案例展示

在为您的游戏电脑选择显卡时，只有两家公司生产的显卡可以让您的游戏看起来漂亮流畅：AMD 和 Nvidia。如今，这两家公司性能强大的 GPU 售价低至 100 美元，因此人们很容易将这些像素推动能力的奇迹视为理所当然。但 3D 图形的商品化之路并不平坦。自 1996 年推出具有突破意义的 300 美元 3dfx 以来，这个曾经有 20 多家公司争夺 3D GPU 主导地位的市场经历了破产、收购和不断增加的研发成本，最终只剩下两家主要参与者（英特尔的集成显卡除外）。

虽然 AMD 和 Nvidia 在过去几年里一直和平共处，但最近几个月，两家公司都越来越直言不讳地批评竞争对手的产品，而且双方都没有退缩。对于消费者来说，竞争通常是一件好事，它可以压低价格，并带来创新，而如果没有勇敢的新贵推动事情发展的额外压力，这些创新是不可能实现的。GPU 的起源很大程度上要归功于 90 年代末大量公司试图占领日益增长的 3D 游戏市场。事实上，如果没有 3dfx、Matrox 和 ATI 等公司在 3D 图形方面迅速创新，第一款真正的 GPU——Nvidia 的 GeForce 256——可能永远不会出现。

“大约 12 年前，我们将几何图形集成到 GeForce 256 的同一块芯片中，开启了 GPU 时代，”Nvidia 内容和技术高级副总裁 Tony Tamasi 告诉我。“部分几何图形处理传统上由 CPU 完成，甚至包括 Silicon Graphics 的现实引擎等大型机器。他们没有将几何图形处理集成到与像素处理相同的芯片上；他们有单独的芯片来执行此操作。3D 游戏通常有几十到几百个三角形，而几何图形集成后，三角形数量增加到数千个。如今，每帧有数百万个三角形。它确实改变了场景的外观。你可以在实时游戏中生成大量的复杂性。以前无法想象，比如一棵树，更不用说像今天这样拥有树枝、树叶和可塑多边形的整片森林，这是完全不可想象的。”

如今的 GPU 比 GeForce 256 或 Nvidia 当时的竞争对手 ATI Radeon DDR 等产品强大得多。与目前高端游戏 PC 中家用的几 GB 双插槽怪兽相比，这些旧显卡的 64MB 视频内存和 200 Mhz 时钟速度相形见绌。可编程着色、曲面细分（GPU 即时创建几何图形的能力）和 PhysX 等附加功能使游戏看起来异常复杂，而且随着 3D 游戏占据市场主导地位，对不断提高的视觉保真度的需求没有丝毫放缓的迹象。但 GPU 制造商本身并没有推动所有这些进步，至少就 Nvidia 而言并非如此。

“谁会想到我们会向消费者出售售价 3000 美元或 1000 美元的显卡？” - Nvidia

“我们真的不知道 [下一步要做什么]，”Tamsi 说。“我们与所有人交谈，我们与游戏开发者交谈，我们与 API 供应商交谈，我们与电影行业人士交谈，我们与任何想要推动实时图形技术发展的人交谈。我们问他们，他们正在做的事情中哪些太难，哪些太不切实际，或者你真的负担不起，然后我们试图找出解决这些问题的方法。但是，我们对 GPU 架构的了解——或者至少比业内其他人更深入——有些事情我们比业内其他人了解，所以我们也继续在这方面前进。例如，我们在抗锯齿和采样方面付出了很大的努力，因为我们知道什么是可能的，以及如何使其变得更好。每个人都希望没有爬行、锯齿边缘和闪光，所以我们只是继续努力使其变得更好，并且从性能角度以我们都能负担得起的方式使其变得更好。”

