引爆游戲視覺革命！NV助力游戲業發展
泡泡網顯卡頻道2月3日 1995年8月，微軟發布了Windows95操作系統，憑借嶄新的圖形交互式界面設計，很快席卷了全球個人電腦市場。在PC領域，微軟的成功是空前的，直接代動了相關硬件產品的需求,也使得全球的硬件軟件廠商都不得不向其靠攏。由于微軟的Windows95采用圖形交互式界面，對于顯示芯片有了更高的要求，這也使個人電腦市場的大幕正式揭開了！
當年NVIDIA在經過細致的市場分析之后，將研發的方向定位于市場前景廣闊的PC圖形芯片市場，并且決定加入對DirectX的支持。這無疑是個非常明智的選擇，在當時由于3DFX的GLIDE的成功，各家顯示芯片公司紛紛效仿，也想推出自己的3D API，例如，3dfx有GLIDE、PowerVR的PowerSGL、ATI的3DCIF，無疑使得微軟Direct 3D的推廣十分緩慢，NVIDIA此時選擇旗幟鮮明的站到了Direct 3D的一邊，從現在的眼光來看NVIDIA當時的做法非常具有前瞻性。
在Direct7時代，當時多邊形轉換和光照處理是由CPU負責的，大量復雜的數學運算對CPU造成了極大的負擔，而NVIDIA所推出的GeForce 256可以支持硬件T&L，也成為了第一個GPU圖形核心。一些以前必須由CPU來完成的圖形運算工作現在可以由GeForce256 GPU芯片獨立完成，大多數情況下具有完整的傳輸和光照相引擎的GPU運算速度比CPU快2-4倍，同時也有效地減輕了CPU的浮點運算負擔，減少了對CPU的依賴性。
轉眼又到了DX11時代，NVIDIA給我們帶來其首款DX11產品GTX480的時候，全新的架構設計與近乎完美的執行效率讓我們再次深刻的感受到NVIDIA在技術上的強大。NVIDIA的工程師為了讓DX11顯卡能夠真正體現出DX11的優勢，并沒有像當時AMD那樣僅僅是對上一代產品的架構進行升級，而是采用了全新的架構設計。
與當時簡單擴充規模加入DX11支持的RV870不同，GF100采用了全新的圖形架構，是近五年來GPU架構改進最大的一次，NVIDIA針對客戶和用戶的需求，大幅加強了對GPU并行計算和DX11圖形計算的優化支持，用當時NVIDIA的話說這是迄今為止最完美的GPU。
之所以進行這么大的改進是因為NVIDIA發現了GPU新的瓶頸：從NV30到GT200核心，GPU的渲染能力提升了150倍，但幾何性能的增長居然連3倍都不到！這個問題此前未能得到重視，因為游戲中的幾何圖形轉換大多交給CPU來計算，而到了DX11時代，新增的Tessellation技術對GPU幾何圖形處理能力提出了新的要求，此時如果繼續沿用上代架構顯然會制約DX11性能，成為新的瓶頸！
于是GF100架構應運而生了，NVIDIA沒有像對手那樣以新瓶裝舊酒的方式加入DX11支持，而是將整個GPU架構推倒重來，完全針對Tessellation技術而優化設計，確保擁有最強的DX11性能。
七個月之后，NVIDIA發布了GF100核心的改進版本——GF110，直接對應的零售產品就是GTX580。大家已經知道，GTX580從某種角度上來說是GTX480的改進版本，首先是彌補了GTX480在流處理器數量上的遺憾，從GTX480的480個流處理器提升到了512個流處理器，這樣在顯卡的3D性能上就有進一步的提升。
看過我們之前的GTX480架構解析的朋友應該知道，GTX480是通過在GF100核心上屏蔽了一組SM(流處理器簇)將原本的512個流處理器降到480個的。而在這個架構中，一個SM并不只是有32個流處理器，還包含16/48KB的動態分配緩存、4個紋理單元和一個多形體引擎。所以，GTX580相對于GTX480從硬件規格上來看并不僅僅是提升了32個流處理器，準確的說是提升了一個SM。
● 16/48KB動態分配緩存
