NVIDIA GeForce 8

GeForce 8系列，代號G80，是NVIDIA的第八代GeForce顯示晶片。在7900 GTX发布后八个月，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，核心的架构和技术比前代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环境下仍可以發揮出強大的效能。 虽然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，這就造成兼容性問題。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能解決兼容性問題，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的纹理阵列功能能解決這個問題。在每个纹理阵列中，最多可以保存512個同样大小的纹理。纹理的最高解像度由DirectX 9的4096x4096提升至8192x8192。每一個Shader能使用128個纹理，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： Temporary Registers Buffers : 4096 Constant Registers Buffers : 65536 它在DirectX 9中首次出現。在DirectX 10中，會採用HLSL 10版本。亦新增纹理阵列功能（請參考上面）。 改进列表： 常數缓存：渲染過程中需要很多常數，来定义各样的参数，例如身件的位置，光线的颜色，觀察者的位置等等。在渲染過程中，常數會不斷被更新。更新時就需要到常數缓存。DirectX 10的常數缓存容量是DirectX 9的16倍，而且架构更有效率。 Views：以往在頂點著色器的缓存無法被像素著色器利用，反之亦然。这就限制了很多资源的利用。DirectX 10就解決了這個問題。当资源被著色器建立後，就成為数据块，並且用Views结构标示出來。這樣资源就可以以不同方式利用得到。例如图形数据被像素著色器处理成纹理数据，頂點著色器能將纹理数据处理成几何数据。這樣资源就能夠被靈活運用。 Integer and Bitwise Instructions：不用將浮点數據转换成整数數據就能直接进行整数算法，GPGPU的处理能力就能提高。 Switch Statement：支持转换陈述，簡易著色编程的线路计算。 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共享運算，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，以為此過程由頂點著色器負責。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。當頂點著色引擎產生出一組頂點數據後，隨後的幾何著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。幾何著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。 幾何著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渲染中。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的幾何著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，幾何著色引擎的運算結果能直接傳送到顯示記憶體中，不用通過像素著色引擎，提升效率。將來，顯示核心能集中處理物理運算。 Alpha to coverage：复杂的几何图形通常会被透明多边形代替，例如树叶和鐵絲網這些重复性很高的物件。想像一塊平面，標示透明和不透明地方後，渲染後就成為鐵絲網。但透明和不透明的连接地方會有很多锯齿，雖然利用Alpha渲染可以解决問題，但性能损失十分大。Alpha to coverage能減少性能损失。 阴影帖图过滤：減少阴影的锯齿，使之更柔和。 Access to Multi-sampling Sub-Samples：可以存取MSAA的子样本，並控制它。 GeForce 8採用統一管線結構。傳統顯示核心的架構分為頂點著色引擎和像素著色引擎。當頂點著色引擎負荷很重時，像素著色引擎可能閒置著，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將頂點著色、幾何著色和像素著色合併成一個渲染流程。所以每一個統一流处理器都能處理頂點、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個流处理器，每16個為一組，每一組有8個材质过滤单元和4個材质寻址单元，每一組流处理器都擁有L1和l2緩衝記憶体。G80可同時執行過千個執行緒，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缓存技术，通过测试像素深度和缓存数据比较，可測量到每一个像素的最后位置。若像素被其他像素遮挡住，被遮挡住的像素的數據则會被去掉。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著色器前，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倍去篩選无用的像素數據。 G80可并行计算材质數據，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（各向异性过滤）。反鋸齒方面，將同時利用覆盖采样和几何採樣。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的画质比常规反锯齿4x好，但是性能趺幅相近。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。 各向异性过滤方面，G80加入了Angular LOD控制，能有效加强锐利度。 