Con il lancio delle nuove architetture dx11, Ati sembra aver acquisito un consistente vantaggio sulla storica rivale ribaltando, di fatto, la situazione che si era venuta a determinare non più tardi di un paio di anni fa. Oggi come allora, sui forum di tutto il mondo si moltiplicano gli interventi di utenti che parlano di difficoltà o addirittura di crisi; e se ieri era la divisione grafica di AMD prossima a chiudere i battenti, oggi sembra sia nVidia pronta ad abbandonare il mercato dei chip grafici. Appare3 evidente che Ati è tutt’altro che fallita e, anzi, sembra godere di buona salute. Ma qual è lo stato di salute di nVidia e quanto l’attuale situazione è paragonabile, seppur a parti invertite, a quella di due anni fa?
Per cercare di rispondere a questi interrogativi si deve necessariamente fare qualche passo indietro, poichè l’attuale situazione è frutto di un insieme di fattori, tra cui le scelte progettuali, l’acquisizione di Ati da parte di AMD e, non ultimo, l’annunciato ingresso di Intel nel mondo delle GPU ad alte prestazioni e del GPGPU.
Per avere un quadro completo bisogna risalire all’epoca della transizione tra 2D e 3D, quando il mercato consumer era dominato, a livello numerico, dalle soluzioni proposte da S3, Matrox era, nell’immaginario collettivo, sinonimo di qualità 2D inarrivabile e dire “accelerazione 3D” equivaleva a dire “3dfx“.
In questo variegato mondo, nella seconda metà degli anni ’90, si inizia ad affacciare una piccola realtà che avrebbe portato non pochi sconvolgimenti: il suo nome era nVidia e la sua ambizione, non apertamente dichiarata, ma fin troppo palese, era quella di spodestare proprio 3dfx come regina del 3D. Già con le serie TnT e TnT2, nel giro di qualche anno, nVidia era riuscita a ritagliarsi un ruolo di primo piano e, approfittando di una serie di circostanze favorevoli, stava iniziando a soppiantare S3 come principale fornitore di chip a terze parti. In questo era risultata avvantaggiata dal fatto che società come ATi, ad esempio, pur mettendo sul mercato prodotti validi e completi, era limitata dal fatto che i suoi chip andavano ad equipaggiare solo VGA da essa stessa prodotte.
Lo stesso dicasi di Matrox che, per questa ragione, non vide un’ampia diffusiane dei suoi chip neppure quando questi erano realmente competitvi: si pensi ad esempio, al G400 in versione MAX. Inoltre, molti altri protagonisti del mercato di allora, erano rimasti spiazzati dalla transizione dal 2D al 3D. In questo contesto, si inserisce nVidia che, sull’onda del successo derivante dall’aver tirato fuori alcuni validi prodotti e grazie a ciò, al vantaggio derivante dall’aver iniziato a conquistare importanti quote di mercato, decide di adottare una strategia che, nel giro di pochi anni, imporrà una drammatica selezione nel mercato dei chip grafici che avrà come conseguenza quella di ridurre il numero dei competitor ai soli che si possono permettere ingenti investimenti nei settori di R&D: un nuovo chip o il refresh di una precedente architettura ogni sei mesi.
A nVidia va, dunque, il grosso merito di aver dato una scossa all’ambiente un po’ troppo stagnante in cui si dibattevano i progettisti ed i produttori dei chip 2D only. Il risultato è sotto gli occhi di tutti, ma vale la pena di fare un piccolo riassunto: la prima vittima è stata proprio S3 che si è vista sottrarre il “quasi monopolio” del mercato consumer di fascia media e bassa.
La manovra è riuscita anche grazie al fatto che, al pari di S3, nVidia risultava essere fabless non solo per la realizzazione dei chip grafici ma anche per quella delle VGA. Altra vittima illustre, per tacere delle varie Tseng Labs o Number Nine, è stata Matrox che, al pari di ATi, si faceva in casa le proprie VGA. Incapace di sostenere un ritmo così serrato, Matrox abbandona gradualmente il campo e, anche quando tira fuori prodotti di buon livello, all’altezza della concorrenza, non viene adeguatamente “premiata” dal mercato. Infine, la stessa 3dfx, al termine di una strenua battaglia e anche a causa di scelte sbagliate, come quella di decidere di iniziare a prodursi le proprie VGA secondo uno schema che si stava rivelando perdente, esce di scena.
