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在2077的光影里,我看到了显卡数十年的沉与浮

 2020-12-28 09:50  来源: 阑夕   我来投稿   柒柒柒的个人主页 撤稿纠错

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最近,万众瞩目的《赛博朋克2077》已经发售了,然而,由于游戏顶级的画质,导致现在一大批主流显卡集体阵亡,上次出现这样的情况还是在14年底《刺客信条:大革命》问世的时候,而现在——当大部分玩家因为30系显卡缺货而望眼欲穿时——有的玩家制作了各种略带调侃的对比图,来嘲讽自己因配置不足而只能以最低特效运行游戏的窘境。

 


不过,在嘲讽之余,部分玩家却对2077如此高的配置要求感到不解,难道加了光线追踪画面效果就是让众多显卡难以高企的理由?

况且,这个光追效果还需通过各种“对比图”才能仔细看出,所以很多理性玩家都在掂量:为了那么点提升不甚明显的画质,花个几千元升级配置,真的值得吗?

其实,当下的“光线追踪”技术与显卡发展过程中迈过的许多槛一样,虽然无法在当时迅速地为游戏画质带来巨大的提升,然而却在更长远的时间里为显卡赢得了更大的发展空间。

为什么这么说?答案就藏在显卡这几十年来不断演变的过程中。

因2D图像而激动的时代

其实,显卡的结构虽然复杂,但运行原理却很容易理解。

我们在监视器上看到的图像是由很多个小点组成的,这些小点称为“像素”。在最常用的分辨率设置下,屏幕显示一百多万个像素,电脑必须决定如何处理每个像素,以便生成图像。为此,它需要一位“翻译”,负责从CPU获得二进制数据,然后将这些数据转换成人眼可以看到的图像。而这位负责将数据转化为图像的“翻译”,就是显卡。

然而,这一看似简单的步骤,却耗费了人们数十年的光阴。

如果问现在的90后一代,他们最早接触的游戏是什么?很多人可能都会回想起《超级马里奥》这类童年经典,尽管在今天看来,那个身着水管工制服拯救公主的游戏在画面上相当粗糙和简陋,但许多人也许不知道,对于显卡诞生之初的那一代玩家而言,这样的画面已经算是有了长足的进步。

上世纪80年代,在那个计算机技术飞速发展的时期,IBM在1981年推出两种显卡:单色显卡(MDA)和彩色绘图卡(CGA)。

在当时,计算机的用途主要是文字数据处理,没多少人想到会用电脑来玩游戏,所以当时MDA的解析度只有可怜的720 X 350,这对于玩游戏而言还是有点太勉为其难了,在如此薄弱的算力下,诞生于那个年代的远古游戏无一例外都只有2D图像。对玩家而言,别说3D画面,即使是一款少见的彩色游戏,就已经足够让他们激动。

这款名为《国王密使》的彩色游戏,着实让80年代的玩家惊艳了一把

这是因为最早的显卡类型只能认别出黑白两色,随着计算机技术的发展,PC上出现了一些和图形相关的软件,开始有人在PC上设计一些图形。最早的就是CAD,那时的程序员们为了自己闲暇的消遣也开始编写一些小游戏,或是移植一些游戏机上的Gam到PC上来。人们对于PC图形界面的需求也越来越强烈,为此才出现了彩色显卡。

但是当时的制作工艺仍然无法满足人们对于显卡芯片的需求,因此显卡依旧整合在主板上以一块单芯片的方式来实现。而这等于是锁死了显卡的发展空间。不过,技术总是应需求而生,当许多游戏制作商发现,无论他们将2D的游戏画面雕琢得再怎么精致也无法吸引审美疲劳的玩家的时候,一场图形显示领域的变革就开始悄然酝酿。

这场变革的意义,相当于是显卡发展史上的“工业革命”,因为它开启了显卡的3D时代。

开启3D时代的霸主

90年代,第一款独立显卡Trident 8900/9000显卡诞生了,到了这时,显卡第一次作为一个独立的配件出现在电脑里,而不再是集成的一块芯片。这意味着显卡赢得了更大的发展空间,更强的算力,从而也打开了3D时代的大门。

