GeForce 8系列

GeForce 8系列，代号G80，是NVIDIA的第八代GeForce显示芯片。在7900 GTX发布后八个月，NVIDIA于2006年11月推出GeForce 8800 GTX，它是建基于G80核心。G80是全球首款支援DirectX 10的显示芯片，核心的架构和技术比前代GeForce 7系列显示芯片有很大的不同。纵使它是为DirectX 10而设计，但由于架构的改进，G80在DirectX 9环境下仍可以发挥出强大的效能。

## DirectX 10的改进

虽然DirectX受人欢迎，但是DirectX 9的规格始终为游戏开发者带来限制。在图形API诞生前，当时的程式开发者能利用指令来控制显卡。但不同的架构就需要不同的指令，这就造成兼容性问题。为此，业界为了统一规格，就发展出最普遍的DirectX和OpenGL两种规格。纵使API能解决兼容性问题，但是衍生出新的问题。在3D环境中，所有东西都以物件方式存在，而物件的运算则顺序由程式、API和驱动程式之间传输。而CPU必须参与这个过程。物件愈多，CPU负荷愈重。所以物件数量不能过多，但画面质素就不能大幅提升。

新的DirectX 10则解决了这个问题。当物件第一次运算时，CPU会参与这个过程，但到了第二次时，CPU不会再参与这个过程。物件数量就能大幅提升，画质就能相应提高。

除了以上措施能减低CPU负担，DirectX 10亦新增了两个减低CPU负担的功能。

<image>

<image>

### 纹理阵列

以往，多纹理转换动作使用大量CPU资源。DirectX 10的纹理阵列功能能解决这个问题。在每个纹理阵列中，最多可以保存512个同样大小的纹理。纹理的最高分辨率由DirectX 9的4096x4096提升至8192x8192。每一个Shader能使用128个纹理，为上一代DirectX 9的8倍。Render Targets由4个增加到8个。所以在DirectX 10中，物件有更多细节，更富真实感。

### 绘制断言

在一个3D场景中，物件会遮住其他物件，不会在画面显示。预早侦测出不会在画面显示的物件，能减少不必要的运算，增加资源。虽然以往的显示核心已拥有这个功能，但始终有些物件不会被预早侦测。程式设计者会采用绘制断言这个技术，将物件制作成方块，当方块不能在前景中显示，就可以省下该物件的运算。过往这个过程需要CPU介入，但在DirectX 10中，显示核心完全负责这个过程，增加CPU资源。

### Shader Model 4.0

DirectX 10采用Shader Model 4.0版本，进一步减少资源限制。例如Register的资源不足问题。

以下为减少资源限制的措施的列表：

- Temporary Registers Buffers : 4096
- Constant Registers Buffers : 65536

### Higher Level Shading Lanagage(HLSL)

它在DirectX 9中首次出现。在DirectX 10中，会采用HLSL 10版本。亦新增纹理阵列功能（请参考上面）。

改进列表：

- 常数缓存：渲染过程中需要很多常数，来定义各样的参数，例如身件的位置，光线的颜色，观察者的位置等等。在渲染过程中，常数会不断被更新。更新时就需要到常数缓存。DirectX 10的常数缓存容量是DirectX 9的16倍，而且架构更有效率。
- Views：以往在顶点着色器的缓存无法被像素着色器利用，反之亦然。这就限制了很多资源的利用。DirectX 10就解决了这个问题。当资源被着色器建立后，就成为数据块，并且用Views结构标示出来。这样资源就可以以不同方式利用得到。例如图形数据被像素着色器处理成纹理数据，顶点着色器能将纹理数据处理成几何数据。这样资源就能够被灵活运用。
- Integer and Bitwise Instructions：不用将浮点数据转换成整数数据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，简易着色编程的线路计算。

### HDR

DirectX 10支援两种新的HDR模式。第一种采用11-Bit红色和绿色、10-Bit蓝色。另一种采用5-Bit共享运算，另加每一种颜色以9-Bit作尾数运算。新的HDR模式能增加资源使用效率。DirectX 10亦支援FP32，提高HDR质素。G80提供全新的128bit精度的HDR运算，并可与抗锯齿技术同时运作，让HDR+AA不再是ATI的专利。

