笑傲江湖 Nvidia GeForce3全面测试 电脑报评测实验室 2001年 13期 NVIDIA开发代号为NV20的全新3D处理芯片，终于在2月底与我们见面了，这次NVIDIA在3D图形处理芯片界领跑者的姿态更加明显，几乎没有给对手留下喘息的机会，一副独孤求败的样子。 　　 NV20的规格在网上公布已经有近半年时间，令众多发烧友期待已久。这次以GeForce3的正式名称在INF2001上现身，给整个3D市场带来极大震撼。我们也迫不及待希望了解其性能，电脑报评测实验室在国内媒体中率先拿到GeForce3样品，并为此做了近两周的周密测试，为大家奉献这篇过足瘾的测试报告。 　　#1 一、GeForce3顶级3D加速卡 　　#2 1.新一代3D处理芯片──GeForce3 　　 从规格比较表（表1）（^13080201d^）我们可以清楚地看到，GeForce3的核心频率只有200MHz，与GeForce2/Pro相同，不及GeForce2 Ultra的250MHz，填充率相应地受影响，而显存基准频率为230MHz（460MHz DDR），显存带宽和GeForce2 Ultra完全一样。这些理论指标似乎并没有看出GeForce3有什么新意，但采用0.15微米工艺制造的GeForce3，集成的晶体管数量却是GeForce2 GTS系列芯片的两倍，甚至远远高出Pentium4的4200万。如此多的晶体管集成度，我们可以想象其强悍的效能，这些多出的晶体管就是GeForce3在GeForce2基础上做全新结构设计的产物。（^13080201a^） 　　 GeForce3和GeForce2一样有4个渲染管线，每个管线可以实现双纹理贴图，不过在处理方式上更先进，克服了GeForce2各渲染管线必须独立运作的传统方式，GeForce2需要2个时钟周期才能够完成的4纹理像素，GeForce3只需要1个时钟周期，而4纹理像素正在被新一代3D游戏广泛使用；GeForce3对GPU做了更彻底的改进，使“nfiniteFX”引擎真正可以完全编程，“nfiniteFX”引擎的顶点描绘单元（Vertex Shader）可以在不牺牲效能的情况下实现以前所不能够完成的动态角色（Character Animation）、环境效果（Environmental Effects）、程序变形效果（Procdural Deformation）。而“nfiniteFX”引擎的像素描绘单元（Pixel Shader）则除了实现G400、Radeon中才能够实现的环境凹凸映射Environmental bump mapping（EMBM）外，还可以实现一些以前无法实现的NVIDIA独创特效，如阴影贴图、等向BRDF照明、真实反射凹凸贴图等。除此之外，GeForce3还对显存架构进行了突破性的改进，NVIDIA这种所谓的“光速显存架构”以独特的显存交错控制技术、无损Z压缩算法以及Z封闭选除技术，使得显存带宽利用效率显著提高，也消除了浪费在获取数据和清除Z缓冲数据上的显存带宽，这种显存带宽上的技术改进已经超越ATI Radeon的硬件Hyper Z电路技术，也是GeForce3作出的非常有现实意义的3D技术突破。最后我们还得提一下GeForce3采用的HRAA高分辨率反锯齿技术，这种NVIDIA特有的Quincunx五点梅花采样所消耗的帧缓存带宽，和传统的2X FSAA全屏幕反锯齿相当，但反锯齿效果更好。 　　 总之，GeForce3更完善的渲染管线，可编程的顶点描绘单元、像素描绘单元，光速显存架构和全新设计的HRAA高分辨率反锯齿技术都使得GeForce3可以在填充率、显存带宽不进行突破性提高的情况下实现更加华丽流畅的3D性能。上面提到的各种3D技术可以参阅《电脑报》2001年第10期C1版《再现3D神话》一文。 　　#2 2.测试样卡──技嘉Gigabyte GV-GF3000DF 　　 为了向《电脑报》的读者展示GeForce3的强悍性能，我们从技嘉公司拿到了国内第一片GeForce3工程样卡，这张GeForce3工程样卡其实已经非常接近市售版本，只是处理芯片版本为A4测试版本，显存频率也只设定在400MHz。 　　 从外观我们会发现GeForce3显卡的PCB大小以及布局都颇有几分像公版的GeForce2 Ultra，只是VGA输出接口调整到了上端，而GeForce2系列卡都在下端。