Matrox G400

Matrox G400 是Matrox于1999年9月发布的一款图形加速卡，开发代号"Toucan"。这款产品2D质素比前代更高，并内置了支持Direct3D 6.0的3D加速器。3D方面亦新增支援环境映射。G400最大卖点就是高质素2D画质、3D环境映射、凹凸贴图和双显示输出，但其价格亦与G200一样高昂。

## 概述

Matrox G200 图形处理器曾是1998年市场上与各种2D和3D组合卡竞争的畅销产品。Matrox将G200项目所发展的技术进行改进并基本上将其翻倍，从而形成了G400处理器。这款新芯片具有多项创新特性，包括多显示器输出支持、高性能的全方位32位渲染管线、进一步改善的2D和视频加速能力，以及一种名为“环境映射凹凸贴图”（Environment Mapped Bump Mapping）的新3D功能。

G400 内部是一个256位处理器，采用 Matrox 称为“双总线”（DualBus）的架构。这是G200“双总线”（曾为 128 位）的演进。一个 Matrox“双总线”芯片内部由两条单向总线组成，每条负责将数据移入或移出芯片。这提高了芯片内各功能单元间数据流动的效率和带宽。G400的3D引擎包含两个并行像素管线，每个配备一个纹理单元，提供单次处理的双纹理能力。Millennium G400 MAX 在 166 MHz 的核心时钟速度下具备每秒333兆像素的填充率。它纯粹是 Direct3D 6.0 加速器，因此缺乏支持后续 Direct3D 7.0 卡硬件变换和光照加速（T&L）的能力。

芯片的外部内存接口为 128 位，设计用于使用SDRAM或SGRAM。Matrox 发布了G400的16MB和32MB版本，并且可以使用这两种显存。最慢的型号配备了166 MHz SDRAM，而最快的Matrox Millennium G400 DualHead MAX（简称G400 MAX）使用 200 MHz SGRAM。G400 MAX 在 NVIDIA GeForce 256 DDR版发布之前，拥有当时市面销售显卡中最高的内存带宽。

G400 最显著的特性之一是其能够驱动两台独立显示器以显示单一桌面。此功能被称为“双头”（DualHead），在当时是 Matrox 相对于竞争对手的决定性优势。“双头”能力不仅提供桌面扩展，还包含桌面克隆（两个屏幕显示相同内容）以及一种特殊的“DVDMAX”模式，可将视频叠加输出到第二台显示器。曾使得Matrox常年获奖的Powerdesk显示驱动程序和控制面板以非常灵活且功能强大的方式集成了“双头”功能，因其有效性而闻名于世，另外可通过外接专用扩展卡令G400支持DVI输出。然而，与视频模式的名称相反，G400不支持完整的DVD解码硬件加速。G400确实对DVD视频解码过程有部分支持，但它不在硬件上执行逆离散余弦变换（IDCT）或运动补偿（该过程的两个最耗时的步骤）。

G400芯片在硬件上支持一种基于纹理的表面细节处理方法，称为环境映射凹凸贴图（EMBM）。EMBM 实际上是由BitBoys Oy发明并授权给 Matrox 的。多个竞争对手如NVIDIA的GeForce 256至GeForce 2均不支持 EMBM，仅支持更简单的Dot-3 BM，而此功能在ATI Radeon (R100)（后更名为Radeon 7200）上可用。由于缺乏全行业支持以及当时有限的图形硬件成本限制，EMBM仅在G400时期得到有限使用。只有少数游戏支持此功能，例如《地牢守护者 2》和《千禧年士兵：消耗品》。EMBM需要在芯片内部拥有专用硬件进行计算，或需要更灵活且可编程的图形管线，如后来的 DirectX 8.0 加速器，例如 GeForce 3 和 Radeon 8500。

G400 的渲染管线采用了 Matrox 称为“鲜艳色彩质量 2"（VCQ2）的功能，所有内部 3D 计算均以 32 位精度完成。其目的是防止因计算精度不足而导致的抖动和其他伪影。结果是当时可用的最高质量的16位和32位颜色模式。

