Srovnávací test grafických akcelerátorů

Je to jen pár let, co si, díky firmě 3Dfx s čipem Voodoo a hře Quake od ID Software, mnoho lidí uvědomilo, že kvalitn


Je to jen pár let, co si, díky firmě 3Dfx s čipem Voodoo a hře Quake od ID
Software, mnoho lidí uvědomilo, že kvalitní hardwarový akcelerátor renderování
prostorových scén nemusí využívat jen profesionálové ve filmových studiích.
Naopak, od té doby prakticky všechny nové čipy pro grafické adaptéry podporují
ve větší či menší možnosti 3D akcelerace. A při tom zůstávají cenově dostupné.
Protože takových čipsetů už byla uvedena pěkná řádka a výrobci vždy tvrdí, že
právě ten jejich je nejlepší a ideální, nabídneme vám podrobnější nahlédnutí do
jejich světa.

3D akcelerátory a hry
Pokračujme zatím historicko--teoretickým exkurzem. Po akčních 3D střílečkách
využily možnosti používat lepší zařízení pro vykreslování prostorového světa i
další druhy her. Především automobilové, letecké i jiné simulátory a také
simulátory dalších sportů. Dnes však už mají vlastní 3D engine s podporou
hardwarové akcelerace dokonce i některé strategie a adventury.
Většinou však není divu. Díky specializovanému hardwaru lze snadno vykreslit
prostorový model s větším množstvím lépe provedených efektů, her se světly,
stíny, průhledností, odrazy či mlhou. Navíc celkový dobrý dojem vytváří použití
dvou funkcí filtrování textur a vyhlazování hran (anti-aliasing). Díky nim se
ztrácí hranatost pixelů, kterou jinak způsobuje malé rozlišení obrazovky a také
malé rozlišení především blízkých textur. Tento čtverečkovaný svět dobře znají
hráči starších her, jako třeba Doom.
Důležitá je i ona akcelerace. Protože vykreslování scén specializovaným čipem
je rychlejší než výpočet scén čistě softwarově na běžném procesoru, zároveň i
klesají nároky her na hardware. No, prakticky samozřejmě neklesají, jen se
výpočetní síla procesoru využívá jinak. Třeba na výpočty detailnějších modelů
postav na scéně. I tak však dnes v popisu systémových požadavků her často
najdete 2 konfigurace náročnější bez 3D akcelerátoru a slabší s akcelerátorem.
Rychlost renderování se samozřejmě odráží v plynulosti hry. Filmový průmysl
časem zjistil, že pro oklamání lidského oka zdáním plynulosti je potřeba
rychlost kolem 24 obrázků za sekundu. Ve hře na rozdíl od filmu však nejsou
připraveny předem, ale je potřeba je vypočítávat za běhu.
Dnešní běžné procesory s taktem kolem 300 MHz a více umožňují dostatečnou
frekvenci snímků u softwarového renderování i v trochu vyšších rozlišeních jako
800 x 600. I přesto vedou v kvalitě obrazu všechny akcelerátory hodné toho
jména.
V době, kdy vlastně jediné masově používané akcelerátory byly ty s čipy 3Dfx
Voodoo Graphics a Voodoo2, jednalo se o doplňující PCI-karty, které se
používaly spolu s běžným grafickým adaptérem. Dnes vlastně všichni výrobci
grafických čipsetů nabízejí výrobky, které v sobě kombinují klasický grafický
čip urychlující 2D funkce s 3D akcelerátorem. Na tuto cestu se dává i firma
3Dfx Interactive. Čip Voodoo Banshee je zatím alternativou k Voodoo2, budoucí
Voodoo3 už bude určeno přímo pro samostatné karty.