GF100/GF110核心的緩存設計非常有意思，采用的是L1和共享緩存動態分配總容量為64KB緩存的設計，這部分緩存可配置為16KB的一級緩存+48KB共享緩存，或者是48KB一級緩存+16KB共享緩存。這種劃分方式完全是動態執行的，一個時鐘周期之后可自動根據任務需要即時切換而不需要程序主動干預。
一級緩存與共享緩存是互補的，共享緩存能夠為明確界定存取數據的算法提升存取速度，而一級緩存則能夠為一些不規則的算法提升存儲器存取速度。在這些不規則算法中，事先并不知道數據地址。
● 4個紋理單元
顧名思義，紋理單元就是專門用于渲染3D物體表面紋理的模塊，在圖形紋理越來越復雜的今天，紋理單元的重要性不言而喻。GTX580因為相對于GTX480增加了一組SM，所以紋理單元數量也得到了相應的增加。
在GF100/110架構中，每一組SM中包含4個紋理單元，完整版的核心中一共有16個SM，所以GTX580一共擁有64個紋理單元，而GTX480由于屏蔽了一組SM，所以只有60個紋理單元。
值得一提的是，GF100/110架構中的紋理單元直接集成到了SM內部，且每組SM中擁有獨立的紋理緩存(4個紋理單元共享這部分獨立的紋理緩存)，這樣的設計打破了之前紋理單元一直被設計在SM外圍的傳統，有效的提升了紋理效率。雖然從紋理單元的數量方面來說看起來比GT200架構還少，但實際效率卻高很多。
從本身的架構上來說，GF110和GF100其實并沒有本質的區別，內部的架構、功能模塊、晶體管規模等等都完全一樣，但NVIDIA這一次為什么不說GTX580是完整版的GF100核心，而是被命名為GF110核心呢？
● 工藝改進
“工藝改進”這幾個字聽起來并沒有什么殺傷力，首先它不能像架構升級那樣帶來全新的功能和非常明顯的運行效率的提升，也不能像升級核心規模那樣帶來明顯的性能提升，工藝改進確實是一個對于普通消費者不痛不癢的改進。
但對于NVIDIA以及任何芯片設計公司來說，改進工藝都是他們非常重視的一件事情，也同樣是芯片生產廠商(這里特指臺積電)非常重視的事情。改進工藝可以讓生產效率得以提高、可以讓良品率更有保障、甚至可以讓芯片的性能更加出色。
GTX580所采用的GF110就是一款采用改進的40nm工藝制程的芯片，改進后的工藝給我們帶來了更低的功耗、更低的溫度以及更好的執行效率。
上圖是NVIDIA公布的GTX580官方PDF中的一頁內容，NVIDIA將GF110模擬成了480個流處理器，且頻率也和GTX480保持一樣，大家可以將上圖中的GTX580當作GF110版本的GTX480來看待。經過NVIDIA官方的測試，即使流處理器數量、頻率都和GTX480一樣，改進工藝后的GF110都可以帶來非常明顯的性能提升，個別游戲性能提升幅度超過10%。
而上面這張柱狀圖體現的是真正擁有512個流處理器以及更高頻率的GTX580相對于GTX480的性能提升，可以看到在改進工藝的基礎上再提升頻率和流處理器數量之后，GTX580的威力非常強大，不少游戲性能提升幅度高達30%，大多數游戲性能提升幅度都達到20%。除此之外，工藝的改進還可能修復一些芯片可能存在的缺陷，從工藝更新這一點來看，GF110算是一款“全新”的產品。
2010年7月12日NVIDIA發布了一款專為游戲所打造的顯卡核心——GF104。在GF104發布之前，大家都以為NVIDIA會把GF100核心的主要規格全部減半，從而制造出一顆擁有256SP 256Bit的主流核心。事實上之前國內外的媒體都是這樣猜測的，因為GF100模塊化四核心的設計，很容易將其“拆分為”規模大小不一的中低端核心：
但NVIDIA卻沒有這樣做，最終GF104核心的規模出乎所有人的預料！之前NVIDIA為了提升GPU并行計算的效率，像CPU那樣不惜成本的設計了大容量L2。L2對于性能的貢獻主要集中在密集型計算任務當中，而對于普通的圖形渲染來說，貢獻就非常小了。那么如果將這些L2的容量進一步壓縮，把節約出來的晶體管都變成CUDA核心的話，那么圖形渲染性能將會得到顯著提升。
