NV40 正名为 GeForce 6800/Ultra

NV40 是 nVIDIA 继 NV38 （ GeForce FX 5950 Ultra ）之后的最新 GPU 旗舰机种，在发表之后， NV40 已经正名为 GeForce 6800/Ultra 图形处理器，型号中已经拿掉了FX字样。 NV40的三个版本分别是 GeForce 6800 、 GeForce 6800 GT 及 GeForce 6800 Ultra ， GeForce 6800 的 GPU 频率 335MHz 、显存频率为 700MHz ， GT 版为 350MHz/1GHz(GDDR3) ， Ultra 版为 400MHz/1.1GHz(GDDR3) 。

NV40 采用 IBM 0.13 微米制程工艺制造，芯片内含的晶体管数量超过 2.2 亿个，跟 GeForce FX 5950 Ultra （ NV38 ）比较起来，几乎多了一倍！ NV40 GPU 属于 256-bit 架构设计，内含 16 条像素着色管线（ NV38 为 8 条），显存接口宽度为 256-bit ，搭配 GDDR3 高速显存，显存频宽高达 35.2GB/s 。 NV40 的材质填充率高达 6.4 billion texel/s （ NV38 为 3.8 billion ），三角形产生率高达 600 Million triangle/s （ NV38 为 356Million ），光看这些数据上的差异，就可以约略估计 NV40 狂暴式的性能大跃进！

NV40 支持新一代的 CineFX 3.0 着色引擎、 Pixel/Vertex Shader Model 3.0 着色器、 IntelliSample 3.0 抗锯齿技术、 UltraShadow II 阴影算法，并内建视频处理器（ Video Processor ）、电视信号编码器（ TV Encoder ）及两组 400MHz 的 RAMDAC 。

各家的 GeForce 6800/GT/Ultra 显卡现在已经陆陆续续铺货上市，总线接口目前采用的仍然是AGP 8X 。支持PCI Express 的新一代主板Intel i9X5已经发布，待PCIe全面普及， NV40 也能够像 GeForce PCX 系列一样，利用 HSI （ High-Speed Interconnect ）桥接芯片来转换成 PCI Express 接口， NV40 芯片本身并不需要修改。 HSI 桥接方式其实是双向的，将来原生型 PCI Express 的 GPU 也能够利用 HSI 再转换回 AGP 8X 接口。如果将来能证实 HSI 桥接方式并不会对性能产生负面影响的话，那么其实 nVIDIA 的做法在目前 AGP 8X 转换到 PCI Express 的过渡时期反而比较有弹性。

CineFX 3.0 着色引擎

从 nFiniteFX 、 nFiniteFX II 、 CineFX 一直到 CineFX 2.0 ， nVIDIA 随着新世代 GPU 的推陈出新，着色引擎也跟着不断演化。 NV40 导入全新 CineFX 3.0 引擎，支持了 DirectX 9.0 的 Vertex Shader Model 3.0 、 Pixel Shader Model 3.0 及 OpenGL 1.5 API 。 CineFX 3.0 在 Pixel/Vertex Shader （像素 / 顶点着色器）的程序撰写上几乎没有长度限制，加上改良的高度动态流程控制，让程序研发人员拥有前所未见的自由度，这也是迈向完全可程序化 GPU 的一个重要里程碑。

CineFX 3.0 引擎导入顶点频率流分割器（ Vertex Frequency Stream Divider ）的概念，让程序研发人员能指定多组频率或偏移量，来读取不同种类的顶点信息。让一组效果可以迅速地套用到多个角色或物体上，增加差异性，以避免每个模型看起来一模一样。下图是一个范例，例如在战场上的一群士兵或坦克行进时的动作完全一致，就可将每个角色的动作参数套用到每个模型上，让每个个体产生独特的动作。研发人员可以透过批次处里，为场景中的所有模型设定动作参数，达到惊人的复杂视觉效果。

顶点频率流分割器（ Vertex Frequency Stream Divider ）的应用范例

NV40支援全新Shader Model 3.0

下面是Vertex Shader Model 2.0到Vertex Shader Model 3.0所作出的改变：

超纯量16管线

为了能够在同一个频率周期平行处理多个像素， GPU 也引进了所谓的管线（ Pipeline ）架构。以 nVIDIA 的产品世代来看，从 GeForce4 MX （双管线）、 GeForce4 Ti （ 4 管线）、 GeForce FX 5200/5500/5600/5700 （ 4 管线）、 GeForce FX 5800/5900/5950 （ 8 管线）的一路演进，像素处理管线的数量几乎就象征着该图形芯片的性能等级。像素管线的多寡不但与性能表现密切相关，也和芯片的实体复杂度成正比，换句话说，也就是与芯片的设计/生产成本息息相关。

NV40 终于更上一层楼，将像素管线一举倍增到 16 条，并且导入超纯量（ Superscalar ）的设计。传统的非纯量着色器架构只提供一组着色器单元，每个周期最多只能执行四组运算。 NV40 的超纯量架构则内含第二组着色器单元，让每个周期的运算量增加一倍。

传统的非纯量着色器架构只提供一组着色器单元，每个周期最多只能执行四组运算

超纯量架构则内含两组着色器单元，让每个周期的运算量增加一倍

高精准度动态范围 (High Precision Dynamic Range, HPDR)技术

NV40 架构中的新型高精准度动态范围 (High Precision Dynamic Range, HPDR) 技术是采用由 Industrial Light & Magic 制定的 OpenEXR 标准为基础，主要目的用来进一步改善静态与动态视频的质量，让图形系统能朝向更近似相片般的着色质量迈进。 HPDR 在着色、图层混合、以及过滤时均能提供更高的数据精准度，进而改善视频质量。