Kromě už standardního přidávání 3D akcelerátoru do grafických čipů, přišla v
poslední době ještě jedna technická novinka AGP port. Ten zajišťuje rychlejší
komunikaci mezi grafickým adaptérem, procesorem a systémovou pamětí. Hlavní
novinkou, kvůli které bylo AGP navrženo, je možnost používat část systémové
paměti RAM grafickou kartou, především pro ukládání větších textur, než by
pojmula vlastní paměť karty. Lepší adaptéry v ceně kolem 5 000 korun jsou však
dnes standardně vybaveny 16 MB RAM, což je hodnota, kterou ještě celkem nedávno
mělo levné PC pro všechnu svoji práci. Proto i pro renderování ve vyšších
rozlišeních si obvykle vystačí s vlastní pamětí na kartě. Integrovaná paměť je
navíc často mnohem rychlejší, neboť používá až 128bitovou sběrnici a někdy je
ještě paměť SDRAM nahrazena rychlejší SGRAM. Význam AGP vzroste ve chvíli, kdy
software bude skutečně využívat možností této nové sběrnice pro přesun velkých
textur.
Zatím jen málo čipů podporuje pouze AGP, většinou dovolují také implementaci
PCI. V PCI variantě však nemůže existovat třeba Intel740. A ne každá karta,
která pasuje do AGP slotu, umí jeho nové možnosti využívat. Kromě Voodoo
Banshee určené původně pro PCI, patří do této kategorie i levné S3 Trio3D. Při
pohledu do ceníků českých velkoobchodů (a ještě spíše při dotazu na zboží)
ovšem zjistíme, že prakticky jsou dostupnější AGP verze těch karet, které se
vyrábějí s oběma konektory.

Další využití
Dosud jsme v souvislosti s 3D akcelerátory mluvili jen o hrách. To je
nejčastější použití "domácích" akcelerátorů, které se o jejich rozvoj nejvíce
zasloužilo. To však neznamená, že tyto karty nelze použít i jinak. Běžný
uživatel se nejspíše setká s internetovou virtuální realitou ve formátu VRML.
3D akceleraci, přinejmenším pro náhledy, také využívají specializované programy
pro modelování a renderování prostorových scén a animací, a to od jednoduchých
programů jako Asymetrix Web 3D až po 3D Studio MAX a další profesionální
aplikace. Mezi další oblasti, kde je užívání hardwarově akcelerovaného 3D
zobrazení již tradiční, patří i jiné náročné konstrukční CAD programy, vědecké
vizualizace počítačových simulací různých jevů a v neposlední řadě i tvorba
animovaných filmů. Jenže s takovými aplikacemi se většina z nás v životě
nesetká zblízka. V tomto Tématu týdne se ale raději vrátíme k pestrému světu
her a budeme jednotlivé karty porovnávat z tohoto nejběžnějšího hlediska.

Aplikační rozhraní
Aby v dobách DOSu mohly programy využívat náročnější hardware, museli
programátoři přímo naučit své výtvory zacházet s jednotlivými výrobky.
Rozšíření 3D akcelerátorů naštěstí přišlo v době standardizace. Takže pro
jejich využívání existuje pouze několik standardních API (programových
rozhraní), vzájemně sice nekompatibilních, ale poskytujících přibližně to samé.
Nejstarší z běžných rozhraní je OpenGL, pocházející od firmy Silicon Graphics,
která mimo jiné nabízí i grafické pracovní stanice. Toto rozhraní tradičně
využívají profesionální programy, ale podporují jej i některé herní
akcelerátory. Pokud počítačové hry používají OpenGL, většinou jej nevyužívají
plně, ale stačí
jim zjednodušené verze, obvykle označované jako miniport. Naopak třeba v
poslední verzi 3D Studia MAX je možno zobrazovat náhled nejen přes OpenGL, ale
i přes Direct3D. Možná, že se tomuto trendu přizpůsobí i výrobci dalších
podobných programů pod Windows.
Další rozhraní patří pomalu už historii. Firma 3Dfx se svým čipsetem Voodoo
uvedla i vlastní proprietární rozhraní Glide pro jeho ovládání. Toto API proto
podporují pouze karty s čipy od 3Dfx, což už dnes není pro výrobce her tak
zajímavé. Na druhou stranu existují verze Glide pro Windows 95, Windows NT i
DOS.
