電腦達人養成計畫 5-6:歷代 2D 圖形顯示介面介紹 (下) 1990 年代中後期

上節介紹完 Trident 與 Tseng Labs 這兩家在個人電腦 2D 圖形運算的發展過程中具有重要地位的公司之後,接下來時序來到 1995 年以後,在這五年之內 2D 圖形加速的發展幾乎達到極致,3D 圖形運算也開始走入一般人的世界中,性能上也開始有了飛躍性的成長。

個人電腦圖形發展史上最腥風血雨的五年

在上節裡我曾經提過,在 1990 年代的中後期,我們見證了 Trident 進入衰敗與 Tseng Labs 被 S3 Graphics 打敗最終被 ATI 收購的歷史,然而在這五年之內發生的事情遠遠不止這些。

這五年除了是個人電腦圖形發展史上最腥風血雨的五年之外,同時也是發展最為迅速、變化最多的五年,除了見證 2D 圖形的王者一個接一個跌下神壇之外,3D 圖形加速的烽火也在這五年之內正式引爆 (而且現今的龍頭 NVIDIA 也是在 1995 年端出了他們的第一款產品),有許多的廠商沒能撐過這些一關接著一關的考驗,在這五年之內如同燦爛的花火一般轉瞬即逝,管理階層每做錯一個決定 (甚至只是太晚下某些決定),都有可能使得一家產品銷售遍及全球的龐大公司在一瞬間之內應聲倒下。

本篇的主角主要有 S3 Graphics 與 ATI,隨著 Trident 與 Tseng Labs 相繼倒下,這兩間公司在 1990 年代中後期幾乎壟斷了整個 2D 圖形加速市場 (不過也沒能持續太久的時間),為了維持前後連貫所以我不會只談 1995 ~ 2000 年發生的事情,而是以整個 1990 年代來進行敘述。

S3 Graphics

S3G

1989-1991:草創時期

成立於 1989 年的 S3 Graphics 可以說是個人電腦圖形發展史上最戲劇化的公司之一,公司名稱的由來是 Start-up Number 3 的縮寫,同時也是 Sight、Sound、Speed 這三個字的組合,從創立以來就以設計 Windows 適用的 2D 圖形加速晶片為主要目標 (這個時期的 S3 Graphics 本身不生產、設計、販售顯示卡,僅專注於設計顯示晶片上),在經過兩年的研發之後推出了旗下的第一款產品-86C911 (命名由來是保時捷的 911 跑車,想強調這款晶片具有跑車一般的速度),由於 S3 Graphics 可以說是相當早期就全心投入 Windows 2D 圖形加速這個新領域進行研發,因此 86C911 可以算是最早的一批 Windows 2D 圖形加速晶片,更是世界上第一款整合式單晶片 GUI 圖形加速器。

86C911 搭配的記憶體類型為專為顯示用途設計的 VRAM (Video RAM),與一般的 DRAM 相比最大的不同為具有兩個通訊埠 (雙埠存取架構),一個用來與圖形處理器連接,另一個則是接到 RAMDAC 上,以滿足顯示卡高速切換與改變記憶體內容的需要,之後在同年年底 S3 Graphics 悄悄推出了增加對 24-bit 真彩模式支援並維持與 86C911 相同腳位定義的 86C924。

1992:逐步擴張

在 86C911 上市後一年 S3 Graphics 開始將觸角伸到中低階市場,並推出了 86C801 與 86C805 系列產品 (後者的差異是增加了對 VESA Local Bus 的支援能力),為了降低價格因此不選用 VRAM 記憶體而是使用一般的 DRAM 記憶體。

當時 ATI 主要還是針對中高階市場發展,而低階市場的主要對手則是 Trident,至於 Tseng Labs 則是穩居中階市場的主要廠商,而 S3 Graphics 當時就是以不錯的性能與相似的超低價位進攻 Trident 佔據的市場,而 Trident 有很長一段時間都沒能提出甚麼足以與之抗衡的產品,因此 Trident 的低價 (但也低效能) 策略很快就開始出現問題了,這使得採行低價搭配中上等級性能策略的 S3 Graphics 得以快速茁壯。

