Интегрированная графика под Intel Pentium4. Intel i845G/i845GL в сравнении с конкурентами.

Автор: Tim
Дата: 23.05.2002
Все фото статьи

Введение


История "настольных" графических чипов от Intel берет свое начало с 12 февраля 1998 года, когда был анонсирован i740 - первый графический чип от Intel. Над его созданием, объединив усилия, работали инженеры Intel и команда разработчиков из компании Real3D, подразделения компании Lokheed Martin, занимавшейся разработкой 3D-графики для военных применений.
Получившийся чип имел много интересных особенностей. Так, например, видеокарты на базе i740 принципиально не хранили текстуры в локальной видеопамяти (не правда ли, сейчас это звучит дико - с нынешними-то скоростями графических чипов постоянно обращаться к медленной оперативной памяти), используя режим DiME (Direct in Memory Execution) для текстур, размещенных в оперативной памяти. Тем не менее, на то время это было передовым решением, производительность i740 оказалась на уровне конкурентов, а качество трехмерного изображения - и вовсе отличным на фоне S3 Savage3D, NVIDIA Riva128 и 3dfx Voodoo. Неудивительно, что индустрия благосклонно приняла новый чип от Intel, платы на базе i740 были объявлены почти каждым более-менее крупным производителем видеокарт, а i740 стал еще одним веским аргументом в пользу преимуществ шины AGP.
Но время шло, и после появления нового поколения чипов от NVIDIA, 3dfx, Matrox, S3 и ATi популярность i740 стала снижаться - он стал стремительно устаревать, переходя в ранг ускорителей среднего класса, а затем и нижнего.
Следующим графическим чипом Intel был i752 - усовершенствованная версия i740, главными новшествами которой была поддежка мультитекстурирования и однопроходной трилинейной фильтрации. Однако, видеокарт на базе i752 мы не увидели - уже в момент выхода они не блистали высокой производительностью на фоне конкурентов, поэтому компания решила не выпускать чипы i752, посчитав это дело невыгодным.

На этом история дискретных графических чипов от Intel заканчивается, и начинается история интегрированных. Когда возникла необходимость в создании интегрированного чипсета для недорогих систем, о графическом ядре i752 вспомнили. В адаптированном виде оно вошло в состав чипсетов Intel i810, ориентированных для использования с памятью PC100 и процессорами Celeron. Графическое ядро располагалось в GMCH (Graphics and Memory Controller Hub) и работало на частоте 100 МГц. Помимо этого, существовала "продвинутая" версия GMCH, GMCH-DC100, в которой графическому ядру было предоставлено 4 Мб локальной видеопамяти SDRAM, работающей на частоте 100 МГц. Несмотря на то, что i752 в составе GMCH "научился" общаться с контроллером памяти напрямую (800 Мб/сек), а не через AGP (533Мб/сек), наличие локальной видеопамяти позволило дополнительно поднять производительность встроенного графического ядра. При появлении i810E, поддерживающего память PC133 SDRAM, частота локальной видеопамяти подросла до 133 МГц, еще немного повысив производительность графического ядра.
Следующей реинкарнацией i752 стал чипсет i815, в котором графическое ядро стало работать на частоте 133 МГц. В плане графики i815 полностью повторял i810, поэтому и рассказывать о нем, в общем-то, нечего.
Среди чипсетов с интегрированной графикой i810 и i815 оказались чрезвычайно популярными, и платы на их основе выпускали все, кому не лень, и даже до сих пор i810 и i815 являются одними из лучших чипсетов для Socket370.

Но на этом славная история встроенной графики от Intel надолго прервалась. Уже успели появиться процессоры Pentium 4, появились чипсеты для них, компании VIA и SiS, начав осваивать новое поле деятельности, успели разработать интегрированные чипсеты для новой платформы, а аналогичных чипсетов от Intel всё не было и не было.
Предметом рассказа была бы какая - то другая компания, а не Intel, если бы позволила конкурентам занять эту нишу без боя. 20-го мая компания Intel объявила о выходе чипсетов i845G/i845GL с интегрированной графикой, предназначенных для использования с процессорами Intel Pentium4 и Celeron.
Рассмотрению новых чипсетов от Intel в целом посвящен обзор "RDRAM vs DDR SDRAM. Новый поединок: i850E против i845E и i845G", а сейчас мы подробнее разберемся с новым интегрированным графическим ядром от Intel и сравним его производительность с уже существующими на рынке аналогичными чипсетами от конкурентов.