Ve Windows se zatím nejšíře podporovaným rozhraním stalo Direct3D, jako součást
balíku herních rozhraní DirectX. Toto rozhraní podporují bez výjimky všechny
dnešní grafické karty s 3D akcelerací. Také mnoho nových her, které nepoužívají
starší engine, využívá pro vykreslování právě Direct3D.
Ovšem velmi oblíbené jsou akční 3D hry založené na enginech Quake a Quake 2 a
těchto her zase není tak málo. Prakticky všechny tyto hry (z poslední doby
třeba Sin nebo Heretic II) používají pro ovládání 3D akcelerátoru odlehčenou
verzi OpenGL, často mají také specializované ovladače pro některé čipy
nejčastěji 3Dfx a PowerVR. Výrobci karet s tím však počítají a tak kromě
nejlevnějšího čipu Trio3D dávají nějakou možnost hráčům těchto her.
Zvláštním případem je Unreal. Přestože jde o celkem novou hru, tak v době
uvedení podporovala jen některé konkrétní akcelerátory (samozřejmě včetně 3Dfx)
a ne obecně OpenGL. Patche, které jí dodávají tuto schopnost, se objevily
teprve před nedávnem.

Chlazení moderních akcelerátorů
Na samostatné větráčky na procesorech jsme zvyklí už od dob výkonnějších 486.
Toho, kdo se nesetkal s některým z nových 3D akcelerátorů, však může překvapit
další větráček na grafické kartě. Všechny moderní akcelerátory jsou vlastně
vysoce výkonné procesory, které obsahují spoustu tranzistorů a pracují na
poměrně vysoké frekvenci okolo 100 MHz. Není pak divu, že v důsledku toho se
čipy značně zahřívají a je nutno dávat pozor na jejich dostatečné chlazení.
Existuje už několik karet vybavených vlastním větráčkem. Některé z nich (jako
třeba Asus V3400) mají na své desce dokonce i konektor pro jeho napájení. Zatím
je však většina prodávaných karet vybavena pouze pasivním chladičem. A zdá se,
že tento způsob obvykle postačuje.
Ovšem i během našeho testu nastaly chvíle, kdy se po určité době provozu
přestaly některé karty chovat korektně. Otevřená nebo příliš plná skříň
počítače totiž může způsobit, že proudění kolem grafického čipu nestačí pro
jeho chlazení. Dokonce může záležet i na ovladačích, které určují, jak bude
karta vytěžována. V mezních případech samozřejmě záleží i na teplotě v
místnosti. Prakticky bývá čip nejvíce zatěžován při 3D operacích. A po dlouhém
bezproblémovém provozu ve 2D pak stačí chvilka v jakémkoli 3D režimu (Direct3D,
OpenGL) a počítač začne dělat chyby ve 3D funkcích a nebo rovnou úplně
"vytuhne". U dvou karet se nám však také stalo, že po delší práci ve
standardních 2D režimech měly problémy při restartu.
Takovou situaci lze nejsnáze vyřešit instalací dodatečného větráku. Některé
skříně dovolují přidat další větrák, tak aby ochlazoval celou oblast přídavných
karet. Vždy se však dá najít způsob umístění větráku, tak aby ovíval přímo
grafický čip. Pokud je samotný chladič čipu příliš malý, aby se na něj dal
procesorový větráček efektivně připevnit alespoň jedním šroubkem, lze větrák z
pentiového chladiče zasunout mezi volné sloty pod grafickou kartou. Samozřejmě,
toto spojení je méně pevné a s počítačem by se pak nemělo příliš hýbat.
Přehřívání, které si vynutí dodatečné chlazení grafické karty, může být také
výsledkem cílené snahy přetaktování. Zatímco se Intel jako výrobce procesorů
začíná bránit možnosti nutit procesory do vyšší frekvence, některé nové
grafické čipy to umožňují. Na kartách ovšem nejsou žádné jumpery, vše se
nastavuje softwarově. U 3D Blasteru Banshee lze nastavit pracovní takt přímo v
ovladači. Pro jiné karty existují specializované utility buď univerzální jako
Power Strip, nebo určené přímo pro konkrétní čip.
