ATi Mobility PCI-E接口显卡全解析
作者：IT168 MOMO
【IT168 技术讲解】2005年1月19日，英特尔终于在北京发布这个研发代号为"SONOMA"的最新英特尔迅驰移动计算技术平台。这款源自于加利福尼亚一个酿酒地区名称作为研发代号的移动平台推出了全新的标准引起了整个笔记本业界革命性的变化，比如915系列主板芯片组代替了855系列，SATA硬盘代替了传统的PATA硬盘，支持更为低功耗的DDRII内存组，等等。但是最引人注目的当属于PCI-E总线技术的推广和随之发布的众多款PCI-E显卡产品和更换的AXIOM和MXM显卡模组，这些对于在数年AGP时代统治下的显卡来说无疑是一个解放。
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在业界，虽然从显卡的表现性能来看，ATi的产品总是要比nVIDIA的同档次产品要稍弱一些，但是就移动领域来说，ATi产品低功耗和低发热量的特点无疑决定了其移动领域的霸主地位，下图就充分说明了ATi产品在移动领域具有的强大市场势力。所以本文就目前新一代迅驰所推出的PCI-E总线技术的基础上介绍ATi近期所发布的几个系列显卡技术特性。
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介绍各款显卡之前，笔者先将ATi PCI-Express显卡的各项共有的技术特性概括地阐述一下：
"有路何须搭桥？"——PCI-Express
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"有路何须搭桥？"ATI以这个极其生动的广告不断地在全国各大媒体出现就是为了力推PCI-Express概念。PCI Express(原生)在软件层面上兼容目前的PCI技术和设备，支持PCI设备和内存模组的初始化，也就是说目前的驱动程序、操作系统无需重新制定就可以支持PCI Express设备。
PCI Express 作为目前主流的总线接口，采用了目前业内流行的点对点串行连接，每个设备都具有自己专用的连接接口。这比起曾经的PCI及更早期的计算机采用的共享并行架构来说，PCI Express并不需要向整个总线系统请求带宽可以把总线利用率充分发挥，将数据传输率提高到一个很高的频率，这样可以将带宽提高到前所未有的程度。而且PCI-Express总线能够在一个单位周期内实现又向连接和传输，这样使数据的传输质量更高更具有效率。
在图形接口方面，PCI Express图形接口只是普通总线位宽为16X的PCI Exprss 16X接口。和目前采用的AGP 8X图形而生并不一样，PCI-Express是一个通用的协议，其目的就是解决现在在系统内部传输瓶颈现象而出现的性能真空，并且取代目前各种内部传输接口，如上文提到的AGP还有PCI等等。
PCI Express规格从1条通道连接到32条通道连接，有非常强的伸缩性。每一条通道的传输速度为256MB/s，所以依次换算显卡采用PCI-Express 16X的传输速度是4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多。相比其目前广泛采用的AGP 8X数据传输只提供2.1GB/s的数据传输带宽来说，如此之大的性能优势显而易见。所以这也是PCI-Express(原生)会如此迅速得到业界肯定的原因。
发展已经相当成熟——Powerplay 5.0
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作为ATi独立显卡中内建的电源管理新技术，Powerplay在Mobility Radeon X系列显卡中已经发展到了5.0的版本。除了以前大家熟悉的Powerplay采用降频以达到节电的目的外，其DLCS(Dynamic Lane Count Switching 动态线路统计转换)功能可以通过对其总线和带宽的控制来达到降低功耗的目的。根据ATi官方资料表明，在普通环境运行中，当用户采用DC(电池供电)模式时，DLCS可以将带宽由16X降至1X这样可以节省最多30%的耗电量，这个数据相当可观。而且它还支持钟门控(Clock Gating)、需求电能(POWER-ON-DEMAND)以及其他的几种功能来通过软件从各个方面进行能耗控制。作为ATi显卡的核心省电技术，Powerplay5.0发展已经相当成熟，对独立显卡这个耗电大户方面的控制相当高效。
使PCI-E显卡更具性价比——HyperMemory
TurboCache是nVIDIA最近推出的一项新技术，而目的就是旨在让图形芯片利用高速的PCI Express总线直接访问系统内存，让其完成以前必须由显存担当的存储任务。其实对于系统内存应用的技术，ATi比nVIDIA推出的更早，早在Radeon Xpress200系列芯片组推出的时候，HyperMemory技术就应用在整合图形核心上。