Возможности Intel i845G/i845GL


Основные тактико-технические характеристики встроенного графического ядра Intel i845G/i845GL:

3D-часть:

Частота графического ядра - 200 МГц
1 пиксельный конвейер с поддержкой наложения до 4 текстур за один проход (*см. ниже)
Поддержка текстур размером от 1х1 до 2048х2048, 12 MIP-уровней
Поддержка компресии текстур S3TC/DXTC, FXT1
Поддержка 32-битного цвета, 32-битных текстур
Поддержка билинейной, трилинейной и анизотропной фильтрации текстур
Поддержка кубических карт отражения
Поддержка имитации рельефности методами Emboss и Dot3
Поддержка антиалиасинга линий, полноэкранного антиалиасинга методом суперсэмплинга
Поддержка всевозможных режимов альфа-блендинга и тумана
Поддержка гибкого формата описания вершин DirectX6.0, индексированных массивов вершин, triangle strips & fans.
Поддержка 16- и 24-битного Z-буфера, 16-и 24-битного W-буфера, 8-битного буфера шаблонов (Stencil)
Максимальное разрешение в 3D - 1600х1200х32 при 85 Гц.

2D-часть:

256-битный BLT Engine
Поддержка функций GDI+
Масштабирование и отрисовка полупрозрачных изображений
Поддержка 32-битного прозрачного курсора
Преобразование цветовых пространств
8-, 16- и 32-битные графические режимы

Видео и оверлеи:

Деинтерлейсинг методами Bob и Weave
Возможность синхронизации дисплея и TV-выхода с источником видеопотока
Разрешение источника видео до 720х480
Масштабирование оверлеев
Управление яркостью, контрастом, насыщенностью и сдвигом цветовой гаммы оверлеев
Разрешение источника оверлеев до 720х576

В первую очередь нас, конечно же, интересует 3D-часть графического ядра. Сравним 3D-части встроенного графического ядра i845G/i845GL и конкурирующих с ним интегрированных чипсетов - ProSavageDDR P4M266 от VIA Technologies и SiS650 от Silicon Integrated Systems:

Характеристики интегрированных чипсетов
 Чипсет Intel i845G (i845GL) SiS650 VIA ProSavageDDR P4M266
 Графическое ядро Intel 82845G (Intel 82845GL) GMCH SiS 315* S3Graphics ProSavage8
 поддержка слота AGP для внешних видеокарт да (нет) да да
 поддержка локальной видеопамяти  нет нет нет
 взаимодействие с системной памятью Unified Memory Architecture, до 2 Гб/сек Ultra-AGP II, до 2 Гб/сек Shared Memory Architecture, до 2 Гб/сек
 объем используемой памяти 8..64 Мб, динамический до 64 Мб до 32 Мб
 тактовая частота графического ядра 200 МГц 143 МГц 143 МГц
 количество пиксельных конвейеров 1 2 1
 количество текстурных модулей в конвейере 2* 1 2
 максимальное количество текстур за такт 2* 2 2
 теоретическая скорость заполнения полигонов без мультитекстурирования 200 Мтекс/сек 286 Мтекс/сек  143 Мтекс/сек
 теоретическая скорость заполнения полигонов при мультитекстурировании 400 Мтекс/сек 286 Мтекс/сек  286 Мтекс/сек
 трилинейная фильтрация/аппроксимация да/нет да/нет нет/да
 трилинейная фильтрация/аппроксимация и мультитекстурирование одновременно нет нет да
 анизотропная фильтрация да нет нет
 полноэкранное сглаживание да* да* нет
 аппаратный блок T&L нет нет* нет
 аппаратная поддержка вершинных/пиксельных шейдеров нет/нет нет/нет нет/нет
 поддержка DVI, TV-Out  да, опционально да, опционально DVI, опционально
 частота RAMDAC  350МГц 333 МГц 300 МГц

Комментарии к таблице:


Текстурные модули i845G/GL GMCH способны оперировать максимум с четырьмя текстурными координатами, и максимальное количество текстур, которое они способны отработать за один проход, равняется четырем - в случае с одномерными текстурами. Однако, повстречать одномерные текстуры в играх почти невозможно - повсеместно используются двумерные текстуры, то есть, текстуры, имеющие две текстурные координаты. Максимальное количество двумерных, то есть, "стандартных" текстур, обрабатываемых текстурными модулями i845G/i845GL, равняется двум. Поэтому в таблице характеристик было указано, что i845G/i845GL имеют по два "стандартных" текстурных модуля в конвейере.