这款GeForce3样卡做工非常精美，完全按照NVIDIA公版设计的，蓝色PCB板非常漂亮，用料也非常好，单面8颗粒装的64 MB DDR SDRAM，显存颗粒为EliteMT的3.8 ns芯片，也就是说速度最高可以到达263 （526）MHz，不过比较奇怪的是技嘉居然把3.8 ns的显存只设定在200MHz（400MHz DDR），显存模块上也没有安装散热片。这款GeForce3具备了全套的附加功能，包括TV电视信号输出（安装在外插板卡上）和DVI接口。为了真实反映GeForce3标准版本的性能，我们在测试中将显存提高到了230MHz来测试。（^13080201b^） 　　#1 二、性能测试 　　 测试平台： 　　 Intel PentiumⅢ 1000MHz（133MHz外频） 　　 Abit SA6 815EP主板 　　 256MB PC133 SDRSM（CAS=2） 　　 IBM 75GXP ATA100 7200RPM 15GB硬盘 　　 SONY 52X CD-ROM 　　 LG 795FT plus显示器 　　 Intel 10/100M PCI网卡 　　 Windows98SE+Microsoft DirectX8.0A 　　 Windows2000 Perfessional+DirectX8.0A 　　 Windows显示分辨率设定为1024×768@32位色，关闭D3D和OpenGL的屏幕刷新同步，除了反锯齿测试外，其他测试都是在关闭反锯齿的情况下测试的。我们特意从耕宇公司借到GeForce2 Ultra 64M DDR显卡与GeForce3作对比测试。（^13080201c^） 　　 ●2D测试 　　 350 MHz RAMDAC使得GeForce3支持的最大分辨率达到2048×1536@32bit，这恐怕只有21英寸高档大屏幕显示器才能够支持到如此高的分辨率，而且GeForce3可以在2048×1536@32位色深模式下达到75Hz的屏幕刷新率，在1280×1024@32位色深下已经达到150Hz的刷新率，只要你的显示器带宽足够高，完全可以得到非常稳定毫无闪烁的显示画面。不管是2D显示质量还是2D性能，GeForce3与GeForce2系列并没有什么区别，Winbench99商用图形和高端图形性能基本上都在438、1170左右，而且显示相当清晰锐利，不过从与MatroxG400 MAX的对比来看，GeForce3还算不上2D表现最出色的显卡。 　　 ●D3D性能测试──3D Mark2001（表2）（^13080201e^） 　　 3D Mark2000已经成为业界公认的D3D游戏性能测试软件，针对新一代显卡的各种特性，MadOnion公司两周前发表了全新版本──3D Mark2001，正好赶上我们这次测试，也算是目前唯一能够真正展示GeForce3性能的D3D测试软件。3D Mark2001把游戏Demo增加到4个，而且支持DirectX8所有的特性，包括Vertex Shaders、Pixel Shaders、Point Sprites、DOT3 bump mapping等。可编程顶点描绘单元已经在前三个游戏Demo（Rally、Dragon、Lobby）中被使用，而第四个游戏Demo则真正展示了像素描绘单元能够产生的近乎真实的绚丽效果。第四个游戏甚至因为Radeon和GeForce2显卡缺乏相应的硬件特效支持而无法运行，所以总成绩3DMark对其他卡多少有些不公平，但我们可以对各子项进行分析。 　　 从填充率的测试来看，16位色深模式下GeForce2 Ultra的单材质填充率达到710多，高出GeForce3，但与其峰值1000Mtexels/s相比还是只发挥出70%的效能，而峰值只有800Mtexels/s的GeForce3却发挥出85%以上的效能，而且在多材质情况下，GeForce2 Ultra更只发挥出50%的效能，而GeForce3则达到1400左右，远远高出GeForce2 Ultra，并且已经非常接近1600的峰值极限，发挥出了90%的填充率效能。从4个游戏Demo的测试来看，Game4只有GeForce3才支持，而且这4个游戏Demo由于使用了大量全新3D特效，使得GeForce3在高细节模式下性能都只能够达到30～40帧。而且像GeForce2 Ultra这样高端的3D卡，所有3DMark成绩都在4000以下，而GeForce3在1024×768@16bit模式下突破5000，在16位色深各分辨率下GeForce3的性能高出GeForce2 Ultra 30%以上。