個人計算機用 3D 圖形的先鋒們

如同上一篇所提過的，在 1995 年眾家廠商所推出的「3D 圖形加速卡」幾乎都是以原有的 2D 圖形加速卡加上一些 3D 延伸特性而來，不過當時的這些產品顯然是隻有「笑能」而毫無性能可言。

而廠商們自然很快地就針對這種窘境做了許多改正，於是從 1990 年代中晚期開始，我們就能陸續見到「真正具備完整 3D 硬件加速能力」的 3D 圖形加速卡問世，這些產品的性能就顯著比前代產品高出許多了。

本篇我會以 1995 年以後真正具備完整 3D 硬件加速能力的圖形適配器為主，除了 S3 Graphics 由於晚了其他廠商一年且在 1998、1999 年推出了非常相似的兩代產品我會在這篇先提、Trident 由於直到 1999 年才推出相應的產品，因此我下篇才會提及他們之外，大致上只會談到早於 1998 年推出的產品，至於先前已經談過像是 Glide API 等內容，我在這裡就不再贅述了。

3dfx Interactive

要談 3D 圖形基本上不可能不提 3dfx 這家曾經在 1996 年曾經佔據 3D 圖形霸主地位睥睨群雄的公司。就歷史的角度而言這間公司應該可以說是個人計算機這二三十年間發展過程最戲劇化的公司之一。

3dfx Interactive 是由一群 SGI 員工於 1994 年所創立 (比 NVIDIA 還要晚一年)，這家公司在短短的兩年之內一度成為 3D 圖形界無人能敵的霸主，卻又在短短六年之內消失在歷史的舞臺上。

Voodoo Graphics

發佈時間：1996 年API 支持等級：DirectX 5.0

談到「第一張真正夠格的 3D 遊戲卡」，或許很多人會直覺的想到 Voodoo 這款產品吧？Voodoo 是 3dfx 創立以來的第一款產品，宣佈於 1995 年並在來年正式上市，這款產品的傳奇程度並不下於 3dfx 這間公司本身，當年 3dfx 可是曾經單靠 Voodoo 這款芯片就吃下了 85% 的個人計算機 3D 圖形加速市場。

值得注意的是，Voodoo 本身並沒有整合任何 2D 圖形的功能，是一張「純粹」的 3D 圖形加速卡，在使用時需要同時搭配一般的 2D 圖形適配器才能正常運作，這某種程度上降低的人們導入 3D 圖形的成本 (不需要放棄自己原有的 2D 圖形適配器或是屈就於某些 3D 圖形廠商差強人意的 2D 畫質)，而且 Voodoo 是當時少數特別強調「娛樂」與「遊戲」用途的圖形適配器 (某種程度上也讓其他顯示芯片廠商認為 Voodoo 不會侵蝕到自己的市場，因此低估了其影響力而未迅速推出用於反制的產品)，許多的宣傳與遊戲公司的聯名推薦在當時讓許多計算機玩家趨之若鶩。

除了成本因素以外，Voodoo 本身在性能上也相當不錯，又加上自家 Glide API 獲得大量遊戲大廠採用等因素推波助瀾，因此 Voodoo 在市場上獲得了極大的成功，讓創立不過兩年的 3dfx 公司迅速坐上 3D 圖形霸主的地位 (而且這造就了一個良性循環，當 3dfx 的市佔率越高，遊戲公司們選擇支持 Glide API 的機率也越高，當消費者發現大多數遊戲都針對 Glide API 提供支持甚至優化時，就會更傾向於購買 3dfx 的產品，這讓 3dfx 的地位鞏固許多)。

Voodoo Rush

發佈時間：1997 年API 支持等級：DirectX 5.0

先前提過 Voodoo 是一款純 3D 加速卡，因此沒有任何處理 2D 圖形的能力，在使用時需要搭配另一張獨立的 2D 圖形適配器才行，因此很自然而然的 3dfx 會希望能夠像其他廠商一樣轉而發展 2D+3D 二合一的圖形適配器，於是 Voodoo Rush 就這麼誕生了。

不過 Voodoo Rush 並沒有將 2D 與 3D 圖形整合為單一芯片組，實際上是由兩組子系統放在同一張 PCB 上組成，實際上 Voodoo Rush 的 3D 圖形單元大致上與 Voodoo Graphics 相同，至於 2D 圖形的部分則是使用 Alliance 設計的 Semiconductor ProMotion AT25 方案 (因為 3dfx 本身沒有設計 2D 圖形芯片的能力與資源)，不過這樣做的後果應該不難猜測，為了達成兩個子系統之間的兼容與同步，3dfx 不得不將 Voodoo Rush 的 3D 核心性能調降，而 Alliance 的 2D 核心本身性能也不理想，將這兩組差強人意的系統兜再一起最後的結果自然就是性能方面不理想、兼容性也差強人意的悲劇。

