R420 a NV40 - další generace VPU | Kapitola 7
Seznam kapitol
Poté, co v roce 2002 společnost ATi Technologies vydala Radeon 9700 PRO a stvrdila tak svoji pozici v čele grafického průmyslu, se objevily první zmínky a náznaky dalšího vizuálního procesoru. O několik měsíců později, po vydání kontroverzní nVidia GeForce 5800 Ultra, se začaly rýsovat poněkud přesnější informace. Stejně jako o projektu R400, jak byl tehdy nazýván, přišly i první zmínky o konkurující NV40. Oba procesory se zdály být spíše přirozeným evolučním krokem, než nějakým skokem. To potvrzovaly i předběžné a neoficiální specifikace, které nechávaly většinu uživatelů chladnými. Co taky lze čekat od čipů, které budou mít 8 pipelines - stejně jako tehdy nové R300 a NV30?
V druhé třetině devadesátých let, když se začal výrazněji rozšiřovat první použitelný videokodek MPEG1 (který umožnil přenést video i na PC, čímž způsobil slušnou multimediální revoluci) byly dvě společnosti, které se situace pokusily využít a plně se na podporu videa vrhly. Tehdy to byl Matrox a ATi. Matrox šel cestou implementace HW kodeků na PCB videokarty (samostatné čipy, např. MJPEG, MPEG2...), kdežto ATi se snažila implementovat základní funkce přímo do grafického jádra. Z dnešního pohledu se zdá, že právě ATi šla lepší cestou. Tím také získala v tomto odvětví velmi slušný náskok.
nVidia VPE
Nyní však společnost nVidia odmítla monopol ATi dále tolerovat a rozhodla se mu udělat přítrž. Ohlásila, že její nový VPE (Video Processing Engine) bude podporovat prakticky všechny formáty videa (MPEG1, MPEG2, MPEG4 (DivX...), WMV), které se dnes používají a to pro kompresi i dekompresi. K tomu slíbila i silnou softwarovou podporu a to do takové míry, že pro přehrávání všech těchto formátů NEbude zapotřebí žádný speciální přehrávač! O všechno se postarají ovladače. Inteligentně rozeznají, kdy je video přehráváno a okamžitě převedou téměř všechnu zátěž na VPE (podle požadavku konkrétního formátu: od Motion Compensation, přes inverzi diskrétní kosinové transformace /konverze dat z frekvenční podoby do nekomprimované podoby, zjednodušeně řečeno: JPEG -> BMP) a dále deinterlacing či postprocessing.
Pojďmě se na nový video-procesor podívat podrobněji. Není řešen podobně, jako u ATi, kde je pro většinu funkcí využíváno potenciálu programovatelných Pixel Shaderů, ale jde o samostatnou jednotku ve VPU.
Video-procesor pracuje celočíselně, podporuje dynamické větvení kódu a obsahuje 16ti-cestnou vektorovou jednotku typu SIMD.
nVidia VPE
- Vysoce kvalitní zpracování videa
- Adaptivní De-Interlacing
- vysoce kvalitní filtrace a úprava rozlišení
- De-Blocking (postprocessing)
- integrovaný TV-enkodér (t.j. procesor pro TV-out)
- Kompletní řešení pro HDTV
- samostatná manipulace s datovými proudy (streams)
- výstup v rozlišení HDTV (720p, 1080i, 480p, CGMS)
- Kompletní podpora pro kompresi i přehrávání videa
- HW synchronizace zvuku s videem
- MPEG 1/2/4 komprese/dekomprese
- akcelerace Microsoft WMV9
Protože společnost nVidia plánuje využití VPU NV40 (resp. některých verzí) i v mobilních počítačích, pamatovala i na energetickou stránku. Při standardním přehrávání videa je totiž dlouhodobě a souvisle zatěžován CPU, což se velice rychle projeví na stavu akumulátoru. Aby k tomu nedocházelo, je schopen VPE nejen převést procesy na sebe (čímž sníží zátěž a energetickou spotřebu CPU), ale dokáže při přehrávání zároveň deaktivovat i zbytek grafického jádra, čímž ještě více spotřebu sníží.
Podívejme, jak to v praxi probíhá:
Kliknutím se obrázek zvětší
Všimněte si, že nejnáročnější procesy, jako inverze diskr. kosinové transformace, kompenzace pohybu a deinterlacing jsou prováděny hardwarově. Jen bych podotkl, abyste raději brali celé schéma s rezervou, protože na MPEG2 se standardně nepoužívá deblocking (vysoký datový tok to nevyžaduje), takže příliš nechápu, proč je po dekompresi video-streamu aplikován.
Kliknutím se obrázek zvětší
Zajímavější je situace probíhající při kompresi do MPEG2. Její rychlost je běžně nejvíce limitována náročností denoise filtrů (= odstranění šumu; pokud je zapotřebí) a na druhém místě je pak detekce pohybu (Motion Search, zde značeno jako Motion Estimation - odhad pohybu). Nechtěl bych dělat žádné závěry, ale protože na těchto dvou procesech nejvíce závisí kvalita výsledného videa, doufejme, že pojmy rychlý a kvalitní se nebudou vzájemně vylučovat.
Tolik k multimédiím. ATi prozatím žádnou novinku neohlásila, takže nezbývá než čekat, zdali tak ještě neučiní. Nyní zřejmě nemá potřebu stávající situaci nijak měnit, i když lepší softwarová podpora pro FullStream a VideoShader by se rozhodně neztratila (podpora v programu DivX Player a Real Player znamená zatím víc, než nabízí nVidia, ale pokud se skutečně podaří zvládnout podporu VPE do takové míry, že bude nezávislé na přehrávači, bude mít ATi opravdu co dohánět.
Závěr
Žádná ze společností nelenila a nešetřila na vývoji nových grafických čipů. Tato generace VPU je jedním z největších skoků, jaký jsme tu dosud měli. Proč? Všimněte si, že až dosud, byla technologická dema (software, který dokáže dostat z karty maximum) centrována na jeden vykreslovaný objekt, maximálně s velice jednoduchým okolním prostředím. To znamenalo, že karta je sice schopna nádherných efektů či realistického zobrazení, ale její výkon zdaleka nepostačuje na převedení těchto atributů do praxe (tzn. "utáhne" jeden objekt, ale celé prostředí už nezvládne). Naopak technologická dema NV40 a R420 předvádějí celá prostředí v úžasné kvalitě a se všemi cinema-efekty. Zbytek už je na vývojářích her.
Kromě 3D je stále více pamatováno i na multimediální podporu, i když tady už bývá softwarová podpora slabší. Dočkáme se HW akcelerace komprese a dekomprese MPEG4 a WMV? Možná pomůže nová generace formátů, jako HD DVD, takže obě společnosti budou moci soupeřit o lepší podporu. Víc nelze odhadnout.
Pokud jste nenarazili na zmínku o novém AntiAliasingu 6800 a X800, nezoufejte. Připravuji samostatný článek, který se bude touto problematikou podrobně zaobírat.
Za materiály děkuji webům:
http://www.ati.com
http://www.nvidia.com
http://www.anandtech.com
http://techreport.com
http://www.tomshardware.com
http://www.xbitlabs.com