Ma forse, quest’ultima decisione fu dettata dalla necessità di mantenere a determinati livelli le vendite anche se, grazie al boom delle soluzioni combinate 2D/3D, la richiesta di soluzioni 3D only si andava drammaticamente riducendo.
Così, per qualche anno e, in particolare, dal 1998 al 2000, nVidia si trova a fare da traino nel settore, spalleggiata anche da Microsoft che intendeva spingere l’adozione delle sue DirectX come standard di gioco.
Si arriva, così, a fine millennio, con una situazione ben delineata: le decine di produttori e progettisti di chip grafici e vga si sono ridotti drasticamente con nVidia, 3dfx e ATi a contendersi il mercato delle GPU discrete, Intel a fare da padrona in quello delle integrate e altri produttori come Matrox, S3, SIS, ecc, ridotti al ruolo di comprimari.
L’acquisizione di 3dfx da parte di nVidia, facilitata da una serie di scelte poco oculate da parte della prima, riduce ulteriormente il mercato delle GPU di fascia alta a due soli competitor. Si è parlato a lungo degli errori o presunti tali commessi da 3dfx, primo tra tutti quello di volersi produrre le VGA in casa. Resta da stabilire se questi sbagli siano stati tutti realmente tali o se, invece, il produttore americano è stato, in qualche modo, costretto ad operare scelte “suicide”. Bisogna tener conto di un fattore importante: finchè il mercato era diviso in due tra VGA 2D e acceleratori grafici, 3dfx aveva letteralmente il monopolio del 3D.
Quando, proprio sotto la spinta di nVidia seguita a ruota da ATi i chip combinati 2D/3D sono diventati competitivi con gli acceleratori grafici, questi ultimi sono divenuti un inutile orpello, per di più costoso, necessario solo a far girare quei titoli che facevano uso esclusivo delle GLIDE. Questo ha costretto 3dfx a ripensare le proprie strategie ad abbandonare la produzione di acceleratori 3D only.
Il mercato, a quel punto, era già saturo di chip marchiati nVidia che, nel frattempo, aveva preso il posto di S3 come fornitore “principe” degli assemblatori di VGA e si trattava di prodotti competitivi, al contrario delle Virge e delle Trio. Ritagliarsi un proprio spazio in questo contesto era tutt’altro che semplice e, per di più, 3dfx non aveva le risorse economiche per competere con colossi come ATi e nVidia. La strada del “fai da te”, di conseguenza, sarà sembrata, a qualcuno, l’unica percorribile.
Sparita di scena 3dfx, nVidia si trova a dover fronteggiare un avversario ben più pericoloso: ATi ha le risorse economiche per tenerle testa e, nel corso degli anni, ha fatto anche una serie di acquisizioni che le hanno permesso di avere il know how necessario per competere ad alto livello. Il primo chip canadese in grado di tener testa alle GPU nVidia è R100, per l’epoca, un concentrato di tecnologie e innovazioni addirittura fin troppo premature.
Infatti, se da un lato nVidia, prima tra tutte in grado di capire l’importanza dell’aumento del parallelismo computazionale, privilegia l’approccio “brute force” con l’aumento delle pipeline di rendering, dall’altro ATi sfrutta alcune feature, come l’hyper-z, atto a rimuovere le superfici nascoste, la keyframe interpolation o il vertex skinning, atti a migliorare la fluidità delle animazioni facciali e a limare le imperfezioni geometriche.
Nello stesso periodo, si affaccia all’orizonte una nuova “minaccia” per la casa di Santa Clara: PowerVR che forte delle epsrienze maturate con i chip in ambito console, tira fuori un’architettura che, con sole due pipeline di rendering dotate ciascuna di una sola TMU (occorre ricordare che R100 è una 2×3 e NV15 una 4×2) tiene testa, a livello prestazionale, a Radeon e Geforce, grazie ad una soluzione per la rimozione dei poligoni nascosti ancora più efficiente di quella proposta da ATi e nota come Tile Based Rendering.