NVIDIA Corporation

是的，NVIDIA 終於出場了，相較於先前談過很多且歷史悠久的 ATI 來說，NVIDIA (中文名稱為輝達) 可以說是非常年輕的一家公司，在 1993 年才由華裔美籍的黃仁勳等人共同在美國加州創立，是目前個人計算機顯示適配器市場佔有率最高的廠商。

NV1

發佈時間：1995 年API 支持等級：完全沒有

如同其名稱，NV1 是 NVIDIA 的第一款產品，從年代上可以看出這是個人計算機 3D 圖形加速史中很早期的 3D 圖形加速芯片，如同剛剛所說過的，由於 NVIDIA 創立的比較晚，因此 NVIDIA 沒有早期的 2D 圖形加速卡可以拿來「延伸」出 3D 加速功能，因此打從一開始 NVIDIA 的目標就是製造真正 3D 圖形加速芯片。

不過同期的其他家廠商其實也不是單純因為懶惰或保存技術而不直接轉進真正的 3D 時代，而是因為當時確實沒有對 3D 圖形建立一系列標準規範，因此仍然是處於各自為政的狀態，因此就算做了也很難達到普及；優化也相當困難而效率不彰，因此絕大多數廠商並沒有將這類產品推向消費性市場。

但或許是 NVIDIA 當時剛草創不久所以有些「初生之犢不畏虎」吧？耗費兩年開發的 NV1 不僅包含了完整且由自家從底層打造起的 2D、3D 圖形演算單元，甚至還整合了音效、遊戲杆控制器等功能，目標是要用一張擴充卡搞定所有多媒體與娛樂的需求，以 1995 年這個年代來說，是相當具有野心的做法。

不過 NV1 這個產品在各方面來說，其實都不算是一項成功的產品，首先在整合的音效功能方面，NV1 的內建音效輸出的音質相當拙劣，而 NV1 的成本與價格都偏高也沒能說服人們為了價格因素而改為選用 NV1，反而絕大多數人還比較傾向於繼續使用單獨的聲卡來提供聲音輸出 (不支持音訊輸入)，因此整合多媒體的策略顯然是失敗了。

而在顯示適配器的本業－3D 圖形運算的部分，雖然整體來說 NV1 的性能可以說是可圈可點，但 NV1 並未選用多邊形貼圖技術 (也就是今日幾乎所有顯示適配器所使用的三角形貼圖，如上圖)，而是選用二次方程紋理貼圖 (正交紋理映像, Quadratic Texture Mapping，見下圖)，但在 Direct3D 等標準規範推出之後，幾乎沒有任何人選用 NVIDIA 情有獨鍾的二次方程紋理貼圖，這除了導致原本可圈可點的效能表現變得毫不突出，更帶來了兼容性與穩定性上的弱點。

儘管在 1996 年 NVIDIA 就針對 NV1 釋出提供 DirectX 「軟件支持」的「驅動程序」，但相較於其他廠商蓄勢待發且對 DirectX 提供「硬件完整支持」的新產品來說 (特別是 3dfx 的 Voodoo 系列)，NV1 幾乎沒有任何競爭優勢，因此 NV1 從上市到黯然下市都沒能成為主流。

但除去前面提過的這幾個問題以外，NV1 其實還帶來了不少重要且被後人延續使用，甚至被列入標準規範中的設計，例如運用直接內存訪問 (Direct Memory Access,DMA) 技術讓顯示適配器得以直接存取系統內存加速處理速度等。

最後要提的是，在 NV1 的時代 NVIDIA 有了兩個重要的合作伙伴，分別是為 NVIDIA 生產 NV1 芯片的 STMicroelectronics (當時名為 SGS Thomson Microelectronics) 與研發及發售支持 NVIDIA 獨家技術遊戲的 SEGA 公司。

NV2

發佈時間：從未完工API 支持等級：完全沒有

1995 年到 1996 年之間的 NVIDIA 作為一家新創公司，在傾全公司之力 (特別是資金) 發展出 NV1 卻獲得徹底失敗時，理所當然陷入了嚴重的財務困頓之中，這個時候對 NVIDIA 來說最重要的就是剛剛稍微點到過的日本 SEGA 公司。

SEGA 對 NVIDIA 提供了兩項重要的援助，首先是關於剛剛提的 NV1 這款產品，由於在一路走來始終由各廠商各自為政的遊戲機市場沒有「標準規範」的問題 (畢竟各家遊戲機的遊戲都不能混用)，因此 NV1 最大的缺點對 SEGA 來說其實沒甚麼影響，但 SEGA 看中了 NV1 高度整合各類多媒體接口的特性，因此選擇將 NV1 用來作為 Saturn 這款遊戲機的顯示核心芯片，於是 SEGA 幾乎成了 NV1 芯片最大的客戶之一，某種程度上 NVIDIA 沒有在 NV1 推出之後就破產是靠著這筆收入而來。

