3D 显卡芯片何时出现？
Intel 的显卡芯片史
3D 显卡芯片厂商可分为几种？
GPU 这名词真的是由nVidia 首创？
3D 群雄大乱斗时期的梦幻处理器
今日无论计算型、专业型、游戏型或入门型独立显卡芯片，几乎是Nvidia（英伟达） 与AMD 两家大厂的天下，前者从2011 年底GeForce 680（GK104） 至今，在独显市场建立压倒性绝对优势，更 不必说2006 年至今CUDA（Compute Unified Device Architecture）生态体系与持之以恒的长期投资，让Nvidia霸业几乎没有丝毫遭挑战的可能性。但有点年纪的老骨灰，特别是经历过消费性3D 显卡芯片发展草创期，一定不会忘记1990 年代百家争鸣的战国时代，Nvidia 一开始也出师不利，被大多数人不看好过。
进入本篇主角：3dfx 末代产品Rampage与Sage（Spectre 系列显示卡）前，先来复习一下历史，即将揭露的诸多史迹，将让各位大吃一惊，但假若各位没耐心看长文，看下笔者整理的主要厂商兼并史与主要产品，即可唤起各位年轻时的美好回忆，连想看到正常3D 游戏画面都可遇不可求的蛮荒时代。
▲ 这张近代消费型3D 显卡芯片厂商的兼并史，足以抵过千言万语，ATi 也因透过大量并购，累积与Nvidia 分庭抗礼的实力，最终2006 年夏天成为AMD 的一部分。（制图：痴汉水球）
第一题：群雄割据但最终赢家全拿的战乱时期，有多少玩家身处其中？
这在今天只看到Nvidia、AMD 及苦苦追赶之英特尔的现代人眼里，恐怕完全难以想像1990 年有20 家厂商宣称开发个人电脑用3D 显卡芯片，1996 年更急速膨胀到70 家。但2000 年研发高效能3D 显卡芯片的技术困难度水涨船高（刚好是微软DirectX 8 定义著色器架构之），以及互联网泡沫破掉影响，快速缩减至12 家，更不要说现在的情况了。
▲ 你绝对没看错：曾宣称研发个人电脑3D 显卡芯片的厂商，就是这么多家。
第二题：3D 显卡芯片出现，是1990 年代才开始吗？
当然不是。历史最著名的3D 芯片先驱，莫过于那家科技树乱长一通，从机车、钢琴、音响、汽车引擎、烧录机、音效芯片都涉足的Yamaha（雅马哈），1984 年COMDEX 展览（COMputer Dealers′ EXhibition，后来地位被CES 取代）发布的YGY611，具备诸多仿佛搭上时光机从未来窃取的先进技术，号称集结长达十年对3D 与芯片设计的研究成果，结果还真的拖到十年后才量产，独显市场活不到两年就退回出发点：柏青哥(日本赌博游戏机器) 。
▲ 为柏青哥机台而生的Yamaha YGY611渲染多边形加速器，是3D 显卡芯片先驱，但也缺乏2D VGA 功能，只能像3dfx Voodoo 当辅助处理器，仍须搭配另一块一般视频输出显示卡使用。
第三题：英特尔显卡芯片史，是i740 为起点吗？
当然也不是。英特尔早在1983 年6 月就推出NEC 授权的µPD7220 的82720 绘图控制器。
▲ 靠系统芯片组或处理器内建绘图核心强迫中奖优势，英特尔帐面一直占有大多数个人电脑显卡芯片市占率。但有充分理由相信，英特尔绝对不会满足。AMD Zen 4 世代Ryzen 7000 处理器也赠送内显，应可提升AMD 百分比。
接着，英特尔眼睁睁看着NEC 的µPD7220、Hitachi 的HD63484 与诸多IBM EGA 复制版兴起，基于我们应该提供所有个人电脑相关芯片传统策略，1986 年推出82786 绘图协处理器，并出售给独立板卡（AIB，Add-In graphics Board）厂商推出显卡。1987 年两家公司用82786 提供三款显卡，这数字在1988 年激增成10 家公司和15 款显卡。但整体来说，相较同期竞争对手，如TI 的TSM34010，英特尔82786 性能并不算强，也没有特别受市场欢迎。
1989 年英特尔发布单芯片超级电脑i860，也是继i960 之后，再次以实际行动面对RISC（精简指令集电脑）的产物。i860 在绘图工作站市场算是略有斩获，用在NeXT Cube 工作站NeXT Dimensions 显示卡绘图加速器和SGI RealityEngine 几何处理引擎（Geometry Engine），但也是昙花一现。