“谁会想到我们会向消费者出售 3000 美元或 1000 美元的显卡？”Tamasi 继续说道。“而且有很多这样的显卡。我认为这是因为需求已经从小众市场（只有少数游戏需要 3D）发展到几乎每款游戏都需要某种形式的 3D。但更令人惊奇的是，对视觉效果的期望也同样上升了。如果你回到怀旧时代，启动 GL Quake 之类的游戏，你会觉得‘哇，我不敢相信我曾经认为这很酷！’我的意思是，当时它很棒，但现在你看看它，你会觉得‘真的吗？’如果将 GL Quake 与《战地 4》等游戏进行比较，就会发现两者的体验截然不同，尽管如今的游戏都很棒，但我们离完成还差得很远。我们还有很多事情要做。如果将游戏与制作精良、拥有先进 CG 的电影进行比较，我们还有很长的路要走才能完成任务。”

实时图形的视觉逼真度可能仍需时日，但 Nvidia 和 AMD 都在开发新的软件技术来实现这一目标。创建令人信服的 3D 视觉效果的最重要方面之一是实现逼真的照明。挑战不在于让艺术家手动制作逼真的照明动画，而是实时模拟光线如何与多个表面发生反应并反射，也就是所谓的路径追踪。在电影行业，路径追踪是离线完成的，因为所需的计算实在太复杂了。Epic 的 Unreal Engine 4 虽然不是真正的路径追踪，但曾经一度具有实时全局照明引擎，称为稀疏体素统一全局照明，它产生了一些令人印象深刻的效果。但是，就在引擎发布之前，该功能被删除了。

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Nvidia 的 Tamasi 表示：“我们目前还没有达到可以完全围绕光线追踪或路径追踪渲染器来设计游戏的程度。不过，这些渲染器可以生成非常漂亮的图像。它们的另一个优点是它们是基于物理的渲染器，这意味着你实际上只是将光线反射到场景中，让光线与表面进行交互，这在某种程度上解决了许多其他挑战。阴影自然而然地从中消失。但我们距离实时实现这一目标还有很长的路要走。

“Epic 正在研究稀疏体素统一全局照明，我们与他们合作完成了这项工作，”Tamasi 继续说道。 “事实上，它是基于我们所做的研究。它是朝着更先进的照明模型迈出的下一步。它支持间接照明。它产生了一些非常好的效果，但它非常昂贵。我们理解他们为什么取消它。这是一项尚未完全准备好的技术，因为你真的不能把需要泰坦的东西放进游戏或引擎中。我的意思是，我们会喜欢的。相信我，如果 Epic 推出的每款游戏都需要泰坦，我们会很高兴，但每个人都有生意要做。我们希望游戏行业非常成功，非常有利可图，这样他们就可以继续制作游戏，这意味着它需要能够卖出很多游戏。但我们仍在与 Epic 合作。仅仅因为它不在 UE4 的那个版本中并不意味着我们不再致力于它。而且硬件和软件的进步都会使这成为现实。我想说，请继续关注，不要放弃希望。”

打造硬件来推动这些进步是一项巨大的技术挑战，AMD 和 Nvidia 在寻求更好硬件的过程中采取了不同的道路。对于 AMD 来说，重点是纯粹的强力渲染和计算能力。它的 R9 295X2 将两个出了名的热度极高的 R9 290X GPU 整合到一块主板上，增加了水冷，并将功耗提高到惊人的 500 瓦。这种方法让 AMD 从 Nvidia 手中夺回了世界上最快的 GPU 桂冠，而且它的价格为 1500 美元，性价比也不错，尤其是与 Nvidia 3000 美元的 Titan Z 相比。AMD 为这一成就感到自豪是可以理解的。

“如果你想要找到世界上最快的 PC 卡，你会去哪家公司购买 GPU？你会去 AMD，”AMD 游戏科学家 Richard Huddy 说。“295X2 显然领先于你目前能买到的任何其他产品，它具有巨大的创新性，计算能力密度极高。它源于这样一种认识：业务与 20 年前相比已经大不相同。”