图中是高精准度动态范围的范例。白光非常明亮，而阴影部位的大理石墙板纹路则相当细腻。

IntelliSample 3.0 抗锯齿技术

从 Accuview 、 Intellisample 到 IntelliSample HCT ， nVIDIA 在全景抗锯齿（ FSAA ）技术上的精进也不断地精益求精。 NV40 则再度引进了全新的 IntelliSample 3.0 抗锯齿技术。 IntelliSample 3.0 抗锯齿技术的核心是一套旋转网格线（ Rotated-grid ）的抗锯齿采样算法。以往，抗锯齿演算会在每个像素撷取四组采样，这四个子像素是以 2 乘 2 的网格线模式对每个像素进行采样。旋转网格线（ Rotated-grid ）则将四个子像素的网格线稍加旋转，形成一组 4 乘 4 的钻石型采样网格线。如此一来，能够让子像素在水平与垂直方向的涵盖率加倍，进而为多边形的边缘带来更高的色彩精准度，也就是成效更好的抗锯齿效果。

底下左图是传统的抗锯齿采样图示，子像素在垂直与水平方向分别只涵盖两个数值；旋转网格线之后（右图），子像素在垂直与水平方向都能各自涵盖四个数值，证实了旋转网格线算法的理论基础无误。

旋转网格线之后（右图），子像素的涵盖率加倍

UltraShadow II 阴影算法

还记得我们在介绍 GeForce FX 5900 （ NV35 ）、 GeForce FX 5700 （ NV36 ）、 GeForce FX 5950 （ NV38 ）的时候都曾经讨论过 UltraShadow 阴影算法。精准的阴影效果对于营造逼真的 3D 场景具有决定性的影响。然而场景中多组光源以及无数个体之间的复杂互动，往往需要耗费极大的运算资源来分析阴影的成像变化。

UltraShadow 主要目的在于提高阴影成像的运算性能。实作上是利用排除不必要的区域来加快阴影运算的速度。首先在场景中定义出封闭边界的区域（称为” Depth bounds ”），并藉以限制物体在计算光源效果时的范围。也就是说， UltraShadow 将阴影运算限制在最受光源影响的范围内，并避免运算资源浪费在不可见的区域，藉此加速阴影产生的流程。

NV40 以硬件实作的方式来强化 UltraShadow 技术，据官方说法，新一代 UltraShadow II 产生阴影的速度是前一代技术的 4 倍，如果在程序撰写时加入一些硬件组件的呼叫函数，运算性能还可以进一步提升。事实上，场景中的光源与阴影愈复杂， UltraShadow II 提升速度的效益就愈显著。

定义出Depth bounds子区域来限制阴影的计算范围

底下是一个 UltraShadow II 的实际应用范例，截图的画面是 DOOM III 的游戏场景。

DOOM III 的游戏场景

图中的线条代表计算光源与阴影的影像轮廓

应用 UltraShadow II 技术之后，需要计算的轮廓线条变得比较少

NV40规格简表

NV40 显卡的各版本除了核心 / 显存频率不同以外，也依据像素管线数量的不同而划分等级，分别是 GeForce 6800 Ultra （ 16 管线）、 GeForce 6800 GT （ 12 管线）、 GeForce 6800 （8管线）。

NV40 vs. R420 性能大对决

接下来要进入我们的重头戏了，咱们将针对全系列 NV40 及 R420 显卡来一次性能评比，参赛者包括： GeForce 6800 Ultra 、 GeForce 6800 GT 、 GeForce 6800 、 Radeon X800 XT 、 Radeon X800 Pro 等等这次我们文章中的主角，另外也把双方阵营的上一代旗舰 GeForce FX 5950 Ultra （ NV38 ）及 Radeon 9800 XT （ R360 ）加入我们的评比，当作对照之用。

测试平台

测试结果

分析测试的结果，我们把焦点集中在 DirectX 9.0 的性能表现上。先看 nVIDIA 的部分， GeForce 6800 Ultra 约领先 GeForce 6800 GT 有 10% 左右。

GeForce 6800 GT 则领先 GeForce 6800 约 50% 的性能。 GeForce 6800 则领先上一代旗舰 GeForce FX 5950 Ultra 将近 15% 。也就是说， GeForce 6800 Ultra 的 DX9 性能大约是 GeForce FX 5950 Ultra 的两倍左右，提升的幅度真是空前绝后！这些性能差距除了彼此的核心 / 显存频率不同之外，也由于 GPU 的像素着色管线数量不同所致。

再看到 ATi 的部份， Radeon X800 XT 约领先 Radeon X800 Pro 有将近 25% 。而 Radeon X800 Pro 则领先上一代旗舰 Radeon 9800 XT 将近 60% 的 DX9 性能。 Radeon X800 XT 则约为 Radeon 9800 XT 的两倍性能，提升的幅度跟 nVIDIA 一样恐怖。

如果拿 NV40 来跟 R420 作比较的话，那么 GeForce 6800 Ultra 与 Radeon X800 XT 真可说是旗鼓相当， DX9 的性能差距可以说微乎其微， DX7.1 、 DX8.1 、 OpenGL 的性能则互有胜负。真可谓王见王，狭路相逢，杠上了！其它部份的交叉比对，请大家自行参考表中数据。当然，双方对驱动程序的调校会影响性能表现，也可能会造成彼此性能顺位的消长，随着双方驱动程序的持续改版，本站也将继续追踪并更新测试结果。

2004年07月12日11:22 于上海

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