Matrox G400

Matrox G400 是Matrox於1999年9月發布的一款圖形加速卡，開發代號"Toucan"。這款產品2D質素比前代更高，並內置了支持Direct3D 6.0的3D加速器。3D方面亦新增支援環境映射。G400最大賣點就是高質素2D畫質、3D環境映射、凹凸貼圖和雙顯示輸出，但其價格亦與G200一樣高昂。

## 概述

Matrox G200 圖形處理器曾是1998年市場上與各種2D和3D組合卡競爭的暢銷產品。Matrox將G200項目所發展的技術進行改進並基本上將其翻倍，從而形成了G400處理器。這款新晶片具有多項創新特性，包括多顯示器輸出支持、高性能的全方位32位渲染管線、進一步改善的2D和影片加速能力，以及一種名為「環境映射凹凸貼圖」（Environment Mapped Bump Mapping）的新3D功能。

G400 內部是一個256位處理器，採用 Matrox 稱為「雙總線」（DualBus）的架構。這是G200「雙總線」（曾為 128 位）的演進。一個 Matrox「雙總線」晶片內部由兩條單向總線組成，每條負責將數據移入或移出晶片。這提高了晶片內各功能單元間數據流動的效率和帶寬。G400的3D引擎包含兩個並行像素管線，每個配備一個紋理單元，提供單次處理的雙紋理能力。Millennium G400 MAX 在 166 MHz 的核心時鐘速度下具備每秒333兆像素的填充率。它純粹是 Direct3D 6.0 加速器，因此缺乏支持後續 Direct3D 7.0 卡硬體變換和光照加速（T&L）的能力。

晶片的外部記憶體接口為 128 位，設計用於使用SDRAM或SGRAM。Matrox 發布了G400的16MB和32MB版本，並且可以使用這兩種顯存。最慢的型號配備了166 MHz SDRAM，而最快的Matrox Millennium G400 DualHead MAX（簡稱G400 MAX）使用 200 MHz SGRAM。G400 MAX 在 NVIDIA GeForce 256 DDR版發布之前，擁有當時市面銷售顯卡中最高的記憶體帶寬。

G400 最顯著的特性之一是其能夠驅動兩台獨立顯示器以顯示單一桌面。此功能被稱為「雙頭」（DualHead），在當時是 Matrox 相對於競爭對手的決定性優勢。「雙頭」能力不僅提供桌面擴展，還包含桌面克隆（兩個螢幕顯示相同內容）以及一種特殊的「DVDMAX」模式，可將影片疊加輸出到第二台顯示器。曾使得Matrox常年獲獎的Powerdesk顯示驅動程序和控制面板以非常靈活且功能強大的方式集成了「雙頭」功能，因其有效性而聞名於世，另外可通過外接專用擴展卡令G400支持DVI輸出。然而，與影片模式的名稱相反，G400不支持完整的DVD解碼硬體加速。G400確實對DVD影片解碼過程有部分支持，但它不在硬體上執行逆離散餘弦變換（IDCT）或運動補償（該過程的兩個最耗時的步驟）。

G400晶片在硬體上支持一種基於紋理的表面細節處理方法，稱為環境映射凹凸貼圖（EMBM）。EMBM 實際上是由BitBoys Oy發明並授權給 Matrox 的。多個競爭對手如NVIDIA的GeForce 256至GeForce 2均不支持 EMBM，僅支持更簡單的Dot-3 BM，而此功能在ATI Radeon (R100)（後更名為Radeon 7200）上可用。由於缺乏全行業支持以及當時有限的圖形硬體成本限制，EMBM僅在G400時期得到有限使用。只有少數遊戲支持此功能，例如《地牢守護者 2》和《千禧年士兵：消耗品》。EMBM需要在晶片內部擁有專用硬體進行計算，或需要更靈活且可編程的圖形管線，如後來的 DirectX 8.0 加速器，例如 GeForce 3 和 Radeon 8500。

