随计算机游戏朝向3D立体化趋势设计的同时，为因应个人计算机在多媒体环境的未来发展，势必将呈现在日常家庭剧院、电影欣赏或3D虚拟现实上，值此之时，运用3D绘图功能的需求量高涨，当时2D绘图窗口加速功能显然不符所须，高分辨率、全彩、能快速执行3D绘图视讯的3D绘图处理器，成为市场指针。进入3D新世代以后，若个人计算机仅凭CPU速度来执行运算功能，将大大降低整体系统效能，解决之道在于选用质量优良的绘图卡方能胜任，而决定绘图卡良莠与否的关键，则在于绘图芯片。

针对当前最新一波的数字革命（Digital Revolution），其背后推手当属消费潜力无穷的终端产品消费者，尽管全球企业IT支出仍愁眉不展，消费性电子产品市场持续增温，带动整体景气向上攀升，面对此一消费性电子产品热销趋势，绘图芯片三强ATi、Nvidia、Intel又将如何布局以对？

全球绘图芯片产业的崛起

绘图芯片的功能在早期主要是以系统中文或是图形的视频转换输出接口为主，在PC各组件中，其重要性并不明显，然而随着软件环境不断地复杂化，在各种绘图数据乃至于3D游戏大行其道的情况下，以CPU为主要的操作数显然已经不敷庞大的数据运算需求，强调3D处理效能以分散CPU运算重担的绘图芯片，逐渐成为PC中除CPU外最重要且复杂的芯片。而纯以芯片的内部结构Gate Count数来看，复杂度甚至高于CPU。在未来的功能不断被强调的IA趋势上，绘图芯片在数字图像处理功能的角色将越来越吃重。

自1998年起，AGP架构开始崭露头角，由于AGP架构为绘图卡增添另一条专用道，让CPU能以最快速度传送指令给芯片，并提供显示适配器高速传输数据的功能，在最新AGP架构下，高画质与流畅的3D三维效果，远胜以往在PCI架构下的表现，在此同时，以AGP架构搭配当时已渐具工作站雏形的个人计算机，提供3D走入一般大众工作领域或实现家庭影音剧院的梦想，已逐步实现。

过去几年绘图芯片市场经历了一场大洗牌，主要的厂商Nvidia及ATi分别在桌上型、笔记本电脑领域各领风骚，但是在系统单芯片SoC（system-on-a-chip）的趋势下CPU巨人Intel以及系统芯片组的厂商如VIA（威盛）、SiS（硅统）、Ali（扬智）也都推出整合型绘图芯片组跨足绘图芯片领域，使得主流绘图芯片厂商市场版图受到侵蚀。在此情况下除了推出更高阶的绘图芯片以捍卫自己原来的地盘外，也开始进攻游戏机领域，Nvidia结合Micorsoft推出Xbox，而ATi 则支持Nintendo 推出Game Cube，从此两大计算机绘图芯片商正式进军游戏机芯片市场成了跨平台的绘图芯片供货商。

绘图产业的三国时代

1999年～2000年是绘图芯片市场变化颇大的一年，面对Nvidia以及众多显示适配器下游厂商的联合助攻下，各绘图芯片厂商的市场占有率节节下滑。曾经是Nvidia的3D芯片劲敌－3Dfx，沦为被Nvidia并购的命运。Trident和 S3则分别与国内公司合作，瞄准低价笔记型、整合型芯片组市场继续存活。而加拿大知名绘图芯片商Matrox虽然有一度曾采开放芯片授权的政策，但随即又回归研发、制造、营销自成一体的结构，规避效能上的弱势去攻占零售市场。2001年中旬，以开发PowerVR芯片组闻名于游乐器的PowerVR公司，更由于市场已让Nvidia称霸许久，故其芯片无法获得大多显示适配器厂商的认同，使得光环与气势逐渐衰微，在市场上昙花一现。

1996年英特尔跨入绘图芯片领域，率先推出具绘图功能整合型芯片，整合型芯片意指北桥芯片整合绘图核心，因此，若主板上采用整合型芯片组，便无须再外加绘图卡，相对地，若整合型芯片组的出货量提升，首当其冲遭受威胁的便是绘图芯片厂商的出货量，尤其是指所谓的独立型绘图芯片而言。

《图一 绘图芯片市场（DT/NB/Integrated/Standalone）》 数据源：Mercury Research；2003/10

整合型绘图芯片压缩绘图卡业者获利

由于绘图芯片功能大同小异，产品差异性不高，消费者若购买整合型芯片，就无须再花钱购买绘图卡，此将使专业绘图芯片厂商获利遭受压缩。当前低价计算机盛行，PC供货商为节省成本，减少主板占用空间的整合型绘图芯片，似有后来居上之势，根据Mercury Research日前最新报告显示，2003年第三季全球绘图芯片市场出货量达到5564万颗水平，受整合型芯片组后势看涨影响，英特尔取代Nvidia，自从2003年第二季开始，便站上整体绘图芯片市场龙头，市占率达到35％，而ATi则市占小幅上扬，达22％，Nvidia市占则下滑6个百分点，降为25％；如(图一)。