“拥有世界上最快的 GPU 实际上是一件大事，”Huddy 继续说道。“这表明你有能力打造出非常了不起的东西。你要做的有两件事：一是推动未来；二是当下赚钱。Darren Grasby（AMD 欧洲、中东和非洲地区副总裁）主要以商人的身份来到这里。对于 Darren 来说，这是为了经营 AMD 的业务，组织事物，维护事物，以便整个业务能够生存下去。没有它，技术爱好者将失业。我们两者都需要。而且毫无疑问，技术非常令人兴奋。它是推动全球数十亿用户体验的东西。两者都需要。能够生产出代表行业当时技术绝对巅峰的产品，是一种表明你值得在未来发挥作用的方式。”

Nvidia 最近尝试打造双 GPU 显卡 Titan Z，但开局并不顺利，产品在首次发布后被推迟。当它最终实现时，其性能虽然仍然令人印象深刻，但无法超越 295X2。Nvidia 声称其在开发该显卡时优先考虑的因素——空气冷却和功耗——是其推迟发布的原因之一。

“坦率地说，我们对 Titan Z 感到非常满意。我们做出了与 AMD 不同的选择；他们选择了水，我们选择了空气。他们选择了更高的功率，我们选择了更低的功率，”Nvidia 的 Tamasi 说道。 “我认为这两种选择都不是绝对正确或错误的。我的想法是，如果你想要最快的产品，并不是每个人都会考虑 1000 美元、1500 美元或 2000 美元的产品。然后还有产品的质量。它的性能如何？它在 SLI 中的表现如何？尤其是对于高端产品，我认为在任何价位上，严格来说，性能与价格比并不重要。我的意思是，这是一个重要因素，但我认为这不是唯一的因素……最后，我认为我们很高兴在这种功率水平下，将如此高的性能融入到风冷产品中。如果你想想 GTX 750 或 Maxwell 架构，以及它在这种功率预算下能提供多少性能，然后你就可以让你的思绪飘向未来，你知道，像这样的更大版本，这很令人兴奋。”

“想想 GTX 750 或 Maxwell 架构，想想它在那个功率预算下能提供多少性能，然后你就会开始思考未来会有更大版本的类似产品。” - Nvidia

“坦率地说，最大的挑战是不再能够制造出快速的 GPU，”Tamasi 继续说道。“事实上，GPU 行业很久以前就意识到了这一点，当时我们开始构建这些可扩展的架构，使我们能够制造出非常大的 GPU。如果你看看现在的 GPU 行业，我们正在制造地球上最大、最复杂的处理器，比其他任何人都大，因为我们找到了如何构建真正可扩展的架构的方法。由于图形可以消耗几乎无限的马力，因此我们会在工艺和市场允许的范围内制造出尽可能大的产品。最大的挑战是功率。虽然市场已经表现出愿意为更昂贵的 GPU 买单的意愿，但人们不想用水冷却所有东西，或者安装 19 个风扇，让机器发出很大的噪音。功率是一个很大的挑战。10 年或 20 年前，半导体工艺可以在很大程度上解决这个问题。现在的情况已经不再是这样了。”

GPU 市场最近的变化之一是 Nvidia 的 GameWorks 技术和 AMD 的 Mantle 的兴起，这两家公司都在利用这两项技术来提高性能，同时开发更好的 GPU。Nvidia 的 GamesWorks 是一套视觉效果、物理效果和工具，旨在为开发人员在游戏视觉效果方面提供更多选择。HBAO+、TXAA 和 FaceWorks 等效果都是 GameWorks 的一部分。AMD 的 Mantle 是 OpenGL 和 Direct X 的竞争 API，允许像控制台一样对 CPU 和 GPU 进行低级访问。通过删除硬件和软件之间的一些操作系统软件层，开发人员凭借正确的编程技巧能够看到性能的提升。这两种技术在提高 3D 游戏的性能和视觉保真度方面都做得很好，但在实现这些技术的方式上存在理念上的差异。 AMD 声称其 Mantle API 是开放的，并且可以免费使用，同时抨击 Nvidia 的 GameWorks 本质上更具专有性。