后面就如诸多老一辈电脑玩家记忆，英特尔1997 年并购笔电显卡芯片厂商Chips and Technologies，并跟世界最大军火厂商洛克希德马丁（拥有F-22、F-35、F-16 等战斗机）Real3D 部门建立合作关系，1998 年发布代号Auburn的i740 独显芯片，规格看来很棒，赋予推广AGP 2x 的目的，也宣称充分发挥AGP 2x 潜能。
▲ 英特尔推出i740 时，引起显卡芯片业界与个人电脑玩家圈一阵恐慌，但终究雷声大雨点小，倍受争议的商业推广手段，更让英特尔被美国政府找麻烦。
但i740 与后继i752 性能完全无法对抗3dfx、NVIDIA 与ATi 产品，以实际行动证明AGP 2x 的DME（Direct Memory Execute） 将一堆材质贴图放在主记忆体以降低成本是很蠢的主意，英特尔只能对以台湾地区为主的亚洲板卡厂商发动低价倾销，结果就是1998 年6 月，美国联邦贸易委员会（FTC）指控英特尔不公平商业行为，例如台湾地区的批发售价仅7~18 美元，远低于英特尔公定价28 美元。此外，如果客户购入i740 芯片，将更容易取得Pentium II 处理器货源。
最后，英特尔1999 年底中止独显计划，收购Real3D，并再出售给3dfx（没多久又被NVIDIA 并购），ATi 也聘用不打算与英特尔共事的部分员工，导致Real3D 技术分别流向NVIDIA 与ATi，两家公司争夺Real3D 专利过程，又引爆一连串诉讼，最终2001 年达成交叉授权协议。至于英特尔爆发x86征服一切的理念催生疯狂的x86 处理器显示卡Larrabee和后来腰斩的Xeon Phi，又是另一段惊悚故事了。
虽然英特尔踏入消费性3D 独显的尝试，可称为大投资，小成果，大耻辱，但以后见之明回顾这段历史，i740、i752 与并未上市的i754（原本预定首款支持AGP 4x 的芯片，就这样让给S3 Savage 4）奠定英特尔芯片组内显技术基础，以i810（代号Whitney的82810） 为起点，开启英特尔显卡芯片市占率遥遥领先独显双雄的盛世。但也有充分理由相信，英特尔绝对不会满意现状，否则也不会整个砍掉重练，从AMD 挖角Raja Koduri重建Xe 绘图技术体系和OneAPI 了，即使现在看来还是跌跌撞撞的样子。
第四题：这票3D 显卡芯片厂商，大致可分为几种？
这票在1990 年代如过江之鲫的3D 显卡芯片厂商，可概略分为以下几种：
再深入探究，各位将逐渐看到很多有趣的事实：
处理器或芯片组厂商副业：
英特尔做过的诸多好事没什么值得一提的地方，但从SiS 独立的XGI，接收Trident 显示芯片部门，上海联盟公司远弘科技（Macro Synergy）2006 年被ATi 并购，也就是现在的AMD。
古老的2D 王者：
如果还记得倚天中文系统，应该会想到Tseng Labs 和Trident 的产品是最好伙伴，安装设定界面还有对应选项。
▲ 倚天中文安装设定页面，可看到Tseng Labs 的ET4000、Trident T8800 与T8900 选项。（Source：insoler.com）
血统纯正、根正苗红：
叱咤一时的3dfx 可谓代表，有傲视业界的Direct3D 与OpenGL 驱动程序兼容性、甚至可自定义完整的3D API（微软尚未发布DirectX 前非常重要，3dfx Glide 是最好例证），但能否研发出具成本竞争优势的产品，以争取品牌电脑大厂支持，是决定生死的关键，3dfx 就是死在这里，败给NVIDIA。
靠并购一路成长：
ATi 策略很接近NVIDIA，都采取规模经济，企图成为涵盖所有市场的供应商，但ATi 极度仰赖并购以快速取得产品与技术，先后收购Kubota Graphics（得到开创性的3D Rage）、Tseng Labs、Chromatic Research、Real3D 的一部分、ArtX（取得任天堂GameCube Flipper 显卡芯片，踏足游戏机市场）、S3 分割出来的FireGL 专业绘图卡、Appian Graphics 的HydraVision 多萤幕桌面管理软件（从此ATi 与之后AMD 就成为多显示器领导者）、生产电视调制器的NxtWave、XGI 的Macro Synergy、Trident、专注可携式产品的Bitboys 等等。