在32位色深情况下，GeForce2 Ultra性能衰减非常厉害，在1024×768、1280×1024、1600×1200 3个分辨率下性能衰减分别达到8%、17%、26%，而GeForce3在前两个分辨率下只有3%、7%的性能衰减，即使在1600×1200最高分辨率下也只有12%的性能衰减。 　　 ●OpenGL性能测试──100fps级的顶级3D卡 　　#2 1.Quake3、MDK2（表3） 　　 作为多材质运用的典型，Quake3至今仍然是测试显卡OpenGL游戏性能最理想的测试软件。Quake3对图形加速卡像素填充率的依赖性较大，所以我们看到在16位色深模式下， GeForce2 Ultra以更高的填充率取得更高的FPS成绩，GeForce3落后几帧，但32位色深各分辨率下，GeForce2 Ultra受显存带宽瓶颈的限制，性能一下子衰减了40%左右，GeForce3才真正显示出其显存优化带来的优势，与16位色深各分辨率相比性能几乎没有衰减，性能异常耀眼，能够在1600×1200@32位色深模式下跑出74.5帧的速度的确是我们第一次见识。（^13080201f^） 　　 而且除1600×1200分辨率外其余各分辨率的速度都在100fps以上，我们不得不称GeForce3为百帧级别的3D怪兽卡。MDK2的测试情况和Quake3基本相似，同时我们也可以发现，GeForce3工程样卡的显存频率为400MHz，显存带宽比显存频率为466MHz的标准版低，几乎所有分辨率下的速度都比标准版低几帧，而且越是高色深高分辨率，性能受影响越明显。 　　#2 2.Vulpin GLMark v1.1（表3） 　　 Vulpin GLMark是Vulpin公司最近才发表的OpenGL性能benchmark测试软件，是专门针对新一代3D加速卡的特点设计的，完整地包括了OpenGL速度和画面品质测试，所使用的3D引擎在即将上市的新一代游戏中将被广泛使用，并充分运用了新一代3D加速卡的各种3D特效，包括OpenGL标准的最新扩展，像纹理描绘（Texture Shade）和顶点编程（Vertex Programs）等。在测试过程中你会发现整个测试画面非常华丽，细节异常丰富，而且也真正检验出GeForce3和GeForce2在画质上的差异，GeForce3渲染的水面是蔚蓝色的，而GeForce2却发黑。从平均速度fps成绩来看，GeForce3的性能优势的确明显。除了800×600@16bit模式GeForce3和GeForce2 Ultra没有拉开距离，保持在70fps外，其余的各分辨率尤其是32位色深下的所有分辨率，GeForce3全面领先，在高分辨率下，优势更明显。在1600×1200@32色深分辨率下，性能超出GeForce2 Ultra高达60%。而且我们也进一步看出，GeForce2 Ultra在32位色深各分辨率下，性能衰减非常厉害，尤其是高分辨率下，而GeForce3在32位色深各分辨率模式下完全可以保持性能基本没有衰减。 　　#2 3.专业OpenGL性能──Viewperf、Indy3D（表4） 　　 Viewperf、Indy3D都是基于图形工作站的高端3D动画测试，前面几个复杂的测试项目Geforce3表现都不太理想，这一方面和GeForce3的填充率比GeForce2 Ultra略低有关系，而更重要的是驱动程序的不完善，包括对OpenGL扩展的支持上还需要改进，毕竟所使用的雷管3 10.08版驱动程序只是第一个直接支持GeForce3的驱动程序版本，随着驱动程序的逐步完善，尤其是NVIDIA正在与3DStudio MAX的设计公司Discreet密切合作，打造GeForce3的优化版本，届时，相信GeForce3的专业OpenGL性能应该有更完美的表现。（^13080201g^） 　　#1 三、引领潮流的全屏幕反锯齿（表5） 　　 在nVIDIA雷管10.08版本驱动程序中，与以前版本将D3D和OpenGL的反锯齿分别设置不同的是，NVIDIA已经将D3D和OpenGL的反锯齿统一成一个选项，提供了2× FSAA、Quincunx AA和4X FSAA三种反锯齿模式选项，其中Quincunx是GeForce3特有的，而当我们安装的是GeForce2 Ultra时就只有2× FSAA、4×FSAA两个反锯齿模式选项了。