Druhý díl byl ve znamení akcelerace. Nejinak tomu bude i v tomto díle, avšak od akcelerace obrazu a videa přejdeme do třetího rozměru, kde se svedla bitva snad největší a ne každý ji ustál. Podíváme se do doby, kdy notebooky začaly pronikat do domácností a výrobci začali nabízet řady, kde zábava a multimedia byly na prvním místě.

S příchodem 3D akcelerátorů do notebooků se přesouváme k přelomu let 1997 a 1998. Grafické karty do této doby prošly dlouhou cestou a z pouhých zobrazovačů textových informací se přerodily ve schopná řešení podporující milióny barev, vysoká rozlišení a akceleraci vykreslování.

V minulém díle jsem skončil u roku 1997, kdy byl průměrný notebook vybaven procesorem Pentium nebo Pentium MMX s taktem do 166 MHz, 16-32 MB RAM a 1-2GB pevným diskem. Paměť grafických karet se pohybovala od 1 do 2 MB a schopnosti většiny končily u akcelerace vykreslování 2D grafiky (akcelerace videa byla doménou spíše hi-endu).

Pokud jde o displeje, definitivně se opustily černobílé panely a barva se stala nedílnou součástí všech notebooků. Nejběžnější rozlišení bylo 800×600, ale top konfigurace nabídly až 1024×768. Při těchto rozlišeních byly grafické karty schopny pracovat aspoň v 16bit barevné hloubce (65 tisíc barev). Největší rozdíl byl ale ve kvalitě zobrazení. Aktivní TFT panely byly stále drahé, a tak se levnější konfigurace nezřídka osazovaly pasivními displeji typu DSTN s viditelně horším kontrastem, pomalejším překreslováním a jakýmsi vypraným obrazem (v zahraničních recenzích se používal také termín bleeding).

Typičtí zástupci notebooků té doby: Toshiba Satellite 440CDT a IBM ThinkPad 760XD.

Snaha dostat multimedia do notebooků nebyla zas tak překvapivá. Tou dobou Microsoft finišuje svá Windows 98 a celý svět se nese na vlně multimediálního šílenství, obrovského hype všeho byť jen vzdáleně se týkajícího Internetu a snahy ukázat počítače coby prostředek zábavy pro běžné lidi. S nástupem akcelerátorů výrobci notebooků přichází vedle kancelářských strojů a pracovních stanic také s řadami primárně zaměřenými na multimedia. Některé z těchto řad se dochovaly do dneška (např. DELL Inspiron a Toshiba Satellite).

Z předchozího odstavce je jasné, že výrobci grafických karet museli na situaci reagovat a právě podpora 3D akcelerace byla jednou z velkých konkurenčních výhod, přestože její praktický přínos byl zejména u první generace sporný. Ukázalo se, že tvorba 3D akcelerátoru je něco odlišného od tvorby běžných grafických karet a ne každý výrobce se s tím dobře vypořádal.

Magická zkratka 3D

Ačkoli v počítačích není 3D dávno nic nového, spousta lidí ani dnes nedokáže říct, co přesně taková 3D akcelerace obnáší. Dnes je situace samozřejmě odlišná a grafická karta je v podstatě univerzální koprocesor, který vykonává první poslední, ale v začátcích 3D akcelerátorů stačilo k použití zkratky „3D“ na krabici produktu opravdu málo. V principu totiž není rozdíl mezi 2D a 3D akcelerátorem zas tak velký.

Grafické karty se staly akcelerátory 2D grafiky ve chvíli, kdy ulehčily procesoru přidáním funkcí pro blokový přesun dat a vykreslení grafických primitiv (obdélník, kružnice, polygon). Akcelerační funkce se postupně rozšiřovaly a přibývaly další vymoženosti jako podpora částečné průhlednosti^*1* a urychlení manipulace s vykreslovanými bloky dat (změna velikosti, rotace, volná transformace obrázku).

Pro 2D akcelerátor s těmito funkcemi již není 3D nic nedosažitelného. Stačí totiž přidat jedinou funkci – akceleraci transformace souřadnic. Nejde o nic jiného než přepočet pozice každého vrcholu (vertexu) v 3D prostoru (definovaného třemi souřadnicemi) na pozici ve 2D projekci (tj. na monitor). Stejný 3D objekt totiž na obrazovce vypadá jinak podle toho, z jaké pozice se na něj díváme – výsledný obraz je nutné podle pozice pozorovatele („kamery“) prohnat přes transformační matice, které zohlední natočení a perspektivu.

Transformace souřadnic pro 3D prostor není úplně triviální operace a tou dobou znamenala velké nároky na hlavní procesor, pokud měla být scéna složitější. Na druhou stranu šlo o typickou úlohu vhodnou pro grafickou kartu, neboť je to neustálá aplikace stejných algoritmů při zadaných parametrech na velké množství prvků (SIMD^*2*).