Судя по документации, графическое ядро i845G/GL GMCH поддерживает полноэкранное сглаживание 4х методом суперсэмплинга. К сожалению, текущие версии драйверов эту функцию ядра не поддерживают.

Несмотря на то, что в спецификациях чипсета SiS650 от Silicon Integrated Systems не указана модель используемого графического ядра, известно, что в SiS650 встроена слегка модифицированная версия дискретного графического чипа SiS315 (см. Обзор SiS315).

Два пиксельных конвейера интегрированного графического ядра SIS650, как и SIS315, при мультитекстурировании могут объединяться, образуя один пиксельный конвейер с двумя текстурными модулями.

Текущие версии драйверов для интегрированного графического ядра SiS650 не "видят" аппаратной поддержки T&L и полноэкранного сглаживания, которыми обладает SiS315. Вполне вероятно, что эти функции просто закрыты драйвером, как не исключается и то, что поддержка T&L и FSAA была "отрезана" физически, для удешевления чипа.

О некоторых интересных особенностях встроенного графического ядра i845G/GL стоит рассказать отдельно:
Во-первых, чипсеты i845G/GL, используя часть системной памяти в качестве видеопамяти, не фиксируют этот объем каким-либо значением, а динамически изменяет его в зависимости от потребностей графического ядра. На данный момент максимальный объем оперативной памяти, который может быть отведен под нужды графического ядра, составляет 64 Мб, однако, в будущих версиях драйверов планируется поднять планку до 72 Мб. Такая организация разделения оперативной памяти позволяет наиболее эффективно использовать весь имеющийся её объем, не давая ей зря пропадать в том случае, когда графическое ядро не требует большого объема памяти, и отводя ядру требуемый объем памяти в тех случаях, когда это действительно необходимо.
Вторая интересная возможность интегрированного графического ядра i845G/i845GL - режим Zone Rendering. При включении этого режима кадр, подлежащий построению, разбивается на прямоугольные области, в каждой из которых строятся только те полигоны, которые касаются этого прямоугольника. Определение принадлежности полигонов текущей зоне и их предварительная сортировка производится центральным процессором. В результате кадр составляется из таких прямоугольников, как из кирпичиков. Несмотря на то, что к "настоящей" тайловой архитектуре известных чипов PowerVR/STM Kyro и KyroII этот подход не имеет отношения (тайловый буфер кадра и Z-буфер не размещены в виде кэша в чипе, нет отложенного текстурирования, и т.д.. - см. Обзор Hercules 3D Prophet 4500 64Mb на базе Kyro II), он может серьезно повысить производительность интегрированного графического ядра за счет более эффективного использования внутренних кэшей буфера кадра, Z-буфера, текстур и вершин - при построении в пределах маленькой области изображения используются меньшие объемы данных, и вероятность попадания в кэши возрастает.
Чипсеты i845G/i845GL поддерживают форматы компрессии текстур S3TC/DXTC и даже FXT1, разработаанный компанией 3dfx. Использование автокомпресии и предварительно сжатых текстур позволяет радикально снизить нагрузку на шину памяти при незначительных потерях в качестве текстур
Кроме стандартного аналогового VGA-порта, чипсеты i845G/i845GL, имеют два цифровых DVO-порта, которые могут быть использованы для организации выходов TV-Out и DVI. DVO-порты мультиплексируются по шине AGP, поэтому для организации выходов TV-Out и DVI может использоваться специальная карта расширения (ADD, AGP Digital Display), вставляемая в разъем AGP. К сожалению, несмотря на поддержку вывода изображения на несколько приемников сигнала, мультимониторные возможности чипсетами i845G/i845GL не поддерживаются.
Наконец, что не может не радовать, появилась поддержка 32-битного цвета - старый добрый i752, предыдущее графическое ядро от Intel, позволял играться только в 16-битных режимах.