G400 的渲染管線採用了 Matrox 稱為「鮮艷色彩質量 2"（VCQ2）的功能，所有內部 3D 計算均以 32 位精度完成。其目的是防止因計算精度不足而導致的抖動和其他偽影。結果是當時可用的最高質量的16位和32位顏色模式。

Matrox一直以其顯卡上的高質量模擬顯示輸出而聞名，G400也不例外。G400曾是多年的模擬顯示信號質量標杆，顯著優於一些競爭對手（特別是 GeForce4 之前的 NVIDIA 顯卡）。許多卡在模糊輸出方面受限，尤其是隨著解析度和刷新率增加時，Matrox產品則提供了非常銳利清晰的圖像。

G400是第一塊兼容AGP 4X的 Matrox 板卡。大多數（REV. A）G400 板實際上僅支持2X模式，但後續版本（REV. B）完全符合4X標準，如果主板也具備能力的情況下，可運行在更高速度下。

G400的實際生產企業只有兩家：Matrox公司的自產卡與唯一的第三方授權商技嘉公司。而技嘉公司所生產的G400系列顯卡只能在技嘉公司自家生產的主板上使用。

## 性能

G400以高度依賴主機系統的CPU來實現高性能 3D 渲染而聞名。這既歸因於其架構，也歸因於其生命周期中大部分時間所依賴的糟糕驅動程序（尤其是OpenGL ICD）。就硬體而言，G400的三角形構建引擎，諷刺地被稱為「Warp Engine」，實際上比競爭對手顯卡上的同類組件慢一些。然而，Warp引擎是可編程的，這在理論上增強了晶片的靈活性。不幸的是，Matrox從未深入描述該組件的功能，因此人們對此知之甚少。

正如前述，G400在發布時因驅動程序問題而遭遇挫折。儘管其Direct3D性能令人印象深刻，但其OpenGL驅動程序（ICD）組件卻非常糟糕。這種情況與較舊的G200幾乎完全缺乏可信OpenGL支持的情況驚人地相似。然而，Matrox 明確表示致力於支持 OpenGL，開發進程迅速推進。G400最初像G200一樣搭載了一個將應用程式的OpenGL調用轉換為Direct3D的包裝驅動程序（一種緩慢且充滿缺陷的解決方案）。最終，名為"TurboGL"的原生 OpenGL 驅動程序發布，但它僅設計用於支持當時的幾款熱門遊戲（例如 Quake3）。該驅動程序是功能完整的OpenGL ICD驅動程序的前身，旨在通過提供臨時方案儘快提高性能。由於TurboGL不支持所有OpenGL應用程式，它本質上類似於3DFX為其Voodoo產品開發的"Mini ICD"。TurboGL還支持來自AMD和Intel當時較新的SIMD技術，包括 SSE1和3DNow！

2000年年中，G400獲得了一個完全兼容的OpenGL ICD，在大多數支持OpenGL的軟體中提供了強勁的性能。G400一直持續收到官方驅動程序更新，直至2006年。

儘管面臨初始的驅動程序困難，Matrox G400依然極具競爭力。其 2D 和 Direct3D 性能足以與 NVIDIA RIVA TNT2、3dfx Voodoo3 以及 ATI Rage 128 Pro 相媲美。事實上，在支持 Direct3D 7.0 變換和光照加速的 NVIDIA GeForce 256 發布之前，Millennium G400 MAX就是一款表現出色的 Direct3D 顯卡，可與Voodoo3 3500和TNT2 Ultra相媲美。3dfx憑藉低開銷的 Glide API 在某些遊戲中占據優勢，而 NVIDIA 長期以來則是 OpenGL 領域的王者。

## Matrox G450

2000年秋，Matrox推出了代號為Condor的G450晶片，作為G400系列的繼任者。正如G250之於G200一樣，G450主要是將G400核心製造的製程從250納米半導體工藝縮小至180納米。通過縮小核心，工廠每片晶圓能生產更多晶片，從而降低成本；同時Matrox也有時間修正早期核心存在的錯誤，並裁剪或添加新功能。Matrox將G450核心頻率設定為125 MHz，與普通的G400一致。超頻測試顯示，即使是在更新的製造工藝上製造，該核心的速度也無法超過G400。

