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• 3D 显卡芯片何时出现？

• Intel 的显卡芯片史

• 3D 显卡芯片厂商可分为几种？

• GPU 这名词真的是由nVidia 首创？

• 3D 群雄大乱斗时期的梦幻处理器

今日无论计算型、专业型、游戏型或入门型独立显卡芯片，几乎是Nvidia（英伟达） 与AMD 两家大厂的天下，前者从2011 年底GeForce 680（GK104） 至今，在独显市场建立压倒性绝对优势，更 不必说2006 年至今CUDA（Compute Unified Device Architecture）生态体系与持之以恒的长期投资，让Nvidia霸业几乎没有丝毫遭挑战的可能性。但有点年纪的老骨灰，特别是经历过消费性3D 显卡芯片发展草创期，一定不会忘记1990 年代百家争鸣的战国时代，Nvidia 一开始也出师不利，被大多数人不看好过。

进入本篇主角：3dfx 末代产品Rampage与Sage（Spectre 系列显示卡）前，先来复习一下历史，即将揭露的诸多史迹，将让各位大吃一惊，但假若各位没耐心看长文，看下笔者整理的主要厂商兼并史与主要产品，即可唤起各位年轻时的美好回忆，连想看到正常3D 游戏画面都可遇不可求的蛮荒时代。

▲ 这张近代消费型3D 显卡芯片厂商的兼并史，足以抵过千言万语，ATi 也因透过大量并购，累积与Nvidia 分庭抗礼的实力，最终2006 年夏天成为AMD 的一部分。（制图：痴汉水球）

第一题：群雄割据但最终赢家全拿的战乱时期，有多少玩家身处其中？

这在今天只看到Nvidia、AMD 及苦苦追赶之英特尔的现代人眼里，恐怕完全难以想像1990 年有20 家厂商宣称开发个人电脑用3D 显卡芯片，1996 年更急速膨胀到70 家。但2000 年研发高效能3D 显卡芯片的技术困难度水涨船高（刚好是微软DirectX 8 定义著色器架构之），以及互联网泡沫破掉影响，快速缩减至12 家，更不要说现在的情况了。

▲ 你绝对没看错：曾宣称研发个人电脑3D 显卡芯片的厂商，就是这么多家。

第二题：3D 显卡芯片出现，是1990 年代才开始吗？

当然不是。历史最著名的3D 芯片先驱，莫过于那家科技树乱长一通，从机车、钢琴、音响、汽车引擎、烧录机、音效芯片都涉足的Yamaha（雅马哈），1984 年COMDEX 展览（COMputer Dealers′ EXhibition，后来地位被CES 取代）发布的YGY611，具备诸多仿佛搭上时光机从未来窃取的先进技术，号称集结长达十年对3D 与芯片设计的研究成果，结果还真的拖到十年后才量产，独显市场活不到两年就退回出发点：柏青哥(日本赌博游戏机器) 。

▲ 为柏青哥机台而生的Yamaha YGY611渲染多边形加速器，是3D 显卡芯片先驱，但也缺乏2D VGA 功能，只能像3dfx Voodoo 当辅助处理器，仍须搭配另一块一般视频输出显示卡使用。

第三题：英特尔显卡芯片史，是i740 为起点吗？

当然也不是。英特尔早在1983 年6 月就推出NEC 授权的µPD7220 的82720 绘图控制器。

▲ 靠系统芯片组或处理器内建绘图核心强迫中奖优势，英特尔帐面一直占有大多数个人电脑显卡芯片市占率。但有充分理由相信，英特尔绝对不会满足。AMD Zen 4 世代Ryzen 7000 处理器也赠送内显，应可提升AMD 百分比。

接着，英特尔眼睁睁看着NEC 的µPD7220、Hitachi 的HD63484 与诸多IBM EGA 复制版兴起，基于我们应该提供所有个人电脑相关芯片传统策略，1986 年推出82786 绘图协处理器，并出售给独立板卡（AIB，Add-In graphics Board）厂商推出显卡。1987 年两家公司用82786 提供三款显卡，这数字在1988 年激增成10 家公司和15 款显卡。但整体来说，相较同期竞争对手，如TI 的TSM34010，英特尔82786 性能并不算强，也没有特别受市场欢迎。

