显卡杂谈6: AGP, PCI Express和TurboCache
(yanlb2000, 2005.01.15)
前面文章提到，现在显卡对显存的要求是越来越高，不但显存容量要大，还要求显存读写要快，带宽足够高。这些，都导致显卡成本的提高。显存在一块显卡中的成本比例是相当高的。
一方面，3D应用需要更多更快的显存，从而带动显卡制造成本高涨；另一方面，上文也分析到，大多数时候显卡的这些图形处理器资源和显存资源却又是不用的，闲置的，是一个不小的浪费。
这真是一个矛盾呀。
自显卡步入3D时代，这个矛盾就出现了，且越来越严重。而各个显卡厂商为了解决这个矛盾，也提出了多种解决办法。
首先要提到的，就是AGP。显卡的与系统主板的接口，也跟随系统总线，有过多次升级变化。从最开始的ISA接口显卡，到后来的PCI接口（中间还有短命的VESA接口等），向着性能越来越好，带宽越来越高发展。但3D应用的出现，PCI接口也不能满足需要了。共享式的33MB/s带宽，无法满足显卡的需要。于是，Intel倡导的AGP接口在大概96还是97年出现了。AGP接口其实就是一个由显卡独享的PCI接口。AGP技术的提出，主要是解决2个实际问题。一个是提供系统总线与显卡核心的高速数据通道，使大量的图形数据的实时交换成为可能；另一个，就是通过AGP接口，将显卡的显存空间映射到主板物理内存，就是说，不需要在显卡上安装很多显存，让显卡与系统公用物理内存。显然，这个思路，就是为了解决显卡对大量显存的需求，降低显卡整体成本而设计的。
当然同时，这个功能，其实是与AGP的第一个职能也是密切相关的，只有提供了快速的数据带宽，才能使显卡和CPU共享内存成为可能。否则，如果主内存与显卡数据传输缓慢，那么共享内存模式下将严重制约显卡性能。
然而，AGP的实际发展却很"有趣"。一方面，AGP的规范在短短几年内更新了几次，出现了2x, 4x, 8x等规范，主要更新就是带宽翻番，其他如电压降低等。带宽的提速，一定程序上满足了显卡在3D应用下对大量数据交换的需求。
但另一方面，AGP下共享内存从而降低显卡成本的思路，却没有被发扬光大。可以看到，独立显卡上的显存，一直是翻番式地增加的，从AGP刚出现时候的4MB, 很快提升到8MB, 16MB, ..., 现在已经是128MB, 256MB了，512MB的显卡据说也有了。显卡还是使用了自己的显存，只不过将AGP作为一个快速的数据通道而已。
但是共享内存的思路也没有完全被抛弃，甚至还是被大量使用的，这就是主板芯片组中集成的显卡。无论是Intel，还是SIS, VIA, nVidia等芯片组厂商，在每个系列的主板芯片组中，都会推出集成有显示功能的芯片组。而这些集成显卡，是没有自己独立的显存的，通过共享主板内存的方式来完成原有显存的功能。但这种方式是不是实现了当初设计AGP时所希望的直接映射系统内存，在系统内存中渲染运算？我没有看到权威的资料，无法明确，但估计是没有。不管如何，集成显卡的明显问题就是，3D性能非常低下。可以说，集成显卡的性能几乎总是最低的。任意一块低端的显卡，其3D性能基本上都能超过同时代的主板集成的那类显卡。
我不明白为何集成显卡性能总是如此低下，因为理论上也可以集成高性能显卡呀。可能的解释是，主板集成就是为了降低成本考虑的，出于成本、设计费用、市场定位等原因，主板芯片组内部不可能为显卡集成太多的功能模块，性能低下也就不奇怪了。
当然，集成显卡的好处好也是明显的，就是便宜！省去了独立显卡的PCB板和接口，省去了独立的显示核心模块，省去了显存，所以，集成显卡的成本非常低，相对于没有集成显卡的芯片组同类版本，在造价和售价上几乎没有变化。所以，集成显卡在低端用户、服务器、笔记本等没有或几乎没有3D要求的场合，还是很受欢迎的。
总结一下，对AGP来说，其高速的带宽还是很有用，也很有发展的；但其共享内存的思想，却并未得到很好的应用和发展。
技术的发展真是快呀。现在，新一代PC机体系结构正在出现，BTX主板，新的奔腾4接口，新的Intel9系列芯片组，SATA接口硬盘等正在占据市场。而传统的PCI接口，甚至AGP接口也快走到头了，都将让位于新的PCI Express（PCIe）接口。
PCIe基于新一代的串口通信技术，可以灵活地以根据外设的需求而搭配接口宽度。比如，显卡一般是使用的PCIe x16接口，而在支持2个PCIe接口的主板上，同时使用2块nVidia显卡组成SLI系统，每块显卡就运行在x8的模式。
PCIe接口提供了更高的带宽，所以，nVidia趁势推出了使用全新显存技术的6200TC显卡芯片。所谓TC，就是TurboCache，就是指显卡上只安装较少的显存，比如16MB或32MB。当运行3D程序，需要大量显存的时候，就通过图形芯片上新增的内存管理单元，动态访问电脑主板上的主内存，来作为显存使用，即直接利用主内存作为渲染时的工作内存。凭借高速的PCIe接口，能够保证显卡和内存大量数据交换的需求，达到就如以前在显存上渲染一样的效率。而当不运行3D应用的时候，这些被映射使用过的系统内存将被显卡释放，重新归系统使用。这样也就不至于一直占用主内存，不造成浪费。内存的使用效率得到了提高。
就比如现在的6200TC的显卡，因为减少了显存，所以价格也大大降低。而其性能，则与标准版的6200相比差不太多，好像是有10-20%的性能下降吧。总得来说，性价比是提高不少的。而将来，TC技术发展下去，基于6600, 6800核心的6600TC, 6800TC说不定也会出现，性能将进一步提升。
回顾一下，我们就会发现，这TC功能，不就是以前AGP的时候就提出的显卡直接访问系统主内存的功能吗？这个功能为作为取代传统PCI总线的AGP总线所设计，却没有在AGP时代真正实现和发挥作用。反而在后PCI时代，就是PCIe总线所实现了，是不是很有趣呢？
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