“一家硬件公司编写的代码，另一家公司必须在基准测试中运行，这有可能吗？”AMD 的 Huddy 问道。“在我看来，这不是经营业务的好方法。但事实是，GameWorks 创造了这种情况……AMD 从未以源代码以外的方式提供其 SDK，因为这不是游戏开发者想要的。他们都想要源代码；他们从来不想要其他任何东西。自 1996 年以来，在我与游戏开发者合作的整个经历中，我从未被要求提供黑盒的 DLL，即无法编辑的编译代码块。作为游戏开发者，你想编辑它，毫无疑问，编辑和修复它，并且能够调试它以了解它，调整它，并使它在他们选择的平台上更高效，这就是他们想要的。”

“GameWorks 不会发生这种事，我再说一遍，GameWorks 不会发生这种事，”Huddy 继续说道。 “根据 GameWorks 的规定，Nvidia 自 4 月 1 日起表示，他们开始愿意在某些条件下向某些游戏开发商提供源代码。我们被禁止访问这些源代码。我相信 Nvidia 公开表示游戏开发商不得与我们共享源代码。当然，这也是我们从游戏开发商那里听到的。在大多数情况下，游戏开发商无法访问源代码。所以你可以看到这里构建的结构。Nvidia 能够创建位于游戏内部的代码，游戏开发商无法编辑，因为大多数情况下那里没有源代码。即使有，AMD 也无法编辑它，因为如果他们有权访问源代码，他们就不能共享任何源代码，AMD 无法以合理的方式对其进行优化。这就是我们面临的情况，情况就是这么糟糕……我可以向你展示一些案例，例如在《使命召唤：幽灵》或《蝙蝠侠：阿卡姆起源》中，Nvidia编写的代码效率极低，损害了他们自己客户和我们的客户的性能，他们这样做只是为了在基准测试中损害我们。这就是我的看法。”

“我可以向你展示一些案例，例如在《使命召唤：幽灵》或《蝙蝠侠：阿卡姆起源》中，Nvidia 编写的代码效率极低，损害了他们自己客户和我们的客户的性能，他们这样做只是为了在基准测试中损害我们。这就是我的看法。” - AMD

很难说 Huddy 的评论有多少是准确的，或者只是为了在两家公司之间挑起一些老式的狂热粉丝之间的口水战而被抛到一边。然而，AMD 确实有理由感到担忧。在接受 ExtremeTech 采访时，许多开发人员（包括虚幻引擎开发商 Epic）对 AMD 关于 GameWorks 的评论发表了看法。他们一致认为，开发人员总是需要源代码来优化，而 GameWorks 库让 AMD 更难做到这一点。但他们也表示，虽然 AMD 有正当理由担心 GameWorks，但几乎没有证据表明 Nvidia 正在使用该技术故意伤害 AMD，即使这种情况在未来可能会改变。

“是的，他们说了很多我认为值得我们好奇的事情，”当我向 Nvidia 的 Tamsi 询问 AMD 的评论时，他说道。“我想他们花了很多时间谈论我们。从高层来看，也许他们最好花些时间做自己的事情。关于 GameWorks 关闭的评论我们确实觉得有点意思，因为我们确实为开发人员提供了源代码，而且大多数特效确实在竞争对手上运行，我们确实花了很多时间确保它们在所有平台上都能很好地运行，因为这才是行业的最佳利益所在。”

“现在，他们到处说‘[Nvidia] 可能会把游戏做得很糟糕，或者他们可以这样做，或者他们可以那样做’，是的，我们可以做很多事情，这些事情都很愚蠢，对游戏开发者来说也最不利，”Tamasi 继续说道。“如果我们这么做了，游戏开发者就不会使用它了。他们会试图编造任何他们能编造的故事，他们‘开放、开放、开放’的口号在我看来毫无意义，因为 Mantle 并不开放。英特尔要求提供代码，我们也要求提供，但没有开放规范，所以这不是一个开放标准，所以我认为这有点讽刺。他们一直声称他们公布了所有特效的源代码，但这也并非事实。当他们在《古墓丽影》中制作 TressFX 头发时，他们直到游戏发布后才公布源代码。”

