2D圖像界面-ATI 圖形界面卡

、ATI Technologies, Inc.

· 公司創立時間:1985 年

· 市場活躍期間:1986 年至 2006 年

· 退出顯示市場:2006 年,被 AMD 收購。

· 公司現況:2011 年被 AMD 以 54 億美元收購,目前作為 AMD 旗下的 Radeon Technologies Group 存在並繼續設計、推出顯示芯片。

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接下來我們要看的是生存年代幾乎橫跨整個計算機圖形硬件加速發展史的 ATI,如同先前提過的,我一直沒有用很大的篇幅去談 ATI 的原因是很大程度上它們早期的產品是以「兼容 IBM 官方產品」為主,因此並沒有很大力度的去推動自家的產品,但由於價格遠比 IBM 本家產品來得低廉,偶爾在性能上甚至得以超過 IBM 本家產品,因此在市佔率上 ATI 其實一直以來都是不容小覷的一間重要公司。

1985-1986:草創時期

ATI 在 1985 年創立,以個人計算機市場瞬息萬變的發展趨勢來說,除了生產處理器的 Intel 與 AMD 之外,硬件廠商能從 1980 年代一路存活到 21 世紀以後的例子其實並不多,ATI 更是顯示芯片廠商中少數能夠如此長壽的 (NVIDIA 還沒出生呢,比 ATI 更長壽的還有現今仍然生產顯示芯片的 Matrox,不過後期主要僅針對專業市場與服務器領域)。

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在 1987 年下半以前,ATI 主要的業務是為 IBM 與 Commodore 等計算機廠商提供主板上的整合顯示芯片,而 ATI 首次將自行設計的芯片用於生產獨立顯示適配器是從 1986 年開始的 CW16800 家族,以這系列芯片衍伸出來的顯示適配器產品主要有 ATI Graphics Solution (兼容於 HGC)、ATI Color Emulation Card (可以將 CGA 訊號轉成單色輸出到單色屏幕上)、來年推出的 ATI Graphics Solution Plus (兼容於 CGA、MDA 與 HGC) 系列等。

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本系列的最後一款產品則是 1988 年推出的 Small Wonder Graphics Solution (下圖),這張卡的特性基本上與 Graphics Solution Plus (上圖) 相同,但整合度較高因此 PCB 體積相對小,成本亦較為低廉。

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1986-1992:短命的 EGA 與長青的 VGA 時代

而從 1987 年開始 ATI 也生產了兼容於 EGA 規範的 EGA Wonder 系列,使用自家的 16899 芯片與 CHIPS 生產的 P86C435 芯片組成 (ATI 自家的 16899 其實只是頻率產生器,真正的顯示核心反而是 CHIPS 做的 XD),移除了部分 HCG 功能但增加了 EGA 的支持能力,在當時以 399 美金的相對低價橫掃了市場,之後的升級版 EGA Wonder 800 則是加入了對 16 色 VGA 顯示模式與更高等級之 EGA 顯示模式的支持能力,比較特別的是 EGA Wonder 系列產品並不能自動偵測屏幕的類型,而是需要透過顯示適配器上的 DIP Switch 切換。

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之後的 EGA Wonder 800+ 則是唯一一款能透過屏幕接頭偵測屏幕類型的版本 (實際上是後來的 VGA Edge 改名並拿掉 VGA D-Sub 接頭的版本)。

而隨著 IBM 很快地推出 VGA 並在很短的時間內取代了 EGA,ATI 也在 1987 年內就推出了支持 VGA 標準的產品-ATI VIP (是 VGA Improved Performance 的縮寫,與 IBM 本家產品互別苗頭的意味可說是相當濃厚),可以兼容 MDA、CGA、EGA、VGA 顯示模式 (需透過 DIP Switch 手動調整) 並支持 256 KB 的 DRAM 顯示內存,可用於 PC/XT 或兼容型計算機上,不過可能是受到推出時程太趕的影響,ATI VIP Card 很快就在來年被更加完善的型號取代了。