Pokud umí akcelerátor vykreslit polygony (trojúhelník, čtyřúhelník) a tyto polygony vykreslí na základě pozic transformovaných souřadnic vertexů (vrcholů), můžeme se již bavit o základní 3D akceleraci. Aby šlo o použitelné řešení, musí ještě tyto operace provádět dostatečně rychle^*3*.

Microsoft a jeho pomocná ruka 3D akcelerátorům

Microsoft sehrál svou nezanedbatelnou roli při průniku 3D akcelerátorů do běžných počítačů. Důležitý krok pro profesionální sféru učinil v roce 1995, kdy do svých Windows NT 3.51 a Windows 95 přidal podporu pro 3D rozhraní OpenGL známé z pracovních stanic. Tím umožnil běh aplikací psaných pod tímto rozhraním, což pro vývojáře profesionálních nástrojů s 3D vizualizací znamenalo snazší přechod na zmíněné operační systémy. Částečně se zde přičinil také Intel se svou iniciativou přerodu PC ve skutečné pracovní stanice (segment pracovních stanic byl kdysi okupován jinými platformami s operačními systémy UNIXového typu).

Pro spotřební segment však v roce 1995 nemělo OpenGL velký význam. Rozhraní bylo příliš komplexní pro snadnou implementaci do levných grafických akcelerátorů. Zde se Microsoft odhodlal k jinému kroku. V únoru téhož roku koupil společnost RenderMorphics vyvíjející 3D rozhraní (API) Reality Lab, které používaly některé programy i hry a které bylo již akcelerováno několika produkty na trhu. API Reality Lab posloužilo při tvorbě základů pro knihovnu s názvem Direct3D, která se v polovině roku 1996 zahrnula do balíku DirectX 2.0, jenž se stal mimo jiné součástí novější revize Windows 95 (OSR2) – distribuované již na CD-ROM.

Nastavení grafiky ve hře Hellbender využívající první verze DirectX. 3D akcelerace je zde ještě pouze volitelná.

S dnešním Direct3D již nemá to původní téměř nic společného. Ve svých počátcích šlo o velmi primitivní rozhraní, které mělo klást na výrobce 3D akcelerátorů co nejmenší nároky, a tím umožnit příchod cenově dostupných řešení primárně zaměřených na zábavu (hry a tehdy oblíbenou „virtuální realitu“). Ač nebylo programování pro Direct3D žádná slast, Microsoftu záměr vyšel. Možná také proto, že vývojové balíčky pro toto rozhraní uvolnil zdarma.

Počátky 3D akcelerátorů, kdy se trh ještě postupně definoval, notebooky úplně minuly. První generace mobilních čipů přichází až rok před příchodem Windows 98, kdy se již spotřební akcelerátory primárně navrhují^*4* s ohledem na použití s rozhraním Direct3D (2, 3) a mezi funkcemi jim nechybí pro hry tolik důležité vyhlazení textur (bi/tri-lineární filtrace) a různé algoritmy pro výpočet částečné průhlednosti vykreslovaných elementů.

Ukázka bi-lineární filtrace textur. Vpravo je vypnutá a v texturách jsou vidět jednotlivé pixely (texely), vlevo je zapnutá a textury jsou vyhlazené.

Za asi nejschopnější mobilní 3D čip první generace (z těch rozšířených) lze označit produkt S3 Virge MX, a tak jsem právě ten vybral k podrobnějšímu popisu.

S3 ViRGE MX (1997)

Do 3D akcelerátorů pro stolní počítače se společnost S3 pustila již v roce 1995. Její snažení vyústilo v produkt nazvaný S3 ViRGE, kde název tvořila zkratka Virtual Reality Graphics Engine. Tento 64bit čip s frekvencí 50 MHz ve své době nabízel nadstandardní funkce jako trilineární vyhlazení textur a pokročilé režimy průhlednosti (alpha blending), ale něco mu chybělo. Chyběla mu rychlost, a tak mohl oproti procesoru nabídnout maximálně lepší kvalitu zobrazení.

Jedna z her akcelerovaných první generací Virge (Havoc) pomocí rozhraní S3D. Velmi primitivní grafika a textury bez vyhlazení příliš výhod 3D akcelerace neprezentovaly.

V druhé generaci (S3 ViRGE DX/GX) se výrobce zaměřil na vyšší výkon a optimalizace. Zlepšila se také podpora pro Direct3D. Akcelerátor tak začal být použitelný pro hraní 3D her pod Windows a mnoho akcelerovaných dobových her bylo pro něj optimalizováno (vyjma těch psaných pro 3dfx Glide). Do třetí generace této produktové řady spadá ViRGE GX2 (léto 1997), které S3 nadělilo o 30% vyšší výkon, podporu moderní sběrnice AGP a několik funkcí z mobilního čipu S3 Aurora 64V+ (integrovaná podpora TV výstupu a podpora dvou nezávislých zobrazení), který jsem popisoval v minulém díle.