Matrox一直以其显卡上的高质量模拟显示输出而闻名，G400也不例外。G400曾是多年的模拟显示信号质量标杆，显著优于一些竞争对手（特别是 GeForce4 之前的 NVIDIA 显卡）。许多卡在模糊输出方面受限，尤其是随着分辨率和刷新率增加时，Matrox产品则提供了非常锐利清晰的图像。

G400是第一块兼容AGP 4X的 Matrox 板卡。大多数（REV. A）G400 板实际上仅支持2X模式，但后续版本（REV. B）完全符合4X标准，如果主板也具备能力的情况下，可运行在更高速度下。

G400的实际生产企业只有两家：Matrox公司的自产卡与唯一的第三方授权商技嘉公司。而技嘉公司所生产的G400系列显卡只能在技嘉公司自家生产的主板上使用。

## 性能

G400以高度依赖主机系统的CPU来实现高性能 3D 渲染而闻名。这既归因于其架构，也归因于其生命周期中大部分时间所依赖的糟糕驱动程序（尤其是OpenGL ICD）。就硬件而言，G400的三角形构建引擎，讽刺地被称为“Warp Engine”，实际上比竞争对手显卡上的同类组件慢一些。然而，Warp引擎是可编程的，这在理论上增强了芯片的灵活性。不幸的是，Matrox从未深入描述该组件的功能，因此人们对此知之甚少。

正如前述，G400在发布时因驱动程序问题而遭遇挫折。尽管其Direct3D性能令人印象深刻，但其OpenGL驱动程序（ICD）组件却非常糟糕。这种情况与较旧的G200几乎完全缺乏可信OpenGL支持的情况惊人地相似。然而，Matrox 明确表示致力于支持 OpenGL，开发进程迅速推进。G400最初像G200一样搭载了一个将应用程序的OpenGL调用转换为Direct3D的包装驱动程序（一种缓慢且充满缺陷的解决方案）。最终，名为"TurboGL"的原生 OpenGL 驱动程序发布，但它仅设计用于支持当时的几款热门游戏（例如 Quake3）。该驱动程序是功能完整的OpenGL ICD驱动程序的前身，旨在通过提供临时方案尽快提高性能。由于TurboGL不支持所有OpenGL应用程序，它本质上类似于3DFX为其Voodoo产品开发的"Mini ICD"。TurboGL还支持来自AMD和Intel当时较新的SIMD技术，包括 SSE1和3DNow！

2000年年中，G400获得了一个完全兼容的OpenGL ICD，在大多数支持OpenGL的软件中提供了强劲的性能。G400一直持续收到官方驱动程序更新，直至2006年。

尽管面临初始的驱动程序困难，Matrox G400依然极具竞争力。其 2D 和 Direct3D 性能足以与 NVIDIA RIVA TNT2、3dfx Voodoo3 以及 ATI Rage 128 Pro 相媲美。事实上，在支持 Direct3D 7.0 变换和光照加速的 NVIDIA GeForce 256 发布之前，Millennium G400 MAX就是一款表现出色的 Direct3D 显卡，可与Voodoo3 3500和TNT2 Ultra相媲美。3dfx凭借低开销的 Glide API 在某些游戏中占据优势，而 NVIDIA 长期以来则是 OpenGL 领域的王者。

## Matrox G450

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2000年秋，Matrox推出了代号为Condor的G450芯片，作为G400系列的继任者。正如G250之于G200一样，G450主要是将G400核心制造的制程从250纳米半导体工艺缩小至180纳米。通过缩小核心，工厂每片晶圆能生产更多芯片，从而降低成本；同时Matrox也有时间修正早期核心存在的错误，并裁剪或添加新功能。Matrox将G450核心频率设定为125 MHz，与普通的G400一致。超频测试显示，即使是在更新的制造工艺上制造，该核心的速度也无法超过G400。

G450最大的改进在于，Matrox将原本用于第二个显示器连接器（DualHead）的外部RAMDAC移入了G450芯片本身。不过RAMDAC的速率仍有差异，主通道运行在优秀的360 MHz，而副通道仅为230 MHz。这意味着主显示器支持的分辨率和刷新率远高于副显示器。这一点与G400相同。G450原生支持TMDS信号传输，从而兼容DVI接口，但这并非标准配置的连接器。出货的板卡配备的是双模拟VGA连接器。

