تاریخچه کارت‌ های گرافیک AMD/ATI (قسمت اول)

شرکت ای‌تی‌آی (ATI) در سال ۱۹۸۶ به بازار کارت‌های گرافیک وارد شد و تا سال ۲۰۰۶ به فعالیت مستقل خود در این زمینه ادامه داد. حتی پس از خریده شدن توسط AMD، محصولات توسعه داده شده توسط این شرکت به مدت چندین سال همچنان تحت نام تجاری ATI به فروش می‌رسیدند.

تمرکز اصلی ما در این مطلب بیشتر روی کارت‌های گرافیک پرچمدار خواهد بود؛ هرچند به مدل‌های پایین‌رده‌ی انقلابی نیز اشاره خواهیم کرد. همچنین از استفاده‌ی همزمان دو یا چند کارت گرافیک (تکنولوژی CrossFire) نیز صحبت چندانی به میان نخواهد آمد.

ATI بین سال‌های ۱۹۸۶ و اوایل دهه‌ی ۹۰ میلادی، چندین مدل از کارت‌های گرافیک خانواده‌ی واندر (Wonder) را به تولید رساند. تمامی این کارت‌ها بسیار ساده و ابتدایی بودند و به گونه‌ای طراحی شده بودند که تنها می‌توانستند از پس وظایف ساده‌ای مانند رندر متن و تصاویر ۲ بعدی ابتدایی بر بیایند.

از مدل‌های قابل توجه خانواده‌ی واندر می‌توان به VGA Stereo-F/X اشاره کرد که در آن موتور پردازش گرافیکی دو بعدی و پردازنده‌ی صوتی ساوند بلستر (Sound Blaster) روی یک کارت ادغام شده بود.

ATI به بهبود دادن تکنولوژی پردازش دو بعدی خود ادامه داد و در گرافیک‌های سری ماک (Mach) این فناوری را به اوج خود رساند. اولین کارت از این سری ماک ۸ نام داشت که ویژگی‌های پیشرفته‌ی ۲ بعدی همراه با آن معرفی شدند.

ATI بعدها عملکرد محصولات سری واندر و ماک خود را در هم ادغام کرد. کارت ماک ۳۲ اولین کارت با ویژگی هر دو سری به شمار می‌رفت.

ماک ۶۴ جایگزین کارت‌های ماک ۳۲ شد و در آن قدرت پردازشی ۲ بعدی به اوج خود رسید. ماک ۶۴ همچنین از این لحاظ دارای اهمیت است که اولین کارت گرافیک ATI دارای قابلیت‌های ۳ بعدی به شمار می‌رود. بعدها ATI با تمرکز روی قابلیت پردازش سه بعدی، وارد بازار بازی‌های ویدئویی شد و خط تولید ماک را به کل کنار گذاشت.

ATI اولین گرافیک‌های دو بعدی/سه بعدی (2D/3D) خود را تحت دو نام تجاری متفاوت به فروش می‌رساند. Mach 64 و 3D Rage. اولین کارت‌های ۳دی ریج عملاً با کارت‌های ماک ۶۴ هیچگونه تفاوتی نداشتند؛ بطوریکه حتی موتور پردازشی ۲ بعدی سری ماک همچنان بدون تغییر در آن‌ها وجود داشت.

 مدل بازنگری شده‌ای از این کارت‌های گرافیک بعدها با نام «۳دی ریج ۲» (3D Rage II) به بازار عرضه شدند. در این مدل عملکرد پردازش ۳ بعدی به شدت بهبود یافته و ویژگی‌های چند رسانه‌ای و CAD نیز به آن اضافه شده بود. این کارت‌ها همچنین روی تعدادی از مادربردهای مطرح آن زمان به صورت یکپارچه ادغام شده بودند. سرعت کلاک آن‌ها معمولاً روی ۶۰ مگاهرتز تنظیم شده بود و با ۴ تا ۸ مگابایت حافظه‌ی آنبورد عرضه می‌شدند.