而在同時期 S3 Graphics 也端出了面向中高階市場的新產品-86C928,從名稱上不難看出這款產品是要接替 86C911 的位置,因此使用的是 VRAM 而非 DRAM,與 86C924 最大的差別在 86C928 可以支援在最高達 32-bit 的全彩模式下提供硬體加速能力,而不再僅能針對 24-bit 的真彩模式提供硬體加速。

1993-1994:第二代產品

在 1993 上半年裡 S3 Graphics 沒有甚麼太大的動作,僅將旗下的 86C805 與 86C928 分別推出搭配 PCI 介面的版本-805p 與 928p,其餘時間則用於準備在年底推出的第二世代產品-Vision 系列。

Vision 系列在 1993 年底推出了兩個成員,分別是接替 86C928 擔綱中高階市場的 Vision964 與接替 86C805 針對中低階市場而設計的 Vision864,主要的差異是將原先的 32-bit 匯流排寬度設計翻倍提高為 64-bit 帶來性能上的明顯提升,而 Vision964 與 Vision864 的主要差異與先前相同,在於 Vision964 採用成本較高但性能較佳的 VRAM 而非一般的 DRAM,並且將顯示記憶體的支援上限由 Vision864 的 4MB 提高為 8 MB。

而在隔年 S3 Graphics 又為 Vision 系列加入了兩個成員-Vision968 與 Vision868,基本上與 Vision964、Vision864 在特性上幾乎一致,唯二的差別是加入對 MPEG-1 影片解碼的硬體加速能力與拿掉向下相容 CGA、MDA、HGC 的功能。

在這個時期裡,S3 Graphics 侵蝕 Trident 市占率的情況越演越烈,而 Trident 在這段日子裡也始終沒能推出任何能夠與之抗衡的產品,在 S3 Graphics 步步進逼之下,Trident 還能擁有圖形晶片重要廠商地位的時日已經無多。

1995:大獲全勝的 Trio 系列

緊接著的 1995 年對 S3 Graphics 可以說是至關重要的一年,在這一年裡 S3 Graphics 推出了用於將 Trident 徹底打敗,並成為後來壓過 Tseng Labs 所需之重要資本的 Trio 系列。

Trio (三重奏的意思) 這個名稱的由來其實是在暗示這系列顯示晶片是採「三合一」的設計,將顯示運算核心、RAMDAC 與時脈產生器三者合併為單一的晶片,設計上是直接拿上代作品- Vision864 與 Vision868 做為基礎而來 (並不是採用 Vision968,因此整個 Trio 家族都無法搭配 VRAM 使用,僅能使用一般的 FPM/EDO DRAM 作為顯示記憶體)。

Trio 系列主要可分為維持 64 位元架構的 Trio64 與針對低價市場設計,將記憶體傳輸介面寬度減半為 32 位元、記憶體運作時脈減半為 32 MHz 的 Trio32 兩條產品線,不過後者並未獲得太大的市場迴響,至於前者則可分為 Trio64 (基於 Vision 864) 與 Trio64V+ (基於 Vision 868) 兩個版本。

而隨後 S3 Graphics 對熱賣的 Trio64 系列推出了增強版 Trio64V2,主要差異為增加了對垂直雙線性過濾技術的支援。

「三合一設計」可以說是 Trio 系列成功的最主要原因之一,由於高度整合因此 S3 Graphics 可以有效地壓低顯示卡成品卡的成本,進而帶來低價且高性能的產品,進而更加快速的吞食 Trident 所佔有的市場,儘管 Trident 也曾經推出性能較佳的產品試圖挽回情勢,但最終由於在真彩模式下性能仍然輸給 Trio 64V+ 而沒能成功。