1989 年英特尔发布单芯片超级电脑i860，也是继i960 之后，再次以实际行动面对RISC（精简指令集电脑）的产物。i860 在绘图工作站市场算是略有斩获，用在NeXT Cube 工作站NeXT Dimensions 显示卡绘图加速器和SGI RealityEngine 几何处理引擎（Geometry Engine），但也是昙花一现。

后面就如诸多老一辈电脑玩家记忆，英特尔1997 年并购笔电显卡芯片厂商Chips and Technologies，并跟世界最大军火厂商洛克希德马丁（拥有F-22、F-35、F-16 等战斗机）Real3D 部门建立合作关系，1998 年发布代号Auburn的i740 独显芯片，规格看来很棒，赋予推广AGP 2x 的目的，也宣称充分发挥AGP 2x 潜能。

▲ 英特尔推出i740 时，引起显卡芯片业界与个人电脑玩家圈一阵恐慌，但终究雷声大雨点小，倍受争议的商业推广手段，更让英特尔被美国政府找麻烦。

但i740 与后继i752 性能完全无法对抗3dfx、NVIDIA 与ATi 产品，以实际行动证明AGP 2x 的DME（Direct Memory Execute） 将一堆材质贴图放在主记忆体以降低成本是很蠢的主意，英特尔只能对以台湾地区为主的亚洲板卡厂商发动低价倾销，结果就是1998 年6 月，美国联邦贸易委员会（FTC）指控英特尔不公平商业行为，例如台湾地区的批发售价仅7~18 美元，远低于英特尔公定价28 美元。此外，如果客户购入i740 芯片，将更容易取得Pentium II 处理器货源。

最后，英特尔1999 年底中止独显计划，收购Real3D，并再出售给3dfx（没多久又被NVIDIA 并购），ATi 也聘用不打算与英特尔共事的部分员工，导致Real3D 技术分别流向NVIDIA 与ATi，两家公司争夺Real3D 专利过程，又引爆一连串诉讼，最终2001 年达成交叉授权协议。至于英特尔爆发x86征服一切的理念催生疯狂的x86 处理器显示卡Larrabee和后来腰斩的Xeon Phi，又是另一段惊悚故事了。

虽然英特尔踏入消费性3D 独显的尝试，可称为大投资，小成果，大耻辱，但以后见之明回顾这段历史，i740、i752 与并未上市的i754（原本预定首款支持AGP 4x 的芯片，就这样让给S3 Savage 4）奠定英特尔芯片组内显技术基础，以i810（代号Whitney的82810） 为起点，开启英特尔显卡芯片市占率遥遥领先独显双雄的盛世。但也有充分理由相信，英特尔绝对不会满意现状，否则也不会整个砍掉重练，从AMD 挖角Raja Koduri重建Xe 绘图技术体系和OneAPI 了，即使现在看来还是跌跌撞撞的样子。

第四题：这票3D 显卡芯片厂商，大致可分为几种？

这票在1990 年代如过江之鲫的3D 显卡芯片厂商，可概略分为以下几种：

再深入探究，各位将逐渐看到很多有趣的事实：

• 处理器或芯片组厂商副业：

  英特尔做过的诸多好事没什么值得一提的地方，但从SiS 独立的XGI，接收Trident 显示芯片部门，上海联盟公司远弘科技（Macro Synergy）2006 年被ATi 并购，也就是现在的AMD。

• 古老的2D 王者：

  如果还记得倚天中文系统，应该会想到Tseng Labs 和Trident 的产品是最好伙伴，安装设定界面还有对应选项。

▲ 倚天中文安装设定页面，可看到Tseng Labs 的ET4000、Trident T8800 与T8900 选项。（Source：insoler.com）

• 血统纯正、根正苗红：

  叱咤一时的3dfx 可谓代表，有傲视业界的Direct3D 与OpenGL 驱动程序兼容性、甚至可自定义完整的3D API（微软尚未发布DirectX 前非常重要，3dfx Glide 是最好例证），但能否研发出具成本竞争优势的产品，以争取品牌电脑大厂支持，是决定生死的关键，3dfx 就是死在这里，败给NVIDIA。