Co vám ukáží 3D akcelerátoryPro lepší pochopení poznámek ke kvalitě 3D
zobrazení v souhrnné tabulce, jsme připravili snímky z her použitých při
testech. Vybírali jsme takové obrázky, které ukazují typické chyby čipů a
karet. Jednu nepříjemnou vlastnost se nám však nepovedlo zdokumentovat. Ve hře
Incoming jsou odlesky na tenkých kovových konstrukcích nesouvislé. To při
pohybu způsobuje dojem výrazného mihotání a poblikávání.
1. Jedna z nejčastějších chyb se projevuje ve Forsakenu u některých blízkých
objektů, které jsou zároveň částečně průhledné. Jejich okraj není vyhlazený,
ale zůstane čtverečkovaný. Levý obrázek je sice z ATI Rage 128, ale stejnou
chybu najdeme i u Intel740 nebo Matrox G200. Vpravo je správná verze z Rivi
TNT, stejně dobrá je třeba i Voodoo Banshee.
2. Ve filtrování textur jsou znatelné rozdíly především mezi starší a novější
generací čipů. Snímek vlevo pochází z Rivy 128ZX, podobné je už pouze Trio3D.
Pravý obrázek ukazuje, že ve filtrování je Matrox G200 blízký i takovým čipům
jako Riva TNT a Voodoo Banshee.
3. Chyba ukázaná na prvním obrázku ve Forsakenu se však u G200 na rozdíl od
ostatních karet projevuje také v Quaku 2.
4. Zajímavou chybou nových Matroxů je, že některé textury neumějí filtrovat. Je
to vidět na obloze v této scéně Quaka 2. V této souvislosti můžeme připomenout,
že podle 3DMark 99 se od sebe liší Millenium a Mystique. Mystique podle něj
neumí trilineální filtrování a bilineární filtrování zároveň s mip-mapingem. 5.
Tyto snímky ukazují, čeho všeho se lze dočkat od levných karet. Trio3D sice
stojí pod 1 000 Kč, ale kromě nízké rychlosti umí i takovéto efekty. V
Incomingu jsou všechny vlastní objekty (dělo, vrtulník, tanky) průsvitné a
dokonce stavby za nimi jsou pak také průhledné. Snímek z Forsakenu byl pokusem
o použití 8bitových textur, po snížení jejich rozlišení pracoval i alfa-kanál
normálně a objekty vypadaly tak, jak mají.
6. Některé chyby by se daly označit jako nesystémové. DTEC 3800 s Voodoo
Banshee na rozdíl od Creative nezvládl jeden efekt ve Forsakenu. Ta linka vedle
rotující střely tam samozřejmě nemá být. Snímek napravo byl zachycen na
přehřívajícím se ATI Rage 128, který na obrazovce občas vykresloval náhodné
polygony (čím vyšší teplota, tím více). Po přidání větráčku tyto chyby zmizely.
9 0608 / ramn

Jak jsme hodnotili
Nejdůležitějším parametrem je pro mnoho uživatelů výkon. Náš řádek Výkon
zahrnuje kromě rychlosti také kvalitu 3D renderování. Urychlování grafického 2D
prostředí (pro většinu uživatelů asi Windows) a grafických aplikací se měří
standardními benchmarky našeho TestCentra. Protože na akceleraci kladou důraz
především ti, kteří pracují se specializovanými programy pro grafiku, je pro
srovnávání použita hodnota GraphBench, tedy přepočtený vážený průměr s velkou
vahou na CorelDraw, PhotoPaint a virtuální realitu ve Viscape.
3D grafiku je možno využít také ve VRML pluginech prohlížeče na Internetu nebo
pro náhledy při renderování třeba v 3D Studiu. Pro mnoho uživatelů však
představují jedinou možnost hry. A hry také dokáží 3D akcelerátor pořádně
vytížit. My proto k testování používáme režim tří her, který ukáže průměrný
počet vygenerovaných obrázků za sekundu. Klasickým ukazatelem je Quake 2, který
používá miniport OpenGL, v něm běží dosti náročné demo Crusher. Mnoho
nejrůznějších efektů používají i demoverze her Forsaken a Incoming, které
využívají API Direct3D. Forsaken i Quake se spouští v rozlišení 800 x 600 a 1
024 x
x 768, Forsaken v 16bitové barevné hloubce. Quake 2 používá nastavení pracovní
plochy a to je pro testy maximální možné (případně nejvyšší dovolující 3D
akceleraci). V Incomingu (v implicitním nastavení) se kromě průměrné rychlosti
vykreslování počítá i nejnižší rychlost dosažená v průběhu testu.
