PCGH Rückblick: Entwicklung der 3D-Grafikkarten (Teil 5) - Geforce 8 und Direct X10

Der erste Direct X 10-Chip: G80
Mitten hinein in Atis neugewonnenen Optimismus - anfänglich auch durch die Übernahme durch Prozessorhersteller AMD bedingt - setzt Nvidia im November 2006 die Markteinführung der Geforce 8800 GTX und GTS. Wie bereits erwähnt war der G80 - so der Codename des zugrunde liegenden Chips - bereits für einige Monate früher geplant und so schürte man die Gerüchteküche mit mehrdeutig (und entsprechend meist falsch interpretierten) Aussagen zur kommenden Architektur.

Zwischenspiel: Direct X 10 und dessen Implikationen
Direct X 10, und dessen Unterstützung galt als gesetzt, erfordert ein "unified shader"-Modell. Zumindest aus Sicht der API darf es keinen Unterschied mehr geben, welche Recheneinheiten angesteuert würden - inwieweit das auch für die Hardware gelten sollte, war umstritten. Theoretisch denkbar wäre auch ein Modell gewesen, welches eine klassische Direct-X-9-3D-Pipeline nutzt und nur wenige, spezielle Einheiten für Direct X 10 bereithielte, zum Beispiel einen klassischen, vielfach parallelen Pixelteil mit entsprechenden DX10-Änderungen und einige wenige DX10-Einheiten, beispielsweise für Vertex- und die neuen Geometry-Shader.

Bekannte und berüchtigte Gerüchteküchen im Internet wollten dann auch entsprechend früh vernommen haben, Nvidias G80 sei ein Pseudo-DX10-Chip. Vermutlich wurde man einerseits von Gerüchten, Nvidia hielte Spieleprogrammierer dazu an, Geometry-Shader möglichst sparsam zu verwenden und sie eher als Tech-Preview zu betrachten und andererseits durch ausweichende Aussagen von Nvidias Chefentwickler David Kirk, man werde eine Unified-Shader-Architektur bringen, wenn die Zeit reif dafür sei, auf die falsche Fährt gelockt.

G80
Beim G80 handelt es sich nicht nur um den ersten Direct-X-10-Chip, zudem verfügt er über voll vereinheitliche Shader-Einheiten. Doch nicht nur dass: Nvidia verabschiedete sich mit der G80-Architektur von den Geforce-7-Wurzeln und auch vom klassischen Ansatz der Vektor-GPUs, welche bis dato mit wechselnder Flexibilität zwei bis vier (im Vertexshader auch fünf) "Kanäle" eines RGBA-Pixels bearbeiteten und dabei zwangsläufig zu einem gewissen, störenden Prozentsatz leerliefen, wenn keine Instruktionen gefunden werden konnten, die in die Lücken geschoben werden konnten.

Der G80 kippte nun das Blockschaltbild quasi um 90 Grad und Nvidia nutzte das, um die Anzahl der Shader-Einheiten marketingwirksam auf 128 (8*16) anzuheben. Jede der acht Prozessoren bearbeitete für jeweils 16 Datensätze wie Pixel oder Vertizes einen Kanal pro Takt. Entsprechend gering war der Verschnitt: Benötigten die Daten nur einen einzelnen Kanal (Skalar), war der Prozessor nach einem Takt fertig (vereinfacht gesagt). Benötigte man drei Operationen, dauerte es eben drei Takte, bis die sechzehn Pixel fertig waren. Das gilt jedenfalls für die verbreiteten MADD-Operationen und wenn genügen Datensätze vorhanden waren, um alle 16 Kanäle des SIMD-Prozessors auszulasten.

Dazu führte nun auch Nvidia nebenläufige Textureinheiten ein, die die Arbeit der Shader-ALUs nicht mehr behinderten. Insgesamt konnte der Chip 32 Texturen pro Takt adressieren, aber bis zu 64 filtern. Dies führte endlich dazu, dass die Qualität des anisotropen Filters nicht mehr durch fragwürdige Optimierungen auf ein unwürdiges Niveau gesenkt werden musste, um die Fps-Rate hoch zu halten.

Außerdem setzte man auf ein breites 384-Bit-Speicherinterface, um den riesigen G80-Chip, welcher trotz rekordverdächtiger 681 Millionen Transistoren noch im 90-Nanometer-Prozess gefertigt wurde, mit Daten zu versorgen. Trotzdem ließ es sich dank durchdachter Kühlkonstruktion mit großem Radiallüfter und guter Lüftersteuerung noch einigermaßen leise auf Betriebstemperatur halten. Gekoppelt an dieses Speicherinterface waren generalüberholte ROP-Partitionen - sechs Stück, die jeweils vier Pixel gleichzeitig durchschleusen konnten. Nicht nur spendierte man ihnen die Fähigkeit, für jedes Pixel auch acht Z-Werte zu berechnen, auch single-Cycle 4x MSAA wurde ebenso geboten wie ein neuer 8x MSAA-Modus, welcher allerdings deutlich mehr Leistung als 4x kostete und bis heute kostet.

Um nicht nur wenige Chips zu hohen Preise unter das Volk bringen zu können und um die Ausbeute, also die Anzahl verkaufbarer Produkte pro Siliziumscheibe zu erhöhen, schaltete Nvidia bei der Geforce 8800 GTS kurzerhand zwei der acht Pixelprozessoren samt zugehöriger TMUs ab und kappte eine ROP-Partition samt 64-Bit-Speicherinterface - blieb also eine GPU mit 96 Shader-ALUs, 24/48 TA/TMUs, 320 Bit Speicherinterface und der krummen Zahl von 640 MiByte VRAM - die GTX hatte 768 MiByte, da jede 64-bittige ROP-Partition mit 128 MiB gekoppelt war.

Ati musste tatenlos zusehen, da sich der Hoffnungsträger R600 verspätete - darüber berichten wir im nächsten Teil des PCGH-Rückblicks.

Fehlt ein wichtige Detail oder stimmen Fakten nicht? Haben wir einen interessanten Aspekt oder gar einen Tippfehler übersehen? Nutzen Sie die Kommentarfunktion und teilen uns dies mit!

Artikel teilen

Der PC Games Hardware-Rückblick zeichnet die Entwicklung der Grafikkarten seit dem Durchbruch der Voodoo Graphics von 3Dfx im Jahre 1996 bis heute nach. Wie kam es zum Untergang der 3D-Pioniere und wie wogte der Wettstreit zwischen Ati und Nvidia mal in die eine, mal in die andere Richtung - all dies klärt unsere Rückblicks-Reihe.

Per E-Mail versenden

12

1. Seite 1 PCGH Rückblick: Entwicklung der 3D-Grafikkarten (Teil 5) - Einleitung und Rückblick
2. Seite 2 PCGH Rückblick: Entwicklung der 3D-Grafikkarten (Teil 5) - Ati X1000-Reihe
3. Seite 3 PCGH Rückblick: Entwicklung der 3D-Grafikkarten (Teil 5) - Nvidia Geforce 7,5
4. Seite 4 PCGH Rückblick: Entwicklung der 3D-Grafikkarten (Teil 5) - Geforce 8 und Direct X10