• 靠并购一路成长：

  ATi 策略很接近NVIDIA，都采取规模经济，企图成为涵盖所有市场的供应商，但ATi 极度仰赖并购以快速取得产品与技术，先后收购Kubota Graphics（得到开创性的3D Rage）、Tseng Labs、Chromatic Research、Real3D 的一部分、ArtX（取得任天堂GameCube Flipper 显卡芯片，踏足游戏机市场）、S3 分割出来的FireGL 专业绘图卡、Appian Graphics 的HydraVision 多萤幕桌面管理软件（从此ATi 与之后AMD 就成为多显示器领导者）、生产电视调制器的NxtWave、XGI 的Macro Synergy、Trident、专注可携式产品的Bitboys 等等。

• 日资背景：

  Kubota Graphics 第一个字就是总部位于大阪，以重型建筑设备和农耕机械而知名的久保田，让ATi 在3D Rage（Mach64 264GT）取得重大商业成功。

  IBM 将其内建Aptiva 多媒体家用个人电脑，使3D Rage 成为史上第一个针对家用娱乐应用的3D 芯片主机板的Design Win，1996 年ATi 平均每季可卖出100 万颗3D Rage，冥冥之中预言了ATi（AMD）和NVIDIA 并列显卡芯片双雄的结局。

  当年3dfx 竞争SEGA Dreamcast 主机失败，输给NEC 和VideoLogic（讲PowerVR 可能比较易懂），除了3dfx 申请股票上市，递交营业资讯时，不小心外泄仍在保密阶段的合作协议，肥水不落外人田极可能也是主因。

• 小型新创公司或从大公司分割：

  往往看起来好像很厉害，但做成实际产品又不是那么回事，画面惨不忍睹算是共同特色，能被并购已很幸运了。

• 不务正业：

  扣掉真正3D 芯片先驱Yamaha，剩下厂商真的很像来搞笑的。

▲ 这是Alliance AT3D 的游戏画面，难怪有人说：现代艺术爱好者应该能享受这些令人印象深刻的画作，也是测试早期3D 显卡芯片的乐趣与醍醐味。（Source：vintage3d.org）

第五题：GPU 这词真是由Nvidia 创造？现在这词还有意义吗？

好像对，也好像不对。

随着1999 年8 月31 日发布GeForce 256（NV10），Nvidia 宣称创造了GPU（Graphic Processing Unit）看起来好像非常伟大的专有名词，定义为整合3D 转换（Transform）、打光（Lighting）、三角设定（Triangle Setup）／裁切（Clipping） 与成像引擎（Rendering Engine），每秒能处理至少1 千万个多边形的单芯片处理器，蓄意突显当时只有Nvidia 支持DirectX 7.0 硬件Transform & Lighting（Hardware T&L）的营销手法，刻意集中打击产品发展与公司营运深陷绝境的3dfx。

▲ 如果一时想不起来什么是几何处理，请复习一下3D 绘图流水线概论。

但早在Sony 1994 年推出第一代PlayStation 家用主机时就使用此简写，描述几何处理单元（Geometry Processing Unit）。针对专业绘图工作站市场，3D Labs 1995 年推出配备几何处理器单元的Glint 芯片组，反观Nvidia 与ATi 则专注当时市场较小但急速成长的游戏社群。结果蓬勃发展的游戏市场让Nvidia 和ATi 享有压倒性市场规模，并以为基础，触角延伸到专业绘图，但3DLabs 却无法靠这块地盘支撑研发投资，无以为继，将整个市场拱手送给Nvidia 和ATi。

今天GPU 应用非常广泛多元，手机和汽车人工智能推理、数字货币挖矿，高效能浮点计算等等，远远超过绘图范畴，更不乏连输出画面都不行的计算专用芯片，也许重新命名为并行处理应用加速器单元（PPAAU，Parallel-Processing Application Accelerator Unit）会更贴切。

最具象征性的3D 群雄大乱斗时期梦幻处理器：3dfxRampage和Sage

靠着初代Voodoo 与Glide API 绝对优势，3dfx 曾取得85% 3D 显卡市占，1998 年初Voodoo 2 搭配SLI 模式连接两张卡，更是最豪华也最顶级的3D 游戏专用配备。

