本本ABC专栏之显卡篇

bobwu

本本ABC专栏之显卡篇
      

本文曾刊登于《微型计算机》2003年第18期，特此声明！
SunDigi.com 移动新人类   2003-10-7 16:22:00  
   
   

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本文简介：
   
早期的笔记本电脑只是为了处理2D的平面图形和一般的文档输入和演示，所以在3D性能方面基本没有什么要求。但随着电脑技术的整体发展，笔记本电脑需要担负的工作不在仅限于2D的平面处理，越来越多的3D处理转移到了笔记本电脑上，使得目前笔记本电脑的显卡性能正出于一个飞跃的时代，正在逐步缩小与台式机显卡的差距。

  

   
  
早期的笔记本电脑只是为了处理2D的平面图形和一般的文档输入和演示，所以在3D性能方面基本没有什么要求。但随着电脑技术的整体发展，笔记本电脑需要担负的工作不再限于2D的平面处理，越来越多的3D处理运算转移到了笔记本电脑上，使得目前笔记本电脑的显卡性能正出于一个飞跃的时代，正在逐步缩小与台式机显卡的差距。本文将给大家介绍的笔记本电脑显卡的特点，与台式电脑显卡的对比，并且简单的说说笔记本显卡的发展历程、现状以及将来的发展趋势。
笔记本电脑显卡的特点
体积小巧：笔记本电脑狭小的机身内是无法使用像台式电脑一样的AGP板卡的，所以笔记本电脑上的显卡大都采用的是直接将显卡芯片焊接在主板上的安装方式。下图中IBM T23采用的Super Savage显卡，就是直接将显卡芯片通过BGA封装焊接在主板上。从这一点上来说，笔记本电脑的“显卡”并没有传统台式电脑的AGP板卡的形式，称为显示芯片更为贴切一点，但为了便于大家阅读，我们还是用“显卡”来称呼笔记本电脑的显示芯片。

显存方面，传统的台式电脑采用的AGP接口显卡，显存是焊接在显卡的PCB电路板上的，然后和整个显卡一起通过AGP插槽安装在主板上。而上图中的Super Savage/IXC显卡是将显存和显卡核心封装在一个芯片里面直接焊接在主板上，这样即可有效的减少显卡部分电路的占地面积，又简化笔记本电脑设计生产厂商的主板电路设计，从设计成本上降低了总的制造成本，可谓一举多得的思路。
为了简化笔记本电脑厂商的设计成本，一些显卡厂商，比如ATI都提供了多种显存封装形式的备选方案，除了上面提到的显存和显卡核心封装在一起的形式之外，有些显卡则是将部分显存和显卡核心封装在一起或者是焊接在一块芯片上，另外一部分显存则作为拉开不同档次显卡差距的砝码，根据不同定位的机型由笔记本电脑的生产商决定是否焊接在主板上。
例如下图中的Samsung P10笔记本电脑采用的就是这种设计方式，ATI Mobility Radeon7500的封装芯片里面有16MB显存，另外16MB显存通过焊接在主板上的方式来实现， P10作为家用多媒体机型在3D性能方面的要求是高于商用机型的，所以在显存方面的Samsung在主板上焊接了两片显存，将显存总容量增加到了32MB。

而下图中IBM T30作为经典的T系列商用机种，对3D性能的要求就没有家用机型那么强烈，所以配备的ATI Mobility Radeon7500只有16MB显存，采取的是将显卡核心单独封装，然后显存直接焊接在同一块芯片上的封装方式。

功耗和发热量低：说笔记本显卡的功耗和发热量低是建立在和台式电脑显卡对比的基础上得来的。目前台式电脑的AGP显卡不但有自己独立的散热片，而且大多数发热量巨大的显卡还安装了自己独立的散热风扇来主动散热，即使这样，在高温天气时运行大型的3D游戏时还会发生因显卡温度过高，导致的死机和异常重起等突发情况。
大多数笔记本显卡都是厂商将自己在台式电脑市场获得成功的产品，经过改进后设计出来的，为了有效的降低功耗和发热量，多数笔记本电脑显卡和类似型号的台式电脑显卡相比，显卡核心和显存的运行频率都大大的被降低了。下图是IBM T30 97C采用的ATI Mobility Radeon7500显卡的核心和显存运行频率（显卡核心为259MHz，显存为182MHz），而台式电脑采用的标准版Radeon 7500显卡，核心运行频率在270MHz以上，DDR显存频率也超过了200MHz。

