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3dfx:煙火般燦爛的3D先行者

顯示卡30年發展史2:老骨頭ET4000、3D先行者3dfx

說到顯示卡的歷史,超過一半的老玩家應該都忘不了當年的3dfx,該公司燦爛而短暫的一生帶給玩家不少的驚奇。甚至截至今日,還有不少人在討論若當年3dfx沒有下錯決策、沒有被併購,今天又會是什麼樣的情景。這就讓我們來回顧這間傳奇公司短短6年的一生,以及各時期的經典產品。

做晶片從找人才開始

3dfx(3dfx Interactive)最初是由Gary Tarolli、Scott Sellers、Ross Smith、Gordon Campbell等人成立於1994年,其中不少人是SGI(Silicon Graphics, Inc.)的同事,後來因為對於繪圖晶片有興趣而創立了3dfx。當時正是位於2D與3D的交錯時期,一開始3dfx只是顯示晶片供應商,而後併購板卡製造商STB(當時與Diamond齊名),成為設計與製造一條龍的廠商。

晶片開發並沒這麼簡單,創立初期網羅了不少的人才,1995年加入了第五名員工Brian Hook。Brian Hook在3dfx歷史上有相當重要的意義,即便他僅僅在該公司待了1年左右的時間,但他開發了重要的API也就是Glide,後來在接下來的2年多時間中,Glide在市場接受度都領先DirectX,但為什麼現在沒人聽過Glide呢?這又是個很長的故事,待會再說給大家聽。

Brian Hook離開3dfx後在NVIDIA、Trident、SGI(開發OpenGL)等公司待過一段時間,後來則到了偉大的遊戲公司id Software工作,後來開發了Quake 2與Quake 3,這段時間也是3dfx最興盛的時期。

口述3dfx歷史

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由左至右分別為Gary Tarolli、Scott Sellers、Ross Smith、Gordon Campbell,皆為3dfx創立初期的重要推手。

85%占有率的Voodoo

時間到了1995年3月左右,3dfx放出消息將要推出自家第一款產品Voodoo(巫毒)顯示晶片,同時也獲得創投公司給予的數萬美元資金。同年11月,超過50個遊戲製作公司,包括EA(Electronic Arts)、製作柏德之門與異塵餘生的Interplay、Sierra Entertainment等宣布支持Voodoo。且當時美國第二大顯卡製造商Orchid Technology(後被Diamond併購),也表示要推出第一款Voodoo卡,這些都讓Voodoo聲勢獲得不小的提升。

後來在1996年,3dfx與Alliance宣布共同合作且支援Direct3D,但後來推出的Voodoo Rush是個不小的災難,稍後再來說這段故事。年底左右3dfx與製造商Diamond結盟,到3dfx併購STB之前Diamond一直是有力的盟友,Diamond推出的第一張Voodoo卡則是Monster3D。

附帶一提,1995年底3dfx員工增加到40多位,此時加入的Brian Bruning正是後來Tomb Raider、GlQuake的重要推手。當時遊戲廠商對於Voodoo專用API Glide相當陌生,推廣API變成相當重要的工作,能夠讓Voodoo後來獲得廣大迴響,API與推廣者的功勞也不可沒。隔年1996年E3電玩展(Electronic Entertainment Exposition)上,3dfx展示了15款支援Voodoo的遊戲,包括當年推出的大作古墓奇兵(Tomb Raider)。這時候3D浪潮才真正襲來,也讓遊戲進入新的里程碑。此時是1996年,也正是Voodoo卡正式與玩家見面的時間點,同時宣布3D時代的到來。

當年3dfx光靠Voodoo就取得85%顯示卡市占率,現在看來似乎有點難想像,對比到2014年的今天,幾乎等同是AMD加上NVIDIA所有顯示卡的占有率,別忘了Voodoo只靠自己1張卡就完成這創舉,而不是靠著為數眾多的家族產品。但當年2D顯示與3D加速是採用分離的形式,這也是3dfx快速崛起的原因之一。畢竟與當時2D大廠如S3、Trident、Tseng Labs沒有直接衝突,3D子卡的方式也造成空前的轟動。