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，能夠完全硬體解碼H.264及部分硬體解碼VC-1的影片。最後，加入了AES128運算引擎，就能硬體解碼AACS，由於Windows Vista的關係，這種解碼方式將被頻繁使用，硬體解碼就變得必要。 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系列的最低端獨立顯示卡。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硬體解碼。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硬體解碼。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，音頻信號須透過SPIDF輸入，顯示核心仍然不像HD系列顯示卡般，能直接處理音頻信號。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。 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，定位是中端。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，每個可編程運算單元有4個Texture Addressing Unit；而在G84和G86核心中，每個可編程運算單元有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奈米制程由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。 GeForce 8800 GTX需採用450W電源供應器驅動，若只插入一個電源接口，顯示卡會降低核心頻率。縱使卡上擁有兩個MIO接口，但現時只需接上一個接口即可開啟SLI模式。顯示卡板上多了一顆晶片，名為NVIO-1。它負責所有顯示輸出，包括模擬和數碼輸出。未來若追加新顯示輸出制式，例如HDMI和VideoPort，就只需推出新的NVIO晶片，不需更改顯示核心設計。 GeForce 8800GTS (G80-100) 是G80核心的平價版本，核心與GTX版本相同，規格差異請看下表。它擁有96個統一流處理器，48個Texture Filtering Unit、24個Textyre Address Unit和20個光柵操作單元。顯示卡長9吋，功耗是150W，需採用400W電源供應器驅動，只需一組外接電源。卡上擁有一個MIO接口。 GeForce 8800 Ultra (G80-450) 是新近推出的GTX升級版，Geforce 8800 Ultra的ASIC版本由8800 GTX的A2版本升级到A3版本，但仍舊只有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。核心頻率提高至612MHz，部份流處理器的頻率是1.5GHz，運算效能高達576 gigaflops。顯示記憶體容量與GTX同為 768MB，但因使用-0.8ns記憶體顆粒，預設顯示記憶體頻率高達2.16GHz。至於採用新製程的G80-400核心，就在耗電一環稍有進步。建議零售價與規格一樣驚人，達 829美元。另外，它支援三路SLI。 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奈米製程生產，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。G92核心亦支援新的顯示卡介面PCI-E 2.0。視頻播放加速方面，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。纹理拾取单元的數量亦倍增。 GeForce 8200M G，是整合於MCP77MV和MCP79MV行動晶片組中的顯示核心，擁有8個流處理器，核心頻率500 MHz。 GeForce 8400M G，核心編號G86M，擁有8個流處理器，核心頻率400 Mhz，最大顯示記憶體64MB。 GeForce 8400M GS，核心編號G86M，擁有16個流處理器，最大顯示記憶體128MB，其他規格與8400M G相同。 GeForce 8400M GT，核心編號G86M，擁有16個流處理器，核心頻率600 Mhz，最大顯示記憶體256MB。 GeForce 8600M GS，核心編號G84M，擁有16個流處理器，其他規格與8400M GT相同。該顯卡曾傳出散熱不良的問題，曾多次召回更換。下面核心代號相同的8600M GT和8700M GT也受牽連。 GeForce 8600M GT，核心編號G84M，擁有32個流處理器，核心頻率475 Mhz，最大顯示記憶體512MB。 GeForce 8700M GT，核心編號G84M，擁有32個流處理器，核心頻率625 Mhz，其他規格與8600M GT相同。 GeForce 8800M GTS，採用下一代65奈米顯示核心G92M，擁有64個流處理器，核心頻率500 Mhz，512位最大顯示記憶體頻寬。 GeForce 8800M GTX，採用下一代65奈米顯示核心G92M，擁有96個流處理器，核心頻率500 Mhz，512位最大顯示記憶體頻寬。 GeForce 8系列規格列表 GeForce 8 M系列規格列表 Radeon R600 存档副本. [2006-11-12]. （原始内容存档于2006-11-18）.  三英战吕布！入门级HD3450对决8400GS. [2008-06-02]. （原始内容存档于2008-07-24）.  小心 市场可能出现缩水版8800 GT显卡. [2008-08-02]. （原始内容存档于2016-03-04）.  维基共享资源中相关的多媒体资源：NVIDIA GeForce 8 NVIDIA的GeForce 8系列（页面存档备份，存于互联网档案馆） Guru 3d Review of Geforce 8（页面存档备份，存于互联网档案馆） 中关村在线 - 离电影画质有多远？详谈DX10最新特效（页面存档备份，存于互联网档案馆）