G450采用了DDR SDRAM内存接口，取代了G400使用的旧式单数据速率（SDR）SGRAM和SDRAM。借此他们能够切换至64位内存总线，并通过将RAM再次以166 MHz的频率运行来利用DDR内存达到与之前相当的内存带宽。64位总线减少了板卡的复杂度（及成本），因为所需的走线更少；如果芯片仅针对64位总线设计，图形处理器的引脚数量也可能显著减少。然而，在相同带宽下，DDR的固有延迟高于SDR，因此性能有所下滑。

新款G450同样支持AGP 4X，如同某些后期生产的G400主板一样。G450的3D能力与G400完全一致。不幸的是，由于核心频率相同且内存带宽较低，G450在游戏性能上不如G400。

Marvel G450 eTV不仅配备了电视调谐器，也是Matrox新推出的eDualHead双显示器增强功能的平台。它为DualHead添加了一些新功能，配合Internet Explorer使用后可使网页同时显示在两个屏幕上。

## Matrox G550

MGA-G550 处理器增加了第二个像素流水线、硬件变换和光照加速功能以及 HeadCasting 引擎，这是一种用于加速矩阵调色板蒙皮的顶点着色器硬件实现。它是通过将 DirectX 8.0 指定的 96 个常量寄存器提升至总计 256 个来实现的。尽管具备此功能，DirectX驱动程序却无法访问它。Matrox 仅通过捆绑的 Matrox Digimask 软件支持 HeadCasting 功能，而该软件从未流行起来过。

2005 年 7 月 13 日，Matrox Graphics Inc. 宣布推出 Millennium G550 PCIe，这是世界上第一张PCI Express x1显卡。该卡使用 Texas Instruments XIO2000 桥接控制器来实现 PCI Express 接口支持。

## 未发布的产品

在 Matrox 显卡驱动程序（MGA64.sys v4.77.027）的一个发布版本中发现的资料提及了从未发布的 Matrox Millennium G800。代号为 Condor 2 的 MGA-G800 预计核心频率为 200 MHz，搭配 200 MHz DDR 显存（带宽为 6.4 GB/s）。该芯片拥有 3 个像素流水线，每个流水线配备 3 个纹理单元。它还配备了硬件变换与光照单元，能够每秒处理 2000 万至 3000 万个三角面。进一步的推测包括支持 DDR SDRAM 和 DDR FC-RAM 的内存控制器、对 DirectX 8.0 的兼容性以及运行在 250 MHz 的更快版本。这些规格与Matrox Parhelia颇为相似，因为Parhelia是一款拥有 4 个流水线且每个流水线配备 4 个纹理单元的 DirectX 8 GPU。

## 产品型号

型号｜核心代号｜制程｜核心频率 (MHz)｜内存频率 (MHz)｜管线配置｜T&L支持｜内存带宽｜备注

Millennium G400｜Toucan｜250 nm｜125｜166｜2:1｜否｜128-bit｜32 MB SGRAM 或 16 MB SGRAM/SDRAM

Millennium G400 MAX｜Toucan｜250 nm｜150｜200｜2:1｜否｜128-bit｜32 MB SGRAM. 需要风扇散热. 在GeForce 256 DDR出现前拥有最高的内存带宽3.2 GB/s

Marvel G400-TV｜Toucan｜250 nm｜125｜166｜2:1｜否｜128-bit｜16 MB SGRAM. 视频捕捉和TV接收功能。

Millennium G450｜Condor｜180 nm｜125｜166｜2:1｜否｜64-bit｜DDR SDRAM. 将第二个RAMDAC集成进核心。支持TMDS/DVI。

Marvel G450 eTV｜Condor｜180 nm｜2:1｜否｜64-bit｜TV接收，eDualHead功能支持。

Millennium G550｜Condor｜180 nm｜125｜166｜2:2:1｜是｜64-bit｜32 MB DDR SDRAM