Placas 3D: da GeForce à Kyro II

Além do fato de terem quase todas sido lançadas entre 1997 e 1999, as placas do post anterior possuem outro fato em comum: todas elas são placas DirectX 5 ou DirectX 6, que mesmo descartadas todas as questões relacionadas ao desempenho, não são capazes de rodar jogos atuais.

A geração seguinte tem foco no DirectX 7 e o OpenGL 1.2, que oferecem um conjunto consideravelmente expandido de efeitos visuais, que ajudaram a tornar os jogos bem mais realistas em relação à primeira geração. Uma quantidade surpreendentemente grande de jogos atuais oferecem suporte de legado ao DirectX 7 (com menos efeitos visuais, mas essencialmente a mesma jogabilidade), o que permite que muitas dessas placas antigas ainda continuem em serviço.

A primeira placa DirectX 7 a chegar ao mercado foi a GeForce 256 (baseada no chipset NV10), que foi lançada no final de 1999. Ela trouxe uma arquitetura remodelada em relação ao Riva TnT, com o processamento de 4 pixels por ciclo de clock e uma engine bastante sofisticada de processamento de T&L (Transform and Lighting) via hardware.

O T&L é um recurso 3D básico, que consiste em calcular a luminosidade de cada pixel, baseado na distância e ângulo do foco de luz, aplicando efeitos de luz e sombra. Em jogos antigos, todo o processamento é feito via software (o que limita bastante o que se pode fazer, resultando em efeitos pouco convincentes), mas a partir da GeForce cada vez mais títulos passaram a exportar o trabalho para a GPU, deixando o processador livre para outras tarefas.

Entretanto, esta foi uma migração vagarosa, que só foi concluída anos depois, fazendo com que engine de T&L da GeForce acabasse sendo sub-utilizada e a placa não pudesse demonstrar todo o seu potencial. Isso limitou a aceitação da GeForce 256, que foi recebida com um certo ceticismo, assim como muitas outras placas high-end lançadas nos anos seguintes. Entretanto, com o passar do tempo o suporte ao DirectX 7 passou a fazer uma grande diferença no volume de títulos suportados.

Ao contrário do que o nome sugere, os “256” não se referem ao barramento com a memória (que continuou sendo de 128 bits) mas sim ao uso de 4 pipelines de 64 bits para a renderização (daí os 4 pixels por ciclo). Esse aumento no poder de processamento sem uma expansão equivalente no barramento com a memória (a GeForce 256 original era equipada com chips SDR de 166 MHz, assim como no TnT2 Pro) acabou fazendo com que as unidades de processamento fossem estranguladas e parte do potencial do chipset fosse desperdiçado.

O problema foi solucionado com a GeForce 256 DDR, que adotou o uso de memórias DDR de 300 MHz, oferecendo quase o dobro de banda no barramento com a memória e um desempenho em média 30% superior.

Apenas 6 meses depois, em abril de 2000, a nVidia lançou a GeForce 2, baseada no chipset NV15. Ele foi basicamente uma versão atualizada do NV10 usado na GeForce 256, que foi produzido usando uma técnica de 0.18 micron (contra a técnica de 0.22 micron do antecessor) e era capaz de operar a frequências mais altas. Com relação à arquitetura, a grande mudança foi a expansão nas unidades de processamento de texturas, que passaram a processar duas texturas por ciclo de clock.

Com isso, a GeForce 2 passou a ser capaz de processar 4 pixels e 8 texels por ciclo de clock, o que com o tempo se tornou uma grande vantagem, conforme os jogos passaram a fazer uso intensivo do multitexturing, onde (duas ou mais) texturas são aplicadas simultaneamente, uma sobre a outra, um efeito básico que permitia criar superfícies mais realísticas nessa era pré-shaders.

Usando o multitexturing, é possível aplicar uma textura base sobre uma pedra ou um pedaço de chão e aplicar texturas secundárias, sobrepondo áreas específicas. Com isso, é possível criar detalhes utilizando diferentes combinações de texturas primárias e secundárias, sem precisar de uma grande textura completa para cada variação desejada:

A versão inicial foi a GeForce 2 GTS, onde o NV15 operava a 200 MHz e fazia par com 32 ou 64 MB de memória DDR operando a 333 MHz. Ela foi seguida pela GeForce 2 Pro (GPU a 200 MHz e memória a 400 MHz) e pela GeForce 2 Ultra (GPU a 250 MHz e memória a 460 MHz), que apresentavam um desempenho proporcionalmente superior.
Em 2001 a nVidia apresentou uma versão de 0.15 micron do chip (ligeiramente mais barata de se produzir), que foi usada na GeForce 2 TI (GPU a 250 MHz e memória a 400 MHz), que oferecia um desempenho muito similar ao da GeForce 2 Ultra por um preço mais baixo.

Entretanto, a principal inovação dentro da linha foi o lançamento do chipset NV11, uma versão de baixo custo, que possuía apenas duas unidades de processamento (em vez de quatro), mantendo o barramento de 128 bits com a memória. Ele foi usada na GeForce 2 MX (GPU a 175 MHz e memória SDR a 166 MHz). Ela não era nenhuma campeã de desempenho (oferecia basicamente metade do desempenho de GeForce 2 GTS), mas o preço baixo fez com que ela se tornasse extremamente popular, dando início às derivações de chipsets destinados ao mercado de baixo custo que continua até hoje:

A combinação do uso de apenas duas unidades de processamento e do clock ligeiramente mais baixo fez com que a GeForce 2 MX fosse uma das placas 3D de consumo mais baixo, com um consumo típico de apenas 4 watts (bem menos até que os chipsets de vídeo onboard atuais).