从测试结果看来，过去显卡在反锯齿情况下性能急剧衰减的情况，在GeForce3上得到极大改善，GeForce3的2X FSAA 和Quincunx反锯齿，除了High Quality模式高于1280×1024分辨率时低于60fps外，其余各分辨率都在60fps以上，已经非常流畅，而GeForce2 Ultra在Normal模式关闭反锯齿时还领先GeForce3，一旦加上反锯齿，性能一下子衰减下去，远远低于GeForce3的速度，我们可以发现GeForce3采用4×FSAA反锯齿的速度都可以达到GeForce2 Ultra采用2× FSAA反锯齿的速度。而且从反锯齿画面质量来看，GeForce3专有的Quincunx AA的确比2× FSAA的反锯齿效果更好。（^13080201h^） 　　 从D3D的反锯齿测试3DMark2001也可以发现，GeForce3的2×和Quincunx反锯齿已经非常具有实用价值，除了Game4外，其余3个Game的2×和Quincunx反锯齿成绩都与关闭反锯齿后的成绩非常接近，不过一旦采用4×反锯齿，性能衰减还是非常厉害。 　　#1 四、超频性能（表6） 　　 尽管从实际应用的角度来看，像GeForce3这样强劲的顶级3D加速卡再超频已经没有太大必要，但为了检测提高核心频率和显存频率对GeForce3的性能提升是否有影响以及影响的程度，我们还是有必要进行超频性能的测试，更何况技嘉这张GeForce3工程样卡提升显存频率的空间非常大。我们分别对GeForce3核心和显存进行了超频测试。200MHz的GeForce3核心超频空间并不大，可以比较稳定地超到220MHz，最高可以超到225MHz，但已经非常不稳定，超频后性能只提升了2到4帧，分辨率越高性能提升的帧数越多，但性能提升的幅度与核心频率提升的幅度并不成正比，将200MHz核心超到220MHz，频率提升了10%，但性能只提升了3%。而460MHz的显存频率可以比较大幅度地提升，基本上可以超到3.8纳秒显存的理论额定频率526MHz，但实际上超到515MHz的时候屏幕已经开始花屏，超到529MHz的时候则完全惨不忍睹。看来显存要达到如此高的频率不仅是对显存额定频率的考验，实际上更重要的是对显卡布线设计的考验，如何在这样高的频率下保证信号稳定，减少干扰就看显卡设计厂家的功力了。从测试也可以看出单独超显存，性能提升幅度非常小，将460MHz显存提升到515MHz后，低分辨率下性能只提升了一两帧，1280×1024以上各分辨率才提升了四五帧，性能提升的幅度同样和显存提升幅度不成正比，看来GeForce3的确已经极大改善了GeForce256、GeForce2 GTS上出现的显存瓶颈问题，核心和显存带宽的配合已经比较协调。所以我们同时对核心和显存进行超频后（超到220/500MHz），你会看到性能的提升已经比较明显，在Quake3 HighQuality模式1280×1024下性能从104FPS一下子提高到112.1FPS，提高了8帧，不过在1024×768以下各分辨率性能提升仍然不明显，这应该和CPU处理瓶颈的限制有关系。（^13080201i^） 　　#1 五、Win2000下驱动程序完善程度及性能测试 　　 如今Windows2000以其良好的稳定性和安全性已经被越来越多的用户所接受，我们对GeForce3在Windows2000下的表现也进行了测试，雷管10.08版Windows2000的驱动程序安装非常顺利，而且Win98驱动程序所具有的各种选项，Windows2000驱动程序同样具备，整个测试过程没有发现任何不稳定或者出错情况，从性能表现来看，一致性并不太好，除少数测试项目与Windows98表现相同或者轻微超出外，大多数测试成绩都比Windows98低，尤其是3DMark2001和专业OpenGL的测试，看来10.80版Windows2000驱动程序还是有待进一步完善，相信随着驱动程序的进一步完善，GeForce3在Windows2000下的表现应该更出色。（^13080201j^） 　　#1 六、不同平台下的性能表现 　　 对于如此怪兽级的3D加速卡，要什么样的CPU搭配才合适呢，如果你打算购买GeForce3将不得不关心这一点，我们将GeForce3分别在Intel和AMD的多款CPU平台下做了测试，从测试结果可以很明显地看出CPU速度的差异对GeForce3性能发挥的影响程度，除了1600×1200分辨率外其他各分辨率下，只要CPU速度越高GeForce3发挥出的FPS速度就越快，而且分辨率越低GeForce3的性能受CPU速度的影响越大，在Quake3 Demo001 Normal800×600分辨率下，如果是1GHz PentiumⅢ平台，可以跑出140.9FPS的成绩，而如果是PentimⅢ 550MHz则只能够跑出90.1FPS的速度，速度损失达50FPS，将近一半，而且从各大网站的测试看得出，即使是1GHz的CPU，在低分辨率（1024×768分辨率以下）仍然没有完全释放出GeForce3的性能，所以根据目前的实际情况，要使GeForce3的性能得到比较好的发挥，至少你需要购买866MHz以上的CPU，如果有条件，CPU速度越快越好。 　　