G450最大的改進在於，Matrox將原本用於第二個顯示器連接器（DualHead）的外部RAMDAC移入了G450晶片本身。不過RAMDAC的速率仍有差異，主通道運行在優秀的360 MHz，而副通道僅為230 MHz。這意味著主顯示器支持的解析度和刷新率遠高於副顯示器。這一點與G400相同。G450原生支持TMDS信號傳輸，從而兼容DVI接口，但這並非標準配置的連接器。出貨的板卡配備的是雙模擬VGA連接器。

G450採用了DDR SDRAM記憶體接口，取代了G400使用的舊式單數據速率（SDR）SGRAM和SDRAM。藉此他們能夠切換至64位記憶體總線，並通過將RAM再次以166 MHz的頻率運行來利用DDR記憶體達到與之前相當的記憶體帶寬。64位總線減少了板卡的複雜度（及成本），因為所需的走線更少；如果晶片僅針對64位總線設計，圖形處理器的引腳數量也可能顯著減少。然而，在相同帶寬下，DDR的固有延遲高於SDR，因此性能有所下滑。

新款G450同樣支持AGP 4X，如同某些後期生產的G400主板一樣。G450的3D能力與G400完全一致。不幸的是，由於核心頻率相同且記憶體帶寬較低，G450在遊戲性能上不如G400。

Marvel G450 eTV不僅配備了電視調諧器，也是Matrox新推出的eDualHead雙顯示器增強功能的平台。它為DualHead添加了一些新功能，配合Internet Explorer使用後可使網頁同時顯示在兩個螢幕上。

## Matrox G550

MGA-G550 處理器增加了第二個像素流水線、硬體變換和光照加速功能以及 HeadCasting 引擎，這是一種用於加速矩陣調色板蒙皮的頂點著色器硬體實現。它是通過將 DirectX 8.0 指定的 96 個常量寄存器提升至總計 256 個來實現的。儘管具備此功能，DirectX驅動程序卻無法訪問它。Matrox 僅通過捆綁的 Matrox Digimask 軟體支持 HeadCasting 功能，而該軟體從未流行起來過。

2005 年 7 月 13 日，Matrox Graphics Inc. 宣布推出 Millennium G550 PCIe，這是世界上第一張PCI Express x1顯卡。該卡使用 Texas Instruments XIO2000 橋接控制器來實現 PCI Express 接口支持。

## 未發布的產品

在 Matrox 顯卡驅動程序（MGA64.sys v4.77.027）的一個發布版本中發現的資料提及了從未發布的 Matrox Millennium G800。代號為 Condor 2 的 MGA-G800 預計核心頻率為 200 MHz，搭配 200 MHz DDR 顯存（帶寬為 6.4 GB/s）。該晶片擁有 3 個像素流水線，每個流水線配備 3 個紋理單元。它還配備了硬體變換與光照單元，能夠每秒處理 2000 萬至 3000 萬個三角面。進一步的推測包括支持 DDR SDRAM 和 DDR FC-RAM 的記憶體控制器、對 DirectX 8.0 的兼容性以及運行在 250 MHz 的更快版本。這些規格與Matrox Parhelia頗為相似，因為Parhelia是一款擁有 4 個流水線且每個流水線配備 4 個紋理單元的 DirectX 8 GPU。

## 產品型號

型號｜核心代號｜製程｜核心頻率 (MHz)｜記憶體頻率 (MHz)｜管線配置｜T&L支持｜記憶體帶寬｜備註

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. 需要風扇散熱. 在GeForce 256 DDR出現前擁有最高的記憶體帶寬3.2 GB/s

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

Millennium G450｜Condor｜180 nm｜125｜166｜2:1｜否｜64-bit｜DDR SDRAM. 將第二個RAMDAC集成進核心。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