A právě z modelu GX2 vychází druhý pokus S3 o vstup do mobilního trhu – ViRGE MX. 64bit čip, který se stal možná prvním 3D akcelerátorem pro notebooky, spatřil světlo světa koncem roku 1997 a slavil velký úspěch. Dostal se do výkonných multimediálních notebooků světových výrobců, kde byl obvykle párován s procesory Pentium II (začínajícími na 233 MHz) a pro připojení využíval 66MHz sběrnice AGP (1x).

Volba S3 byla pro výrobce notebooků logická. ViRGE MX totiž měla hned několik velkých trumfů. (1) Měla 2D jádro kompatibilní se staršími (a hojně rozšířenými) produkty S3, čímž byla zajištěna špičková kompatibilita v programech (a hrách) pod DOSem. (2) Její multimediální schopnosti (např. akcelerace videa) byly v rámci mainstreamu na výborné úrovni. (3) V neposlední řadě pak vynikala podporou všech hlavních operačních systémů a 3D rozhraní. V době uvedení byly dostupné ovladače pro Windows 95, 3.11 i NT (3.x, 4.0) a z alternativních systémů také pro OS/2 Warp. Jak plynul čas, S3 vytvořilo plnohodnotné ovladače ještě pro Windows 98 a 2000/XP. Z grafických rozhraní pro 3D byla podporována následující:

• Direct3D (DirectX 3)
• BRender
• RenderWare
• OpenGL

Pojďme se ale podívat blíže na technické specifikace čipu. Po stránce 2D a video akcelerace je jádro téměř shodné s dříve popisovaným S3 Aurora 64V+. Má tedy podporu dvou nezávislých výstupů, pokročilou 2D akceleraci DirectDraw, akceleraci videa včetně několika algoritmů pro rychlejší práci s MPEG a hardwarové roztažení videa s vyhlazením. Celý čip běží na frekvenci 85 MHz a synchronně jsou k němu připojeny 2 MB paměti.

3D jádro je použito z ViRGE GX2, čímž se zajistila 100% programová kompatibilita. Shodné jsou tedy i 3D funkce:

• Ploché a Gouraudovo stínování (výpočet barvy bodu podle natočení od zdroje světla)
• Korekce perspektivy
• Vyhlazení textur (bilineární a rychlé trilineární filtrování)
• MIP-mapping (automatické generování a umisťování textur nižší kvality v místech, kde plná není potřeba)
• Simulace mlhy (přechod do definované barvy podle vzdálenosti bodu od pozorovatele)
• UV-mapování textur (pokrytí polygonu výřezem obrázku)
• Alfa-blending a klíčovaná průhlednost (určení průhlednosti každého bodu speciální texturou)
• Celková průhlednost (zprůhlednění celého objektu na úrovni polygonů – 0-100%)
• 16bit Z-buffer (paměť pro určení vzdálenosti každého pixelu na obrazovce používaná pro určení, který objekt se má v daném místě vykreslit)

Na svou dobu nebylo ViRGE MX po technologické stránce co vytknout, vše potřebné pro dobové hry podporovala. Horší to bylo s velikostí paměti. 2 MB nebyly dost ani pro 2D, natožpak pro 3D, kde jsou nároky mnohem vyšší. Pro akcelerátory této třídy bylo maximem rozlišení 640×480. Pokud bereme v úvahu, že pro dynamický obraz je potřeba v paměti vyhradit dva paměťové prostory pro výsledný obraz^*5* (front-buffer a back-buffer) a jeden pro určení vzdálenosti bodů (Z-buffer) a vše musí být ve stejném rozlišení, vzniká nám pro 16bit barevnou hloubku (čip podporoval i 32bit barvy, ale vzhledem k paměti to nebylo prakticky využitelné) výpočet:

640 x 480 x 2 x 3 [B] = 1,75 [MB] = (šířka) x (výška) x (počet bajtů na pixel) * (počet bufferů)

Z toho vyplývá, že pro textury zbývá pouhých 248 kB, což bylo málo již v roce 1997. Vývojáři si s problémem poradili po svém. Nabízeli ve hrách nižší rozlišení (320×240, 400×300, 512×384) a umožňovali za cenu nižší kvality zobrazení vypnout Z-buffer^*6*. Běžně tak hra měla pro textury necelý megabajt paměti – nebylo to moc, ale mnohdy to stačilo.

Hry z roku 1997 fungovaly s touto kartou většinou bez větších obtíží (kromě těch nejnáročnějších jako GLQuake) a u dobových notebooků se pro hraní většinou používalo rozlišení poloviční v obou směrech^*7* (400×300 pro LCD s 800×600 a 512×384 pro LCD s 1024×768). S výkonovou špičkou v podobě 3Dfx Voodoo Graphics a NVIDIA Riva 128 se však ViRGE MX nemohla rovnat.