而且如同前面提過的,Tseng Labs 一直沒能成功將 RAMDAC 整合到自家的顯示晶片內,於是最後的結局就是那個時代的電腦幾乎每台都能見到 S3 Graphics 的影子。

接下來關於 S3 Graphics 的故事基本上就屬於 3D 圖形加速的範疇了,因此我打算留待之後一併談 (其實也沒剩多少,畢竟如同前面寫到的,從 S3 Graphics 進入高峰的 1995、1996 年到陷入停滯最終被威盛科技 (VIA) 收購的 2000 年之間,也不過短短的四五年而已。

ATI Technologies, Inc.

接下來我們要看的是生存年代幾乎橫跨整個電腦圖形硬體加速發展史的 ATI,如同先前提過的,我一直沒有用很大的篇幅去談 ATI 的原因是很大程度上它們早期的產品是以「相容 IBM 官方產品」為主,因此並沒有很大力度的去推動自家的產品,但由於價格遠比 IBM 本家產品來得低廉,偶爾在性能上甚至得以超過 IBM 本家產品,因此在市佔率上 ATI 其實一直以來都是不容小覷的一間重要公司。

1985-1986:草創時期

ATI 在 1985 年創立,以個人電腦市場瞬息萬變的發展趨勢來說,除了生產處理器的 Intel 與 AMD 之外,硬體廠商能從 1980 年代一路存活到 21 世紀以後的例子其實並不多,ATI 更是顯示晶片廠商中少數能夠如此長壽的 (NVIDIA 還沒出生呢,比 ATI 更長壽的還有現今仍然生產顯示晶片的 Matrox,不過後期主要僅針對專業市場與伺服器領域)。

在 1987 年下半以前,ATI 主要的業務是為 IBM 與 Commodore 等電腦廠商提供主機板上的整合顯示晶片,而 ATI 首次將自行設計的晶片用於生產獨立顯示卡是從 1986 年開始的 CW16800 家族,以這系列晶片衍伸出來的顯示卡產品主要有 ATI Graphics Solution (相容於 HGC)、ATI Color Emulation Card (可以將 CGA 訊號轉成單色輸出到單色螢幕上)、隔年推出的 ATI Graphics Solution Plus (相容於 CGA、MDA 與 HGC) 系列等。

本系列的最後一款產品則是 1988 年推出的 Small Wonder Graphics Solution (下圖),這張卡的特性基本上與 Graphics Solution Plus (上圖) 相同,但整合度較高因此 PCB 體積相對小,成本亦較為低廉。

1986-1992:短命的 EGA 與長青的 VGA 時代

而從 1987 年開始 ATI 也生產了相容於 EGA 規範的 EGA Wonder 系列,使用自家的 16899 晶片與 CHIPS 生產的 P86C435 晶片組成 (ATI 自家的 16899 其實只是時脈產生器,真正的顯示核心反而是 CHIPS 做的 XD),移除了部分 HCG 功能但增加了 EGA 的支援能力,在當時以 399 美金的相對低價橫掃了市場,之後的升級版 EGA Wonder 800 則是加入了對 16 色 VGA 顯示模式與更高等級之 EGA 顯示模式的支援能力,比較特別的是 EGA Wonder 系列產品並不能自動偵測螢幕的類型,而是需要透過顯示卡上的 DIP Switch 切換。

之後的 EGA Wonder 800+ 則是唯一一款能透過螢幕接頭偵測螢幕類型的版本 (實際上是後來的 VGA Edge 改名並拿掉 VGA D-Sub 接頭的版本)。

而隨著 IBM 很快地推出 VGA 並在很短的時間內取代了 EGA,ATI 也在 1987 年內就推出了支援 VGA 標準的產品-ATI VIP (是 VGA Improved Performance 的縮寫,與 IBM 本家產品互別苗頭的意味可說是相當濃厚),可以相容 MDA、CGA、EGA、VGA 顯示模式 (需透過 DIP Switch 手動調整) 並支援 256 KB 的 DRAM 顯示記憶體,可用於 PC/XT 或相容型電腦上,不過可能是受到推出時程太趕的影響,ATI VIP Card 很快就在隔年被更加完善的型號取代了。

