NVIDIA TurboCache技术重新定义入门级PC的性价比 |
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简介 |
NVIDIA® TurboCache™技术是一款已获得专利的硬件和软件一体化解决方案，可以直接利用系统内存进行渲染。正是基于这种创新架构，NVIDIA公司面向入门级台式机和笔记本电脑，推出了其屡获殊荣的NVIDIA GeForce™ 6系列图形芯片（GPU）架构，它支持微软® DirectX® 9.0 Shader Model 3.0和NVIDIA PureVideo™ 技术。
本技术简介将介绍TurboCache架构的工作原理，及其与非TurboCache GPU架构的差别。此外，本文还从图形性能和系统性能等方面，比较了TurboCache和现有的图形处理解决方案，以阐明TurboCache如何重新界定入门级PC和高能效笔记本电脑的性价比和功率要求。 |
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TurboCache架构 |
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| TurboCache架构的主要特性包括： |
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专利型硬件和软件技术，可直接利用系统内存进行渲染
TurboCache管理器（TCM），可动态分配内存，从而最大限度地提高系统性能
智能软件算法，可最大限度提高应用性能
双向PCI Express®带宽，结合TurboCache架构，提高了图形芯片的性价比 |
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| 三维图形管线主要分为四级： |
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1. 几何处理（转换和照明）
2. 设置（顶点处理，即将顶点转换为像素的过程）
3. 纹理应用（将纹理应用于像素）
4. 光栅处理（即应用照明和其他环境效果，以生成最终像素值） |
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图 1 显示了典型的三维管线的框图。 |
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三角形设置
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Z轴清除 |
着色指令分配
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L2纹理
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片段交叉通道
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内存分区
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内存分区 |
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图1. 典型三维管线 |
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| 图2显示了针对TurboCache技术重新设计的三维管线架构，以便GPU： |
全效利用系统内存进行渲染
全效利用系统内存进行纹理处理
在任何地点动态分配表面（本地或系统内存） |
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| 新的内存管理单元（MMU）支持GPU在系统内存中顺畅自如地分配和取消分配表面，并高效读写内存。此外，通过更改多种管线要素，新的架构能够处理由于通过PCI Express接口接入系统而增加的时延。 |
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三角形设置
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Z轴清除 |
着色指令分配
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L2纹理
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MMU |
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片段交叉通道
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内存分区
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内存分区 |
系统内存 |
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图 2. 针对TurboCache重新设计的三维管线架构 |
注意：图2中的黄色部分表示已经更改的部分。 |
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除了在GPU中配置独特的硬件支持TurboCache外，还对NVIDIA ForceWare™图形驱动程序进行了修改，实现了以智能化方式确定色彩、纹理和Z轴缓冲数据的位置。这种处理能力最大限度地提高了每种应用的性能。
TurboCache管理器（TCM）可按应用的需要，将更多内存分配用于图形处理。当该应用关闭时，分配用于图形处理的内存将被释放，以供系统使用。这个过程是在后台完成的，并随应用的不同而不同。依靠这种方式，TurboCache技术通过智能化地分配本地图形内存与系统内存之间的负载，平衡了渲染过程中系统总带宽的占用。用于显示刷新的扫描输出缓冲内存则始终由本地图形内存提供。 |
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TurboCache架构与 非TurboCache架构之比较 |
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历来，诸如后台缓冲、深度缓冲、模板缓冲、环境贴图纹理或者其他数据等渲染目标保存在本地图形内存中。这就需要较大的本地帧缓冲内存，以便容纳可能的渲染目标。
由于具备直接利用系统内存进行渲染的独特能力，搭载了TurboCache技术的GPU就不再需要非TurboCache GPU所必需的较大本地图形内存。图3比较了入门级PC配置中的TurboCache架构和非TurboCache GPU架构。 |
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内存 |
将112MB内存动态分配用于图形处理
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内存 |
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核心逻辑
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核心逻辑 |
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128MB有效图形内存
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不能有效地直接利用系统内存进行渲染 |
4GB/s |
4GB/s |
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4GB/s
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4GB/s |
128MB本地全缓冲 |
TCM
GeForce 6200 TC |
2.8 GB/s |
4M×32 |
非TurboCache架构 GPU
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3.2 GB/s |