简单的散热装置：即使是降低了运行频率的笔记本电脑显卡，也很难采用类似台式电脑那样的散热方式，毕竟笔记本电脑在机身体积和主机重量两方面的限制还是很明显的。笔记本电脑对显卡的散热方式根据不同时期不用发热量的显卡，可以分为几种典型的散热方式：
被动散热：早期的笔记本显卡基本不具备3D运算的能力，在工作时产生的热量相比现在的情况要小的多，下图是一台早期的Panasonic的Let`s Note系列的笔记本电脑，CPU主频PII333MHz，采用的显卡为NeoMagic 256AV，显存容量为2.5MB，属于非常老的笔记本电脑显卡了。

上图中的显卡位于主板中部偏下的位置，与右侧偏上的散热器所在位置距离较远，中间也没有任何的热量传输装置，显卡的热量完全靠辐射和机身内的空气对流来传输。和它同一时代的显卡基本也都采用这种被动的散热方式。
辅助传导：到了Mobile PIII-M的年代之后，笔记本电脑采用的显卡主要集中在ATI Mobility Rage、Mobility Radeon、S3 Supersavage、nVidia Geforce2 Go等几大显卡品牌上，此时随着显卡3D性能的提升，发热量也在逐步增大，单纯依靠显卡芯片自身的辐射和传导已经不能满足要求了。
于是各种辅助散热的方式被应用到笔记本电脑的设计当中，首先显卡的安装位置位于机身辅助进风口和出风口的通道上，借助气流带走显卡辐射出来的部分热量。或者将显卡安置在主板背面，通过大面积的铝镁合金的机身来帮助散热，或者通过散热器的部分金属传导来帮助显卡散热。下图中就是新HP的Evo N410C笔记本电脑显卡芯片，上面贴的银色铝片就是用来辅助散热的。另外这块显卡被安置在机身底部，机身底部上对应位置处有一大块铝板，就是专门用来对显卡、芯片组南北桥、以及CPU模块进行辅助散热的。


省电设计：即使在减低了运行频率之后，笔记本电脑显卡的功耗还是不能令用户满足，由于一般用户在应用中，对数时间仅需要一些2D图形的处理能力，所以显卡的功耗在一般情况下是白白损失的。针对这一点，两大显卡巨头ATI和nVidia都在自己的产品上开发了显卡的节能技术。两家的技术原理基本是一致的，那就是在使用电池时，自动降低显卡核心的运行频率以进一步降低功耗，节省电能。在实际测试当中，以采用nVidia的Geforce4 440go （64MB显存）的Samsung X10为例，开启PowerPlay之后的电池使用时间延长了15%左右，效果还是非常显著的。
但是这种效果显著的代价就是3D性能的下降，当把Geforce4 440go的PowerMizer开到最省电模式时，X10的3D性能大概只有PowerMizer开到最佳性能模式时的1/3左右。幸好这种切换是即时的，只要在nVidia显卡属性控制面板里面更改即可即时生效，所以用户在两种性能之间切换也非常方便。下图就是PowerMizer的控制界面。所有采用Geforce4 Go及其以后系列nVidia显卡的笔记本电脑上都有这项控制功能。

ATI方面开发的类似技术叫做PowerPlay，但是这项功能并非所有采用ATI Mobility Radeon以后系列的显卡的笔记本都有的，这种控制功能在IBM笔记本电脑最常见的。
笔记本显卡的发展概况
没有3D能力的“古代史”：在目前的笔记本二手市场上出于3000块上下的“老爷车”类的二手笔记本电脑，大多属于1999年以上生产的，多数不具备3D应用的能力。例如IBM的TP600系列、SONY的505系列等。
在那个时代的笔记本电脑，不但显卡没有3D性能的可言，大多数都不具备目前看来是必不可少的MPEG-2硬件解码能力。当时的笔记本显卡市场还没有出现像现在这样ATI和nVidia两大显卡巨头激烈的竞争，此时的笔记本电脑显卡基本处于一种停滞不前的缓慢发展状态。
例如下图是IBM TP600采用的NeoMagic 128XD显卡，显存只有2MB，加上CPU主频最高只有300MHz，所以应付目前复杂一些的2D应用都会显得吃力。