在此消彼长的态势下，一来显示Nvidia与ATi市占率差距仅有3％，根据Mercury Research数据指出，这是绘图芯片双雄近1年半来市占差距最小的一次，另一个重大意义在，整合型芯片组正逐步侵蚀独立型芯片（或可称绘图卡）生存空间，绘图芯片厂商例如Nvidia与ATi已进入整合型PC芯片组战场一搏高下，同时，亦积极开拓新兴市场。

绘图技术发展现况与未来趋势

DirectX 9.0多媒体应用程序编程接口渐成为主流

DirectX是微软于1995年开发的多媒体应用程序编程接口，API接口可使软件开发人员不需撰写特定硬件的程序，直接进入特定的多媒体硬件功能区进行程序的编辑，简化了软件开发人员在应用研发阶段的流程和硬件在兼容性测试的工作；微软当初设计DirectX的API接口最大目的是为了简易程序设计师们的操作环境和确定与硬件之间的兼容性及稳定性。

由于3D绘图设计师必须在操作系统上开发符合目前潮流的电影般视觉特效，不仅要有最先进的绘图处理器，提供强大的运算效能，还要有支持多项特殊绘图功能的API接口才能将画面质量呈现到最完美的境界；所以微软便推出最新的API接口DirectX 9.0来搭配新一世代的视觉处理器（Visual Processing Unit；VPU）来达成极致的视觉效能，如ATi的RADEON R9800XT VPU拥有的3D绘图运算引擎及8条着色管线，每秒可同时输出超过3亿8000万个图形对象并支持所有DirectX 9.0的特殊功能；如(图二)。以下是几种DirectX 9.0所包含的特殊功能：

《图二 ATi RADEON 9800系列VPU硬件架构图》 数据源：Mercury Research；2003/10

SHADER已是现阶段绘图芯片的核心技术

目前市场需要的是一种能够将专用VPU的速度及优化特性与CPU 的灵活性及可程序化特性结合起来的新技术，这种技术将使交互式影像的播放速率与视讯效果达到无限逼真的境界。试图引入此项技术的首次尝试已经获得了成功，它在增加程序设计人员可利用效果的数目方面取得了很大突破，但在多功能性和视觉效果方面却仍然受到一些限制。最近，由ATi研制开发的SMART SHADER技术消除了这些限制，让程序设计人员的想象力真正能够在一个自由的空间中得到最充分的发挥。

为了使影像能在更流畅的画面速率下播放，在每秒钟内图素遮蔽器必须执行数千万次，因此播放效能是考虑的一个重点。每当一个图素经过着色管线时，由于数据需从纹理内存、颜色深度缓冲存储器和显示缓冲存储器中读出并写入，所以要占用宝贵的内存传输带宽。如果可以减少屏幕上每个图素需经过着色管线的次数，就可以降低内存传输带宽的占用量，而且图素遮蔽器对播放效能的不良影响也会因此而降到最小。

然而要创造逼真的现实场景需要使用许多纹理，这种场景中包含各种凹凸表面，并混合来自多种光源的扩散光、镜面光和非均匀照明效果，以及产生逼真视觉的反射光和阴影等。现实中许多对象依照简单的算术函数改变其形状。这些函数可以使用顶点遮蔽器设计成模型，并应用到一个对象的每个顶点位置的变化上，创造出逼真度极高的过渡性变形动画。这一技术有极广泛的应用，如制作水波、飘扬的旗帜和风中的披肩，以及一些飘浮的对象，如肥皂泡沫等；参考(图三)和(图四)。

《图三 使用顶点遮蔽器制作 》

《图四 使用顶点遮蔽器制作的飘动衣物的肥皂泡动画》

PCI Express必是未来的关键技术

有别于PCI总线多点下传（Multi-Drop）并行总线技术，PCI Express引进交换式（Switch）点对点（Peer-to-Peer）串行传输技术，且于传输数据中，若不涉及需要维持高速缓存内容一致性之存取动作，便不必将此等传输作业转送至主机桥接组件。就架构上而言，PCI Express分成物理层、数据链结层及交易层三部份，如(图五)，物理层由一组单工信道（Lane）组成发送端与接收端，初期单一信道之传输速度可达2.5Gbps，前述单一信道的场合称为x1，而PCI Express之物理层可支持x1、x2、x4、x8、x12、x16及x32之信道带宽，透过8B/10B之编码方式来传送或接收数据。数据链结层之主要任务在于确保分组交换之可靠性并提供流量控制的功能。交易层则接受上层软件的读写要求并请求数据链结层传送封包。