1996年10大遊戲

1996年的遊戲與現在落差很大,但當年從2D轉3D的震撼也不是現在玩家所能體會。Doom、Tomb Raider、Diablo、The Elder Scrolls II、Duke Nukem 3D、C&C Red Alert、Quake等都是當年度推出的作品,其中不少也是3D初期的重要遊戲。

Voodoo遊戲畫質比較

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(沒有硬體加速)

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(硬體加速)

從圖片中可以看到Voodoo卡在Quake 2的3D加速效果,若是動態效果感覺會更加明顯,這讓Voodoo卡幾乎在當時成為遊戲與裝機的指標。圖片來源:知乎

Voodoo Rush悲劇的整合性

上次的連載中我們有提到,當年的PC顯示包括2D與3D,2D顯示卡是做為一般使用的顯示,3D加速卡則是強化3D遊戲的表現,Voodoo則是最具代表性的3D加速卡。此時期仍未整合2D與3D,第一款整合的顯卡是S3推出的ViRGE/325,但實際3D的效能真的就是「笑能」,然而3dfx在整合這塊也不是做得很出色,似乎也沒有笑別人的資格。

先前說到3dfx與Alliance合作,Alliance是製作傳統2D顯示卡的廠商,當年雙方在1997年共同合作推出Voodoo Rush。Voodoo Rush上整合了Voodoo的3D加速晶片與Alliance的2D顯示晶片Semiconductor ProMotion AT25,然而控制晶片為了提升Alliance顯示晶片的相容性,不得不修改部分指令。如此一來,二合一的結果通常都是「1+1<2」,Voodoo Rush的2D顯示效能略低,而3D加速功能又為了2D顯示而做出某些退讓,效能與相容性不如原生的Voodoo,而且相容性問題相當嚴重,甚至部分支援Voodoo加速的遊戲,裝了Voodoo Rush竟然不能啟動3D加速功能。還好過了不久Voodoo Rush就被經典的Voodoo 2所取代,結束其短暫且過渡性的一生。

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Voodoo Rush是3dfx首度嘗試整合2D顯示與3D加速,但為了相容性犧牲許多效能,普遍反應並不好。圖片來源:VGA LEGACY

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Voodoo Rush使用的2D顯示晶片與Alliance ProMotion AT25使用的相同,也是雙方合作的開始。圖片來源:Videocard Virtual Museum

傳奇經典Voodoo 2

1997年底推出的Voodoo 2與Voodoo相同,都是純3D加速的顯示卡,因此還需要搭配2D輸出才能使用。Voodoo 2規格上有明顯的提升,像是核心與記憶體時脈從原先的50MHz提升到90MHz,顯示記憶體容量也從Voodoo的4MB增加到8或12MB之多,像素填充率亦提升到90MPixel/s。相較於Voodoo的規格Voodoo 2有大幅度的增長,同時也一掃Voodoo Rush整合不良的頹勢。

從外型上可以看出Voodoo 2的奇特之處,PCB上共計有3顆3dfx晶片,是採用「2+1」的架構配置。上面2顆型號500-0010-01是材質貼圖晶片(Texture Mapping Unit,簡稱TMU),下方的500-0009-01則是多邊形生成晶片。透過這種特殊的三晶片架構設計,由2顆材質貼圖晶片讓Vooodoo 2具備當時唯一的單週期雙材質貼圖(Single Cycle Dual Texels)能力,是Voodoo運算效率的2倍。附帶一提,當年NVIDIA的RIVA TNT亦有類似的技術,而雙方當年也為此對簿公堂。

除了Voodoo 2使用特殊的架構設計外,最著名的莫過於支援SLI技術。不懂的人可能會問:SLI不是NVIDIA的技術嗎?非也。最早使用3D加速卡串連的是3dfx的Voodoo 2,當時的技術名稱就是SLI。但最終3dfx被NVIDIA所收購,自然也就沒有侵權的問題,但3dfx當時SLI是Scan-Line Interleave的縮寫,而NVIDIA的SLI則是Scalable Link Interface的縮寫,兩者並不相同。