3D akcelerátory procházely bouřlivou etapou a průměrná životnost produktu byla 6 měsíců, než úplně zastaral. Podobně dopadla i ViRGE MX. V únoru roku 1998 vydalo 3Dfx nejvýkonnější herní grafickou kartu pro stolní počítače – Voodoo2. Tím se značně posunuly možnosti 3D ve světě PC a rozdíl mezi mobilním čipem a standardem stolních počítačů se jen prohluboval. Herní vývojáři zareagovali a postupně vycházející tituly buď nebylo možné vůbec spustit kvůli malé paměti, nebo byly scény příliš komplexní a mobilní jádro je nestíhalo vykreslovat dostatečně rychle.

V první čtvrtině roku 1998 řeší S3 situaci vydáním novější verze S3 ViRGE MX+ s 4 MB RAM, což situaci zlepšilo jen mírně. Výkon grafického jádra zůstal stejný, a ač již nebyl problém spustit libovolnou hru, z těch nových byly všechny náročnější příliš trhané.

Ve hrách se navíc začaly používat kombinace průhledností, se kterými si čipy ViRGE neuměly pod Direct3D poradit (alfa-blending v kombinaci s klíčovanou průhledností, nebo mlhou). Místo průhledné barvy se pak u objektů vykreslovalo pozadí černě, a hry, které jinak běžely plynule, byly rázem nehratelné. S3 tuto chybu ve svém ovladači Direct3D nikdy neopravilo, a tak si čipy ViRGE získaly později ohledně 3D velmi negativní pověst, ač ve své době byly poměrně úspěšné.

V rámci notebooků byly ViRGE MX vyšší třída a nepatřily k nejúspornějším řešením pro tenké notebooky. Přesto byla jejich správa napájení pokročilá a obsahovala všechny vymoženosti včetně vypínání určitých částí a přepínání paměťových čipů do úsporného režimu s nižší frekvencí. Tam, kde bylo nutné šetřit místo, měla S3 připravenou úspornější verzi S3 ViRGE MXi, ve které byly integrované 2 MB RAM přímo do pouzdra grafického čipu.

3D akcelerátory od S3 se nejčastěji dostávaly do multimediálních notebooků s procesory Pentium II, 32-64MB RAM a 5GB pevným diskem. Takové notebooky měly displej s úhlopříčkou 12-14“, optickou mechaniku v základní výbavě a s průměrnou 44Wh baterií vydržely 2,5-3,5 hodiny.

ViRGE MX se po snížení ceny přesunuly do levnějších notebooků  S3 časem představilo nové čipy S3 Savage, kterými si svou reputaci v mobilním hi-endu napravilo. Mezitím však do mobilního segmentu vstoupil jiný hráč a některým doslova vypálil rybník.

ATI Rage LT Pro (1998)

Koncem roku 1997 ohlašuje největší výrobce grafických čipů ATI, že hodlá proniknout do trhu notebooků s produktem nazvaným ATI Rage LT Pro, kterému rovnou přiřknul cenu^*8* $35. ATI byla známa spíše jako výrobce čipů zaměřených na 2D a akceleraci videa. Ve 3D se naopak neumísťovala na předních příčkách. Jenže v noteboocích, kde byl jen jeden konkurent, který by šel brát vážně, byly požadavky někde úplně jinde.

V polovině roku 1998 přichází Rage LT Pro na trh, objevuje se v multimediálních noteboocích a přináší mobilním uživatelům 3D akcelerátor pro AGP 2x, který výkonově překonává konkurenci o stovky procent. Úspěch byl prakticky instantní a předčil možná i očekávání samotné ATI. Pojďme se podívat, co čip vlastně uměl.

Grafické jádro bylo odvozeno od stolní Rage Pro a mnoho vnitřních bloků zůstalo beze změny. Rozdíl byl v přidání několika úplně základních technologií pro úsporu energie a v implementaci obvodu pro řízení digitálních LCD. Použití 2D a 3D jádra z produktu rozšířeného v segmentu stolních počítačů opět neslo výhody, co se týká kompatibility. Ač to softwaroví vývojáři občas neměli s ATI jednoduché, jejích čipů bylo po světě dost na to, aby si všichni ohlídali funkčnost svých programů.

Grafický čip ATI Rage LT Pro s novým logem ATI 3D (zdroj: hw-museum.cz)

2D jádro bylo podobně jako u S3 nabité technologiemi a umělo všechno to, co se v nejvyšší třídě notebooků očekávalo. Zejména v podpoře videa se nejvyšší příčka opět o kousek posunula s implementací funkce motion compensation, která procesoru výrazně ulehčovala při přehrávání MPEG2 (DVD). Proti ViRGE MX byl integrován výkonnější RAMDAC umožňující připojení externího monitoru s rozlišením 1600×1200 při 75 Hz, čímž se definitivně odstranila jakákoli omezení týkající se ergonomie a připojování velkých monitorů. Všechny výstupy navíc byly propojeny s dvěma jednotkami pro zpracování obrazu, takže funkce známé od S3 jako rozšířená plocha přes dvě obrazovky a klonování obrazu s odlišnou obnovovací frekvencí byly možné.