在与IBM TP600和SONY 505同期的笔记本电脑中，COMPAQ的Armada M700采用的Rage Mobility已经算是一块具有简单3D应用能力的显卡了，可以较为流畅的运行极品飞车3，并且支持硬件加速。在DVD播放能力方面，Rage Mobility具有MPEG-2硬件解压能力，大大减少了在DVD播放时，对CPU资源的占用率。所以在当时这个档次的笔记本电脑中，M700是一款性价比非常高的机器。下图即为M700采用的ATI Rage Mobility－P，8MB的显存采用了板载形式。

初具3D性能的“近代史”：随着笔记本电脑的CPU进入PIII年代，笔记本电脑采用的显卡虽然初步具备了简单的3D应用能力，显存容量也都在8MB以上。各显卡厂商开始将自己在桌面市场取得成功的产品，经过改良和简化，推向笔记本电脑市场，此时的笔记本电脑显卡产品呈现百花齐放的状态，除了S3等老牌的显卡厂家外，ATI和nVidia两家也开始正事涉足笔记本电脑显卡领域。
S3的Savage系列和Super Savage系列，ATI的Rage Mobility系列、Rage Mobility 128、Mobility Radeon系列以及nVidia的Geforce2 Go系列以及，Intel的815EM、830M/MG内建显卡成为这个时代的笔记本电脑显卡的主流。此时的显卡中性能较强的代表是ATI的Mobility Radeon系列和nVidia的Geforce2 Go系列。虽然还不能流畅的运行当时性能要求最高的3D游戏，但运行一些主流的FPS射击类和赛车类3D游戏都已经是足以胜任了。下图为采用ATI Mobility Radeon的GR18C，是Mobile PIII-M时代的经典机型之一。

稳步发展的“现代史”：随着笔记本电脑的CPU升级到P4-M平台，笔记本电脑的显卡市场逐渐集中在ATI和nVidia两家的手里，除了TOSHIBA曾经推出过采用仍旧采用SuperSavage显卡的Tecra 9100外，其他一线大厂的主力机型采用的都是ATI和nVidia的显卡。
随着迅驰平台的推出，ATI和nVidia的战火也愈演愈烈，Mobility Radeon7500和Geforce4 go的对抗还在继续，Mobility Radeon 9000、Geforce4 4200go、Mobility Radeon9200、GeforceFX Go…………两大厂商对抗笔记本电脑的3D性能带来了翻天覆地的变化，现在最高端的笔记本电脑已经能够在3D Mark2001SE测试中取得10000分以上的成绩（XGA分辩率、32位色深），这虽然还和台式电脑相比有很大的差距，但这种差距正在逐步的缩小，笔记本电脑显卡3D性能攀升的步伐正在逐步的加大……
Intel推出的855GM芯片组内建显卡不但在性能上已经比ATI的Mobility Radeon略有胜出了，而且为了配合整个迅驰平台的节电特性，855GM芯片组还具有根据用户的使用需求，动态调整显卡核心的运行频率来节省功耗的能力。凭借性能和省电方面的优势，855GM芯片组内建显卡不仅依旧占领着多数超轻薄机型市场，而且在一些厂商的光软互换机型中也有采用的情况。下图为采用Intel 855GM芯片组内建显卡的代表机型－－Fujitsu S6120。

光明的“未来”：随着笔记本电脑在整个个人电脑市场所占的比重越来越大，取代台式电脑的地位将是迟早的事情，所以我们有理由相信，笔记本电脑的3D性能赶上台式电脑将不再是“不可完成的任务”了。
小结
笔记本电脑的特性决定不同用途、不同定位的笔记本电脑需要的整机性能乃至3D性能都有很大差距，在追求移动和便携的超轻薄机型上，目前大都采用的是Intel的芯片组内建显卡加共享显存技术、而前文所说的那些高端Mobility Radeon9000等显卡只有在一些机身较大的光软互换机型或者定位台式电脑替代品的笔记本电脑上才能见到。
笔记本电脑的3D性能正在逐步攀升是不争的事实，但是希望大家在选择自己的笔记本电脑时，应该根据自己的需要来购买，如果你不是非要在笔记本电脑上打非常变态的3D游戏的或者进行3D渲染话，采用Mobility Radeon7500显卡的笔记本电脑，其3D性能已经绝对可以满足你的一般3D应用了。