На этом приятные свойства интегрированной графики i845G/GL заканчиваются, и начинаются неприятные:
Во-первых, один пиксельный конвейер с двумя текстурными модулями, пусть и работающий на частоте 200 МГц - по нынешним меркам несерьезно. Конкурировать с современными дискретными графическими чипами нижнего ценового уровня, имея такую архитектуру графического ядра, просто невозможно, и мы чуть позже в этом убедимся.
Во-вторых, в "лучших" традициях чипов предыдущего века, i845/i845GL не поддерживают использование трилинейной фильтрации одновременно с мультитекстурированием. Это значит, что для включения трилинейной фильтрации приходится отключать мультитекстурирование, а это приводит к необходимости строить сцену в несколько проходов - ситуация просто убийственная для интегрированной графики с её невысокой пропускной способностью памяти.

В целом чипсеты i845G/i845GL в плане интегрированной графики по первым впечатлениям ничем выдающимся не выделяются, представляя собой "классические" интегрированные чипсеты с графическим ядром, конкурирующим с центральным процессором при доступе к памяти.
Различия между i845G и i845GL заключаются в двух моментах:

Во-первых, i845GL, в отличие от i845G, не имеет поддержки FSB533МГц.
Во-вторых, i845GL не имеет поддержки слота AGP, поэтому установка внешней AGP-видеркарты на материнскую плату на базе i845GL невозможна.

Во всём остальном чипсеты i845G и i845GL абсолютно идентичны.

В нашей тестовой лаборатории испытаниям подвергались плата D845GBV от Intel на базе i845G:

... и плата D845GLAD на базе i845GL:


Итак, подрастеряв былой оптимизм, займемся рассмотрением призводительности 3D-графики i845G/i845GL в сравнении с VIA ProSavageDDR P4M266 и SiS650.

Тестовая система


В тестировании приняли участие материнские платы D845GBV и D845GLAD на базе чипсетов i845G и i845GL соответственно, плата ASUS P4S333-VM на базе SiS650 и сэмпл платы P4MA от VIA на базе ProSavageDDR P4M266.
Материнские платы на чипсетах с поддержкой FSB 533 МГц - i845G и SiS650 - были протестированы в системе следующей конфигурации:

Процессор - Intel Pentium4 2.4ГГц 533МГц FSB;
Память - 2*256 МБ DDR SDRAM PC 2700 Crucial CL2.5;
Жесткий диск – Fujitsu MPF3153AH.

Программное обеспечение:

Драйвер Detonator 29.20 под Windows XP для видеокарты NVIDIA GeForce2 MX400;
Драйвер версии 6.13.01.3091 для графического ядра i845G/i845GL;
Драйвер версии 2.05a для графического ядра SiS650;
Драйвер версии 13.93.34 для графического ядра VIA P4M266;
Windows XP;
DirectX 8.1;
3DMark 2001 SE;
VillageMark;
Serious Sam: The Second Encounter;

Чипсеты с поддержкой FSB 400 МГц - i845GL и VIA P4M266 - были протестированы на системе, отличающейся от исходной лишь процессором - был использован Intel Pentium 4 с частотой 2.4 ГГц и частотой FSB 400 МГц.
Для сравнения система на базе i845G была также протестирована при использовании внешней видеокарты на базе NVIDIA GeForce2 MX400 с 32 МБ видеопамяти 128 бит SDRAM и частотами ядра/видеопамяти 200/166 МГц.