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ATi对于HyperMemory技术的解释就是"一项允许图形卡和CPU共享系统内存，同时将可能出现的性能冲突降到最低的一项技术"，而换成简单的语言来讲，其实就是一项最优化的使用系统内存的技术。在技术方面，HyperMemory保证在使用系统内存后性能不会有太大的下降之外，还图形核心和驱动进行适当的改变。首先，HyperMemory系统总线界面，采用原生PCI Express系统总线界面，可以保证足够的带宽，确保图形核心更快的访问系统内存；其次，HyperMemory内存控制方法，通过12.8GB/s的高速显示带宽，尽量保证系统内存和本地内存的访问时间相同，减少显卡对显存的过分依赖。这样可以在性能提升的前提下减小成本昂贵的显存使用，使PCI-E显卡更具性价比。
GDDR3显存
说到独立显卡的显存，许多朋友也许更为熟悉DDR或DDR2这样的概念，而对于显存GDDR3就不那么了解。
GDDR是Graphics Double Data Rate 的缩写，它是专门针对显卡的DDR内存而设计的。其具有两个鲜明的特征：一是高存储密度，以满GPU对高容量显存的需要；二是高性能设计，以最快最具效率的形式给GPU提供数据。下表为目前三代GDDR显存的性能对比：注：*为GDDR1的最高数据频率一般在700MHz以下，1GHz为理论值。
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GDDR2显存基于DDR2技术构建，采用4位硬件预取架构，数据频率达到核心频率的4倍。虽然GDDR2的最高频率可以较轻松地突破1GHz，但是它的核心电压仍为2.5v是致命伤，所以其并没有受到各大厂商的青睐。所以，同以基于DDR2体系基础上发展来的GDDR3将其核心电压降至1.8v，功耗明显减小。而在性能上，其最高频率已经破突了1.6GHz。采用256-bit位宽设计时的带宽在理论上达到了51.2GB/s，对于现在的如Mobility Radeon X800这类的高性能显卡来说，这是最有力的保障。不过就目前技术而言，其显存频率还没有达到如此的水平，仍在1.1GHz左右徘徊。
但是由于历来显存的价格十分昂贵，而对于顶级的GDDR3来说其价格更是昂贵之至，所以在目前的显卡市场来说其应用也仅限于高端显卡的使用。而对于ATi产品来说，目前也仅有Mobility Radeon x700和Mobility Radeon x800使用，其定位也可见一斑。
Low-K
什么是"low-k"，也许这是目前比较神秘的概念。其实，low-k是一种"绝缘材料"，k就是电学涉及的介电常数。大概来讲，在集成电路内部，low-k充当了ILD(Inter Layer Dielectrics层间电介质)的角色，能有效地降低互连线之章的分布电容，避免寄生电容，使芯片速度在总体性能上有10%的提升。特别是在目前集成化电路飞速发展的现在，对于中央处理器(CPU)和显卡芯片(GPU)的制造工艺达到纳米级数量时，寄生电容所引起的某些感应问题对处理器芯片的速度有着严重的威胁，而且low-k也正是解决这种技术发展所带来新问题比较广泛采用的技术。比如ATi的中高端图形芯片和Intel的Prescott中就有。
但是由于low-k材料的抗热性、化学性、机械延展性以及材料稳定性等问题还没有得到完全的解决，给芯片的制造和质量控制带来许多困难。而且与其它半导体材料相比，其导热性差不利于芯片内部热量的散发等原因，也使得许多芯片制造厂商，如nVIDIA拒绝承认其带来的积极作用。所以low-K作为一把双刃剑高悬于各大芯片制造商之间，不过其主要还是在两个冤家ATi和nVIDIA之间。
ATi Mobility Radeon X300
对于那些寻求稳定的二维和先进的三维图形性能的笔记本电脑用户来说，MOBILITY RADEON X300 图形加速器可谓再理想不过的解决方案。这是一款入门级笔记本移动显卡，其面向超轻超薄型笔记本电脑。其以出色的移动技术和3D性能使其一经上市便得到了众多厂商的一直好评。
ATi Mobility Radeon X300作为一款PCI-E入门级显卡，是基于Mobility Radeon9200(M9+)而建立的，其代号为M22。其采用了RV370核心构架和0.13微米制造工艺，全面支持微软的DirectX 9.0b，在标准方面十分主流。支持ATi自己发布的Powerplay 5.0电源管理技术，在功耗和性能方面，这套更加智能的电源会在其间选择最佳的平衡状态。支持的SMOOTHVISION 2.1可以消除物体的锯齿状边缘，改善图像质量。并且在清晰屏幕上动画和低分辨率下的模糊画面，重新定义背景细节，并有ATi获得专利技术的灰度 (gamma) 校正。支持SMARTSHADER 2.0使用M22可以通过定制扩充功能受 OpenGL 2.0全面支持，并使每个象素多达十六个纹理，这是十分强劲的。