日资背景：
Kubota Graphics 第一个字就是总部位于大阪，以重型建筑设备和农耕机械而知名的久保田，让ATi 在3D Rage（Mach64 264GT）取得重大商业成功。
IBM 将其内建Aptiva 多媒体家用个人电脑，使3D Rage 成为史上第一个针对家用娱乐应用的3D 芯片主机板的Design Win，1996 年ATi 平均每季可卖出100 万颗3D Rage，冥冥之中预言了ATi（AMD）和NVIDIA 并列显卡芯片双雄的结局。
当年3dfx 竞争SEGA Dreamcast 主机失败，输给NEC 和VideoLogic（讲PowerVR 可能比较易懂），除了3dfx 申请股票上市，递交营业资讯时，不小心外泄仍在保密阶段的合作协议，肥水不落外人田极可能也是主因。
小型新创公司或从大公司分割：
往往看起来好像很厉害，但做成实际产品又不是那么回事，画面惨不忍睹算是共同特色，能被并购已很幸运了。
不务正业：
扣掉真正3D 芯片先驱Yamaha，剩下厂商真的很像来搞笑的。
▲ 这是Alliance AT3D 的游戏画面，难怪有人说：现代艺术爱好者应该能享受这些令人印象深刻的画作，也是测试早期3D 显卡芯片的乐趣与醍醐味。（Source：vintage3d.org）
第五题：GPU 这词真是由Nvidia 创造？现在这词还有意义吗？
好像对，也好像不对。
随着1999 年8 月31 日发布GeForce 256（NV10），Nvidia 宣称创造了GPU（Graphic Processing Unit）看起来好像非常伟大的专有名词，定义为整合3D 转换（Transform）、打光（Lighting）、三角设定（Triangle Setup）／裁切（Clipping） 与成像引擎（Rendering Engine），每秒能处理至少1 千万个多边形的单芯片处理器，蓄意突显当时只有Nvidia 支持DirectX 7.0 硬件Transform & Lighting（Hardware T&L）的营销手法，刻意集中打击产品发展与公司营运深陷绝境的3dfx。
▲ 如果一时想不起来什么是几何处理，请复习一下3D 绘图流水线概论。
但早在Sony 1994 年推出第一代PlayStation 家用主机时就使用此简写，描述几何处理单元（Geometry Processing Unit）。针对专业绘图工作站市场，3D Labs 1995 年推出配备几何处理器单元的Glint 芯片组，反观Nvidia 与ATi 则专注当时市场较小但急速成长的游戏社群。结果蓬勃发展的游戏市场让Nvidia 和ATi 享有压倒性市场规模，并以为基础，触角延伸到专业绘图，但3DLabs 却无法靠这块地盘支撑研发投资，无以为继，将整个市场拱手送给Nvidia 和ATi。
今天GPU 应用非常广泛多元，手机和汽车人工智能推理、数字货币挖矿，高效能浮点计算等等，远远超过绘图范畴，更不乏连输出画面都不行的计算专用芯片，也许重新命名为并行处理应用加速器单元（PPAAU，Parallel-Processing Application Accelerator Unit）会更贴切。
最具象征性的3D 群雄大乱斗时期梦幻处理器：3dfxRampage和Sage
靠着初代Voodoo 与Glide API 绝对优势，3dfx 曾取得85% 3D 显卡市占，1998 年初Voodoo 2 搭配SLI 模式连接两张卡，更是最豪华也最顶级的3D 游戏专用配备。
▲ 任何经历过1990 年代后期3D 游戏的老骨灰，绝对不会忘记当年如何朝思暮想Voodoo 2 SLI。