当时间到了1995年,这是显卡领域里程碑的一年,3D图形加速卡正式走入玩家的视野,也就是在这个时期,大量如摩托英豪、德军总部3D、Doom在内的经典3D游戏开始集中涌现,在这一时期稳坐3D游戏宝座的显卡制造商,不是今天我们熟知的老黄的NVIDIA,也不是AMD,而是当时一个名不见经传的小公司——3Dfx。

对于当时初出茅庐的3Dfx而言,能让他们大杀四方的法宝就是他们推出的业界第一块真正意义的3D图形加速卡:Voodoo。

这款显卡不仅将人们带入了真正的3D时代,并且它当时标配为4Mb 的EDO显存,可以在640×480分辨率下提供最华丽的3D画面,对当时的游戏玩家而言,能在那个年代用一千多块到电脑城买上一块丐版的Voodoo显卡,并能够由此玩上当时最火爆的游戏摩托英豪,那种感觉估计能和现在买到30系光追卡并体验一把2077的快感相提并论。

然而,尽管Voodoo带给了3Dfx一段显赫的辉煌岁月,但好景不长,1999 年,3Dfx推出了 Voodoo3,虽然当时这款显卡配置了 16Mb 显存,支持 16 色渲染。在画质上无可挑剔,但昂贵的价格以及与市场格格不入的标准——不支持32位渲染、不支持大纹理贴图等,这最终阻碍了它的普及。

而更为致命的是,当时自视甚高的3Dfx仗着自己拥有显卡生产工厂以及庞大的市场占有率,在DirectX几乎一统天下的局面下仍坚持不开放Glide的源代码,使得昔日的盟友纷纷改投老黄的NVIDIA门下,再加上自身的产能不足,3Dfx的市场急剧萎缩。

这一系列的失误,最终使得山穷水尽的3DFX走向衰落,最终在 2000 年被老黄以 7000 万美元收购,一代3D时代的霸主就此陨落。

在新世纪初,显卡的辉煌留给了NVIDIA,随着一款具有革命性意义的显卡Geforce 256的推出,NVIDIA在显卡性能上最终完全超越了3Dfx,与此同时,一直在暗中发力的ATI 也凭借自身的HYPER-Z 技术,大幅提升了显卡的 3D 速度,拉近了与NVIDIA的差距。

此后长达二十年的显卡市场,就成了NVIDIA与ATI两强相争的天下。

决定差距的转折点

进入新千年以后,NVIDIA与ATI可以说是互有攻守,打得有来有往。但总体来说,NVIDIA背靠在研发上的优势,在最开始的几年曾短暂压制了ATI。

但ATI也接二连三地通过各种性能爆炸的新卡,给了NVIDIA几次难忘的下马威。比如在DX8时代,ATI推出的Radeon 8500就因为其强大的性能一举登顶,占领了此前由NVIDIA把持的高端市场,以至于逼得老黄不得不推出了GeForce 4 Ti系列这样价格只有旗舰产品一半,但性能却能达到其80%的显卡,这在NVIDIA发布的显卡中可以说是绝无仅有的一次——相当于今天我们用2080ti的价格买到了3090。

当然,显卡领域的竞争,绝不仅仅只是产品性能上的比拼,3Dfx衰亡的命运已经揭示了,只有能不断顺应时代并具有普适性的产品,才能最终在市场上取得取得优势。

而到了DX9时代,再次逆袭的ATI又给NVIDIA好好上了这一课。

在Geforce 4 Ti发布仅仅4个月后,ATI突然发布了能完美支持DirectX 9.0的Radeon 9700Pro,相较于采用DirectX 8.0架构的NVIDIA产品Radeon 9700Pro,ATI切换轨道超车,通过抢占市场先机,在3D时代第一次真正意义上的领先NVIDIA,更在此后较长一段时间里都保持了领先地位。

如果形势照此发展,恐怕今天的玩家们在运行各种3A大作时,在开场界面将更多次地看到ATI而不是NVIDIA的LOGO,但现实却并非如此,这是因为在ATI被AMD收购之后,情况发生了变化。

简单地说,这一切都源于两大厂商对玩家群体的不同态度,尽管两大显卡厂商的技术实力非常接近,但相较于NVIDIA从2012年发布的GTX680开始大幅加强GPU的图形游戏性能,并缩减掉大量与游戏无关的结构,成为了纯粹为游戏设计的显卡,AMD执掌下的ATI更强调性能计算,更适合多媒体、做图等工作需求。