“他们倾向于使用开放的口号，我可以理解为什么，但我认为从我们的角度来看，我们在创新方面投入了大量资金，不仅在硬件方面，而且在软件和算法方面。我们这样做是为了游戏行业的利益，而不是为了 AMD 的利益。他们试图声称，如果他们没有源代码，他们就无法优化，但事实并非如此。过去 20 年一直如此，现在也是如此。我们无法获得 AMD 游戏的源代码或 AMD 通常处理的效果，但我们竭尽所能确保 Nvidia 上每款游戏的体验都很棒。我们不会抱怨，这就是事实。”

两家公司之间的这种来回争论是一种奇怪的发展，特别是当我回想起参加 Nvidia 简报会时，该公司甚至不会在基准测试比较中提及 AMD 的名字。但考虑到两家公司在特定游戏中都面临着性能问题，这种情况在某种程度上是可以理解的。最近，AMD 遇到了 Ubisoft 的《看门狗》问题，即使是其最强大的 GPU 也无法匹敌 Nvidia 的性能，直到它发布驱动程序更新。与此同时，Nvidia 在《古墓丽影》中遇到了 AMD 的 TressFX 技术问题，启用该技术后帧速率会下降。Nvidia 将此问题归咎于缺乏源代码。显然，这些问题对消费者来说并不好，但两家公司都不愿意为人们遇到的问题承担责任。

“[TressFX] 源代码已提供给游戏开发商，”Huddy 说。“我知道，因为我和支持开发人员的人谈过。在游戏发布前两周半，源代码已提供给 Nvidia。Nvidia 又花了大约六周时间修复问题，真正的直白答案是因为 Nvidia 的计算着色器支持在其驱动程序中很差劲。这并不是因为我们在代码中发现了什么奇怪的事情，他们应该能够在他们的驱动程序上运行该代码；他们的驱动程序只是坏了。他们修复了驱动程序，但我们始终将源代码提供给游戏开发商，我知道这一点，因为我看了合同。我要求这样做是为了确保我不会后悔说出这些话，我看过合同，我知道合同并没有阻止 Nvidia 的访问权限。”

对于Nvidia对Mantle的评论，Huddy再次发起了攻势。 “Mantle 和 GameWorks 的区别在于：GameWorks 可以创建一个基准测试，让竞争对手和 AMD 都运行，这是不对的。而 Mantle 则完全不可能。我们在 Mantle 上做了这么多工作，最糟糕的情况就是我们无法尽可能地为我们的 DX11 驱动程序提供服务。我们有可能因为没有在 DX11 驱动程序上投入足够的工作而让 DX11 用户失望，因为我们编写了自己的 DX11 驱动程序和 Mantle 规范，但我们绝不会编写任何损害 Nvidia 的代码。这在物理上是不可能的，因为当我们编写 Mantle 规范和 Mantle API 时，它们目前仅适用于 AMD 硬件。此外，如果我们为开放标准机构或 API 所有者（如微软）做出贡献，那么他们就会生产 DX12，我们已经让他们通过了 Mantle 规范，这就是 DX12 会像它一样好的原因之一是——然后他们以对所有供应商公平的方式实施它。”

“我们在 2014 年公开表示，我们将发布 Mantle SDK，这将使人们能够构建 Mantle 驱动程序，”Huddy 继续说道。“原则上，这意味着 Nvidia 可以选择《战地 4》、《神偷》或我们预计今年将发布的使用 Mantle 的其他 12 或 13 款游戏，它们将能够拥有 Mantle 驱动程序，并且它们将更快地运行该应用程序。现在我认为 Nvidia 的自尊心会妨碍他们这样做，他们宁愿等到 DX12。但如果它真的想为消费者提供最佳价值，他们应该认真考虑这一点。我认为自尊心是一个真正的问题，也许我们甚至很难以这种方式选择竞争对手的 API。但事实是，如果是为了向消费者提供最佳体验，他们会说，‘你知道吗，我可以用它来做一些好事。’他们可以利用 Mantle 为自己的消费者带来好处，而我们不会造成任何伤害。我认为这是截然不同的。这是一个完全不同的情况，我很难想象有人会困惑地认为‘等一下，AMD 正在使用 Mantle 来支持他们的硬件，Nvidia 正在使用它来支持他们的硬件。’这完全不是一回事。”