但Nvidia 也追得很紧。1997 年4 月发布2D / 3D 单芯片方案Riva128，1998 年3 月推出具32 位元色深和双材质处理单元的RivaTNT，3dfx 则慢慢疲态毕露，直到199 9年3 月被RivaTNT2 夺走戴在头上多年的王冠，再也拿不回来。
说穿了，3dfx 硬件层面本就不太先进，诸如此类：
1996 年10 月：
初代Voodoo 是双芯片，且需要另一张独立2D 显卡。
1997 年8 月：
3dfx 发布Voodoo Rush，整合Alliance ProMotion AT25 2D 显示芯片跟Voodoo 成为单一显卡方案，却引发严重的游戏兼容性问题。
还好笔者没买。
1998 年3 月：
Voodoo 2 是三芯片，成本更高，也需要另一张2D 显卡。
比较糟糕的是，还没有32 位色深、AGP 材质、24 位元Z 缓冲区。
1998 年6 月：
3dfx 总算有2D / 3D 单芯片方案VoodooBanshee，但只有一个材质处理单元，效能不如Voodoo 2，也没有32 位色深和一堆有的没有的功能。
1999 年3 月：
Voodoo 3 Avenger补回第二个材质处理单元，32 位色深依旧付之阙如，和Nvidia 差距越拉越开。
2000 年6 月：
VSA-100（Voodoo Scalable Architecture）追加第二个画素处理单元与32 位元色深，支持1~4 颗多芯片组态，偏偏还是没有硬件T&L。
180 纳米制程微缩版VSA-101 永远没问世。
2000 年12 月：
Nvidia 收购多数3dfx 资产。
3dfx 的传奇难道就此结束？但历史却说不，因还有梦幻般末代逸品Rampage和Sage。
▲ 3dfxRampage堪称1990 年代3D 显卡芯片大乱斗时期的最佳结尾。
2018 年底，也是3dfx 开发Rampage 和Sage 的20 年后，《The Legacy of 3dfx》一书作者Oscar Barea，测试手上Spectre 1000 显示卡（一颗Rampage）工程样品，让若干旧传说、疑问、误解都获得澄清，可说3D 绘图技术发展史，了结一场重大公案。结论就是：即便3dfx 没有倒闭破产，还是会被Nvidia 活活打爆。连GeForce 256 都打不过了，还奢望抗衡更新型GeForce 2 和GeForce 3？门都没有。
这些往事，都默默消失于世界尽头。但如外界盛传，Sage 转生GeForce 4（NV25） 的Vertex Shader、GeForce Fx（NV30）名称摆明致敬3dfx、Rampage 演化成GeForce 6800（NV40）的Pixel Shader 技术基础，究竟3dfx 有多少基因融入Nvidia 产品，就只有Nvidia 自己知道了。
3dfx 之所以短短四年就从天堂掉入深渊，有很多原因，技术和商业都有，反正笔者还是那句话，天底所有奇迹与惨剧，都是天时、地利、人和，大概可归类成以下几点：
1. 天时──迟迟无法推出有成本竞争力的单芯片产品：
自微软发布DirectX 并逐渐成熟普及、刺激更多3D 游戏陆续登场，市场自然亟需低成本产品，Voodoo 这种昂贵附加卡根本是票房毒药。
但就算到生死存亡之秋，3dfx 依旧坚持所费不赀的多芯片架构，硬件规格也远远落后Nvidia 和ATi 等竞争对手的主流产品。
当Nvidia 和ATi 单芯片产品陆续进驻品牌电脑大厂，就注定3dfx 死期不远。
坊家普遍有某种观点，认为3dfx 把自己绑死在Glide API，所以无法有效应对DirectX 和OpenGL 等业界标准3D API 开发的游戏，恰好相反，3dfx 驱动程序很长时间一直都是业界兼容性最佳者，3dfx 反而是软件实力远大于硬件的经典案例。那时玩家玩游戏的，应该都不会怀疑3dfx 驱动程序是否值得信任。笔者就是靠Matrox Millennium 或Mystique 搭配Voodoo 当标准配备。
2. 地利──对家用游戏主机的怨念浪费太多资源：