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實際上在 1988 年推出的 VGA Wonder 系列才是 ATI 在 VGA 時代真正的核心產品 (當時人們甚至會認為有掛 Wonder 品牌的 ATI 產品才值得買),除了內存上限拉高為至多 512 KB 外,也加入了 SVGA 顯示模式的支持與自動偵測屏幕類型的能力,除此之外也在顯示適配器上加入了一塊用於儲存設定的 EEPROM 內存,之後 ATI 還以 VGA Wonder 為基礎推出了簡化版的 VGA Edge 8 (不過銷量不甚理想)。

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在同一年年底 ATI 又另外以 ATI VGA Wonder 為基礎推出了將內存傳輸信道寬度加倍為 16-bit 的 ATI VGA Wonder 16 及與之對應的低價版本 ATI VGA Edge 16。

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VGA Wonder 16 上還有有一個S端子接口

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而在兩年後 (1990 年),為了對抗以 S3 Graphics 為首,使用 VRAM 提升顯示適配器性能的作法,ATI 推出了採用 ATI 28800 系列芯片為基礎,能夠支持雙分頁內存存取模式與動態 CPU、CRT 交叉存取能力的 ATI VGA Wonder+,號稱能夠贏過使用 VRAM 內存的產品。

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之後在 1990 到 1992 年之間 ATI 所推出的 VGA 顯示適配器基本上都是以 VGA Wonder+ 為基礎修改而來,例如將鼠標總線拿掉並精簡電路板大小的 VGA Integra、將 VGA Integra 的內存減半並使用較差的 RAMDAC 即成為更低階的 VGA Basic-16、以 VGA Basic-16 為基礎但補上內存擴充能力 (至多 512 KB) 的 VGA Charger 等。

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除了前面列舉的簡化版之外也有幾種以 VGA Wonder+ 為基礎設計出的強化版本,例如換上更高階 RAMDAC 的 VGA Wonder XL,能夠提供 15 位的色彩 (算是 ATI 的特規)、部分分辨率模式下支持高達 72 Hz 的更新頻率等,內存大小上限亦增為 1 MB,後來還推出了整合 Creative SoundBlaster 聲卡的 VGA Stereo F/X (值得注意的是雖然名稱叫做 Stereo,但其實並不是真正的雙聲道音效,就是下圖這張有著恐怖長度的卡 XD),至於系列作當中最後的集大成則是在 1992 年發佈的 ATI VGA Wonder XL24,是唯一可以支持高彩、真彩模式的 VGA Wonder 系列顯示適配器。

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1990 – 1994:蓬勃發展的 Mach 系列

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由於初期的 ATI 基本上是完全跟著 IBM 的腳步在走,所以 IBM 推出 8514/A 的時候 ATI 也跟著推出了兼容產品,也就是 Mach 系列的第一款產品 Mach 8,這是 ATI 第一款針對 Windows 優化的 2D 圖形加速卡,但與 8514/A 一樣本身只能處理 2D 圖形運算但無法提供 VGA 輸出,因此在初期 Mach 系列與 Wonder 系列是共存的關係,而且相對來說 ATI 當時的營收依然是主要來自 Wonder 系列。

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而從 1991 年開始的 Graphics Vantage 與 Ultra (前者使用 DRAM,後者使用 VRAM) 則開始在顯示適配器成品卡上加入一組 ATI 28800 VGA 顯示核心 (其實就是剛剛介紹過的 VGA Wonder+),Mach 系列也於此開始朝著逐步取代 Wonder 系列邁進 (不過由於 Wonder 這詞已經在前幾代打響名號了,因此接下來我們在 ATI 的產品中還會經常見到這個字)。