Posteriormente, a nVidia lançou três variações com variações nas frequências, barramento e tipo de memória usado. A GeForce 2 MX 100 era a mais castrada, com uma barramento de apenas 32 bits e memórias SDR. A GeForce 2 MX 200 era uma versão intermediária, com uma barramento de 64 bits e versões com memórias SDR e DDR, enquanto a GeForce 2 MX 400 era a versão mais rápida, sucessora direta da GeForce 2 MX original. Ela foi lançada em duas versões, uma com memória SDR e barramento de 128 bits e outra com memória DDR e barramento de 64 bits (que na prática era um pouco mais lenta).

Visando competir com as placas dual-head da Matrox, a nVidia lançou também versões da GeForce 2 MX com suporte a dois monitores, inaugurando o uso da tecnologia TwinView, que é encontrada em praticamente todas as placas atuais.

O meses seguintes ao lançamento da GeForce 256 e da GeForce 2 GTS foram dominados pela nVidia, que pôde se dar o luxo de manter os preços das placas na faixa dos US$ 300, enquanto as concorrentes se engalfinhavam para oferecer modelos mais baratos. Na época a 3Dfx lutava para sobreviver com as Voodoo 4 e Voodoo 5 e a ATI tinha apenas as placas da linha Rage 128 e a Fury MAXX.

A primeira concorrente direta para a GeForce foi a Radeon DDR (vendida em versões com 32 e 64 MB) que era baseada no chipset R100 e chegou ao mercado em julho de 2000. Embora o R100 fosse um chip com 30 milhões de transístores (bem mais complexo que o NV10 da GeForce) ele possuía apenas duas unidades de renderização, o que resultava em um output de apenas dois pixels por ciclo.

Por outro lado, ele era capaz de atingir frequências mais altas (183 MHz na Radeon DDR) e cada uma das unidades oferecia três unidades de texturas (seis por ciclo, contra as 4 do GeForce), o que tornava a briga bem mais acirrada. O R100 oferecia também uma unidade de processamento de T&L mais elaborada (a Charisma Engine), entrada e saída de vídeo (conector S-Video analógico), decodificação IDCT de DVDs via hardware e o HyperZ, um mecanismo de compressão dos dados no Z-buffer que ajudava a reduzir o uso do barramento com a memória.

A Radeon DDR era em geral mais poderosa que a GeForce original. O grande problema foi que o lançamento atrasado fez com que ela tivesse que concorrer com as GeForce 2 GTS, que ofereciam um desempenho superior.
Apesar disso, a ATI conseguiu se manter na briga reduzindo os preços e lançando variações das placas. A primeira foi a Radeon SDR, uma placa de baixo custo que utilizava 32 MB de memória SDR, que foi seguida pela Radeon All-in-Wonder, que oferecia um sintonizador de TV integrado.

Quando a nVidia lançou a GeForce 2 MX, a ATI respondeu com a Radeon VE, uma versão castrada, com um dos pipelines de renderização desativado, resultando em uma redução de 50% no poder de processamento bruto, mas que era em compensação vendida por apenas US$ 99. Assim como a GeForce 2 MX, ela oferecia também suporte a dois monitores, usando a tecnologia HydraVision.

Mais tarde, o nome das placas foram alterados (sem mudanças no hardware), com as Radeon DDR e SDR passando a ser chamadas de Radeon 7200 e a Radeon VE assumindo o rótulo de Radeon 7000. Isso marcou o início da nomenclatura que continuou em uso até 2004.

O ano de 2000 marcou também o surgimento de uma nova concorrente, a Imagination Tecnologies, que lançou o Kyro (PowerVR Series 3), um sucessor do chipset 3D anteriormente usado no Sega Dreamcast. O Kyro foi usado em placas fabricadas pela STMicro e pela Hercules.

Embora fosse um chipset relativamente modesto, com 12 milhões de transístores e um clock de apenas 125 MHz, o Kyro utilizava um pipeline de renderização baseado no conceito de Tile Rendering, onde cada fraque é dividido em pequenos retângulos, processados de forma independente.

Essa abordagem permitia que diferentes componentes do chipset trabalhassem de forma bastante eficiente, descartando informações redundantes (polígonos não visíveis, por exemplo) e dividindo a renderização de forma que cada etapa era realizada com os dados armazenados nos buffers, reduzindo o volume de operações de acesso à memória. Isso permitiu que o Kyro competisse em pé de igualdade com a GeForce SDR em títulos como o Quake 3 e o Unreal, apesar da pouca potência bruta de processamento.

Em 2001 foi lançado o Kyro II, uma nova revisão do chipset que não trouxe novas funções, mas era capaz de operar a 175 MHz, o que resultou em um desempenho (nos jogos da época) próximo do da GeForce 2 GTS, por um preço mais baixo.

Por outro lado, uma das grandes limitações do chipset era a falta de suporte a T&L via hardware, o que simplificou o projeto do chip (ajudando-o a atingir frequências de operação mais altas) mas resultou em uma penalidade de desempenho cada vez maior, conforme os jogos passaram a utilizar o T&L cada vez mais pesadamente, fazendo com que o Kyro se revelasse um beco sem saída.

A STMicro conseguiu vender pouco mais de um milhão de placas Kyro e Kyro II, mas as vendas não foram suficientes para garantir o futuro da linha. Apesar disso, a série PowerVR continua viva no ramo de chipsets 3D para dispositivos móveis, incluindo o PowerVR SGX, usado no iPhone 3GS e no Palm Pre.