作为ATi RV370架构的移动显卡芯片，M22的核心频率达到了350MHz已经和ATi的另一款高端AGP显卡Mobility Radeon 9600 pro(M10)持平。而其2.8ns的DDR显存也达到了300MHz，更是达到了Mobility Radeon 9800(M19)的频率标准，高出M10显存频率25%。所以在性能上M22作为新一代PCI-E显卡是十分具有亮点的。处于市场定位等方面的考虑，M22的晶体管也只达到了0.75亿，并构建了4条象素渲染管线和2个顶点着色器，象素填充率为1.4GPixel/s和M10的象素填充率相当。支持Pixelshader2.0版本。其性能在现今移动显卡之中也算比较出色。M22的128-bits显存为64MB，其数据传输率为9.6GB/s已经高于M11(Mobility Radeon 9700)显存的8.32GB/s。
由此可见，M22虽然只是PCI-E显卡的入门级显卡产品，但是相比起传统的中高端AGP显卡来说有过之而无不及。在具体的选购中，不要因为市场定位的原因而对其产生某些不正确的认识。就目前市场而言，采用了M22显卡的笔记本有IBM Thinkpad T43、DELL Inspiron 6000以及Compaq Presario X6000 等轻薄机型产品中。
ATi Mobility Radeon X600
2004年6月1日，Radeon X600和Mobility Radeon X600两款产品同时发布。作为ATi公司专为新的PCI Express 笔记本电脑而设计的首款移动图形芯片，其定位于商业应用程序和 家用要求较高的3D 游戏。按照产品型号命名来看，Mobility Radeon X600属于ATi PCI-E显卡中的中档产品，其性能更是远高于刚才介绍的Mobility Radeon X300。对于预算有限而显示效果要求比较高的消费者来说是不错的选择。
Mobility Radeon X600作为基于Mobility Radeon 9700(M11) AGP显卡架构的PCI-Express版，采用了架构为RV370的核心和0.13微米制造工艺，并有尖端的低介电常数绝缘体low-K制造技术。其研发代号是M24，全面支持微软件推出的DirectX 9.0b。同样支持ATi公司自己研发的Powerplay 5.0、SMOOTHVISION 2.1和SMARTSHADER 2.0。支持结合了行业领先的数字视频功能的VIDEO IMMERSION II技术，可以充分发挥其在播放 DVD 时优化视频质量和功耗率的优点。支持LCD Enhancement Engine引擎，这是将桌面分辨率扩充为全面板尺寸，通过补偿 LCD 延迟来改善视频质量，并支持新的高分辨率和宽屏笔记本电脑的技术。
作为架构为RV370核心的移动显卡，M24的核心频率达到400MHz，略低于AGP时代Mobility Radeon 9700(M11)核心频率的450MHz。在内部结构上，M24显卡内建的晶体管数量同为0.75亿，和M22一样。并构建了4条象素渲染管线和2个顶点着色器，象素填充率为1.6GPixel/s，和M22的内部特征基本相近，并支持Pixelshade 2.0+版本。但是在显存方面，M24配备了GDDR3 BGA 2.0ns显存，显存频率为250MHz。其位宽为256-bits位并有64MB和128MB两种显存容量选择，其性能也差别较大。其数据传输率为12.8 GB/s，已经高于AGP时代除M19以外的任何一款移动显卡的规格，性能可见一斑。
由此可见，M24显卡在性能方面已经超过了目前市场上的主流移动显卡配置，大有与桌面显卡性能一决高下之势。这也是目前各大笔记本场商推出的中高端笔记本产品所搭载的标准配置。在市场中，华硕V6V、LG LM60、明基S52等众多机型，而且价格也在1.2万到2万元不等。其价格线长、品种众多，在中高端笔记本产品中算是主流配置，对于显卡性能要求较高的用户来说比较适合。
ATi Mobility Radeon X700
2005年1月19日，ATi Technologies发布了全新的ATi Mobility Radeon X700图形芯片。这是一款将性能和移动性结合的显卡产品，其目的是在发挥PCI-Express显卡高性能的同时将功耗和节能也可以有较好的控制。从ATi命名规则来看，ATi Mobility Radeon X700已经属于消费级移动显卡的顶级之作，其性能更是远超过了早前发布的几款PCI Express图形芯片。虽然X700也在消费级显卡之列，但是其较高的价格目前还是让众多搭载Mobility Radeon x700的笔记本产品未成为市场主流。
这是一款ATi推出的全新架构的PCI Express图形芯片，基于Radeon X800加构。其采用了台积电0.11微米制造工艺，大大降低了此芯片在全速运行时的工耗。同时，采用0.11微米的制造工艺也使其内建的晶体管数目达到了1.2亿之多！Mobility Radeon X700的代号为M26，其采用了RV410核心，但并没有采用low-k低介电常数绝缘体。由于其全面支持微软DirectX 9.0c，所以在性能上规格比较高。同时支持ATi技术升级的SMOOTHVISION HD、SMARTSHADER HD和Powerplay 5.0。很明显，这些技术标准已经是ATi的升级之作，其功能和功耗控制更为先进。