▲ 任何经历过1990 年代后期3D 游戏的老骨灰，绝对不会忘记当年如何朝思暮想Voodoo 2 SLI。

但Nvidia 也追得很紧。1997 年4 月发布2D / 3D 单芯片方案Riva128，1998 年3 月推出具32 位元色深和双材质处理单元的RivaTNT，3dfx 则慢慢疲态毕露，直到199 9年3 月被RivaTNT2 夺走戴在头上多年的王冠，再也拿不回来。

说穿了，3dfx 硬件层面本就不太先进，诸如此类：

• 1996 年10 月：

  初代Voodoo 是双芯片，且需要另一张独立2D 显卡。

• 1997 年8 月：

  3dfx 发布Voodoo Rush，整合Alliance ProMotion AT25 2D 显示芯片跟Voodoo 成为单一显卡方案，却引发严重的游戏兼容性问题。

  还好笔者没买。

• 1998 年3 月：

  Voodoo 2 是三芯片，成本更高，也需要另一张2D 显卡。

  比较糟糕的是，还没有32 位色深、AGP 材质、24 位元Z 缓冲区。

• 1998 年6 月：

  3dfx 总算有2D / 3D 单芯片方案VoodooBanshee，但只有一个材质处理单元，效能不如Voodoo 2，也没有32 位色深和一堆有的没有的功能。

• 1999 年3 月：

  Voodoo 3 Avenger补回第二个材质处理单元，32 位色深依旧付之阙如，和Nvidia 差距越拉越开。

• 2000 年6 月：

  VSA-100（Voodoo Scalable Architecture）追加第二个画素处理单元与32 位元色深，支持1~4 颗多芯片组态，偏偏还是没有硬件T&L。

  180 纳米制程微缩版VSA-101 永远没问世。

• 2000 年12 月：

  Nvidia 收购多数3dfx 资产。

3dfx 的传奇难道就此结束？但历史却说不，因还有梦幻般末代逸品Rampage和Sage。

▲ 3dfxRampage堪称1990 年代3D 显卡芯片大乱斗时期的最佳结尾。

2018 年底，也是3dfx 开发Rampage 和Sage 的20 年后，《The Legacy of 3dfx》一书作者Oscar Barea，测试手上Spectre 1000 显示卡（一颗Rampage）工程样品，让若干旧传说、疑问、误解都获得澄清，可说3D 绘图技术发展史，了结一场重大公案。结论就是：即便3dfx 没有倒闭破产，还是会被Nvidia 活活打爆。连GeForce 256 都打不过了，还奢望抗衡更新型GeForce 2 和GeForce 3？门都没有。

这些往事，都默默消失于世界尽头。但如外界盛传，Sage 转生GeForce 4（NV25） 的Vertex Shader、GeForce Fx（NV30）名称摆明致敬3dfx、Rampage 演化成GeForce 6800（NV40）的Pixel Shader 技术基础，究竟3dfx 有多少基因融入Nvidia 产品，就只有Nvidia 自己知道了。

3dfx 之所以短短四年就从天堂掉入深渊，有很多原因，技术和商业都有，反正笔者还是那句话，天底所有奇迹与惨剧，都是天时、地利、人和，大概可归类成以下几点：

1. 天时──迟迟无法推出有成本竞争力的单芯片产品：

自微软发布DirectX 并逐渐成熟普及、刺激更多3D 游戏陆续登场，市场自然亟需低成本产品，Voodoo 这种昂贵附加卡根本是票房毒药。

但就算到生死存亡之秋，3dfx 依旧坚持所费不赀的多芯片架构，硬件规格也远远落后Nvidia 和ATi 等竞争对手的主流产品。

当Nvidia 和ATi 单芯片产品陆续进驻品牌电脑大厂，就注定3dfx 死期不远。

坊家普遍有某种观点，认为3dfx 把自己绑死在Glide API，所以无法有效应对DirectX 和OpenGL 等业界标准3D API 开发的游戏，恰好相反，3dfx 驱动程序很长时间一直都是业界兼容性最佳者，3dfx 反而是软件实力远大于硬件的经典案例。那时玩家玩游戏的，应该都不会怀疑3dfx 驱动程序是否值得信任。笔者就是靠Matrox Millennium 或Mystique 搭配Voodoo 当标准配备。