實際上在 1988 年推出的 VGA Wonder 系列才是 ATI 在 VGA 時代真正的核心產品 (當時人們甚至會認為有掛 Wonder 品牌的 ATI 產品才值得買),除了記憶體上限拉高為至多 512 KB 外,也加入了 SVGA 顯示模式的支援與自動偵測螢幕類型的能力,除此之外也在顯示卡上加入了一塊用於儲存設定的 EEPROM 記憶體,之後 ATI 還以 VGA Wonder 為基礎推出了簡化版的 VGA Edge 8 (不過銷量不甚理想)。

在同一年年底 ATI 又另外以 ATI VGA Wonder 為基礎推出了將記憶體傳輸通道寬度加倍為 16-bit 的 ATI VGA Wonder 16 及與之對應的低價版本 ATI VGA Edge 16。

比較奇特的是 VGA Wonder 16 上有一組 PS/2 滑鼠介面,由於資料不多所以站長我目前還不太知道這東西是幹嘛用的。

而在兩年後 (1990 年),為了對抗以 S3 Graphics 為首,使用 VRAM 提升顯示卡性能的作法,ATI 推出了採用 ATI 28800 系列晶片為基礎,能夠支援雙分頁記憶體存取模式與動態 CPU、CRT 交叉存取能力的 ATI VGA Wonder+,號稱能夠贏過使用 VRAM 記憶體的產品。

之後在 1990 到 1992 年之間 ATI 所推出的 VGA 顯示卡基本上都是以 VGA Wonder+ 為基礎修改而來,例如將滑鼠匯流排拿掉並精簡電路板大小的 VGA Integra、將 VGA Integra 的記憶體減半並使用較差的 RAMDAC 即成為更低階的 VGA Basic-16、以 VGA Basic-16 為基礎但補上記憶體擴充能力 (至多 512 KB) 的 VGA Charger 等。

除了前面列舉的簡化版之外也有幾種以 VGA Wonder+ 為基礎設計出的強化版本,例如換上更高階 RAMDAC 的 VGA Wonder XL,能夠提供 15 位元的色彩 (算是 ATI 的特規)、部分解析度模式下支援高達 72 Hz 的更新頻率等,記憶體大小上限亦增為 1 MB,後來還推出了整合 Creative SoundBlaster 音效卡的 VGA Stereo F/X (值得注意的是雖然名稱叫做 Stereo,但其實並不是真正的雙聲道音效,就是下圖這張有著恐怖長度的卡 XD),至於系列作當中最後的集大成則是在 1992 年發布的 ATI VGA Wonder XL24,是唯一可以支援高彩、真彩模式的 VGA Wonder 系列顯示卡。

1990 – 1994:蓬勃發展的 Mach 系列

由於初期的 ATI 基本上是完全跟著 IBM 的腳步在走,所以 IBM 推出 8514/A 的時候 ATI 也跟著推出了相容產品,也就是 Mach 系列的第一款產品 Mach 8,這是 ATI 第一款針對 Windows 優化的 2D 圖形加速卡,但與 8514/A 一樣本身只能處理 2D 圖形運算但無法提供 VGA 輸出,因此在初期 Mach 系列與 Wonder 系列是共存的關係,而且相對來說 ATI 當時的營收依然是主要來自 Wonder 系列。

而從 1991 年開始的 Graphics Vantage 與 Ultra (前者使用 DRAM,後者使用 VRAM) 則開始在顯示卡成品卡上加入一組 ATI 28800 VGA 顯示核心 (其實就是剛剛介紹過的 VGA Wonder+),Mach 系列也於此開始朝著逐步取代 Wonder 系列邁進 (不過由於 Wonder 這詞已經在前幾代打響名號了,因此接下來我們在 ATI 的產品中還會經常見到這個字)。