Pozornost si jistě zaslouží transmitér pro digitální připojení interního LCD. ATI optimalizovala svůj produkt především pro aktivní panely (TFT), čímž jasně ukázala, kam by se měly notebooky v budoucnu ubírat. Obvod byl šitý přesně na míru době a podporoval maximálně SXGA, tedy rozlišení 1280×1024. Až na hrstku výjimek sice displeje notebooků neměly více než 1024×768, ale toho roku technologie LCD poprvé ve větší míře vystrkuje růžky do oblasti stolních počítačů, kde se snaží uspět se stolními monitory úhlopříčky 15“ (1024×768) a 17“ (1280×1024). Tyto LCD monitory pracovaly se stejným typem přenosu jako interní panely notebooků (DFP s LVDS přenosem) a k nim byly přibalovány grafické karty vybavené mobilními čipy. Svět však ještě nebyl na svržení nadvlády CRT obrazovek připraven, takže šlo o jen velmi okrajovou záležitost.

ATI přišla první s roztahováním obrazu do nativního rozlišení LCD za použití vyhlazení. Doteď fungovalo roztahování na primitivním principu zdvojování některých řádků a sloupců a výsledek zdaleka nebyl uspokojivý. Často si uživatelé roztahování obrazu raději vypínali a nižší rozlišení nechávali uprostřed obrazovky obklopené černými okraji. Vylepšený algoritmus v Rage LT Pro využívá filtrace, aby nebyl obraz „kostrbatý“. Ne snad, že by se dostala nižší rozlišení kvalitativně na úroveň nativního (to je nemožné), protože obraz je lehce „máznutý“, ale text je rozhodně čitelnější. Způsob, který ATI použila, postupně adoptovali i ostatní výrobci (byť někteří s velkým zpožděním) a lze jej u notebooků vidět ještě dnes.

Pro stránce vizuálních technologií ve 3D bylo Rage LT Pro srovnatelné s ViRGE MX. Obě řešení zvládaly vyhlazení textur (bilineární a trilineární filtrování) a základní operace s částečnou průhledností a 64bit čip pracoval na podobné frekvenci okolo 75 MHz. Rozdíl byl ovšem v architektuře, která se zaměřovala na vyšší výkon. Jádro bylo přepracované, aby v jednom cyklu^*9* zvládalo vykreslovat pixely otexturované a s aplikovaným efektem světla (na úrovni vertexů), což ve hrách značným způsobem zvedlo výkon (fillrate čipu byl až 45 Mpix/s). Další novinkou byl rychlý triangle setup engine umožňující tvořit komplexnější scény s větším množstvím polygonů.

ATI Rage Pro měla HW chybu v práci s mipmappingem (snižováním rozlišení textur u polygonů v dálce), což vedlo k ničení detailů, a mnoho her po detekci Rage raději mipmapping vypnulo. Zde je vidět, jak podle úhlu pohledu rychle dochází k degradaci detailů textur na zemi ve hře Half-Life.

ATI šla ve stolních počítačích s Rage Pro proti 3Dfx Voodoo Graphics a po hardwarové stránce na to měla, ale pokazila si to ovladači. Výkon v době uvedení nebyl takový, jaký se očekával, a situaci výrobce napravil až začátkem roku, kdy se s novými ovladači zvedl výkon tak moc, že ATI kartu „přejmenovalo“ na Rage Pro Turbo a takto omlazené jí jako novému produktu prodloužilo životnost. Notebooků se tato zábavná část historie netýkala, neboť mobilní čip šel do nich až v době, kdy již byly ovladače v pořádku.

Na Rage LT Pro již bylo možné plynule hrát OpenGL verzi hry Quake v rozlišení 640×480.

Rage LT Pro se pyšnilo výkonem lehce převyšujícím desktopovou Voodoo Graphics, což byla karta, která se stále prodávala (vedle výkonnější Voodoo 2) a představovala použitelnou platformu pro hraní her. V době uvedení zvládal čip od ATI nespočet her plynule v rozlišení 1024×768 a ještě v roce 2000 jste si s ním v notebooku mohli vcelku solidně zahrát většinu her aspoň v rozlišení 640×480 (s výjimkou těch nejnáročnějších). Pro čip to znamenalo dlouhou životnost a výrobci jej v noteboocích používali několik dalších let.

Někteří výrobci byli z řešení ATI tak nadšení, že šli na trh s notebooky zaměřenými čistě na herní, potažmo grafický výkon. Tedy notebooky, které nevynikaly ani procesorem (použila se třeba levná alternativa k Intelu v podobě mobilního AMD K6), ani velikostí pevného disku a ani konektorovou výbavou, ale měly grafiku Rage LT Pro s 4 nebo 8 MB paměti, 64 MB RAM a TFT displej s rozlišením 1024×768. To se ovšem bavíme spíše o západním trhu. U nás bylo spojení „herní notebook“ bráno doslova jako kacířská myšlenka a dovážely se primárně business modely.

Ukázka totálního multimediálního low-endu v podání Toshiby z roku 2000: Satellite 1640 má 475MHz AMD K6-2, 64MB RAM, 800×600 TFT a 4MB ATI Rage LT Pro. Váží 3,5 kg (zdroj: Toshiba).