NVIDIA對一顆次高端的GPU核心進行了重新設計，雖然沿用了GF100優秀的架構，但在微觀架構上進行了諸多改良，其最終目的就是以最小的代價，獲得最高的游戲性能，為挑剔的游戲玩家提供最具性價比的選擇。
雖然GF104大紅大紫，NVIDIA卻是如鯁在喉。因為GTX460 1GB、768MB以及后來的SE三個版本，他們顯存容量、位寬或是SM單元都有所消減，是工藝的限制讓NVIDIA不得不屏蔽部分模塊來保證良品率。
和GF110的情況相同在經歷了七月之癢，NVIDIA終于完成了未盡之事，推出了GF104核心的完整版——GF114，GF114相對于GF104來說工藝更加完善，細節的優化讓新核心、Shader以及顯存頻率方面都得到了大幅度的提高。從規格上看，GTX560Ti就是GTX460的完整版本，流處理器提升到了384個、顯存控制器也得以補全。
七彩虹所推出的擁有超高默認頻率的iGame九段560Ti
但是這七個月英偉達自然不是坐等臺積電工藝成熟，GF114的改進也絕對不僅僅是開核SM這么簡單。相對于GTX460，新產品還有別的優化。相對于GTX460來說，GTX560Ti在核心、Shader以及顯存頻率方面都得到了大幅度的提高。
記得在GTX460發布的時候，有無數玩家對這款產品的頻率都非常不滿。一是核心頻率和Shader頻率較低(675/1350)，二是顯存頻率也和AMD的同級別產品差距太大。對高端顯卡比較了解的朋友應該知道，AMD凡是采用GDDR5顯存的產品，默認顯存頻率都超過了4000MHz，而NVIDIA此前最高端的GTX480顯存頻率都只有3696MHz。
NVIDIA公布的GTX560Ti官方PDF
這張柱狀圖體現的是擁有384個流處理器以及更高頻率的GTX560Ti相對于GTX460的性能提升，可以看到在改進工藝的基礎上再提升頻率和流處理器數量之后，GTX560Ti的威力非常強大，很多數游戲性能提升幅度約30%，個別甚至達到40%之多！
PhysX是NVIDIA的一大法寶，在NVIDIA DX11顯卡面世之前，舊的N卡正是憑借該技術與A卡相抗衡。通過筆者此前的網友調查來看，雖然PhysX的關注度沒有DX11那么高，但還是擁有很多忠實的用戶，一些玩家為了同時追求DX11與PhysX，費盡心機通過破解雜交的方式來讓N卡和A卡協同工作。
《地鐵2033》：同時支持DX11和PhysX
此前想要實現物理效果必須購買專用的物理加速卡，而NVIDIA收購了Ageia公司之后，將PhysX技術以完全免費的形式附送給了GeForce顯卡，讓N卡用戶多了一個非常炫的功能。
NVIDIA在游戲界有著舉足輕重的影響力，和眾多游戲開發商保持著密切的合作關系，大名鼎鼎的“The Way”計劃就保證了N卡在幾乎所有游戲大作中都有著良好的性能發揮。PhysX物理引擎被NVIDIA收入囊中之后，原本屈指可數的物理游戲逐漸開花結果，以《鏡之邊緣》、《蝙蝠俠》、《黑暗虛空》為代表的一些重量級大作開始使用PhysX物理引擎，影響力非同小可。
國產FPS網游MKZ中爆炸、破壞、玻璃和布料使用了PhysX技術
而且，中國本土游戲開發商也開始使用PhysX引擎來增強畫面，比如《MKZ鐵甲突襲》和《劍網3》都內置了PhysX支持，可見PhysX技術顯然要比其它同類物理技術更易用一些。
國產網游《劍網3》中，使用PhysX實現了逼真的衣物和布料效果
雖然物理加速技術還沒有一個統一的標準，但PhysX無論從游戲數量還是畫面效果方面，都更勝一籌。隨著使用PhysX引擎的游戲越來越多，少有的PhysX顯然將會成為事實上的標準。