除此之外，由於對 SEGA 來說 NV1 算是符合需求的產品，因此也自然而然向 NVIDIA 續談了下一代 Dreamcast 遊戲主機所需要的顯示芯片之研發 (畢竟改換平臺對於 SEGA 來說很麻煩，要記得那是個不強調標準規範的市場，換平臺會造成原本的程序得根據新架構的系統需求重新寫過或大幅修改，這會嚴重的拉高研發成本與耗費的時間、人力)，也就是這裡要談的 NV2 計劃，SEGA 為此向 NVIDIA 支付了七百萬美元，若沒有這筆錢，恐怕不會有後來 NVIDIA 的成功，甚至今天可能不會有 NVIDIA 這家公司存在。

不過後來 SEGA 中途轉向決定改採 PowerVR 與 NEC 提出的顯示核心方案，因此 NV2 計劃最後無疾而終。

至於接下來讓 NVIDA 正式起飛的 NV3，雖然推出於 1997 年，但我打算在下篇再與 ATI 的 Rage 128 一同介紹。

S3 Graphics

接下來我們要看的是昔日的 2D 圖形霸主－S3 Grapics，在經過 1996 年 ViRGE 系列由於結合了讓人汗顏的 3D 效能與讓人驚豔的 2D 畫質如此高反差的兩大特性於一身，因此在經歷過被人們揶揄為「3D 圖形減速卡」的慘痛經驗之後，S3 Graphics 在 1998 年發佈了全新的 Savage 系列。

Savage 3D

發佈時間：1998 年 06 月API 支持等級：DirectX 5.0、Metal (S3 Graphics 自有 API)

Savage 3D 是 Savage 系列的第一代產品，提供了好幾項新技術的支持能力，像是單循環三線性過濾、更強大的 MPEG-2 影片硬件譯碼能力 (加入了動作補償、子圖透明圖層融合等功能)、高達 250 MHz 的 RAMDAC 等，從規格面上來看其實 Savage 3D 是一款還蠻具有成功潛力的產品 (當時甚至有人認為這樣的規格應該足以創造出一個 Voodoo 2 殺手，至於 Voodoo 2 是甚麼呢？Voodoo 2 是由 3dfx 設計的純 3D 圖形加速卡，在當時有著性能霸主的地位，至於這款產品的詳細介紹呢，就留待下回分曉了)。

不過或許是受到前代 Virge 系列過於慘烈的笑能表現所拖累，當時人們並沒有特別關注 Savage 3D 這款產品，眾家板卡大廠中很少有選用這款芯片製造顯示適配器的，加上在驅動程序方面 S3 Graphics 又搞砸了 (不穩定、錯誤百出且無法完整發揮性能)、Savage 3D 無法支持多重貼圖 (Multitexturing) 功能、Savage 3D 的芯片良率過於慘烈 (搞到 Hercules 當時得手動挑出能用芯片並對每張成品卡經過多項測試才能出貨、絕大多數曾經宣佈要生產 Savage 3D 顯示適配器的板卡廠取消計劃) 等因素，最終 Savage 3D 依然是以失敗收場，因此特別為這系列設計的 Metal API 最終也未能被廣泛採用 (不過 Unreal Engine 1 有支持)。

不過最值得注意的是加入了被稱之為 S3TC (S3 Texture Compression) 的材質壓縮技術，這款技術後來由 S3 授權給微軟，並且被納入了 DirectX 規範之中 (顯示芯片設計商因此不需要為了支持 S3TC 而額外支付授權費用給 S3)，也就是後來人們所知道的 DXTC (DirectX Texture Com pression) 功能，而除了微軟的 DirectX 之外，這項功能後來也以擴充組件的方式被引入 OpenGL 規範中，因此是在現代個人計算機 3D 圖形芯片中非常普遍採用的技術，而 Savage 3D 正是世界上第一款採用這項功能的 3D 圖形芯片。

Savage 4

發佈時間：1999 年 02 月API 支持等級：DirectX 6.0

在經過 Savage 3D 的失敗之後，S3 Graphics 很快在來年將 Savage 3D 停產並推出了新的 Savage 4，在經歷了兩次十分「精彩」的失敗之後，人們開始認為或許 S3 Graphics 就只有把 2D 圖形加速卡做好的能力 (確實有不少廠商如此)，因此 Savage 4 可以說是在各家媒體的強烈質疑與不看好之下誕生。