當年3dfx的SLI同樣是透過排線連接2張Voodoo 2,當年是CRT(Cathode ray tube,陰極射線管)螢幕的年代,2張顯卡會分別運算螢幕的奇數掃瞄線與偶數掃瞄線,最後將影像合併輸出成你看到的畫面。當時SLI運算效率約等於單張Voodoo 2的1.6~1.8倍,能組建SLI平台也是頂級平台的代表。數年後,不少玩家趁著低價收購多張Voodoo 2,實現當年無法滿足的夢想。

到了1998年,3dfx想要整合2D與3D的夢想還沒結束,又推出與Voodoo 2相同核心的Voodoo Banshee。這次整合性改善許多,相容性問題也得以解決。不過相較於Voodoo 2,Voodoo Banshee在設計上只有1個TMU,雖然3dfx號稱Voodoo Banshee效能領先Voodoo 2約15%,但不少玩家還是寧願選張出色的2D顯示卡搭配Voodoo 2,而非選擇Voodoo Banshee。

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Voodoo 2共有2+1顆晶片,上面2顆型號500-0010-01是材質貼圖晶片,下方的500-0009-01則是多邊形生成晶片,貼圖處理效率是先前的2倍。圖片來源:VGA LEGACY

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Voodoo Banshee是3dfx第二次嘗試整合2D與3D,表現優於先前的Voodoo Rush,但反應還是不如Voodoo 2熱烈。圖片來源:VGA LEGACY

慘烈的SEGA合作案

Voodoo 2開發前後這段時間,3dfx做出了導致它滅亡的因素之一,那就是與SEGA合作開發遊戲機,也就是後來我們熟知的Dreamcast,該計畫名稱為Black Belt。了解時代背景的朋友應該都知道,當時情況瞬息萬變,不僅是硬體設計,連API都處於戰國時代。但3dfx花了整整1年多的時間合作開發遊戲機,更致命的是後來整個計畫還泡湯,甚至SEGA與3dfx從合作關係變成打上法院,案件最後庭外和解收場。

當時SEGA很妙,開發案不只找1個團隊設計,而是分別找了美國與日本團隊競爭次世代主機的設計權。其中美國團隊找來的是3dfx,日本團隊則是選擇NEC與VideoLogic。事件的引爆點是3dfx準備在美國上市它們的股票,根據規定,即將上市的公司必須將所有相關的營業證明、狀況,提供給美國證交所才能訂定股票市值。而3dfx也很老實地將仍在保密階段的SEGA合作協議書,一字不漏地上傳給證交所,這份文件至今還能在網站上看到。

雖說規定是要將所有資料繳交出去,但聰明的公司都會用些手段,巧妙地隱藏仍不能曝光的協議或合作。SEGA一怒之下只能選擇日本團隊的方案,並將研發代號更改為Katana,最後完成的Dreamcast就是使用NEC的Power VR2顯示晶片,也讓我們無緣看到3dfx在遊戲機上發光發熱。然而看到後來Dreamcast的行銷策略,以及主機的銷售量僅1100萬台,就算合作成功對於3dfx或許也無法有太大的幫助。

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Dreamcast是SEGA相當重要的次世代主機,而3dfx為了搶攻這個市場,也參與主機顯示晶片的研發,但最終SEGA還是採用NEC的解決方案。

吃老本的Voodoo 3

1999年,3dfx終於又推出新的產品,也就是採用Avenger(復仇者)架構的Voodoo 3,但這次的表現讓不少玩家失望。簡單來說,Voodoo 3的設計並非多麼厲害,是透過半導體製程的精進,將2個Voodoo 2的核心封裝成Voodoo 3使用的335-0017-011核心。你會說,Voodoo 2不就是2+1顆晶片,那麼封裝在一起變成Voodoo 3會比較厲害嗎?答案是有比較厲害,但對手更厲害。Voodoo 3並非像Voodoo 2是純3D加速卡,它簡單來說是Voodoo 2加上Voodoo Banshee的超頻版,支援2D顯示與3D加速。但嚴格來說,它並未有大幅度的革新,又不支援32bit色深與AGP texture,簡直是致命傷。更重要的是,你可能在市場上還買不到Voodoo 3。