Скорость в 3D


Для начала - как всегда, игровые тесты 3DMark 2001. Учитывая класс тестируемой 3D-графики, я использовал лишь режимы Low Details. Результаты разделены на 2 группы: в первой - чипсеты с поддержкой 533 МГц FSB, во второй - c 400 МГц FSB:



Что ж, i845G и i845GL не смогли сравниться по скорости даже с чипом NVIDIA GeForce2 MX400, чего и следовало ожидать - он более чем вдвое производительнее, чем все его конкуренты по тесту, и имеет аппаратную поддержку T&L, не говоря уже о том, что что ему не приходится делиться пропускной способностью памяти с процессором. Тем не менее, всех интегрированных конкурентов новые чипсеты от Intel оставили позади, причем везде, и с хорошим запасом - сказалась как более высокая тактовая частота работы графического ядра, так и большие объемы встроенных в i845G/i845GL кэшей. Не на последнем месте стоит и качество оптимизации драйверов (вспоминаем всемирную историю, видеокарты SiS315, Savage4 и драйверы от SiS и S3...)
Интересно понаблюдать за падением производительности при увеличении разрешения: если в низких разрешениях NVIDIA GeForce2 MX400 в два раза опережает i845G/i845GL, то в режиме 1024х768 отставание чипсетов от Intel уже не так велико. Похоже, технология Zone Rendering действительно работает так, как было задумано. К сожалению, драйверы не позволяют самостоятельно включать/выключать Zone Rendering, поэтому получить численные значения прироста производительности при её применении нам не удалось.

Тестирование в Serious Sam: The Second Encounter было произведено в двух режимах: "speed" при установке глубины цвета в 16 бит и "quality" в 32-битном цвете:

И опять Intel i845G и i845GL безнадежно проигрывают NVIDIA GeForce4 MX400, опережая чипсеты от SiS и VIA.

Большие кэши и более высокая тактовая частота графического ядра i845G/i845GL в сравнении с SiS650 и VIA P4M266 отлично проявляются в синтетическом тесте на скорость заполнения:

Результаты i845G/i845GL во всех режимах тестирования оказались более близкими к теоретическим значениям (200 мегатекселей в секунду при наложении одной текстуры и 400 мегатекселей в секунду при мультитекстурировании), чем у остальных интегрированных чипсетов. Инженеры Intel проделали отличную работу по оптимизации графического контроллера, выжав максимум доступного из существующей схемы совместного использования оперативной памяти.
Тем более интересно посмотреть, как покажет себя технология Zone Rendering. Для проверки её в действии я использовал VillageMark - синтетический бенчмарк, выводящий на экран сцену с большим показателем перекрытия объектов (overdraw):

Интересно, почему это чипсеты от Intel проиграли всем, кроме VIA P4M266, а лидером среди интегрированных чипсетов оказался SIS650? Ответ прост: во-первых, технология Zone Rendering - это не тайловая архитектура, и показатель overdraw равным единице она не сделает. Во-вторых, по умолчанию на всех объектах в VillageMark используется по три текстуры и трилинейная фильтрация. Графическое ядро SiS650 не использовало трилинейную фильтрацию и строило сцену в 2 прохода, как и NVIDIA GeForce2 MX400. i845G/i845GL, честно используя трилинейную фильтрацию, оказались не в состоянии использовать мультитекстурирование. Результат - на диаграмме.

О поведении i845G/GL, SiS650 и VIA P4M266 в плане качества фильтрации текстур, а также работы с 16-битным цветом как раз и пойдет речь в следующем разделе.

Качество в 3D


Качество фильтрации текстур я проверил в Serious Sam: The Second Encounter в двух режимах: "speed" -используется билинейная фильтрация текстур и 16-битный цвет и "quality" - используется трилинейная фильтрация текстур и 32-битный цвет.

i845G/i845GL:
Speed Quality

Замечаний по качеству фильтрации текстур нет. Помимо использования трилинейной фильтрации в режиме "quality", Serious Sam: The Second Encounter позволяет включить использование анизотропной фильтрации. К сожалению, i845G/845GL не поддерживают одновременное использование трилинейной и анизотропной фильтрации, поэтому границы MIP-уровней остаются видимыми, несмотря на улучшение четкости текстур:


SiS650:
Speed Quality

Как и SiS315, интегрированное графическое ядро SiS650 корректно не выполняет даже билинейную фильтрацию, прекращая картинку в нечто страшное (см. Обзор SiS315). При смене режима "speed" на "quality" в качестве фильтрации текстур не замечено никаких улучшений.

