVIDIA於2006年11月推出GeForce 8800 GTX,它是建基於G80核心。G80是全球首款支援DirectX 10的顯示晶片,核心的架構和技術比前代GeForce 7系列顯示晶片有很大的不同。縱使它是為DirectX 10而設計,但由於架構的改進,G80在DirectX 9環境下仍可以發揮出強大的效能。
發佈日期 | 2006年11月 |
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代號 | G80 G84 G86 G92(D8P) G98(D8M) |
製造工藝 | 80納米/65納米 |
顯示卡 | |
入門GPU | 8100,8200,8300,8400 |
中階GPU | 8500,8600 |
高端GPU | 8700,8800 |
API支援 | |
OpenGL | OpenGL 3.3 |
歷史 | |
前代產品 | NVIDIA GeForce 7 |
後繼產品 | NVIDIA GeForce 9 |
雖然DirectX受人歡迎,但是DirectX 9的規格始終為遊戲開發者帶來限制。在圖形API誕生前,當時的程式開發者能利用指令來控制顯示卡。但不同的架構就需要不同的指令,這就造成相容性問題。為此,業界為了統一規格,就發展出最普遍的DirectX和OpenGL兩種規格。縱使API能解決相容性問題,但是衍生出新的問題。在3D環境中,所有東西都以物件方式存在,而物件的運算則順序由程式、API和驅動程式之間傳輸。而CPU必須參與這個過程。物件愈多,CPU負荷愈重。所以物件數量不能過多,但畫面質素就不能大幅提升。 新的DirectX 10則解決了這個問題。當物件第一次運算時,CPU會參與這個過程,但到了第二次時,CPU不會再參與這個過程。物件數量就能大幅提升,畫質就能相應提高。
除了以上措施能減低CPU負擔,DirectX 10亦新增了兩個減低CPU負擔的功能。
以往,多紋理轉換動作使用大量CPU資源。DirectX 10的紋理陣列功能能解決這個問題。在每個紋理陣列中,最多可以儲存512個同樣大小的紋理。紋理的最高解像度由DirectX 9的4096x4096提升至8192x8192。每一個Shader能使用128個紋理,為上一代DirectX 9的8倍。Render Targets由4個增加到8個。所以在DirectX 10中,物件有更多細節,更富真實感。
在一個3D場景中,物件會遮住其他物件,不會在畫面顯示。預早偵測出不會在畫面顯示的物件,能減少不必要的運算,增加資源。雖然以往的顯示核心已擁有這個功能,但始終有些物件不會被預早偵測。程式設計者會採用繪製斷言這個技術,將物件製作成方塊,當方塊不能在前景中顯示,就可以省下該物件的運算。過往這個過程需要CPU介入,但在DirectX 10中,顯示核心完全負責這個過程,增加CPU資源。
DirectX 10採用Shader Model 4.0版本,進一步減少資源限制。例如Register的資源不足問題。
以下為減少資源限制的措施的列表:
它在DirectX 9中首次出現。在DirectX 10中,會採用HLSL 10版本。亦新增紋理陣列功能(請參考上面)。
改進列表:
DirectX 10支援兩種新的HDR模式。第一種採用11-Bit紅色和綠色、10-Bit藍色。另一種採用5-Bit共用運算,另加每一種顔色以9-Bit作尾數運算。新的HDR模式能增加資源使用效率。DirectX 10亦支援FP32,提高HDR質素。G80提供全新的128bit精度的HDR運算,並可與抗鋸齒技術同時運作,讓HDR+AA不再是ATI的專利。
DirectX 10首次加入Geometry Shader,功用是將點、線、及三角連接起來,以為此過程由頂點着色器負責。它能有效提升模板陰影特效、動態立方體貼圖和位移貼圖的執行效率。它能減少CPU的負擔,增加系統資源。當頂點着色引擎產生出一組頂點數據後,隨後的幾何着色引擎能將數據化成最高1024個頂點,即是將數據頂點數據增多。幾何着色引擎亦可將多餘的頂點數據除去,增加顯示核心的運算效率。
幾何着色引擎能使位移貼圖技術配合鑲嵌圖形技術。位移貼圖十分常見,通常用於非即時3D彩現中。位移貼圖的原理是首先建構一個簡單的平面模型,然後增加頂點數量。顯示核心會根據一張灰階紋理,去將該平面模型立體化。而鑲嵌圖形技術則會把一個模型鑲嵌更多多邊形,增加細節。