作为一款采用RV410核心架构的移动显卡，M26的核心频率仅为350MHz与此前介绍的M22的核心频率相当。在内部结构上，M26构建了8条象素渲染管线和6个顶点着色器，在目前的显卡里面已经算是相当出色了。支持Pixelshade 2.0+版本，象素填充率也达到了惊人的2.8GPixel/s，高出此前介绍的M24有75%之多。在显存方面，M26采用了GDDR3 BGA 2.0ns显存，其显存频率达到了350MHz，超过了此前的任何一款移动产品。而且其256bit的位宽和128MB内存容量使其显存传输速度为11.2GB/s，略低于M24的同等指标，估计是处于功耗方面的考虑。
由此可见，虽然M26已经采用了目前显卡领域最先近的技术，但是从移动方面来看，ATi并非将M26的性能发挥到极至。这也符合ATi在推广M26图形芯片时宣称的性能与移动的完美结合这一理念。就目前市场而言，宏基Aspire 1692、Gateway M680、微星MS-1029 等笔记本电脑。其中以宏基Aspire 1692的性价比最高面颇受市场关注。
ATi Mobility Radeon X800和Mobility Radeon X800 pro
2004年11月24日，ATi Technologies发布了移动版本中最强的PCI Express顶级显卡Mobility Radeon x800系列。这也是目前为止，在移动领域里频率和宽带远高于其它型号的GPU，是世界上最为强大的视觉处理装置。从命名上来看，Mobility Radeon X800已经属于目前ATi Technologies发布的终极型号的移动显卡，这也从技术上反应了ATi Technologies在目前高尖端领域方面的技术实力。
这款Mobility Radeon X800的代号为M28，而Mobility Radeon X800 pro的代号为M28pro，均采用了R420核心架构。由于发布时间远早于M26图形芯片，所以在制造工艺方面仍然延用了0.13微米工艺，但是其集成的晶体管数量达到了1.6之多！并且还采用了尖端的低介电常数绝缘体low-K制造技术。同M26图形芯片一样，其全面支持微软DirectX 9.0c，同时支持ATi技术升级的SMOOTHVISION HD、SMARTSHADER HD和Powerplay 5.0。
同作为R420核心架构图形显卡，M28的核心频率同M24一样都为400MHz，而M28pro达到了惊人的475MHz，这也是非专业级移动显卡之中最高的一款，性能无可比拟。两款产品同采用了12条象素渲染管线和6个顶点着色器，支持Pixelshade 2.0+版本。M28的象素填充率为4.8GPixel/s，几乎比M26的同类指标又搞出70%左右，而M28pro竟然达到了天量的5.7GPixel/s，不得不令人惊叹其工艺设计的优秀。在显存方面，两款图形芯片均采用了GDDR3 BGA 2.0ns显存，其均为256bit位256MB容量的显存，其性能也是十分了得。M28的显存频率在400MHz，其显存传输速度为25.6GB/s，是M26图形芯片显存的传输速度的200%还多。而M28pro的显存频率为450MHz，其传输速率也达到了28.8GB/s，所以将其称为移动显卡的旗舰产品一点也不为过。
ATi Technologies发布的这款Mobility Radeon X800系列图形芯片标志着移动显卡领域的尖端技术发展的程度。只是其发布时间较M26较早，所以在一些技术的选择上并不如M26那么具有优势，尤其在功耗方面还是缺少了一点可优化的程度，这也是比较遗憾的一点。
写在最后：
当英特尔推出了自己的Sonoma移动平台时，一套新的移动标准出跃然纸上并立即形成量化产业。而在竞争最激烈的移动显卡领域，ATi和nVIDIA两大巨头近乎白热化的斗争是各种显卡成熟并迅速被市场接受的催化剂。尤其是ATi近来推出的这几款PCI-Express显卡更是由于其在性能和功耗方面的出色设计而博得市场的好评和众厂商的支持。因此让我们共同鉴证未来ATi在PCI-Express的发展之路。
附录：各款显卡规格性能表(注：*M11移动显卡为Mobility Radeon 9700，是AGP x8版。在此对比之用)
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发表于 2005-7-21 12:39
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发表于 2005-7-21 12:48
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