16M×16
16M×16 |
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图3. TurboCache架构与非TurboCache架构之比较（入门级PC配置） |
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请注意，TurboCache架构所需要的最低本地内存为一片频率为350 MHz 的4M × 32（或16 MB）内存。不过，TurboCache技术可以动态分配系统内存用于图形处理，这样GPU就可拥有整整128 MB的图形内存，就像拥有一颗传统GeForce GPU那样。
当图形应用和其他系统应用共享系统内存时，内存带宽就成为了实现高质量的用户体验的关键所在。借助PCI Express总线高达8 GB/s的双向带宽，TurboCache架构可提供10 GB/s以上的有效带宽（表1）。相比不能直接利用系统内存进行渲染的非TurboCache GPU而言，其带宽增加了50％。 |
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表1. 内存带宽比较 |
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PCI Express 带宽
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本地内存类型和速度 |
本地内存带宽 |
有效带宽 |
基于TurboCache的GeForce GPU |
8 GB/s
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DDR，350 MHz |
2.8 GB/s |
10.8 GB/s |
非TurboCache GPU |
4 GB/s
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DDR，200 MHz |
3.2 GB/s |
7.2 GB/s |
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TurboCache的性能 |
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NVIDIA TurboCache技术使入门级PC的性能和特性提升到了新的层次。
图4和图5显示了Turbo Cache的性能优势，其测试系统配置如下： |
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平台：
英特尔奔腾4 3.4 GHz EE CPU
512 MB DDR系统内存
Windows XP SP1
驱动程序：ATI Catalyst 4.10，NVIDIA ForceWare 70.90 |
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显卡：
英特尔集成式图形媒体加速器900（i915G）
ATI Radeon X300 SE （128 MB）
搭载了TurboCache技术的NVIDIA GeForce 6200（支持128 MB内存） |
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| 图4比较了搭载TurboCache 技术的128 MB GeForce 6200 GPU、英特尔i915G集成式图形卡和128 MB ATI X300 SE的性能。 |
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图4. 图形性能：3DMark03基准测试，10 × 7，无AA或AF |
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搭载TurboCache技术的NVIDIA GeForce 6200的性能是英特尔i915G的两倍，比ATI Radeon X300 SE高出60％。此外，搭载TurboCache技术的NVIDIA GeForce 6200能够让入门级PC支持微软DirectX 9.0 Shader Model 3.0和NVIDIA PureVideo™特性。
在系统级性能方面，搭载TurboCache技术的NVIDIA GeForce 6200在各种系统基准测试中都比英特尔i915G和ATI Radeon X300SE胜出一筹。（图5）
请注意，集成式解决方案完全依赖于系统内存，所以在处理图形时所需要的系统内存总是比TurboCache解决方案多。正是由于其需要占用更高的系统内存，以及争用仲裁进程降低了系统性能。 |
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图5. 系统性能：1280 × 1024 × 32与英特尔i915G和ATI Radeon X300SE之比较 |
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结束语 |
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凭借其直接利用系统内存进行渲染的独特能力，搭载TurboCache技术的GeForce 6200 GPU从根本上重新定义了入门级独立式GPU解决方案的性价比。由于其最大限度地降低了对本地图形内存的要求，搭载TurboCache技术的GeForce 6200实现了优于非TurboCache架构的128 MB图形处理解决方案的图形性能和系统性能。
对于笔记本电脑，搭载TurboCache技术的GeForce GPU还具备功耗更低的优势，因为这种GPU对独立式内存的要求更低，这意味着图形子系统的空间要求更小。这样，预装TurboCache GPU的笔记本电脑的体积更小，功耗更低。
如今，有了NVIDIA公司提供的创新TurboCache技术，用户能够在入门级台式机和外型小巧、能效更高的笔记本电脑上体验到GeForce 6系列图形芯片所具备的最新图形处理和视频处理特性，包括支持微软DirectX 9.0 Shader Model 3.0和NVIDIA PureVideo技术。 |
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工作原理
革命性的TurboCache技术利用PCI Express图形总线的更高带宽，实现了大大优于传统视频内存解决方案的图形性能，因而带来了NVIDIA图形硬件始终一贯的出色性能和特性。通过允许图形芯片（GPU）分享专用视频内存的容量和带宽，并动态应用系统内存，TurboCache就像是一台涡轮增压器，提高了入门级PC的性能，并提供了更大的图形内存空间。 |
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| TurboCache架构的主要特性:
专利型硬件和软件技术，可直接利用系统内存进行渲染
TurboCache管理器（TCM），可动态分配内存，从而最大限度地提高系统性能
智能化软件算法，可最大限度提高应用性能
双向PCI Express®带宽，结合TurboCache架构，提高了图形芯片的性价比
凭借其直接利用系统内存进行渲染的独特能力，TurboCache技术从根本上重新定义了入门级独立式PC图形处理解决方案的性价比。有了NVIDIA提供的创新TurboCache技术，入门级PC和笔记本用户如今可以尽情体验GeForce 6系列GPU的最新图形和视频特性。
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注意
所有 NVIDIA® 设计规范、参考板卡、文件、图纸、诊断信息、列表和其他文档（一并或分别称为“资料”）均“按现状”提供。NVIDIA® 公司不以明示、暗示、法定或其他方式对材料的非侵权性、适销性和适用于任何特定用途做出保证，并明确否认任何此类暗示保证。
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版权
©NVIDIA公司，版权所有，2005年。 |
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