《图五 PCI Express架构》 数据源：PCI-SIG；2003/04

PCI Express采交换式点对点串行传输技术，加上可弹性扩充、外加模块、即插即用、热插入、先进电源管理、QoS等功能，不光在带宽上可得到大幅之提升，更可应用于个人计算机、笔记本电脑、服务器、以及工作站等不同需求之应用领域，而在现行各种不同的总线技术中，若在成本可行的条件下，首先可望在PCI总线出现替代效应。

就南北桥芯片的联结总线而言，由于连接南北桥的总线带宽须配合外部外围装置的需求，以键盘、鼠标、软硬盘、打印机和连接PCI总线的装置为例，假设这些装置同时对PC内部传输数据，所需的带宽大约250MB/s左右。因此，芯片组厂商当初在南北桥总线接口的带宽设计系以266MB/s为主。随着高速的I/O 外围设备陆续成为PC的标准配备（例如：Serial-ATA、USB 2.0、IEEE 1394等），原先266MB/s的带宽显然已不敷使用，因此各家厂商陆续提出新的接口规格以满足不断增加的带宽需求，目前除PCI之外，ATI RADEON 9100IGP芯片组使用A-Link（最高可支持266MB/s）、Intel使用HubLink（目前支持266MB/s）、SiS使用MuTIOL、VIA使用VLink等技术。

就绘图卡与北桥的互连而言，针对目前AGP 8X的带宽已足敷使用，故并无立即之取代性，但在未来带宽需求的进一步提升，加上PCI Express对现行PCI的替代效应出现，内部总线规格的一致性将有助于主机版设计的便利以及成本上的降低，因此未来PCI Express将可望取代AGP总线。

绘图厂商的竞争策略

整合型PC芯片组市场将为激战区

在整合型PC芯片组的冲击下，原本致力于发展中、低阶绘图芯片产品的供货商因生存空间受到压迫，迫使绘图芯片的供货商纷纷寻找新的发展空间，其中Nvidia与ATi选择进入整合型PC芯片组产业，Trident也透过与扬智科技的合作进入整合型绘图芯片市场，威盛在取得S3之后，则以发展整合型芯片组为重心，硅统除了整合型PC芯片组产品之外，亦发展高阶的独立型的绘图芯片产品，不过由于高阶绘图芯片发展，技术门坎甚高因此并不容易。

目前绘图芯片厂商，若不是选择往高阶的绘图芯片发展，就是转向整合型PC芯片组领域来寻求成长，不过由于3D绘图技术门坎甚高，并非所有的绘图芯片厂商都有足够的技术能力。

消费性电子市场为另一个天空

近年来包括ATi、Nvidia等绘图芯片大厂都积极拓展产品线，由个人计算机延伸至数字电视、家电产品、PDA、移动电话等绘图芯片市场。ATi于消费性电子产品绘图芯片市场耕耘方面，除已与大陆长虹、安徽现代、上海广电等多家业者合作外，PDA市场方面则已被仁宝转投资子公司及大陆联想采用，再加上近期「ATi Xilleon 225」单芯片接获SONY（HDTV）、Epson（多媒体投影机）、Oregan Network（STB）、Scientific-Atlanta（Cable STB）与微软（Xbox 2）等大厂订单等，尽管ATi消费性电子产品占其业绩比重约仅10％左右，然因ATi较Nvidia深耕市场，将有机会进一步提高消费性产品线占营收比重，以因应由于PC成长力道趋缓、消费性电子产品成长力道强劲的趋势。

在Nvidia方面，该公司近期才积极透过并购Media Q的策略，锁定移动电话等产品市场，目前已取得Mitsubishi、Siemens、DBTel、戴尔Dell、HPQ、Palm、Philips、Sharp与SONY等PDA制造商客户，在消费性电子市场紧追于ATi之后。

结语

绘图芯片厂商的研发脚步不仅要快、狠、准，还要寻求更多的策略合作伙伴，才能鏖战经年、屹立不摇；从1995～2003这8年间，绘图芯片厂商所历经的瞬息万变，与各厂商此起彼落的相互消长中可看出，如今昔人已远，全球3D绘图芯片市场成为Nvidia与ATi两大阵营对峙局面。

由于对一般的PC用户或企业用户而言，PC的主要功能在于字处理而非多媒体或动画功能的应用，因此高阶绘图芯片在PC领域的主要目标市场应是家用市场或游戏市场以及专业工作室等需要执行计算机动画软件或对绘图功能需求较高的族群。因此技术优势与品牌形象便是绘图芯片厂商赢得市场的主要条件，因为这些因素会对消费者采购绘图卡产品的决策产生影响，所以争夺3D效能宝座对绘图芯片供货商而言，就十分有意义了，因为取得3D效能宝座，代表绘图技术领先的象征，此外媒体的报导也有助于形象的塑造，可以提升消费者的采购意愿，因此3D效能宝座能为绘图芯片供货商创造不少商机；这也是为什么许多绘图芯片供货商都以追求3D效能宝座为目标的原因。

（作者任职于ATi台湾分公司）