Ani v roce 2000 Rage LT Pro neskončilo – o rok dříve se přerodilo v úspornější a pro notebooky lépe optimalizovanou verzi ATI Mobility (M/M1/P). Ta se nelišila ani výkonem, ani technologiemi, ale měla lepší výrobní proces, menší spotřebu a nižší cenu. Své místo si během následujících let našla v tenkých noteboocích cílených na maximální mobilitu.

Prvotina ATI

Rage LT Pro fakticky nebyl prvním mobilním čipem ze stáje ATI. Vstup do notebooků ohlásil tento výrobce tiskovou zprávou již koncem roku 1996 s čipem ATI Rage LT založeným na předcházejícím 3D jádře: Rage II. Z pohledu 2D funkcí byl až na pár vymožeností pro pokročilejší akceleraci videa a obsluhu dvou nezávislých výstupů shodný s Rage LT Pro a nedá se říct, že by nešlo o zajímavé řešení.

První logo 3D Rage vypadá, jako by bylo tvořeno ve Wordu (zdroj: wikipedia.org).

Ať už bylo důvodem cokoli. V roce 1996 a 1997 byste na Rage LT narazili jen stěží. Ostatně ani v roce 1998 jej neadoptovali nejznámější PC výrobci do svých notebooků. Jediným notebookem, ve kterém se objevil a o kterém to s jistotou vím, je Apple PowerBook G3. Konkrétně model Wallstreet v první generaci představené v květnu 1998 (přibližně měsíc před představením Rage LT Pro). Uvnitř měl výkonný procesor PowerPC s taktem od 233 do 292 MHz, 64 MB RAM a až 8GB pevný disk. Byl to první notebook od Apple s podporou akcelerace 3D.

Pro Apple byla volba ATI pochopitelná. Obě společnosti měly spolu uzavřený velký kontrakt a různé verze čipů Rage se vyskytovaly napříč jablečným portfoliem. Steve Jobs na ně ve svých prezentacích pěl samou chválu.

Jedna z MacWorld prezentací, kde Jobs mluví o volbě ATI do svých produktů (zdroj: youtube.com)

Rage LT se ale v PowerBooku dlouho neohřála. Po čtyřech měsících byla první generace modelu Wallstreet bez většího povyku nahrazena novější revizí, jejíž největší rozdíl spočíval v osazení Rage LT Pro. Tím krátká historie čipu skončila.

Roky velkých změn

V souvislosti s 3D akcelerátory jsem zatím mluvil pouze o S3 a ATI, pojďme se podívat, co se stalo s těmi ostatními. Zajímavý osud potkal kdysi velmi oblíbeného výrobce Chips&Technologies, jehož grafické čipy byly k nalezení v polovině 90. let v noteboocích všech známých výrobců. Ze světa jej vymazal Intel, který jej celého odkoupil, aby měl použitelný základ pro svá vlastní nadcházející řešení v oblasti grafiky. Obchod proběhl v polovině roku 1997 a Intel tehdy za firmu zaplatil 420 miliónů dolarů.

Intel si se zvětšujícím vlivem velmi dobře uvědomoval, že vlastní grafické řešení potřebuje. K ráznému kroku se rozhodl před příchodem procesoru Pentium-II, se kterým souvisela také zbrusu nová čipová sada s grafickou sběrnicí AGP. Jak jinak dokázat přednosti AGP než vlastní grafickou kartou, která ji využívá naplno, že? Zprvu byla klíčová orientace na stolní počítače, a tak se notebooky na své akcelerátory od Intelu načekaly několik let. Výroba a vývoj produktů Chips&Technologies však byly ukončeny hned.

Cirrus Logic potkal jiný osud, ale se stejným výsledkem – koncem jeho grafických čipů. Od roku 1995 firma začínala ztrácet dech a udělala pár špatných rozhodnutí, které vyústily ve snížení zisků a následnou restrukturalizaci. V roce 1997 tak firma propustila stovky zaměstnanců a s grafickými akcelerátory jednou pro vždy skončila. Světlo světa stihl spatřit pouze jeden 3D akcelerátor, a to Laguna 3D. Jeho výkon i technologický základ byly na tak nízké úrovni, že neměl šanci ani v mobilním segmentu.

Za výrobce s dobrým rozjezdem jsem v minulé části označil menší firmu NeoMagic. Její 2D čipy se těšily velké přízni a dostávaly se do špičkových pracovních notebooků velikánů jako DELL, IBM, Toshiba nebo Sony. Podobného rozšíření se dočkal i 256bit 3D/video akcelerátor NeoMagic MagicMedia 256AV vydaný koncem roku 1998. Měl parametry na to, stát se nejpokročilejším mobilním akcelerátorem, ale zabily jej ovladače. AGP podpora musela být vypnutá kvůli nestabilitě systému, redukční filtr pro TV výstup pracoval jen s několika verzemi ovladačů, klonování obrazu a akcelerace videa fungovaly jen v 16bit barevné hloubce a především chybělo slibované 3D.