上一代的DirectX 9並不可以完好的支援鑲嵌圖形技術。DirectX 10的幾何着色引擎就解決了這個問題。位移貼圖技術和鑲嵌圖形技術可一同進行運算,物件表面更真實。
此外,幾何着色引擎的運算結果能直接傳送到顯示記憶體中,不用通過像素着色引擎,提升效率。將來,顯示核心能集中處理物理運算。
GeForce 8採用統一管線化結構。傳統顯示核心的架構分為頂點着色引擎和像素着色引擎。當頂點着色引擎負荷很重時,像素着色引擎可能閒置著,反之亦然。這就造成顯示核心運算能力不被充分發揮,浪費資源。DirectX 10將頂點着色、幾何着色和像素着色合併成一個彩現流程。所以每一個統一流處理器都能處理頂點、幾何和像素數據,不會有閒置問題,效率顯著提升。
G80顯示核心擁有128個流處理器,每16個為一組,每一組有8個材質過濾單元和4個材質定址單元,每一組流處理器都擁有L1和l2緩衝記憶體。G80可同時執行過千個線程,NVIDIA稱之為GigaThread技術。某程度上,NVIDIA參考了ATI的設計,使其顯示核心能進行異類運算工作,例如物理運算和影像編碼。
物理運算方面,G80已作出強化,NVIDIA稱之為Quantum Effects技術,效率比CPU高很多。
NVIDIA終於加入Early-Z技術,它的目的與繪製斷言相似,但原理不一樣。現先介紹一下Z快取技術,通過測試像素深度和快取數據比較,可測量到每一個像素的最後位置。若像素被其他像素遮擋住,被遮擋住的像素的數據則會被去掉。但很多無用的像素數據沒有去掉,依然通過像素流水線,造成資源浪費。基於以往的技術限制,要預先偵測無用像素數據,必需通過整條像素流水線。Early-Z技術能解決這個問題。像素數據在進入像素着色器前,會預先被偵測,若果是無用的數據,就不用通過像素單位,省下資源。理論上,支援Early-Z技術的8800GTX比7900 GTX快4倍去篩選無用的像素數據。
G80可平行計算材質數據,而不用像以往的顯示核心般,存有等待時間。
G80的強化畫質引擎稱為Lumenex,它支援Anti-Aliasing(反鋸齒技術)、High Dynamic Range和Anisotropic Filtering(各向異性過濾)。反鋸齒方面,將同時利用覆蓋採樣和幾何採樣。這個新模式稱為Coverage Sample Anti-aliasing(CSAA),程度分為8x、8xQ、16x和16xQ。其中的Q版本畫質較高。CSAA 16x的畫質比常規反鋸齒4x好,但是效能趺幅相近。縱使CSAA 16x影像質素高,但當遊戲採用大量模板陰影時,會影響到CSAA運算效率。
各向異性過濾方面,G80加入了Angular LOD控制,能有效加強銳利度。
影像輸出方面,G80支援10-Bit(十億種色彩)影像輸出,比上一代的8-Bit(一干六百萬種色彩)影像輸出質素大幅提升。但比ATI遲了一代。
GeForce 8800系列顯示卡都支援HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)。HDCP會保護HDTV、Blu-Ray及HD-DVD的影像內容,防止非法拷貝。不支援HDCP的顯示卡,解像度會強行由1080p降至540p。
暫時只有8800GT和8800GTS(G92,512MB)高階顯示卡支援新一代PureVideo HD技術,首次支援高清影訊雜訊消除和邊緣強化技術。在HQV影像測試中,取得128分高分,為現時最佳成績。它除了支援720p、1080i及1080p等解像度外,並支援H.264 、VC-1、WMV-HD及MPEG-HD硬件解碼。
而G84和G86所支援的PureVideo HD技術更強,將所有影像解碼工作交由顯示核心(VP2)負責,大幅降低CPU佔用率。亦新加入BitStream Processor,能夠完全硬件解碼H.264及部分硬件解碼VC-1的影片。最後,加入了AES128運算引擎,就能硬件解碼AACS,由於Windows Vista的關係,這種解碼方式將被頻繁使用,硬件解碼就變得必要。
是整合於MCP78S晶片組中的顯示核心,有16個流處理器,核心頻率為500 MHz,不支援PureVideo功能。
同GeForce 8100一樣是整合於MCP78S晶片組中的顯示核心,規格相同,但支援PureVideo功能。
是GeForce 8系列的最低階獨立顯示卡。只會出現於OEM市場,並不會出現於零售市場。8300 GS把記憶體頻寬降至64bit,更不支援PureVideo功能。