مدل ۳دی ریج پرو (3D Rage Pro) نسبت به ۳دی ریج II بهبودهای زیادی را با خود به همراه آورد. برای مثال، این کارت‌ها به گونه‌ای طراحی شده بودند تا با «پورت گرافیکی شتاب‌یافته‌ی اینتل» (Intel's Accelerated Graphics Port) سازگار باشند. ATI همچنین پشتیبانی از ویژگی‌های جدیدی مانند مه، تصاویر شفاف (transparent)، نور اسپکیولار و پخش DVD را به کارت‌های جدید خود اضافه کرد. علاوه بر اضافه کردن این ویژگی‌ها، ATI موتور ساخت مثلث خود را به‌روزرسانی کرد و با ایجاد تغییراتی در هسته‌های پردازشی، عملکرد آن‌ها را بهبود بخشید.

3D Rage Pro در فرکانس‌ ۷۵ مگاهرتزی (۱۵ مگاهرتز بالاتر از  3D Rage II) کار می‌کرد و حداکثر میزان حافظه‌ی آن به ۱۶ مگابایت SGRAM افزایش پیدا کرده بود. اگرچه نسل جدید کارت‌های گرافیک ATI نسبت به نسل قبل بهبود قابل توجهی را تجربه می‌کردند، اما در مقایسه با رقبای خود مانند Riva 128 از انویدیا و Voodoo از 3dfx حرف چندانی برای گفتن نداشتند.

پروژه‌ی بعدی ATI بسیار بلندپروازانه بود. این شرکت در کارت‌های گرافیک جدید خود پشتیبانی از رنگ ۳۲ بیتی و دو پایپ لاین پیکسل را گنجانده بود. این کار باعث می‌شد تا کارت‌های گرافیک ریج ۱۲۸ بتوانند در هر کلاک به جای تنها یک پیکسل، دو پیکسل خروجی بدهند. ATI همچنین این کارت‌ها را به رابط حافظه‌ی ۱۲۸ بیتی مجهز کرد. برای بهبود هرچه بیشتر عملکرد کارت‌های ریج ۱۲۸، ATI از یک تکنولوژی انحصاری با نام «معماری کش دوگانه» استفاده می‌کرد که در آن ۸ کیلوبایت حافظه‌ی کش برای پیکسل‌ها و ۸ کیلوبایت بافر برای پیکسل‌های از قبل تکسچر شده اختصاص داده شده بود.

کارت‌های Rage Fury در آن زمان عملکرد بسیار خوبی را در مقایسه با رقبا از خود نشان می‌دادند. چیپ‌های Rage 128 ATI هنگام پردازش ۱۶ بیتی به اندازه‌ی کارت‌های Voodoo3 سریع نبودند، اما هنگام پردازش ۳۲ بیتی از از کارت‌های G400 شرکت Matrox و Riva TNT انویدیا عملکرد بهتری از خود نشان می‌دادند. (کارت‌های Voodoo از رنگ ۳۲ بیت پشتیبانی نمی‌کردند.)

کارت‌های ریج ۱۲۸ پرو از DirectX 6.0 و رابط AGP X4 پشتیبانی می‌کردند. ATI همچنین موتور مثلث زنی خود را در این مدل بروزرسانی کرد و توان خروجی هندسی آن را از لحاظ نظری تا ۸ میلیون مثلث بر ثانیه افزایش داد. این بهبودها باعث شدند تا Rage Fury Pro عملکردی مشابه Voodoo3 شرکت 3dfx و Riva TNT2 انویدیا داشته باشد.

ATI با استفاده از چیپ آنبوردی با نام «Rage Theater»، قابلیت‌های چند رسانه‌ای چیپ Rage 128 Pro خود را به کمال رساند. این چیپ به کارت‌های Rage Fury Pro این امکان را می‌داد تا ویدئوها را از طریق اتصال کامپوزیت و S-video انتقال بدهند.