初期的 Mach 系列在商業上並未獲得成功,在 1991 年 ATI 甚至還把 Graphics Ultra 改名為 VGAWonder GT 以試圖提振疲軟的銷量,但 ATI 並未因此放棄,並緊接著在 1992 年推出第二代產品 Mach 32。

Mach 32 與前代產品在特性上差異相當明顯,之所以命名為 Mach 32 的原因是來自採用 32-bit 架構設計,且首次加入了 GUI 2D 圖形加速能力,且由於 ATI 參與了 VESA Local Bus 規格的制定,Mach 32 也順理成章成為了首批支援 VLB 介面的顯示卡,使用 Mach 32 晶片為基礎的顯示卡產品種類也不少,主要以 Graphics Wonder (DRAM) 與 Graphics Ultra+ (VRAM) 系列命名,可以搭配至多 2 MB 的顯示記憶體。

而在 1994 年推出的第三代產品 Mach 64 則是 ATI Mach 系列中歷來最為成功的一代,如同其名稱所暗示的,Mach 64 採用了 64-bit 架構設計,可以支援的顯示記憶體一舉提高到至多 8 MB 的 DRAM、VRAM 與 SGRAM (Synchronous graphics RAM,一種可以一次開啟兩個記憶體分頁以達成類似 VRAM 性能的特殊 SDRAM),在性能表現上相當優異,並加入了對 YUV-RGB 色彩空間轉壞、硬體加速縮放等早期的影像硬體加速功能,得以讓人們不必購買額外的硬體解碼器就能順暢撥放許多 AVI 與 MPEG-1 格式的影片。

Mach 64 在商業上獲得了極大的成功,讓 ATI 得以站穩腳步與 Tseng Labs 在接下來幾年內保持旗鼓相當的競爭關係,最終累積實力而得以在 1997 年將 Tseng Labs 收入麾下。

雖然 ATI 的故事還很長,不過由於接下來的故事幾乎都屬於 3D 圖形加速的範疇,因此我同樣打算留到之後再提。

獨立 2D 圖形加速時代的結束

在 S3 Graphics 推出 Trio 系列的後期,基本上 2D 圖形演算的性能已經超出實際的需要了,要做出能夠滿足各種 2D 運算需求的顯示卡並不困難 (2D 介面與遊戲的 3D 畫面運算需求量的差異可說是天差地別),而且成本顯得越來越低廉。

在電腦的發展歷史上,這樣的停滯預示了 2D 圖形加速卡的歷史即將走到盡頭,然而在這之前,當時人們的電腦是這樣配置的:

注意到有一條很粗的電線連結著兩張介面卡嗎?當時由於 2D 圖形加速卡與 3D 圖形加速卡是各自獨立的兩張介面卡,彼此之間並沒有內部管道可以直接互相溝通,因此當時的作法是這樣的:

CPU 對 2D 圖形加速卡下達指令 → 2D 圖形加速卡計算 2D 圖形的部分 → 2D 圖形加速卡透過 D-sub 接頭將 2D 畫面輸出給 3D 圖形加速卡 → CPU 對 3D 圖形加速卡下達指令 → 3D 圖形加速卡把 3D 畫面補上 → 輸出完整的畫面到螢幕上

以現在的眼光看起來大概會覺得這種做法很神經質吧?沒錯,人們很快就受不了這種做法了,畢竟這種做法有著高成本、效能低落、畫質低落、走線困難且混亂等各種缺點,於是人們腦筋很快就動到將 2D、3D 兩張圖形加速卡合而為一上,雖然初期歷經過一段跌跌撞撞 (途中有幾家廠商就這麼漸漸走入歷史了),但最終這種同時能夠處理 2D 與 3D 運算的顯示卡獲得了巨大的成功,因此 2D 圖形加速卡就再也沒有繼續存在的必要了。

Exit mobile version