與 Savage 3D 擘劃的宏圖不同，這次 S3 Graphics 的目標不再是成為業界龍頭或領先者，因此穩坐龍頭寶座的 3dfx 不再是 S3 Graphics 的假想敵 (實際上目標市場的高低早就涇渭分明瞭)，而這時 NVIDIA 也還沒真正抬頭，因此尋求在中低階市場中殺出一條血路的可能，是 S3 Graphics 當時所擁有最重要也最好的機會，Savage 4 就是以這樣的理念開發出來的產物。

從賬面來看，其實 Savage 4 並不特別。不論從哪個角度來看都與 Savage 3D 沒有太大差別，而實際上 Savage 4 也確實是由 Savage 3D 修改而來，主要的改變是針對大家詬病的硬件問題進行改善，並且補上了單循環多層貼圖功能與納入了對 AGP 4X 標準的支持，同時也是最早一批引入 DVI 界面支持的顯示適配器 (所以可以原生搭配 LCD 數字液晶顯示器使用)。

而另一項 Savage 4 新增的特色則是在內存的支持能力方面，Savage 4 允許板卡廠自由搭配最高 32 MB、最低 8 MB 的顯示內存，在彈性方面比 Savage 3D 來得大很多，也改善了當年 Savage 3D 能搭配的內存容量遠遠不及其他產品的問題。

不過還是老樣子，S3 Graphics 依然搞砸了 Savage 4 的驅動程序，但價格便宜加上選擇切入高低階市場中的縫隙這一策略確實有用，因此 Savage 4 獲得了還可以的銷售成績 (特別是在 OEM 市場方面)，所以在下一篇當中我們還會繼續見到這位曾經的 2D 圖形霸主 (不過也沒幾次出場機會了 XD)。

最後要提的是 Savage 4 其實是一系列顯示芯片的總稱，系列編成先後有 Pro、GT、Xtreme 幾個不同的版本 (主要差異為運作頻率、內存帶寬)，除此之外還有用於筆記本電腦的 MX 版本。

ATI Technologies, Inc.

在本篇的最後，我想談的是在個人計算機圖形發展史當中幾乎自始至終都能佔有一部分篇幅的 ATI，但本篇我只提 Rage Pro 一款產品 (至於原因則是剛剛談過的，我希望可以同時談 ATI 的 Rage 128 與 NVIDIA 的 RIVA 128)。

3D Rage Pro

發佈時間：1997 年 04 月API 支持等級：DirectX 6.0、OpenGL 1.1

ATI 大概是所有早期顯示適配器廠商當中最不喜歡砍掉重練的吧？3D Rage Pro 依然是以上一代的 3D Rage II 改良而來，如果你還記得的話，這整個家族都是從 2D 圖形時代的 Mach64 修改來的，可以說是最長青的架構之一 (儘管演化到 3D Rage Pro 改過的地方已經多到看起來不太像 Mach64 了)。

相較於上一代產品而言 3D Rage Pro 主要的改進有三大方面，首先是 3D Rage Pro 是 ATI 第一款設計用於搭配 AGP 接口的產品 (來年二月推出的「改名」版本 3D Rage Pro 則是納入對 AGP 2X 的支持，當時 ATI 還推出了專用的新驅動程序號稱能夠提高 40% 性能，不過實際上一開始僅對少數幾項測試有這種加速效果而已，雖然後來的驅動程序確實能夠微幅提高性能，但仍舊未能引起人們的興趣)，因此顯示適配器可用的帶寬相較於過去的 PCI 界面來說有了長足的進步。

然而除了 AGP 之外，3D Rage Pro 最大的改進是針對 3D 圖形運算能力的大幅度強化，像是新的三角形生成引擎、改進的透視角修正處理能力、加入對距離模糊功能的支持 (讓物體根據實際遠近產生不同模糊程度的效果，以更加接近真實的人類視覺)、改進的透明度運算能力，最後則是針對影片撥放能力的強化與加入處理 DVD 撥放、解碼的能力。

在內存搭配方面 3D Rage Pro 最大可以搭配 16 MB 的 WRAM 或 8 MB 的 SGRAM。

距離上次更新連載似乎已經過了好一陣子，隨著新學期選課結束等期初必經過程告一段落之後，接下來筆者應該會比較有時間更新這系列的連載文章吧？

上一篇我們看的是 1990 年代末期的一系列 3D 圖形芯片，在這個時代裡個人計算機終於開始具備夠格的 3D 圖形運算能力 (在這之前個人用 3D 圖形芯片根本只是小幅改版的 2D 圖形芯片罷了)，而隨著時間即將進入 21 世紀初期，個人計算機 3D 圖形運算能力將開始進入穩定但幅度卻相當巨大的成長期。

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