ATI که با کارت Rage 128 Pro خود نتوانسته بود در رقابت با رقبای خود پیروز شود، با تقلید از 3dfx، یک کارت گرافیک با استفاده از دو پردازنده‌ی Rage 128 Pro تولید کرد و نام Rage Fury MAXX را روی آن گذاشت. این کارت از تکنولوژی «رندر متناوب فریم» (Alternate Frame Rendering) یا به اختصار AFR استفاده می‌کرد. به کمک AFR، هر یک از دو چیپ گرافیکی وظیفه‌ی رندر کردن فریم‌های زوج یا فرد را بر عهده داشتند و به این صورت بار پردازشی بین آن‌ها به صورت مساوی تقسیم می‌شد. البته AFR با تکنولوژی SLI که توسط 3dfx ابداع شده بود تفاوت داشت. در SLI، هر فریم به خطوط رندر زوج و فرد تقسیم می‌شد و هر چیپ وظیفه‌ی پردازش یکی از این خطوط را بر عهده داشتند. جالب است بدانید از تکنولوژی AFR هنوز هم استفاده می‌شود.

هرچند Rage Fury MAXX از تمامی رقبای خود (به جز Nvidia GeForce 256 DDR) عملکرد بهتری داشت، اما نتوانست مدت زیادی دوام بیاورد. سیستم عامل‌های ویندوز ۲۰۰۰ و اکس پی مایکروسافت از دو پردازنده‌ی گرافیکی روی باس AGP پشتیبانی نمی‌کردند. هرچند MAXX با این ویندوزهای جدید سازگار نبود، اما روی ویندوز ۹۸ و ME عملکرد فوق العاده‌ای از خود نشان می‌داد.

در سال ۲۰۰۰، ATI شروع به استفاده از برند Radeon برای کارت‌های گرافیک خود کرد؛ نامی که تا به امروز همچنان از آن استفاده می‌شود. اولین عضو از این خانواده Radeon DDR نام داشت و بر مبنای پردازنده‌ی گرافیکی R100 طراحی شده بود. R100 در واقع نسخه‌ی تکامل یافته‌ای از Rage 128 Pro به شمار می‌رفت، با این تفاوت که از موتور سخت افزاری «تبدیل و نورپردازی» (T&L) استفاده می‌کرد. این کارت همچنین از دو پایپ لاین پیکسل و سه واحد نگاشت تکسچر (TMU) بهره می‌برد. ATI در این کارت‌ها برای اولین بار قابلیتی با نام HyperZ را معرفی کرد که در واقع از سه تکنولوژی جدید تشکیل شده بود: فشرده‌سازی Z، پاکسازی سریع Z و بافر سلسله مراتبی Z. این سه تکنیک در ترکیب با یکدیگر باعث می‌شدند تا پهنای باند بیشتری حفظ شود و بهره‌وری رندرینگ بهبود پیدا کند.

Radeon DDR همچنین آغاز استفاده‌ی ATI از فرآیند ساخت ۱۸۰ نانومتری بود که به این شرکت اجازه می‌داد تا سرعت کلاک کارت‌های خود را تا ۱۸۳ مگاهرتز در مدل ۶۴ مگابایتی افزایش دهد. (مدل ۳۲ مگابایتی این کارت گرافیک سرعت کلاکی برابر با ۱۶۶ مگاهرتز داشت.)

در سال ۲۰۰۱، ATI به فناوری ساخت ۱۵۰ نانومتری روی آورد. اولین پردازنده‌ای که از فرآیند ساخت جدید بهره می‌برد RV200 بود که در All-In-Wonder Radeon 7500 استفاده می‌شد. از لحاظ معماری، RV200 هیچ فرقی با R100 نداشت، اما به ATI این امکان را می‌داد تا سرعت هسته را به میزان زیادی افزایش دهد. کارت‌های All-in-Wonder از چیپ چندرسانه‌ای Rage Theater ای‌تی‌آی استفاده می‌کردند و با داشتن تیونر داخلی تلویزیون، توانستند سهم قابل توجهی از بازار مالتی مدیای آن زمان را در اختیار بگیرند؛ حیطه‌ای که Nvidia نتوانست در آن موفق ظاهر شود.

کارت All-in-Wonder Radeon 8500 از پردازنده‌ی گرافیکی R200 ATI به همراه ۴ پایپ لاین پیکسل، ۲ TMU به ازای هر پایپ و یک جفت سایه‌زن vertex استفاده می‌کرد. در این کارت‌های گرافیک ATI از Pixel Shader 1.4 مایکروسافت پشتیبانی کرده و نسخه‌ی دوم و بهبود یافته‌ی تکنولوژی HyperZ را نیز معرفی کرد.