2. 地利──对家用游戏主机的怨念浪费太多资源：

3dfx 先后争取SEGA Dreamcast 和微软Xbox 合作机会，为前者耗费一年多研发却一无所获，输给日系背景的PowerVR（坦白讲，3dfx 一开始就在对手主场作战，处于极度不利局面，当年还是学生的笔者不感觉有丝毫讶异），还与SEGA 对簿公堂，为后者更花1.86 亿美元并购GigaPixel，散尽最后家底，还败给NVIDIA。

我们可从日后AMD 变相寡占Sony PlayStation 和微软Xbox 的经验，得到简单结论：游戏机利润并不高，顶多是细水长流的现金母牛，不见得值得3dfx 花这么大力气和代价争抢。

▲ 实在很难想像3dfx 可存活至今，且垄断微软Xbox 和Sony PlayStation 的画面。

3. 人和──并购STB 让自家球员兼裁判：

这才是压死3dfx 的最后一根稻草，本来想花1.41 亿美元抢走NVIDIA 最大客户，却一举得罪所有独立板卡厂商，转向支持Nvidia 和ATi，平白把客户送给对方。

之前Nvidia 原本没有同时服侍大量客户的经验与技术支持能量，突然被3dfx 这世纪大烂招逼到什么都有了。

回到Nvidia 和ATi 群雄大乱斗时成功突围的1990 年代末期，两家公司有共同点：尽其所能扩大基本盘，但3dfx 却彻头彻尾反其道而行，会如此快速败亡，也不让人意外。

追加题：AMD 有可能如法炮制CPU 成功模式挑战Nvidia霸业吗？

既然都讲到Nvidia，其实这问题简单一句话就能打发，但笔者左思右想，还是觉得这地方颇有多加解释的必要。

一言以蔽之，AMD 的CPU 和GPU，败部复活之路截然不同，前者是集中资源打造一系列Zen 处理器微架构，花了很长时间发展统一AMD 内部SoC IP 区块通用控制方式 Infinity Fabrics，才有本钱采用简化晶粒种类的Chiplet 策略，并藉由台积电先进制程，有点胜之不武取得对英特尔的优势。

但AMD 的GPU，和Nvidia 长期同为以台积电为主要代工伙伴，制程从来就不是决定两边胜负的关键因素（尤其Nvidia 一直不乏抢先使用先进制程出事的前例，NV30 和GF100 就很让人印象深刻），2011~2015 年，两家公司GPU 同样黏在台积电28 纳米制程很久，从高效能计算、专业绘图到游戏，Nvidia 相对AMD 的强势点只有越来越大，就是最好证明。

原因很简单，Nvidia 有办法针对不同应用研发不同GPU 微架构，让计算和游戏分而治之，更持之以恒耕耘生态系统（自从2006 年到今天超过15 年），建立几乎滴水不漏的CUDA 封锁网，造就数以百万计开发社群，这可不是区区一句驱动程序品质良好就能一笔带过的历史轨迹。论研发支出、品牌形象、与游戏玩家的紧密度和可让玩家感受到热情，AMD 从来看不见Nvidia 的车尾灯。

▲ 2006 年至今发展超过15 年的CUDA 生态系统，一直是Nvidia霸业的基础，与台积电制程技术到底好不好一点关系都没有。别说AMD，连看起来倾尽全力发展OneAPI 的英特尔恐怕都难有挑战本钱。

讲更白一点，AMD GPU 近况有点起色，主因不外乎终于可以双轨化了，不必强迫计算导向的GCN 微架构硬跑游戏，然后师承自CPU 的大型化快取记忆体，也似乎多少可抵销Nvidia 的秘密王牌：自从NV40 后，被大量专利权保护的先进记忆体资料传输压缩机制。过去这让AMD GPU 长期需要更丰沛的记忆体频宽，性能才有机会对抗Nvidia 。

不过就算如此，光看着超级电脑Top500 采用Nvidia GPU 的比例，比较Nvidia DLSS（Deep Learning Super Sampling）和AMD FSR（FidelityFX Super Resolution）对应游戏数，就不难理解Nvidia霸业有多难挑战。

话说回来，消费性显卡市场，拜Nvidia 有点走火入魔之赐，AMD 倒明显享有能耗比优势，加上专业计算战场，MI300 仰赖多芯片封装，成为EHP（Exascale Heterogenous Processor）首发，搞不好可稍微拉近一点与Nvidia 的差距，或许是AMD 唯一勉强能如法炮制CPU 成功模式的地方。