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初期的 Mach 系列在商業上並未獲得成功,在 1991 年 ATI 甚至還把 Graphics Ultra 改名為 VGAWonder GT 以試圖提振疲軟的銷量,但 ATI 並未因此放棄,並緊接著在 1992 年推出第二代產品 Mach 32。

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Mach 32 與前代產品在特性上差異相當明顯,之所以命名為 Mach 32 的原因是來自採用 32-bit 架構設計,且首次加入了 GUI 2D 圖形加速能力,且由於 ATI 參與了 VESA Local Bus 規格的制定,Mach 32 也順理成章成為了首批支持 VLB 接口的顯示適配器,使用 Mach 32 芯片為基礎的顯示適配器產品種類也不少,主要以 Graphics Wonder (DRAM) 與 Graphics Ultra+ (VRAM) 系列命名,可以搭配至多 2 MB 的顯示內存。

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而在 1994 年推出的第三代產品 Mach 64 則是 ATI Mach 系列中歷來最為成功的一代,如同其名稱所暗示的,Mach 64 採用了 64-bit 架構設計,可以支持的顯示內存一舉提高到至多 8 MB 的 DRAM、VRAM 與 SGRAM (Synchronous graphics RAM,一種可以一次開啟兩個內存分頁以達成類似 VRAM 性能的特殊 SDRAM),在性能表現上相當優異,並加入了對 YUV-RGB 色彩空間轉壞、硬件加速縮放等早期的影像硬件加速功能,得以讓人們不必購買額外的硬件譯碼器就能順暢撥放許多 AVI 與 MPEG-1 格式的影片。

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Mach 64 在商業上獲得了極大的成功,讓 ATI 得以站穩腳步與 Tseng Labs 在接下來幾年內保持旗鼓相當的競爭關係,最終累積實力而得以在 1997 年將 Tseng Labs 收入麾下。

雖然 ATI 的故事還很長,不過由於接下來的故事幾乎都屬於 3D 圖形加速的範疇,因此我同樣打算留到之後再提。

獨立 2D 圖形加速時代的結束

在 S3 Graphics 推出 Trio 系列的後期,基本上 2D 圖形演算的性能已經超出實際的需要了,要做出能夠滿足各種 2D 運算需求的顯示適配器並不困難 (2D 接口與遊戲的 3D 畫面運算需求量的差異可說是天差地別),而且成本顯得越來越低廉。

在計算機的發展歷史上,這樣的停滯預示了 2D 圖形加速卡的歷史即將走到盡頭,然而在這之前,當時人們的計算機是這樣配置的:

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注意到有一條很粗的電線連結著兩張適配卡嗎?當時由於 2D 圖形加速卡與 3D 圖形加速卡是各自獨立的兩張適配卡,彼此之間並沒有內部管道可以直接互相溝通,因此當時的作法是這樣的:

CPU 對 2D 圖形加速卡下達指令 → 2D 圖形加速卡計算 2D 圖形的部分 → 2D 圖形加速卡透過 D-sub 接頭將 2D 畫面輸出給 3D 圖形加速卡 → CPU 對 3D 圖形加速卡下達指令 → 3D 圖形加速卡把 3D 畫面補上 → 輸出完整的畫面到屏幕上

以現在的眼光看起來大概會覺得這種做法很神經質吧?沒錯,人們很快就受不了這種做法了,畢竟這種做法有著高成本、效能低落、畫質低落、走線困難且混亂等各種缺點,於是人們腦筋很快就動到將 2D、3D 兩張圖形加速卡合而為一上,雖然初期歷經過一段跌跌撞撞 (途中有幾家廠商就這麼漸漸走入歷史了),但最終這種同時能夠處理 2D 與 3D 運算的顯示適配器獲得了巨大的成功,因此 2D 圖形加速卡就再也沒有繼續存在的必要了。

2D的圖形界面卡的發展介紹完了,下次介紹的就是我們用的最多的3D圖形界面卡的發展了,有興趣的朋友可以關注一下!


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