Zatímco zprvu výrobci notebooků (i NeoMagic sám) neopomněli všude zmiňovat podporu 3D, fakticky oficiální ovladače s podporou 3D API (Direct3D, OpenGL) nikdy nevyšly^*10*, a zákazníci se tak právem mohli cítit podvedení. MagicMedia 256AV se vyskytoval v noteboocích v letech 1999 a 2000 a nešla mu upřít minimální prostorová a energetická náročnost, ale neschopnost opravit během let ovladače způsobila, že výrobci kontrakt pro příští notebooky podepsaly jinde. Firma už nebyla v notebookovém businessu chtěná, a přestože s 3D akcelerátory neskončila, přešla na menší (embedded) zařízení jako jsou GPS navigace.

Poslední z původních velkých výrobců – Trident – jediný neskončil. Svůj první 3D akcelerátor vydal ve stejné době jako S3 svou ViRGE MX a byl to přímý konkurent. Trident Cyber9397 byl 64bit akcelerátor s podporou 3D/videa a 2D jádrem vycházejícím z minulých generací. Ve 3D byl výkon bohužel tristní (poloviční proti ViRGE MX) a kvalita zobrazení nemohla oslnit (špatná filtrace textur, chybějící práce s efekty průhlednosti). Silnou stránkou byly pouze nízká cena a minimální spotřeba, později doplněné o akceleraci MPEG2 s vylepšenou verzí Cyber9397DVD. Trident sice přešel do pozadí, ale rozhodně neřekl své poslední slovo.

Dodatek: Trident Cyber9525DVD

Z původního textu to vypadalo, jako by Trident byl koncem 90. let úplně neúspěšný, ale není to pravda. Z Tridentu Cyber9397 do roka vzniknul Trident Cyber9525, který byl o něco rychlejší a optimalizovanější. Vyšel pár měsíců před ATI Rage LT Pro a získal si řadu výrobců notebooků díky integrovanému designu.

Jde o jednočipové řešení, které v sobě integruje grafický koprocesor, LVDS transmitér pro připojení interního LCD, RAMDAC převodníky pro VGA výstup a především 2,5 MB vlastní paměti. To vše je navíc doplněno podporou AGP. Výrobce notebooku podobným řešením ušetřil spoustu místa. Díky tomu s Tridentem uzavřeli smlouvu někteří velcí výrobci a tyto čipy osazovaly do notebooků zaměřených na mobilitu a nižších spotřebních řad, kde šlo hlavně o multimédia. V druhém případě se používala především verze Cyber9525DVD, která v sobě měla navíc MPEG2 dekodér, obsluhu TV výstupů a zpracování digitálního zvuku AC-3. Dohromady s dvěma screen pipeline a dobrými možnostmi jejich konfigurace pro režim klonování i rozšířenou plochu šlo o docela použitelný mobilní čip té doby pro většinu lidí.

Ne však hráčů. 3D výkon Cyber9525DVD je stále alespoň 25 % pod úrovní S3 Virge MX. V roce 1998, kdy čip vyšel, už existovaly hry, které byly na hranici hratelnosti, kvůli nedostatku výkonu, ale stále ještě bylo možné ledacos spustit. Nicméně majitelé tohoto čipu musely spíše hledat ve vodách 3D her z roku 1997, pro které byl vhodnější. Na druhou stranu ke spoustě lidem se tento počin v noteboocích dostal až v letech 1999-2000, kdy šlo o opravdu nouzové řešení nevhodné pro hraní 3D her a Rage LT Pro bylo výkonem úplně jinde.

Zkoušel jsem několik starších titulů a k mému překvapení byl v jistých ohledech Cyber9525DVD méně problémový než Virge MX. Šlo hlavně o částečné průhlednosti polygonů, které byly většinou v pořádku. Za nedostatky lze považovat odfláknutou korekci perspektivy u texturovaných polygonů, což se projevovalo občasným poskakováním textur na zemi, a horší filtrování textur. Sem tam se něco vykreslilo špatně a občas se něco vykreslovalo bez filtrování textur, ale společným problémem skoro všeho, co jsem zkoušel, byla trhanost. Výkon je tak nízký, že mnoho her nedokáže fungovat plynule ani v nízkých rozlišeních do 512×384. Na vyšší už pro jistotu mnohdy nestačí paměť, neboť AGP texturování s dodávanými ovladači příliš nefunguje – šlo o běžný problém a existoval ovladač, který zpřístupnil možnost nahrávat textury po AGP z hlavní paměti, ale nebyl bezproblémový.

K první generaci 3D grafik od Tridentu toho na internetu moc není, tak jsem vytípal více obrázků z dobových her. Za pozornost stojí především špatná filtrace textur a korekce perspektivy.

Například u Toshiby bylo možné koupit nejlevnější notebooky s Cyber9525DVD ještě na začátku roku 2001. Pak došlo ve většině případů k revizím základních desek a tiché náhradě za S3 Savage/MX.

