Djupdykning i grafikkortens historia – från färgkort till 3D-eran

3dfx succé och fatala snedsteg

Om Intel hade några som helst funderingar på att fortsätta arbetet de inlett med i740-korten grusades dessa nog några månader senare under 1998 när 3dfx släppte nästa generations grafikkort – Voodoo 2. Dessa var återigen endast 3D-accelererade grafikkort, och till skillnad från konkurrenterna som använde en krets för 2D och 3D använde Voodoo 2-korten hela tre kretsar.

Två av dessa kretsar användes till texturbearbetning, vilket gjorde Voodoo 2-korten till de första på marknaden med stöd för multitexturhantering. Detta gör det möjligt att använda två olika texturer för samma textur simultant, vilket bland annat kan användas för att kombinera en normal textur med en annan textur där information om ljussättning applicerats.

Open GL-versionen av Quake var ett av de första spelen som fick stöd för de nya funktionerna i Voodoo 2, och sett till rå spelprestanda var Voodoo 2 flera steg före konkurrenterna. Huvudkonkurrenterna ATI och Nvidia började dock sig sakta men säkert närma sig, och det var då 3dfx fattade ett ödesdigert beslut som skulle få grafikjätten på fall inom bara några år.

Med Voodoo 2 behöll 3dfx ledartröjan, men det var sista generationen de skulle dominera. Bild från SweClockers-medlemmen Svensktiger.

I hopp om att få bättre vinstmarginaler valde 3dfx nämligen att sälja och marknadsföra sina egna grafikkort istället för att överlåta detta till tredjepartsföretag. Som ett led i detta köpte de kretstillverkaren STB Systems i slutet av 1998 och började sälja egna grafikkortsdesigner, utöver de som fortfarande gjordes av tredjepartsföretag.

Detta skulle visa sig vara ett dåligt beslut på fler än ett sätt. Dels led STB Systems tillverkning av kvalitetsproblem, problem som konkurrenterna inte drogs med, och 3dfx beslut förargade dessutom många tredjepartstillverkare som valde att gå över till konkurrenter som Nvidia istället. Som om dessa bekymmer inte vore nog fortsatte konkurrenterna att släppa nya produkter som ruckade på Voodoo-familjens prestandakrona.

Nvidia lanserade exempelvis produktfamiljen Riva TNT i mitten av 1998 där en nyhet i arkitekturen var två parallella exekveringsköer (eng. pipelines) vilket fördubblade bandbredden och halverade renderingstiden jämfört med föregångaren TNT. Här erbjöds även 16 MB snabbt SDR-minne, vilket också ökade bandbredden jämfört med förhållandevis långsamma 4-8 MB EDO-minne som användes i Voodoo 2.

Riva TNT var dock väldigt komplexa kretsar – hela åtta miljoner transistorer som byggdes på TSMC:s 350-nanometersteknik. Det innebar att grafikkorten inte kunde köras i så höga klockhastigheter som 3dfx lösningar. Detta i kombination med de ännu överlägsna prestandafördelarna hos Glide-gränssnittet gjorde att Voodoo behöll ett minskande försprång.

Grunden till framgångsreceptet

Riva TNT lade dock grunden för en uppsättning fördelar som skulle spela i Nvidias favör längre fram. Stödet för upplösningar i hela 1 600 × 1 200 pixlar över AGP 2x, 32-bitars färgstöd och 24-bitars djupberäkningar (Z-buffer) ställde Voodoo 2 i skuggan som var begränsat till 16 bitar för både färgdjup och djupberäkningar. Nvidia skröt även med bättre texturhantering över AGP och bättre prestanda i 2D.

Under perioden 1997 till 2000 rådde det något av hela havet stormar på grafikkortsmarknaden, där många företag kastade in handduken eller blev uppköpta av konkurrenter. Företag som Cirrus Logic och Macronix lämnade marknaden medan tidigare storspelare som Rendition såldes till Micron och S3 Graphics förvärvades av VIA.

Företag som Cirrus Logic var ett av många som kastade in handduken, här i form av "Laguna"-kortet D5465. Bild från SweClockers-medlemmen DrSwizz.

I samma veva lyckades S3 Graphics lansera ett grafikkort som lyckades konkurrera väl, trots att det på pappret låg efter konkurrensen. S3 Savage4 utrustades med 16 eller 32 MB grafikminne och detta kördes över en 64-bitars minnesbuss vid en tid då prestandakorten använde 128-bitars minnesbussar.

S3 Graphics lyckades få till en relativt framgångsrik krets med Savage 4-serien. Bild från SweClockers-medlemmen Eltarion.

Tack vare effektiv texturkomprimering stödde Savage4 trots detta stora texturer och multitexturhantering, och kortet var också ett av de första som kunde ansluta till systemet över det då färska AGP 4x-gränssnittet. En konkurrenskraftig prisnivå gav Savage4 framgångar på marknaden, men korten kunde bara hålla jämna steg med konkurrenter som Voodoo 2 och Nvidia TNT2 i upplösningar upp till 1 024 × 768 pixlar men tappade rejält i högre upplösningar.