原因在於同個時間點,3dfx收購了與Diamond齊名的STB板卡廠,讓自己從晶片供應商變成板卡製造商,同時也打壞了與Diamond等合作夥伴的關係,反將這些夥伴推給了當時最大的競爭對手NVIDIA。這也造成市場上Voodoo 3長達半年沒人供應,直到中後期才逐漸解決。3dfx會想收購STB的原因,有一說是為了掌控出貨顯示卡的品質,不讓玩家買到品質不良或Cost Down的產品。但如此一來,不僅把夥伴推出去,更讓Voodoo 3成本增加,Voodoo3 3500效能還打不過NVIDIA的RIVA TNT2 Ultra。

此外,在這段時間的災難還不僅於此,3dfx堅持不開放Glide的API授權,又不積極支援Direct3D,導致又無心樹下微軟這個大敵。API問題也是引導3dfx走向滅亡的因素之一,只能說3dfx想做的事情太多、夢想太大,卻不見得有力量去完成。

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Voodoo 3的子型號非常多,包括Voodoo 3 1000、Voodoo 3 2000、Voodoo 3 3000、Voodoo 3 3500等,此為Voodoo 3 2000的產品圖片。圖片來源:VGA LEGACY

遲來的Voodoo 4與火爐Voodoo 5

3dfx在推出Voodoo 3之後,也了解到自己在產品上的弱勢。因而決定將開發團隊一分為二,其一改良Voodoo 3核心,也就成了後來的Voodoo 4與Voodoo 5。其二則是直接衝下一代的硬體T&L(Transform & Lighting)架構,後來這部分在被NVIDIA併購之後,幾乎成了NVIDIA的5000系列。而NVIDIA的5000系列中,型號上的GeForce FX,例如GeForce FX 5800,有一說其「FX」就是紀念被併購的3dfx。

雖然型號上Voodoo 4先於Voodoo 5,但實際上Voodoo 4在2000年10月才發表,而Voodoo 5則是2000年6月。兩者推出時間差距數個月,但都曾在2000年的CeBit上亮相過。不過當年3dfx因為財政因素,在1月份就裁員20%,也讓外界對於3dfx的信心大減。

Voodoo 4與Voodoo 5的規格簡單而言,就是把當初Voodoo 3應該有的功能加回去,像是32bit色深、AGP texture、24 bit Z buffer等功能,或許Voodoo 4早幾個月推出就能延長3dfx的生命。但過於昂貴的價格與糟糕的SLI驅動程式,讓人卻步。更致命的關鍵是,Voodoo 4與Voodoo 5都不支援硬體T&L,規格已無法與主流產品對抗。

至於Voodoo 4與Voodoo 5到底差在哪?簡而言之Voodoo 4是單晶片版本,而Voodoo 5是多晶片版本,兩者皆使用VSA-100核心。Voodoo 4共有3款已知的型號,分別為Voodoo 4 4200(未發表)、Voodoo 4 4500、Voodoo 4 4800(未發表)但都使用1顆VSA-100晶片。而Voodoo 5則共有Voodoo 5 5000(未發表,2顆VSA-100)、Voodoo 5 5500(2顆VSA-100)、Voodoo 5 6000(未發表,4顆VSA-100)。其中4晶片設計的Voodoo 5 6000是逸品中的逸品,當年全世界只有流出50張工程版樣品,其中一張2001年更是在eBay上標出2,150美元的價格。

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Voodoo 4是採用VSA-100核心,皆為單晶片設計,此為Voodoo 4 4500的產品圖片。圖片來源:3dfxzone

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Voodoo 5都是多晶片設計,此為Voodoo 5 5500搭載的是2顆VSA-100核心。圖片來源:VGA LEGACY

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Voodoo 5 6000是3dfx最夢幻的產品,共計使用4顆VSA-100,理論效能遠勝當時同級產品,但未到量產3dfx就面臨解散。最終Voodoo 5 6000共計有50張工程版流出至市面上,曾在eBay拍出2000美元以上的高價。圖片來源:iamretro.gr

3dfx王朝的殞落

Voodoo 4與5的推出時間過晚,且已無力對抗當時的競爭產品。雖然後期3dfx釋出不少善意,像是終於開放Glide的API原始碼,且最終3dfx也要加入OpenGL陣營,但為時已晚。壓死3dfx的最後稻草是收購GigaPixel,當時3dfx聽到風聲說微軟的Xbox可能採用GigaPixel的顯示晶片,因而下重本收購該公司。但最終微軟與NVIDIA簽訂合作協議而非GigaPixel,非但沒有拿到訂單,更讓手邊沒有現金可運作。

