6/12 Vorschau auf die nVidia GeForce 6800 Ultra : Auf NV30 folgt NV40

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Renderarchitektur, Teil 2

16 Pixelpipelines mit jeweils zwei FP-Shadereinheiten - das klingt zunächst einmal ziemlich eindrucksvoll. Doch schon der Vorgänger, der NV3x, wollte teils mit acht Pipelines auftrumpfen können. Im Gegensatz zur ersten DirectX9-Generation ist der NV40-Chip in der Lage, auch wirklich 16 Pixel pro Takt in den Framebuffer zu schreiben, sprich 16 dieser Shader-Einheiten arbeiten parallel nebeneinander.

NV40 - Single Pixelshader Pipeline
NV40 - Single Pixelshader Pipeline

Wie auf dem Diagramm zu sehen, gibt es neben den doppelten Shader-Einheiten noch ein weiteres Leckerli in der Pixelpipeline: Floating-Point Texture Filtering, doch dazu später im Abschnitt HDR mehr.

Pixel Shader 3.0
NV30 NV35/8 NV40
Anzahl FP-Einheiten 4 8 32
Max. Instruction Slots 512 512 >511
Max. Instructions 512 512 65535
Interpolated Reg. 2+8 2+8 10
Temporary Registers 22 22 32
Constant Registers 32 32 224
Dynamic Flow Control Nein Nein Ja

Auf den ersten Blick ist die Anzahl der FP-Einheiten im NV40 schlicht überwältigend. Hier ist allerdings ein wenig Vorsicht geboten, denn es ist nicht alles Gold, was glänzt - manchmal ist auch ein wenig unedleres Metall darunter gemischt. Bestanden die Floating-Point Einheiten beim NV30 noch ausschließlich aus dem Shadercore, der für alle FP-Operationen herhalten musste, wurde das Ganze beim NV35/8 etwas unübersichtlicher, denn die zweite FPU konnte nicht alle Operationen des Shadercore übernehmen. Dies ist im Übrigen auch ein Grund, warum man beispielsweise in nVidias FX Composer auch mit CineFX I Chips eine deutlich höhere interne Auslastung erhält, als mit CineFX II - der Shader-Compiler im Treiber ist schlicht nicht in der Lage, das volle Potential der GPU nutzbar zu machen.

Der NV40 hat nun laut nVidia zwei recht indifferente FP-Shader-Einheiten pro Pipeline, wobei nur die Shader-Unit 1 in der Lage ist, neben ihrer Vektor4-Funktion auch ein TMU-Kommando abzugeben. Die zweite FPU ist hierzu nicht in der Lage. Die Fähigkeit, eine zweite TMU pro Takt anzusprechen, ist der Shader-Unit 1 im Vergleich zum nV30/5/8 genommen - angesichts nur einer TMU pro Pipeline kein großer Verlust.

Allem Anschein nach verbirgt sich hinter der Shader-Unit 1 der ehemalige Shader-Core, dem allerdings ein paar Möglichkeiten fehlen, die dafür der zweiten FPU zugeteilt wurden. Neu ist hingegen, dass das Splitting der Vektor4-Einheit nun sehr flexibel gelöst wurde. nVidia nennt dies "dual-issue" und "co-issue". Die beiden Shader-Units mit zusammen zwei Vektor4-Möglichkeiten lassen sich nun nicht nur in Vektor3 und Skalar-Operation aufteilen, sondern auch 2:2 in Vektor2-Operationen und beispielsweise eine Texturoperation. Darin liegt auch ein Grund, warum wir in unserer Tabelle auf die Angabe von Shader-Leistungswerten verzichteten. Der andere Grund ist, dass die möglichen Werte noch nicht gesichert erscheinen. Theoretisch kann der NV40 durch Kombination von Co-Issue und Dual-Issue von zwei Vektor4-Operationen über zwei Vektor3 plus zwei Skalar-Operationen bis hin zu vier Vektor2-Operationen durchführen. Daraus ergibt sich zwar eine große Flexibilität, aber gleichzeitig lässt sich diese Leistung kaum noch in einer Tabelle übersichtlich darstellen.

NV40 - Single ROP Pixel Pipeline
NV40 - Single ROP Pixel Pipeline

Wie hier zu sehen ist, befindet sich in jeder der sechzehn verbauten ROP-Pipelines neben der Color-Compare-Einheit nochmals eine separate Z-Compare Einheit. Der Tatsache, dass diese Color-Compare Einheit ohne Textureinsatz parallel als zweite Z-/Stencileinheit fungieren kann, verdankt der NV40 (und auch schon NV30, 35 und 38) seine - gegenüber der Pixelfüllrate - verdoppelte Z-/Stencilleistung. Außerdem hat man die ROP, Raster Operators, am NV40 an die neue Situation angepasst.

X²-Vergleich - Oben ATi, unten nVidia
X²-Vergleich - Oben ATi, unten nVidia

Wie auf diesem Bild zu sehen ist (GeForce3 - FX unten, Radeon 9700 Pro oben), haben die ROPs bei nVidia teilweise Probleme mit Color-Banding bei gewissen Blending-Operationen gehabt, während ATi bei Alpha-Blending so ihre liebe Müh' und Not hatte. Zumindest das Problem bei nVidia sollte mit dem NV40 der Vergangenheit angehören.

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