#1 七、测试结论 　　 ●GeForce3──一款32位性能出众，各方面均衡的顶级3D加速卡 　　 在GeForce3之前，有ATI的Radeon比较好地解决了32位色高分辨率性能衰减的问题，而GeForce3在32位色的表现更是耀眼，几乎没有性能损失，而且GeForce3算是一款各方面都平衡得恰到好处的3D图形加速卡，GPU和显存带宽协调配合，没有出现明显的瓶颈。 　　 ●GeForce3令反锯齿真正走向实用 　　 GeForce3一改过去3D显卡在反锯齿模式下性能急剧衰减的状况，在1024×768×32的分辨率下也可以实现2×全屏幕反锯齿和Quincunx反锯齿60FPS以上的流畅速度，使得反锯齿真正成为新一代显卡完全可以实用的技术，用户在享受完美的3D效果的同时不必承受性能上的重大损失。 　　 ●对微软DirectX 8.0的完全支持为用户带来更华丽的画面，为程序员编程带来极大方便 　　 GeForce3的完全可编程“nfiniteFX”引擎使得程序员进行游戏设计时更加方便灵活，可以在他们设计的游戏中添加进一些非常有趣的效果，可以更加自由地运用T&L机构，为用户在娱乐的时候带来更精致的画面。 　　 ●GeForce3芯片和驱动程序正在完善 　　 虽然现在各大显卡厂商纷纷发布基于GeForce3芯片的显卡，但是目前已经证实编号为A3、A4的几款GeForce3公版测试出现了和Intel支持Pentium 4处理器的850芯片组之间的不兼容现象，另外有些厂商表示，由于某些BUG的存在，GeForce3甚至根本无法完成动态测试。目前已确定华硕、ELSA、丽台以及微星等显卡厂商在进行基于Pentium 4主板的测试时都已经出现了兼容性问题。而且从我们这次测试也发现驱动程序的一些问题，尤其是专业OpenGL性能的不理想，看来GeForce3芯片和驱动程序都尚待完善。据可靠消息Nvidia除BUG的工作已经基本完成，估计正式出货时间应该在4月中旬，届时GeForce3芯片的编号应该为A5，而驱动程序方面则会是一个不断完善的过程，在你读到这篇文章时，Nvidia的雷管11.01版驱动程序已经发表，相信随后发布的新版驱动程序会使GeForce3表现出更加靓丽的性能。 　　#1 八、后记 　　#2 1. 1024×786×32bit正在成为未来游戏标准 　　 随着GeForce3的推出，享受32位色绚丽的游戏画面成为现实，像Quake3、MDK2这样的游戏，GeForce3即使在32位色1024×786分辨率下也可以轻松跑到100多帧，即使是采用最新3D特效的GLMark这样的新一代游戏场景，GeForce3也可以跑出人眼视觉感受能力极限的60FPS，看来GeForce3正在将1024×786×32bit变成未来游戏标准频率，而且3DMark2001的缺省设置中已经将缺省标准频率设定为1024×786×32bit。 　　#2 2. 3D性能测试绝代双骄──3DMark2001、VulPine GLMark 　　 从我们这次所使用的测试软件来看，曾经独霸OpenGL测试软件第一把交椅的Quake3已经被GeForce3完全征服，VulPine GLMark由于采用更多的特效，并为GeForce3充分优化，它将有机会取代Quake 3在OpenGL的测试地位，而在D3D测试方面，3DMark2001的推出正好为新一代3D加速卡提供了最完美的测试软件，我们欣喜地称VulPine GLMark和3DMark2001为3D性能测试的绝代双骄。 　　#2 3.价格才是GeForce3和用户之间的桥梁 　　 GeForce3的确是目前最顶级的3D加速卡，据称4月份上市后其价格会在500到600美金之间，也就是5000多元人民币，这对于国内众多的玩家来说显得可望而不可及，而与其规格类似的GeForce2 Ultra 64M DDR，目前却只要4000元左右（耕晟的甚至只要3500元）。不过随着GeForce3芯片在台积电量产，新产品过了一两个月的市场炒作期后价格应该会降到4000元的水平，相信到时候价格这个GeForce3和用户之间的桥梁才算真正架起。