2000年開始3dfx收益大幅下滑,年底關閉了墨西哥的製造工廠,又從製造商身分變回晶片供應商。2000年12月在COMDEX(COMputer DEaler's eXpo,電腦經銷商博覽會)上,3dfx曾宣布要停止開發Voodoo 5 6000,並將重心轉移至OEM市場。但沒幾天,NVIDIA宣布收購3dfx的晶片、專利、品牌,最終在2001年1月曾受到萬人景仰的3dfx宣布破產,同年4月NVIDIA完成併購,曾經輝煌過的3dfx王朝就這樣消失在顯示卡的歷史長河中。

3dfx失敗的4個主因

有人說:「3dfx有太多活命的機會,都錯過了」,雖然我們事後諸葛來探討3dfx失敗的主因有些不夠厚道,但3dfx終究是消失了,或許是嘴砲,但聽聽3dfx快速崛起、迅速垮台的主因也不吃虧,有人歸納出4點關鍵的因素,就讓我們一一看起。

首先是3dfx過於重視硬體設計,而在驅動與API方面相對封閉。其使用的API也就是Glide早期相當受到歡迎,甚至還領先當年的Direct3D頗長的時間,但Glide在約3.x版本之後就鮮少更新,導致雙方差距越來越小,以致後來被Direct3D甚至OpenGL趕上。3dfx是間硬體設計相當強大的公司,或許也是因為這樣不太重視軟體發展。如果當年3dfx開放Glide原始碼,加上推動遊戲的Glide認證制度,透過遊戲綁硬體的方式,搞不好還能活更長的時間。

驅動程式則是另一個問題,有不少廠商包括某些時期的NVIDIA與AMD也都是如此。新卡發表初期,3dfx驅動程式完成度通常都不高,硬體設計超前軟體導致空有能力卻發揮不出來。Voodoo 3就是相當好的例子,最前跟最後的版本效能相差40%,如果一開始驅動就能到位,會讓產品更具競爭力。部分人也認為,因為效能逐漸被開發出來,使得玩家沒必要升級新產品,光靠升級驅動程式就能獲得效能提升,誰還要買新卡?並不利於零售市場的發展。這或許就像早期的大同電鍋,買了就用一輩子,廠商實在沒賺頭。

為了遊戲機延誤時機

先前有提過,3dfx在顯示卡重要的轉型時期,花了很多的時間在SEGA的次世代主機研發案,這可能是導致失敗的第二個因素。這段過程先前有提過,不僅沒拿到訂單,更錯失研發的關鍵時間點,讓競爭對手有喘息的機會。隨後推出的Voodoo 3又被批為是吃老本,讓原本在3D加速領域領先的3dfx逐漸被人追上,甚至是超越過去。

第三個與第四個因素同樣都是併購案,先是收購製造商STB,後來則是為了Xbox訂單收購GigaPixel。收購STB雖然有助於控管自家顯示卡的品質,但無形中也等於是與合作廠商爭利,導致原先合作愉快的Diamond等廠商投入競爭對手的懷抱,不只讓自家產品成本提升,連玩家都買不到顯卡。

而至於收購GigaPixel賭的就是微軟的態度,可惜Xbox最終決定採用NVIDIA的解決方案,花了大錢收購卻無法達到應有的效益。流動資金多數都被用於併購,最終讓3dfx被NVIDIA低價收購。如果當年3dfx能更專注於本業,或許能讓自己活得更長久。但投資本身就是場賭注,若當年賭贏了,或許今天3dfx就能在顯示卡與遊戲機市場雙雙稱霸。大家今天用的顯卡不會是GeForce或Radeon,而是Voodoo卡了。

 

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Max
1.  Max (發表於 2014年8月07日 21:41)
啊..........這些顯示卡,都是當時把玩過的記憶了.......
翎翊
2.  翎翊 (發表於 2014年8月13日 12:31)
想當年RO剛推出的時候在設定值還有Voodoo加速卡的選項可以勾<( ̄︶ ̄)>

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