早在多年以前，NVIDIA就正式發布了3D Vision立體顯示技術，并且聯合顯示器廠商推出了120Hz的3D顯示器，為廣大游戲玩家帶來了真正切實可用的3D立體解決方案。到了今年，多部重量級3D電影巨作的上映，讓更多的用戶一睹立體顯示的震撼效果，直接推動了3D立體的需求，2010成為了3D立體元年。
確實，3D游戲發展至今，畫面很難會有質的提升，但3D Vision技術的引入可以給人眼前一亮的感覺，可以說又是一場視覺革命：
NVIDIA經過多年的發展，產品和技術方面已經非常成熟了，目前幾乎所有的PC游戲都能近乎完美的支持3D Vision技術，配以3D眼鏡和120Hz顯示器的話，就能得以完美呈現。此前之所以未能得到普及，是因為用戶了解還不夠多，另外3D顯示設備量價都不如人意，而現在時機成熟了。
如今，所有的PC游戲都能支持3D Vision技術，所有的2D普通電影都可以通過PowerDVD搭配CUDA技術實時虛擬成3D影片，片源也不再是問題。加之今年3D顯示器如雨后春筍般出現在市場上，價格已經貼近主流，普通用戶組建一套3D PC不再是癡人說夢。
為了能夠在游戲中發揮最大的效能，NVIDIA不僅僅在自身的硬件以及軟件上下功夫，還早在FX5000系列時代就開展了游戲之道（The way It''s Meant to be Played）計劃。NVIDIA的工作人員在相關游戲的開發初期就深入到游戲開發商那里，協助開發人員對游戲的執行代碼進行優化消除BUG并推出新版的驅動程序，以便提升兼容性和執行效率，使最終玩家能夠得到非常好的的游戲體驗。
NVIDIA游戲之道被稱作是目前在全球最大的游戲開發商支持計劃。通過這一項目，NVIDIA在每一個新的硬件平臺出現時，就會把這些硬件的平臺交給游戲開發商，幫助游戲開發商在未來的平臺上去優化新的游戲，此外，NVIDIA還幫助游戲開發商在不同的開發階段進行測試，并優化游戲的過程，優化所有能夠充分地利用未來硬件平臺的計算能力和潛在的功能，最終給用戶提供最好的體驗。
據悉，在過去幾年中，隨著NVIDIA游戲之道在全球各個國家的不斷實施，越來越多的新游戲和新應用在這個平臺上應運而生，并且借助這個平臺實現了更好的視覺效果，給玩家提供更好的游戲體驗。目前，NVIDIA游戲之道已與全球200多家游戲廠商、400多款游戲有著合作。
在中國，NVIDIA在上海和深圳成立了兩個研發中心，研發中心的一個重要目的，就是不斷地開發硬件平臺，并把這些硬件平臺交給國內的軟件開發商，幫助其推出圖形和視覺效果更豐富的游戲。為支持“游戲之道”，NVIDIA目前在全球有一個上百人規模的技術支持團隊，工作就是去幫助游戲開發商更好的完善游戲開發。
NVIDIA目前擁有超過100位的軟件/驅動技術開發工程師，已經與NVIDIA的硬件開發團隊相當，這在業界都是遠遠領先的水平。他們主要負責先進的圖形技術研發，包括多核心并聯的性能優化，CUDA并行運算開發，3DVision立體顯示技術的開發，PhysX物理加速的開發和推廣，完善超過100種效果的著色器庫建立。通過這些努力工作的軟件開發人員，我們始終能在NVIDIA的顯卡上發現新功能。
近幾年來NVIDIA的產品已經從最開始的單純圖形加速卡，發展成為具備CUDA并行運算能力的通用加速卡，再到可以實現PhysX物理加速技術的物理游戲卡，再到支持3DVision立體幻境技術的3D游戲顯卡，NVIDIA始終通過增加自身功能讓用戶體驗到最新最棒的視覺體驗，這在整個顯卡發展史上都堪稱前無古人的壯舉。
總的來說，NVIDIA對游戲以及相關產業的發展起了積極的推動作用。同時NVIDIA也為廣大玩家不斷提供性能更高附加功能更加全面的產品，為高品質游戲體驗奠定了堅實基礎。■<
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