### Geometry Shader（几何着色引擎）

DirectX 10首次加入Geometry Shader，功用是将点、线、及三角连接起来，以为此过程由顶点着色器负责。它能有效提升模板阴影特效、动态立方体贴图和位移贴图的执行效率。它能减少CPU的负担，增加系统资源。当顶点着色引擎产生出一组顶点数据后，随后的几何着色引擎能将数据化成最高1024个顶点，即是将数据顶点数据增多。几何着色引擎亦可将多余的顶点数据除去，增加显示核心的运算效率。

几何着色引擎能使位移贴图技术配合镶嵌图形技术。位移贴图十分常见，通常用于非即时3D渲染中。位移贴图的原理是首先建构一个简单的平面模型，然后增加顶点数量。显示核心会根据一张灰阶纹理，去将该平面模型立体化。而镶嵌图形技术则会把一个模型镶嵌更多多边形，增加细节。

上一代的DirectX 9并不可以完好的支援镶嵌图形技术。DirectX 10的几何着色引擎就解决了这个问题。位移贴图技术和镶嵌图形技术可一同进行运算，物件表面更真实。

此外，几何着色引擎的运算结果能直接传送到显示内存中，不用通过像素着色引擎，提升效率。将来，显示核心能集中处理物理运算。

### 其它DirectX 10的改进

- Alpha to coverage：复杂的几何图形通常会被透明多边形代替，例如树叶和铁丝网这些重复性很高的物件。想像一块平面，标示透明和不透明地方后，渲染后就成为铁丝网。但透明和不透明的连接地方会有很多锯齿，虽然利用Alpha渲染可以解决问题，但性能损失十分大。Alpha to coverage能减少性能损失。
- 阴影帖图过滤：减少阴影的锯齿，使之更柔和。
- Access to Multi-sampling Sub-Samples：可以存取MSAA的子样本，并控制它。

## 产品架构

<image>

<image>

GeForce 8采用统一管线结构。传统显示核心的架构分为顶点着色引擎和像素着色引擎。当顶点着色引擎负荷很重时，像素着色引擎可能闲置著，反之亦然。这就造成显示核心运算能力不被充分发挥，浪费资源。DirectX 10将顶点着色、几何着色和像素着色合并成一个渲染流程。所以每一个统一流处理器都能处理顶点、几何和像素数据，不会有闲置问题，效率显著提升。

G80显示核心拥有128个流处理器，每16个为一组，每一组有8个材质过滤单元和4个材质寻址单元，每一组流处理器都拥有L1和l2缓冲记忆体。G80可同时执行过千个执行绪，NVIDIA称之为GigaThread技术。某程度上，NVIDIA参考了ATI的设计，使其显示核心能进行异类运算工作，例如物理运算和影像编码。

物理运算方面，G80已作出强化，NVIDIA称之为Quantum Effects技术，效率比CPU高很多。

NVIDIA终于加入Early-Z技术，它的目的与绘制断言相似，但原理不一样。现先介绍一下Z缓存技术，通过测试像素深度和缓存数据比较，可测量到每一个像素的最后位置。若像素被其他像素遮挡住，被遮挡住的像素的数据则会被去掉。但很多无用的像素数据没有去掉，依然通过像素流水线，造成资源浪费。基于以往的技术限制，要预先侦测无用像素数据，必需通过整条像素流水线。Early-Z技术能解决这个问题。像素数据在进入像素着色器前，会预先被侦测，若果是无用的数据，就不用通过像素单位，省下资源。理论上，支援Early-Z技术的8800GTX比7900 GTX快4倍去筛选无用的像素数据。

G80可并行计算材质数据，而不用像以往的显示核心般，存有等待时间。

### Lumenex 引擎

G80的强化画质引擎称为Lumenex，它支援Anti-Aliasing（反锯齿技术）、High Dynamic Range和Anisotropic Filtering（各向异性过滤）。反锯齿方面，将同时利用覆盖采样和几何采样。这个新模式称为Coverage Sample Anti-aliasing(CSAA)，程度分为8x、8xQ、16x和16xQ。其中的Q版本画质较高。CSAA 16x的画质比常规反锯齿4x好，但是性能趺幅相近。纵使CSAA 16x影像质素高，但当游戏采用大量模板阴影时，会影响到CSAA运算效率。

各向异性过滤方面，G80加入了Angular LOD控制，能有效加强锐利度。

影像输出方面，G80支援10-Bit（十亿种色彩）影像输出，比上一代的8-Bit（一干六百万种色彩）影像输出质素大幅提升。但比ATI迟了一代。

### 第二代PureVideo HD

GeForce 8800系列显卡都支援HDCP（High-bandwidth Digital Content Protection）。HDCP会保护HDTV、Blu-Ray及HD-DVD的影像内容，防止非法拷贝。不支援HDCP的显卡，分辨率会强行由1080p降至540p。