基于此,同一代NVIDIA和ATI相比,往往呈现出NVIDIA工艺稍微落后,但是架构设计方面保有巨大优势,所以在同等功耗的情况下,NVIDIA性能更好。

更重要的是,由于NVIDIA在专业软件和游戏方面长期与软件厂家优化适配合作,所在在增值技术和兼容性方面表现也优于ATI。

反观ATI虽然在同等理论性能下更加便宜,但是用户想要享受到同样的显卡性能,就意味着ATI比NVIDIA耗电更多且兼容性稍微落后。

无论如何,计算卡和游戏卡分开发展成为了往后N卡的既定设计理念,也成为了拉开N卡与A卡差距的一个最重要的转折点。

必将惠及大众的新技术

N卡“游戏优先”的设计理念,使得越来越多的玩家为了追求更好的游戏效果而纷纷选择N卡,NVIDIA的市场占有率也随之越来越高,这也让作为软件方的游戏公司更倾向于NVDIA的硬件进行优化。

而且很多游戏还会对N卡的某一款中低端显卡做特别优化。比如一代神卡750ti。这是因为,对于游戏厂商而言,笼络住了当前使用主流游戏配置的群体,就等于笼络住了市场上的大部分玩家。

一个很简单的道理是,对于显卡性能需求的主力用户群体就是游戏玩家, 而非工作用户。

与之相比,AMD显卡虽然一直以更出色的性价比、实用的性能为卖点,但在针对玩家群体的态度上却出现过致命失误。

这是在2014年,AMD推出R9-290x,价格与NVIDIA GTX770相当,很快引起了玩家们的关注。然而,这款产品强大的性能和算力却并非为了游戏而打造,沦为了当时的“挖矿神器”,由于当时虚拟货币采矿的巨大利益,使得R9-290x一经发售就以较高价格售罄,于是玩家们只能再度转向NVIDIA产品。

这带来的市场影响是AMD的游戏显卡技术遭到忽略,甚至于无法有效普及,更大大影响了AMD在游戏开发商、玩家中的口碑。

如此一来,AMD就失去了市场占有率,也失去了游戏厂商的青睐。在这种情况下,AMD只能主动去优化自己的驱动去更加适应游戏。

因此常常会出现在A卡新卡上市以后,游戏体验特别差的情况,而这一情况又反过来再次降低了A卡在玩家群体中的好感和认知,形成了一个恶性循环。

直到2019年,AMD才宣布也会采取游戏卡和计算卡分开设计的策略,但是想要撼动NVIDIA在显卡市场的领跑地位,仍然有一段很长的路要走。

纵观整个显卡发展史,我们不难看出,一味地追求硬件性能与算力的强大,并不能带领整个图形芯片领域走上新的阶梯,比单卡性能能重要的,是不断适应技术发展的方向,并降低新技术的普及难度,使之满足最广大用户群体的最核心需求。

NVIDIA在显卡领域的成功,正是因为其“游戏优先”的策略,使得各大游戏制作商得以将最先进的图形技术付诸实践,并让更多的玩家体验到越来越出色的游戏画面。

而最近两年,NVIDIA最新推出的光线追踪显卡,正是为了降低了新图形技术开发难度而出现的,在以往的游戏中,玩家们虽然也可以看到镜面或水面反射的倒影,但那都是预先渲染好的光照贴图,是一种“障眼法”,虽然这些造假手段越来越高明,效果也越来越好,但是相对应的,成本也越来越高。在某些3A大作里,角色甚至需要好几套不同的贴图来适应不同的光线场景,这无疑大大增加了游戏设计师的负担。

而在光线追踪技术出现后,虽然未能像部分玩家想象的那样,立竿见影地提升反射效果和画面质感,但却实实在在地解决了游戏开发过程中光线复杂变化的问题,从而将设计师们从繁杂的图像技术限制中解放出来,专注于打造让玩家沉浸其中的虚拟世界。

因此,当我们在2077的夜之城中,赞叹于那精致而逼真的街道时,不必为了自身的配置不足而开不了最高特效忧虑,因为随着显卡技术的不断发展,这样出色的画质有一天必将惠及每一个普通玩家。

作者:毕安

文章来源:阑夕(ID:techread),原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/yd-oW9sAb1Uzgu7q6uzwPA

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作者: 柒柒柒    /    文章:2736篇

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