那么，这两家计算机图形巨头的下一步又将如何发展呢？AMD 最近亏损 3600 万美元，这并没有让投资者排起长队购买该公司的股票，而 X86 业务意味着它不仅要与 Nvidia 竞争，还要与市场领头羊英特尔竞争。但谈到其 GPU 业务，尽管该公司推出了一些价格诱人的优秀产品，但该公司仍然面临着认知问题。翻阅任何关于 AMD 或 Nvidia 的文章，你很可能会发现关于 AMD 驱动程序质量差或硬件支持质量低劣的评论。即使对于一家投入了数百万美元营销资金的公司来说，改变人们对该公司根深蒂固的认知也是一项艰巨的任务。

事实上，修复驱动程序声誉需要花费大量时间。声誉会一直存在。这是“光环效应”的反面。- AMD

“说实话，我认为我们一直在遭受 2000 年的打击，”AMD 的 Huddy 说道。“这是不合理的遗留观点。在您到来之前，我们正在讨论如何消除这种观点。这是一个神话；事实并非如此。事实上，修复驱动程序的声誉需要花费大量时间。它仍然存在。这是反向的‘光环效应’。我相信有很多独立研究表明 AMD 驱动程序确实很可靠，我相信我们将能够拿出研究来证明 AMD 驱动程序更好，我相信我们能够做到这一点。”

“有一件奇怪的事情，”Huddy 继续说道，“Nvidia 可以在 GameWorks 游戏发布当天就为其制作驱动程序，而且它可以提高游戏性能，你会想，‘嘿，Nvidia 干得好。’有趣的是，这种情况之所以会发生，是因为他们优化了提供给游戏开发商的一段损坏代码。这又有点令人担忧了。他们因修复了他们提供的损坏代码而获得赞誉，而我们因未能在很短的时间内修复提供给我们的损坏代码而受到批评。这确实是一个问题，所以让我们说出名字并解决它。”

至于 Nvidia，它正在进一步进军 ARM。就在最近，该公司推出了 32 位 Tegra K1 ARM SOC，今年晚些时候还将推出一款采用 Denver CPU 的定制 64 位版本。Nvidia 还涉足硬件领域，该公司希望其 Shield Portable 和最近发布的 Shield Tablet 能够为移动游戏带来其桌面 GPU 为 PC 游戏带来的影响。其桌面 GPU 不会很快消失（据传言，一系列新的旗舰产品将很快发布），但 Nvidia 相信移动领域将在未来发挥更大的作用。

“在某个时候，你可以设想未来两个市场（PC 和移动）会融合，或者至少两者之间的界限会变得模糊，也许唯一的区别真的就是功耗，”Nvidia 的 Tamasi 说道。“事实上，从架构上讲，我们一直都是这样做的。如果你看看 K1，它就是 Kepler，而 Titan 就是基于它构建的。两者的根本区别在于功耗。从开发人员的角度来看，我们正在尝试建立允许他们这样做的基础设施。”

“我是否认为手机游戏和 PC 游戏是同一款游戏？”Tamasi 继续说道。“很难说。至少，你与设备的交互方式不同，如今人们在手机上玩游戏的方式也不同，或者玩游戏的时间也不同。谁能保证未来不是你坐下来，把手机放在桌子上，它与键盘、鼠标和显示器无线配对，然后你就可以用这种方式玩你最喜欢的游戏的下一代版本。市场会这样发展吗？不知道，但我们正在尽一切努力实现这一点，因为如果真是这样，那对 Nvidia 来说就太好了。”