暂时只有8800GT和8800GTS(G92,512MB)高阶显卡支援新一代PureVideo HD技术，首次支援高清影讯噪声消除和边缘强化技术。在HQV影像测试中，取得128分高分，为现时最佳成绩。它除了支援720p、1080i及1080p等分辨率外，并支援H.264、VC-1、WMV-HD及MPEG-HD硬件解码。

而G84和G86所支援的PureVideo HD技术更强，将所有影像解码工作交由显示核心（VP2）负责，大幅降低CPU占用率。亦新加入BitStream Processor，能够完全硬件解码H.264及部分硬件解码VC-1的影片。最后，加入了AES128运算引擎，就能硬件解码AACS，由于Windows Vista的关系，这种解码方式将被频繁使用，硬件解码就变得必要。

## 产品型号

### 桌面平台

#### GeForce 8100

是整合于MCP78S芯片组中的显示核心，有16个流处理器，核心频率为500 MHz，不支援PureVideo功能。

#### GeForce 8200

同GeForce 8100一样是整合于MCP78S芯片组中的显示核心，规格相同，但支援PureVideo功能。

#### GeForce 8300

是GeForce 8系列的最低端独立显卡。只会出现于OEM市场，并不会出现于零售市场。8300 GS把内存带宽降至64bit，更不支援PureVideo功能。

#### GeForce 8400系列

起初8400 GS(G86)的PureVideo HD是不可以支援VC-1硬件解码。之后，NVIDIA推出了采用新核心的8400 GS显卡。核心代号是G98，是继G92后的第二款采用65nm工艺制造的显示核心。核心由联电生产，核心频率是567MHz。新的核心，已新增支援VC-1硬件解码。所以，新的8400 GS已完整支援，H.264和VC-1解码。但是，HDCP Key Rom仍然未整合到显示核心中，须要另加芯片支援。HDMI方面，音频信号须透过SPIDF输入，显示核心仍然不像HD系列显卡般，能直接处理音频信号。另外，新版本的8400 GS显示核心只有8个流处理器，效能会比第一代差。

在2008年初，第三版的8400GS推出。这次使用与8600GT一样的G84核心，流处理器数量与G86一样。厂商亦会使用较高速的显示内存。

#### GeForce 8500系列

这个系列采用G86显示核心，定位是主流级。它拥有16个统一流处理器，8个Texture Filtering Unit，8个Texture Address Unit和 4个光栅操作单元。目前只有一款形号，就是GeForce 8500 GT。对于HDCP的支援，厂商可自由选择是否支援。显示内存方面，G86核心最高支援GDDR4内存，而内存带宽只有128bit，是高端G80的三分一。影像方面，支援第二代的PureVideo HD。

#### GeForce 8600系列

<image>

这个系列采用G84显示核心，定位是中端。它拥有32个统一流处理器，16个Texture Filtering Unit，16个Texture Address Unit和 8个光栅操作单元。值得注意的是，在G80核心中，每个可编程运算单元有4个Texture Addressing Unit；而在G84和G86核心中，每个可编程运算单元有8个Texture Addressing Unit。所以G84和G86核心不是单纯的从G80简化而成。整个8600系列有两款显卡形号，它们是Geforce 8600 GTS和8600 GT版本。当中的分别是GTS版本显示核心和内存的频率较高。还有，GTS版本是强制性支援HDCP，而GT版本则可有可无。显示内存方面，G84核心最高支援GDDR4内存，而内存带宽只有128bit，是高端G80的三分一。影像方面支援第二代的PureVideo HD。

#### GeForce 8800系列

<image>

G80于2006年11月8日推出。高阶形号为GeForce 8800，核心拥有6亿8千1百万个晶体管，为上一代G70的两倍。现时有三个高阶形号，分别是Ultra、GTX和GTS版本。G80采用90奈米制程由TSMC代工。GTX版本会取代GeForce 7950 GX2，GTS版本则取代GeForce 7900 GTX。GeForce 8800 GTX (G80-300) 拥有128个统一流处理器，64个Texture Filtering Unit，32个Texture Address Unit和 24个光栅操作单元。核心频率是575MHz，但部分流处理器的频率是1.35GHz，运算效能高达519 gigaflops。G80最高支援384-Bit显示内存带宽，最高显示内存容量为768MB，预设显示内存频率是1.8GHz。显卡长10.5吋，功耗达185W，需要两组外接 6 pin 电源。