Grafy

Pro lepší srovnání výkonu zmíněných akcelerátorů jsem všechny otestoval ve dvou hrách a měřil průměrnou hodnotu fps (počet vykreslených snímků za sekundu). Použil jsem k tomuto účelu kultovní střílečku Quake2 a můj oblíbený velmi realistický automobilový simulátor Viper Racing.

U akcelerátoru od Tridentu ve hře Viper Racing uveden výsledek dvakrát. Ten s poznámkou NF značí vypnutou filtraci textur – je to s podivem, ale u tohoto 3D jádra byla filtrace textur velkou výkonovou zátěží. K výsledkům jsem přidal ještě akcelerátor S3 Savage/MX pro lepší srovnání s další generací v příštím díle.

Závěrem

Druhou polovinu 90. let lze označit za jednu z nejhektičtějších v rámci mobilních grafických čipů. Přišly první 3D akcelerátory, profesionálové začali platformu PC ve větším měřítku vnímat jako použitelnou pro grafické pracovní stanice a v té samé době se notebooky také dostaly mnohem více mezi běžné lidi.

Po příchodu Windows 95 odešla velká část programů z DOSu a výrobci grafických řešení mohli své úsilí při tvorbě ovladačů soustředit čistě na Windows 9x a NT. Zmizela tím nutnost tvorby ovladačů přímo pro všemožné používané aplikace, ale vyvážila to větší komplexnost ovladačů pro nové akcelerátory (nabízející nepoměrně více funkcí). Ukázalo se, že stabilní a odladěné ovladače někdy mohou mít větší váhu než samotný hardware.

Tuto bouřlivou etapu mnozí neustáli a z původních výrobců VGA čipů ze začátku 90. let nezůstal snad nikdo. Noví hráči se ale do boje vrhli s větší vervou a komplexnější akcelerátory jim k tomu daly mnohem více prostoru, jak bude ostatně vidět i v příštím díle.

Co bude příště?

V této etapě si výrobci ujasnili, že podpora 3D je pro jejich grafické čipy důležitá, a přestože je její praktický přínos stále nízký, kdo nemá 3D akcelerátor, jako by nebyl. V dalším díle se srovnají síly v hi-end segmentu a silná konkurence bude výrobce nutit k vydávání výkonnějších a technologicky vyspělejších produktů.

Jenže na hraní si tou dobou kupuje notebook jen minimum lidí, a ten největší boj se má udát na druhém konci výkonového spektra. Brzy se tedy objeví první pokusy o implementaci grafického jádra do čipové sady a sdílení video paměti s hlavní RAM, což přitáhne do placu další hráče v čele s Intelem a jiné donutí změnit strategii.

*1*) Částečná průhlednost vyjadřuje operaci, kdy vykreslím jeden obrázek přes druhý tak, že výsledná barva každého bodu je kombinací barev bodů obou obrázků. Částečná průhlednost může využívat různé funkce pro kombinaci (vážený průměr, sčítání,…)

*2*) SIMD – single instruction multiple data.

*3*) To byl zprvu problém a některé akcelerátory je nezvládaly rychleji než průměrný procesor vyšší třídy. Situace byla tím viditelnější, čím rychleji na trh přicházely nové výkonnější procesory.

*4*) 3Dfx navrhovalo jako jediné primárně pro Glide, nicméně do notebooků se nikdy nepodívalo. Existoval sice záměr udělat akcelerátory 3Dfx Voodoo do notebooků ve formě PCMCIA karty, ale nikdy nedošlo na realizaci.

*5*) V jednom se postupně vykresluje scéna, a když je kompletní, přesune se do druhého, ze kterého je obraz vykreslován na obrazovku. Jedině tak je možné během vykreslování obrazu skládat obraz pro další snímek.

*6*) Hra si pak grafické elementy (polygony) řadila sama pomocí procesoru. V této době, kdy herní scéna měla desítky až stovky polygonů, šlo o efektivní řešení.

*7*) Jiné než nativní rozlišení vypadalo často hůř než tyto poloviční.

*8*) V porovnání s dnešní průměrnou grafickou kartou do notebooku se cena příliš nezměnila.

*9*) S3 ViRGE a mnoho dalších 3D akcelerátorů první generace (včetně třeba stolní Rage II) potřebovalo dva cykly pro vykreslení pixelu otexturovaného a nasvíceného polygonu. Zprvu bylo možné efekty světla ve hrách vypnout (a výkon se zvýšil téměř na dvojnásobek), ale jakmile byly hry pro aplikaci světla designované, značně tím trpěla vizuální stránka, až nakonec podobné volby z nastavení úplně zmizely.

*10*) Neomagic jsem měl a nikdy jsem 3D nezprovoznil – našel jsem zmínky, že některým lidem po stížnostech v oficiálním servisu Sony nahrály něco s podporou 3D, ale oficiálně to nikdy nebylo dostupné. Vyzkoušel jsem bezvýsledně snad všechny doporučované postupy.