Ve výsledné tabulce je uvedena hodnota označená GameBench, ta je vypočtena z
náročnějších částí těchto her. To znamená z průměrného framerate v Quake 2 a
Forsaken v rozlišení 1 024 x x 768 a minimální snímkové rychlosti Incomingu.
Průměr z těchto čísel v poměru ke standardní filmové rychlosti 24 snímků za
sekundu je pro větší přehlednost vynásoben stem. GameBench tedy udává
"průměrnou" použitelnost pro náročnější hráče. Číslo 100 zde však není maximem,
ale vlastně rozumným minimem.
Kvalita 3D je také hodnocena během herních testů. Navíc posuzujeme také snímky
vytvořené během testu 3DMark 99 od firmy FutureMark. Za případné viditelné
chyby nebo špatně provedené efekty jsou strhávány body.
Řádek Možnosti ukazuje, co všechno daná karta dokáže zvládnout. Tyto body jsou
přidělovány za nejvyšší dosažitelné rozlišení při ergonomické obnovovací
frekvenci v HiColor (16bitová barva) a TrueColor (24 nebo 32bitová barva). Dále
je hodnoceno i nejvyšší rozlišení podporované Direct3D. Dosažitelné rozlišení a
frekvence teoreticky závisí na velikosti dostupné paměti a rychlosti digitálně-
analogového převodníku. Prakticky vše ovlivní také ovladače, skutečné maximální
hodnoty jsou proto někdy nižší než teoretické. Dokonce se někdy liší i možnosti
stejně vybavených karet. Možnosti také zahrnují i podporovaná aplikační
rozhraní (API). Vlastně se v tomto případě jedná pouze o 3D API, protože jediné
běžné 2D API DirectDraw podporují i všechny starší i nové karty bez rozdílu.
Položka Vybavení se skládá z hodnocení konektorů pro vstup a výstup
videosignálu a možnosti rozšíření paměti karty. Zároveň je prozkoumáno i
softwarové vybavení, dodané ovladače i ty dostupné na Internetu. Body jsou
přidělovány i bundlovaným hrám. Názvy posledních dvou řádků hovoří jednoznačně.
Záruka je odvozena od délky záruční doby, která má kupodivu velký rozsah od 1
roku do 10 let. Podobně také čím méně karta stojí, tím více bodů se objeví v
řádce Cena.

Podmínky testování
Všechny testy probíhaly na počítači AutoCont OfficePro 5000 se základní deskou
Asus P2B, 350MHz procesorem Pentium II a 128MB RAM. Pro úplnost dodejme, že je
dále vybaven UltraDMA pevným diskem Western Digital, ISA zvukovou kartou Sound
Blaster AWE64, PCI síťovou kartou 3Com Fast EtherLink XL a PCI SCSI řadičem
Asus SC-200.
Výkonnostní testy ve 2D probíhají ve standardním rozlišení 800 x 600 bodů v
maximální barevné hloubce, tedy 32 bitů případně 24 bitů. Pro 3D testy byla
nainstalována česká verze DirectX 6.0, OpenGL ovladače byly použity buď
standardní z instalace Windows, nebo originální od výrobce, pokud byly dodané s
kartou. Instalace ovladačů byla prováděna doporučovaným postupem, to znamená
nejdříve nainstalovat Standardní VGA a poté z dodaného CD-ROMu spustit
instalaci. Pokud ovladače neměly instalační program, postupovali jsme podle
dodaného návodu. V případě, že byla možnost výběru mezi ovladači
certifikovanými Microsoftem a necertifikovanými, ale údajně rychlejšími,
probíhaly testy na rychlejších ovladačích.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.