VIA P4M266:
Speed Quality

Графическое ядро ProSavage8, интегрированное в VIA P4M266, некорректно произвело мультитекстурирование (базовая текстура + карта освещения), в результате чего все выглядит неестественно ярким. При отключении мультитекстурирования производительность, естественно, падает, но картинка приходит в норму:

Уровень детализации текстур (LOD, Level of Details) на ProSavage8 сильно завышен, в результате чего на текстурах появляется "рябь", "мерцание" и прочие прелести. В остальном - никаких замечаний :).

NVIDIA GeForce4 MX400:
Speed Quality

В качестве эталона для сравнения - та же сцена на GeForce4 MX400. В режиме "quality" включилась как трилинейная, так и анизотропная фильтрация. Итог - качество фильтрации текстур на NVIDIA GeForce2 MX400 однозначно лучше, чем у интегрированных конкурентов.


Качество дизеринга (dithering) в 16-битных режимах для интегрированных чипсетов является важным параметром, ведь их встроеннаая графика по нынешним меркам слаба, и переход в 16-битные режимы серьезно повышает играбельность.
Качество дизеринга я проверял на сцене из Serious Sam: The Second Encounter:

i845G/i845GL:


SIS650:


VIA P4M266:


NVIDIA GeForce2 MX400:

Качество дизеринга на SiS650 - однозначно лучшее. Остальные интегрированные чипсеты, как и NVIDIA GeForce2 MX400, справились с дизерингом примерно одинаково, но хуже, чем SiS650.

Качество 2D


При тестировании плат D845GBV и D845GLAD совместно с мониторами ViewSonic P775 и Samsung SyncMaster 900 IFT уже в режиме 1024х768 при вертикальнй развертке 85Гц появлялось небольшое "замыливание", поэтому сказать, что качество вывода изображения на монитор поднялось на какой-то новый уровень, к сожалению, невозможно - довольны им останутся лишь самые непритязательные пользователи. Впрочем, частота RAMDAC встроенного графического ядра i845G/i845GL составляет 350 МГц, поэтому вполне вероятно, что другие материнские платы на базе i845G/i845GL при качественной разводке будут способны на большее.

Заключение


Что ж, похоже, при разработке i845G/i845GL компания Intel не ставила перед собой задачу по созданию "убийцы" видеокарт нижнего ценового диапазона - NVIDIA GeForce2 MX400 в трехмерной графике легко опережает новые чипсеты от Intel. Чуда не произошло: как и прежде, интегрированная графика от Intel - это в первую очередь решение для всевозможных офисных систем и систем начального уровня, где не выдвигается никаких особых требований к скорости трехмерной графики, главное - лишь бы она поддерживалась хотя бы на минимальном уровне.
Из i845G/i845GL явственно "торчат уши" i752, предыдущего графического ядра от Intel, но вместе с доработкой в соответствии с современными требованиями его производительность поднята на такой уровень, что интегрированные чипсеты от VIA и SiS уже не в состоянии конкурировать с новыми чипсетами от Intel. По всей видимости, такое превосходство Intel в интегрированной графике сохранится еще долго - в скором времени появится чипсет i845GE, в котором частота графического ядра будет доведена до 266МГц, и отрыв Intel от конкурентов в лице VIA P4M266 и SIS650 станет еще чуть выше.
Для кардинального же увеличения скорости интегрированной графики необходима поддержка локальной видеопамяти с большой пропускной способностью или полная переработка контроллера памяти, например так, как это сделано в чипсетах NVIDIA nForce420 под процессоры Athlon. Пока же о подобных чипсетах для платформы Intel Pentium4 ничего не слышно. И вряд ли они появятся в ближайшее время - компании Intel выгодно лидирующее положение в секторе интегрированной графики под Pentium4, и допускать NVIDIA в этот сектор ей совсем ни к чему. С другой стороны, судя по всему, и компания NVIDIA пока не рвется на этот рынок - положение лидера среди производителей графических чипов для видеокарт и интегрированной графики для платформ Socket A ее и так вполне устраивает.

Итак, с появлением i845G/i845GL компания Intel становится лидером среди чипсетов под Pentium4 с интегрированной графикой, а нам предлагаются чипсеты, которые помимо высокой производительности и функциональности (см. обзор RDRAM vs DDR SDRAM. Новый поединок: i850E против i845E и i845G ), имеют лучшую в своём классе поддержку графики.