کارت All-in-Wonder 8500 از سرعت کلاک ۲۶۰ مگاهرتز و ۱۲۸ مگابایت حافظه‌ی DDR بهره می‌برد که باعث می‌شد تا از لحاظ عملکرد بتواند با GeForce 3 از انویدیا رقابت کند.

ATI در کارت‌های گرافیک Radeon 9700 Pro از معماری کاملاً جدیدی استفاده کرد. پردازنده‌ی گرافیکی R300 این شرکت از ۸ پایپ لاین پیکسل به همراه یک واحد تکسچر به ازای هر پایپ، و ۴ سایه زن ورتکس استفاده می‌کرد که پردازش هندسی این کارت را به طرز چشمگیری افزایش می‌داد. چیپ بزرگ این کارت که متشکل از ۱۱۰ میلیون ترانزیستور بود، با استفاده از همان فرآیند ساخت ۱۵۰ نانومتری چیپ‌های R200 تولید می‌شد، اما از سرعت کلاک بالاتری نسبت به مدل‌های قدیمی بهره می‌برد. در طراحی جدید ATI از Pixel Shader 2.0 نیز پشتیبانی می‌شد.

Radeon 9700 Pro اولین پردازنده‌ی گرافیکی بود که از DirectX 9 مایکروسافت پشتیبانی می‌کرد. ATI در این کارت از ۱۲۸ مگابایت حافظه‌ی DDR بر روی یک رابط ۲۵۶ بیتی استفاده کرده بود که منجر به پهنای باند ۲۰GB/s می‌شد. نسل سوم تکنولوژی HyperZ نیز به ATI کمک می‌کرد تا حداکثر بهره را از حافظه‌ی گرافیکی ببرد.

سرعت کلاک ۳۲۵ مگاهرتزی Radeon 9700 Pro باعث می‌شد تا این کارت از لحاظ عملکرد، پرچمدار انویدیا یعنی GeForce4 Ti 4600 را نیز پشت سر بگذارد و عنوان سریع‌ترین پردازنده‌ی گرافیکی بازار را به خود اختصاص دهد. ATI بعدها نسخه‌ی کمی کندتر از پرچمدار خود را با نام Radeon 9700 عرضه کرد که تنها تفاوت آن با نسخه‌ی پرو، سرعت کلاک پایین‌تر آن بود.

انویدیا در پاسخ به کارت گرافیک قدرتمند ATI، کارت GeForce FX 5800 Ultra را به بازار عرضه کرد. کارت جدید انویدیا هرچند از مدل‌های پیشین قدرتمندتر بود، اما همچنان از لحاظ عملکرد به Radeon 9700 Pro نمی‌رسید. 

ATI به این پیروزی هم قانع نبود و برای محکم کردن جایگاه خود در صدر، کارت Radeon 9800 Pro را با استفاده از پردازنده‌ی گرافیکی R350، سرعت کلاک بالاتر و ۲۵۶ مگابایت حافظه عرضه کرد.

Radeon 9800 Pro باعث تداوم برتری سخت‌افزاری ATI نسبت به رقیب خود شد، اما بعدها با عرضه‌ی کارت GeForce FX 5900 ATI عنوان سریع‌ترین کارت گرافیک بازار را از دست داد. هرچند Radeon 9800 دیگر قوی‌ترین کارت بازار به شمار نمی‌رفت، اما همچنان از رقیب خود ارزان‌تر و جمع و جور‌تر بود و از قابلیت‌های بیشتری بهره می‌برد که باعث می‌شد روی هم رفته همچنان انتخاب بهتری نسبت به کارت جدید انویدیا محسوب شود.