3dfx 先后争取SEGA Dreamcast 和微软Xbox 合作机会，为前者耗费一年多研发却一无所获，输给日系背景的PowerVR（坦白讲，3dfx 一开始就在对手主场作战，处于极度不利局面，当年还是学生的笔者不感觉有丝毫讶异），还与SEGA 对簿公堂，为后者更花1.86 亿美元并购GigaPixel，散尽最后家底，还败给NVIDIA。
我们可从日后AMD 变相寡占Sony PlayStation 和微软Xbox 的经验，得到简单结论：游戏机利润并不高，顶多是细水长流的现金母牛，不见得值得3dfx 花这么大力气和代价争抢。
▲ 实在很难想像3dfx 可存活至今，且垄断微软Xbox 和Sony PlayStation 的画面。
3. 人和──并购STB 让自家球员兼裁判：
这才是压死3dfx 的最后一根稻草，本来想花1.41 亿美元抢走NVIDIA 最大客户，却一举得罪所有独立板卡厂商，转向支持Nvidia 和ATi，平白把客户送给对方。
之前Nvidia 原本没有同时服侍大量客户的经验与技术支持能量，突然被3dfx 这世纪大烂招逼到什么都有了。
回到Nvidia 和ATi 群雄大乱斗时成功突围的1990 年代末期，两家公司有共同点：尽其所能扩大基本盘，但3dfx 却彻头彻尾反其道而行，会如此快速败亡，也不让人意外。
追加题：AMD 有可能如法炮制CPU 成功模式挑战Nvidia霸业吗？
既然都讲到Nvidia，其实这问题简单一句话就能打发，但笔者左思右想，还是觉得这地方颇有多加解释的必要。
一言以蔽之，AMD 的CPU 和GPU，败部复活之路截然不同，前者是集中资源打造一系列Zen 处理器微架构，花了很长时间发展统一AMD 内部SoC IP 区块通用控制方式 Infinity Fabrics，才有本钱采用简化晶粒种类的Chiplet 策略，并藉由台积电先进制程，有点胜之不武取得对英特尔的优势。
但AMD 的GPU，和Nvidia 长期同为以台积电为主要代工伙伴，制程从来就不是决定两边胜负的关键因素（尤其Nvidia 一直不乏抢先使用先进制程出事的前例，NV30 和GF100 就很让人印象深刻），2011~2015 年，两家公司GPU 同样黏在台积电28 纳米制程很久，从高效能计算、专业绘图到游戏，Nvidia 相对AMD 的强势点只有越来越大，就是最好证明。
原因很简单，Nvidia 有办法针对不同应用研发不同GPU 微架构，让计算和游戏分而治之，更持之以恒耕耘生态系统（自从2006 年到今天超过15 年），建立几乎滴水不漏的CUDA 封锁网，造就数以百万计开发社群，这可不是区区一句驱动程序品质良好就能一笔带过的历史轨迹。论研发支出、品牌形象、与游戏玩家的紧密度和可让玩家感受到热情，AMD 从来看不见Nvidia 的车尾灯。
▲ 2006 年至今发展超过15 年的CUDA 生态系统，一直是Nvidia霸业的基础，与台积电制程技术到底好不好一点关系都没有。别说AMD，连看起来倾尽全力发展OneAPI 的英特尔恐怕都难有挑战本钱。
讲更白一点，AMD GPU 近况有点起色，主因不外乎终于可以双轨化了，不必强迫计算导向的GCN 微架构硬跑游戏，然后师承自CPU 的大型化快取记忆体，也似乎多少可抵销Nvidia 的秘密王牌：自从NV40 后，被大量专利权保护的先进记忆体资料传输压缩机制。过去这让AMD GPU 长期需要更丰沛的记忆体频宽，性能才有机会对抗Nvidia 。
不过就算如此，光看着超级电脑Top500 采用Nvidia GPU 的比例，比较Nvidia DLSS（Deep Learning Super Sampling）和AMD FSR（FidelityFX Super Resolution）对应游戏数，就不难理解Nvidia霸业有多难挑战。
话说回来，消费性显卡市场，拜Nvidia 有点走火入魔之赐，AMD 倒明显享有能耗比优势，加上专业计算战场，MI300 仰赖多芯片封装，成为EHP（Exascale Heterogenous Processor）首发，搞不好可稍微拉近一点与Nvidia 的差距，或许是AMD 唯一勉强能如法炮制CPU 成功模式的地方。
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