Som lök på laxen släppte Nvidia i slutet av 1999 ett av de mest vägledande grafikkorten sedan 3dfx Voodoo lanserades. Kortet kallades Geforce 256 och var det första kommersiella konsumentgrafikkortet som stödde hårdvaruaccelererad transformering och ljussättning av 3D-scener, eller Hardware Texture & Lighting (Hardware T&L).

Med Geforce 256 tog Nvidia för första gången ledartröjan i grafiklägret, något 3dfx aldrig riktigt skulle återta. Bild från SweClockers-medlemmen kakan86.

Stöd för Hardware T&L var inte det enda som gav Geforce 256 en rejäl prestandaskjuts över konkurrenterna. Korten var även utrustade med cacheminne som reducerade onödiga redundanta vertex-beräkningar. Stödet för Hardware T&L fanns sedan tidigare i OpenGL, vilket gjorde Geforce 256 till en omedelbar prestandaledare med detta gränssnitt, och detta kompletterades med stöd i DirectX 7 under slutet av året.

3dfx bekymmer fortsätter
3dfx lanserade de första grafikkorten i Voodoo 3-familjen mars 2000. En rejäl marknadsföringskampanj för de nya korten gjorde sitt bästa för att maskera att de faktiskt var en ganska beskedlig justering av vad Voodoo 2 erbjöd. De stödde fortfarande endast 16-bitars färgdjup, texturstorlekar var begränsade till 256 × 256 pixlar och moderna funktioner som hårdvaruaccelererad T&L. Under samma år valde 3dfx att släppa Glide-gränssnittet som öppen källkod då populariteten hos utvecklare börjat svalna jämfört med DirectX och OpenGL.

3dfx bekymmer fortsatte att torna upp sig då Nvidia även släppte Riva TNT2 som åtgärdade många av de tillkortakommanden som första generationens Riva drogs med. Bland annat hade både grafikkretsens och minneskretsarnas klockhastigheter höjts rejält, tack vare krympt tillverkningsprocess på 250 nanometer. Riva TNT2 presterade markant bättre än Voodoo 3, och bjöd dessutom på moderniteter som skärmanslutning via DVI.

3dfx fick även allt hårdare konkurrens från Nvidia, här i form av Riva TNT2. Bild från SweC-medlemmen Svensktiger.

Det var inte bara ärkerivalerna som knäppte 3dfx på näsan. Matrox introducerade här grafikkortsfamiljen G400 som även den presterade bättre än Voodoo 3, med undantag för OpenGL-prestanda där Matrox hade prestandabekymmer. Matrox G400 låg dessutom en nivå under både Nvidia och 3dfx prismässigt, vilket gjorde korten till utmärkta alternativ för den ständigt växande katalogen av DirectX-spel.

Matrox var även tidigt ute med att kunna ansluta och driva två skärmar från ett grafikkort samtidigt, något företaget kallade Dualhead. Korten introducerade även Matrox egen teknik för texturkomprimering, EMBM, som gjorde korten bättre än vad specifikationerna skvallrade om. Med attraktiv prislapp och konkurrenskraftig prestanda gjorde detta sammantaget G400 till en aktör att räkna med för spelentusiaster för sin tid.

Matrox lyckades också få till lyckade grafikkort under den här perioden, här G400 Max. Bild från SweClockers-medlemmen Krigelkorren.

Under tiden som Nvidia och 3dfx tampats om prestandatronen hade ATI fört en något anonym tillvaro sedan Rage 128 släpptes. Företaget släppte en reviderad modell vid namn Rage 128 Pro som lade till stöd för AGP 4x och något högre klockhastighet, men prestandamässigt hamnade den på nivå med Nvidias Riva TNT, men halkade efter den högre klockade Riva TNT2 Ultra.

ATI hade inte ett enskilt svar på konkurrensen från vare sig Nvidia eller 3dfx, och lösningen blev istället att kombinera två Rage 128 Pro på en och samma krets. Kortet fick namnet ATI Rage Fury Maxx och fungerade på så sätt att de båda kretsarna ansvarade för att rendera varannan bildruta, enligt samma princip som parkopplade grafikkort över Crossfire.

Konkurrensen var dock bitande hård under denna tid, och både Matrox och ATI fick se sig prestandamässigt omsprungna av Nvidia redan tidigt 2000 när Geforce 256 med DDR-minne lanserades, där Creative Labs 3D Blaster Annihilator Pro var en av de tidiga produkterna på marknaden.

Geforce 256 DDR var det första kortet som använde DDR-minne och tack vare arkitekturens fyra beräkningsköer (eng. pipelines) var det kraftfullt nog att även användas i arbetsstationer. Nvidia lanserade sedan även den professionella produktfamiljen Quadro baserad på Geforce 256. Trots ett enormt steg upp för Nvidia intäktsmässigt var företaget fortfarande litet jämfört med ATI, något som dock var på väg att ändras.