رقابت نزدیک بین ATI و Nvidia همچنان ادامه داشت تا اینکه انویدیا با عرضه‌ی GeForce 6800 GPU برتری عملکرد و تکنولوژیک خود در بازار کارت‌های گرافیک را مجدداً احیا کرد. ATI نیز با عرضه‌ی X800 XT به این حرکت انویدیا پاسخ داد. کارت جدید ATI از پردازنده‌ی گرافیکی R420 و ۱۶ پایپ لاین پیکسل بهره می‌برد. در حالی که انویدیا در کارت‌های گرافیک خود از Shader Model 3.0 پشتیبانی می‌کرد، پشتیبانی ATI تنها به Shader Model 2.0b محدود می‌شد. در عوض کارت ATI از ۱۶ عدد TMU ۱۶ ،ROP و ۶ سایه زن ورتکس استفاده می‌کرد.

پردازنده‌ی گرافیکی R420 در این کارت به ۲۵۶ مگابایت حافظه‌ی GDDR3 روی باس ۲۵۶ بیتی مجهز شده بود و از تکنیک جدیدی برای فشرده سازی مموری با نام 3Dc استفاده می‌کرد.

رقابت بین X800 XT و GeForce 6800 Ultra بسیار نزدیک بود، اما در نهایت این کارت انویدیا بود که توانست عنوان سریع‌ترین را به خود اختصاص دهد.

چندی پس از عرضه‌ی X800 XT، ای تی آی کارت Radeon X700 XT که از پردازنده‌ی گرافیکی RV410 بهره می‌برد را معرفی کرد. چیپ گرافیکی RV410 با ۸ پایپ لاین پیکسل، ۸ TMU  و ۸ ROP و باس حافظه‌ی ۱۲۸ بیتی، عملاً نصف چیپ RV420 به شمار می‌رفت.

البته تعداد سایه زن‌های ورتکس RV410 با R420 برابر بود و به لطف استفاده از فناوری ساخت ۱۱۰ نانومتری، سرعت کلاک آن نیز با X800 XT برابری می‌کرد. X700 XT آمده بود تا با کارت‌های میان‌رده‌ای مانند GeForce 6600 انویدیا رقابت کند.

در اواخر سال ۲۰۰۴، ATI پرچمدار جدید خود با نام X850 XT PE را روانه‌ی بازار کرد. این کارت از هسته‌ی R480 با فناوری ساخت ۱۳۰ نانومتری استفاده می‌کرد. هسته‌ی جدید در واقع تنها یک بهبود فناوری ساخت نسبت به R420 محسوب می‌شد که در عین حال از سرعت کلاک بالاتری هم بهره می‌برد. این کار باعث می‌شد تا پردازنده‌های گرافیکی جدید ATI از عملکرد بهتری نسبت به نسخه‌ها‌ی پیشین برخوردار باشند و در نتیجه X850 XT PE بهتر می‌توانست به رقابت با GeForce 6800 Ultra بپردازد.

هسته‌ی گرافیکی بعدی ATI که با نام R520 شناخته می‌شد، برای اولین بار در پرچمدار کارت‌های گرافیکی سری X1000 استفاده شد. هسته‌ی جدید به ATI این امکان را می‌داد تا از Shader Model 3.0 پشتیبانی کند. همچنین در این کارت، ATI برای اولین بار به فرآیند ساخت ۹۰ نانومتری TSMC روی آورد.

R520 برای پردازش Ultra-Thread طراحی شده بود. در این تکنیک اطلاعات سایه‌زن به ۵۱۲ رشته‌ی موازی تقسیم شده و سپس توسط ۴ هسته‌ی گرافیکی سایه‌زن پردازش می‌شوند.

اولین پرچمدار سری X1000، کارت گرافیک Radeon X1800 XT نام داشت. این کارت به ۱۶ پایپ لاین پیکسل، ۸ سایه زن ورتکس، ۱۶ TMU و ۱۶ ROP مجهز شده بود. هسته‌ی جدید از رابط حافظه‌ی منحصر به فردی استفاده می‌کرد که از ۲ باس ۱۲۸ بیت تشکیل می‌شد.

Radeon X1800 XT در دو مدل ۲۵۶ و ۵۱۲ مگابایتی و با سرعت کلاک ۶۲۵ مگاهرتزی عرضه می‌شد. هر دو مدل از حافظه‌ی گرافیکی GDDR3 استفاده می‌کردند. پرچمدار جدید ATI رقابت بسیار نزدیکی با کارت GeForce 7800 GTX انویدیا داشت.

این مطلب ادامه دارد ...