起初8400 GS(G86)的PureVideo HD是不可以支援VC-1硬件解碼。之後,NVIDIA推出了採用新核心的8400 GS顯示卡。核心代號是G98,是繼G92後的第二款採用65nm工藝製造的顯示核心。核心由聯電生產,核心頻率是567MHz。新的核心,已新增支援VC-1硬件解碼。所以,新的8400 GS已完整支援,H.264和VC-1解碼。但是,HDCP Key Rom仍然未整合到顯示核心中,須要另加晶片支援。HDMI方面,音頻訊號須透過SPIDF輸入,顯示核心仍然不像HD系列顯示卡般,能直接處理音頻訊號。另外,新版本的8400 GS顯示核心只有8個流處理器,效能會比第一代差。
在2008年初,第三版的8400GS推出。這次使用與8600GT一樣的G84核心,流處理器數量與G86一樣。廠商亦會使用較高速的顯示記憶體。[2]
這個系列採用G86顯示核心,定位是主流級。它擁有16個統一流處理器,8個Texture Filtering Unit,8個Texture Address Unit和 4個光柵操作單元。目前只有一款形號,就是GeForce 8500 GT。對於HDCP的支援,廠商可自由選擇是否支援。顯示記憶體方面,G86核心最高支援GDDR4記憶體,而記憶體頻寬只有128bit,是高端G80的三分一。影像方面,支援第二代的PureVideo HD。
這個系列採用G84顯示核心,定位是中階。它擁有32個統一流處理器,16個Texture Filtering Unit,16個Texture Address Unit和 8個光柵操作單元。值得注意的是,在G80核心中,每個可程式化運算單元有4個Texture Addressing Unit;而在G84和G86核心中,每個可程式化運算單元有8個Texture Addressing Unit。所以G84和G86核心不是單純的從G80簡化而成。整個8600系列有兩款顯示卡形號,它們是Geforce 8600 GTS和8600 GT版本。當中的分別是GTS版本顯示核心和記憶體的頻率較高。還有,GTS版本是強制性支援HDCP,而GT版本則可有可無。顯示記憶體方面,G84核心最高支援GDDR4記憶體,而記憶體頻寬只有128bit,是高端G80的三分一。影像方面支援第二代的PureVideo HD。
G80於2006年11月8日推出。高階形號為GeForce 8800,核心擁有6億8千1百萬個電晶體,為上一代G70的兩倍。現時有三個高階形號,分別是Ultra、GTX和GTS版本。G80採用90納米製程由TSMC代工。GTX版本會取代GeForce 7950 GX2,GTS版本則取代GeForce 7900 GTX。GeForce 8800 GTX (G80-300) 擁有128個統一流處理器,64個Texture Filtering Unit,32個Texture Address Unit和 24個光柵操作單元。核心頻率是575MHz,但部份流處理器的頻率是1.35GHz,運算效能高達519 gigaflops。G80最高支援384-Bit顯示記憶體頻寬,最高顯示記憶體容量為768MB,預設顯示記憶體頻率是1.8GHz。 顯示卡長10.5吋,功耗達185W,需要兩組外接 6 pin 電源。
下一代G92核心的首張產品是8800 GT,2007年10月29日推出。核心以65納米製程生產,熱量更低,效能更高。顯示記憶體方面,支援256-bit頻寬。雖然頻寬比舊有的320-bit少,但成本可以大幅下降,只需要8顆記憶體就可以實現。事實亦證明,256-bit的效能與320-bit不相伯仲。值得注意的是,在9800 GT推出後,有廠商的8800 GT顯示卡只支援128-bit記憶體頻寬,流處理器的數量亦由112下降到96個,效能比9600 GSO更差,NVIDIA表示對此並不知情[3]。G92核心亦支援新的顯示卡介面PCI-E 2.0。影片播放加速方面,是第一張NVIDIA的高端顯示卡支援PureVideo HD技術。經過測試在預設頻率下效能已更勝同廠產品8800 GTS 320MB及8800 GTS 640MB,以及ATI的HD 2900 XT 512MB及HD 2900 Pro 512MB。而採用G92核心的新板8800 GTS,流處理器的數量亦有所提升,由96個增加到128個。紋理拾取單元的數量亦倍增。
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