- GeForce 8800 GTX需采用450W电源供应器驱动，若只插入一个电源接口，显卡会降低核心频率。纵使卡上拥有两个MIO接口，但现时只需接上一个接口即可开启SLI模式。显卡板上多了一颗芯片，名为NVIO-1。它负责所有显示输出，包括模拟和数码输出。未来若追加新显示输出制式，例如HDMI和VideoPort，就只需推出新的NVIO芯片，不需更改显示核心设计。
- GeForce 8800GTS (G80-100) 是G80核心的平价版本，核心与GTX版本相同，规格差异请看下表。它拥有96个统一流处理器，48个Texture Filtering Unit、24个Textyre Address Unit和20个光栅操作单元。显卡长9吋，功耗是150W，需采用400W电源供应器驱动，只需一组外接电源。卡上拥有一个MIO接口。
- GeForce 8800 Ultra (G80-450) 是新近推出的GTX升级版，Geforce 8800 Ultra的ASIC版本由8800 GTX的A2版本升级到A3版本，但仍旧只有128个统一流处理器，64个Texture Filtering Unit，32个Texture Address Unit和24个光栅操作单元。核心频率提高至612MHz，部分流处理器的频率是1.5GHz，运算效能高达576 gigaflops。显示内存容量与GTX同为 768MB，但因使用-0.8ns内存颗粒，预设显示内存频率高达2.16GHz。至于采用新制程的G80-400核心，就在耗电一环稍有进步。建议零售价与规格一样惊人，达 829美元。另外，它支援三路SLI。

下一代G92核心的首张产品是8800 GT，2007年10月29日推出。核心以65奈米制程生产，热量更低，效能更高。显示内存方面，支援256-bit带宽。虽然带宽比旧有的320-bit少，但成本可以大幅下降，只需要8颗内存就可以实现。事实亦证明，256-bit的效能与320-bit不相伯仲。值得注意的是，在9800 GT推出后，有厂商的8800 GT显卡只支援128-bit内存带宽，流处理器的数量亦由112下降到96个，效能比9600 GSO更差，NVIDIA表示对此并不知情。G92核心亦支援新的显卡界面PCI-E 2.0。视频播放加速方面，是第一张NVIDIA的高端显卡支援PureVideo HD技术。经过测试在预设频率下效能已更胜同厂产品8800 GTS 320MB及8800 GTS 640MB，以及ATI的HD 2900 XT 512MB及HD 2900 Pro 512MB。而采用G92核心的新板8800 GTS，流处理器的数量亦有所提升，由96个增加到128个。纹理拾取单元的数量亦倍增。

### 行动平台

- GeForce 8200M G，是整合于MCP77MV和MCP79MV行动芯片组中的显示核心，拥有8个流处理器，核心频率500 MHz。
- GeForce 8400M G，核心编号G86M，拥有8个流处理器，核心频率400 Mhz，最大显示内存64MB。
- GeForce 8400M GS，核心编号G86M，拥有16个流处理器，最大显示内存128MB，其他规格与8400M G相同。
- GeForce 8400M GT，核心编号G86M，拥有16个流处理器，核心频率600 Mhz，最大显示内存256MB。
- GeForce 8600M GS，核心编号G84M，拥有16个流处理器，其他规格与8400M GT相同。该显卡曾传出散热不良的问题，曾多次召回更换。下面核心代号相同的8600M GT和8700M GT也受牵连。
- GeForce 8600M GT，核心编号G84M，拥有32个流处理器，核心频率475 Mhz，最大显示内存512MB。
- GeForce 8700M GT，核心编号G84M，拥有32个流处理器，核心频率625 Mhz，其他规格与8600M GT相同。
- GeForce 8800M GTS，采用下一代65奈米显示核心G92M，拥有64个流处理器，核心频率500 Mhz，512位最大显示内存带宽。
- GeForce 8800M GTX，采用下一代65奈米显示核心G92M，拥有96个流处理器，核心频率500 Mhz，512位最大显示内存带宽。

## 参考条目

- GeForce 8系列规格列表
- GeForce 8 M系列规格列表
- Radeon R600

## 外部链接

- NVIDIA的GeForce 8系列
- Guru 3d Review of Geforce 8
- 中关村在线 - 离电影画质有多远？详谈DX10最新特效