Al pari del Radeon e contrariamente a quanto avviene sulle Geforce, il Kyro effettua i calcoli interni sempre a 32 bit (8 petr canale di tipo Integer, da non confondere con gli attuali fp32) e, all’occorrenza, scala a 16 bit solo nella parte terminale della pipeline. Per questo motivo, mentre i chip nVidia manifestano un boost prestazionale passando da 32 a 16 bit, quelli ATi o PowerVR (ma anche Matrox, mentre i 3dfx lavorano a 24 bit) subiscono incrementi di lieve entità.
Il Kyro ed il Kyro II restano, però, esperimenti isolati e questa fase segna, dunque, l’ascesa di ATi e il tramonto definitivo di 3dfx, il cui ultimo prodotto, il VSA-100, manca di motore T&L e non riesce, neppure in versione dual, a competere con Radeon e Geforce 2, pur avendo un’ottima qualità d’immagine e la miglior implementazione dell’Antialiasing del lotto.
Il T&L di tipo fixed function, però era stato solo il preludio a quella che sarà la rivoluzione successiva: si arriva, dunque, al 2001 con le DirectX8 e gli shader programmabili; ancora una volta nVidia arriva per prima con NV20 e ATi esce in ritardo ma con un prodotto tecnologicamente più avanzato: R200, infatti, al contrario di NV20, supporta le DirectX8.1 e lo Shader Model (SM) 1.4.
La Radeon 8500 (questo è il nome commerciale) è tecnologicamente e prestazionalmente superiore alla Geforce 3 e nVidia tenta di correre ai ripari una versione overclockata di NV20 (la Ti500). L’uscita di NV25, con supporto alle DX8 e architettura 4×2, come R200 ed NV20, ma con due unità di vertex shading, riporta nVidia sul gradino più alto a livello prestazionale ma non sul piano tecnologico.
Si arriva, così, al periodo a cavallo tra la fine del 2002 e l’inizio del 2003 e il passaggio alle DX9. Questa volta è ATi ad arrivare per prima e lo fa con un chip, R300, che, sin dalla prima uscita e con driver acerbi, demolisce letteralmente la precedente generazione, sia a livello prestazionale che, naturalmente, a livello qualitativo. Il salto dalle DX8 alle DX9 è notevole, con l’adozione della notazione in floating point anche per i pixel shader (i vertex shader lavonao a fp32 per canale già dalle DX8) e fino a 16 texture per pixel per pass (contro le 4 dello SM1.3 e le 6 dello SM1.4) e nVidia si fa trovare spiazzata: ancorata ancora alla vecchia architettura 4×2 che le aveva date tante soddisfazioni, si fa superare proprio sul piano della ricerca del paralellismo: R300, infatti presenta ben 8 pipeline di rendering ciascuna dotata di una sola TMU e 4 unità di vertex shading contro le 3 di nVidia.
Inoltre le unità di pixel shading di R300 sono composte da una alu di tipo fp24 di tipo vettoriale a 3+1 componenti (vect3+1) seguita da una minialu in grado di eseguire alcune delle operazioni di cui è capace l’unità di calcolo principale, anch’essa di tipo vect3+1; entrambe sono di tipo floating point e i calcoli fixed function sono solo emulati. Le unità di vertex shading presentano unità vettoriali complete vect4 con ciascun canale di tipo fp32 affiancate da una alu scalare anch’essa fp32.
Il bus verso la mamoria è a 256 bit e l’architettura interna è a 512 bit. Al contrario, nVidia propone 4 pipeline ocn 2 TMU ciascuna; ogni pipleine è dotata di una alu principale di tipo vect4 capace di eseguire calcoli in fp32 o fp16 per canale (complessivamente, quindi, fp128 o fp64); in serie ad ogni alu principale ci sono dua minialu di tipo INT8. Le 3 unità di vertex shading sono di tipo vect4 con fp32 per canale. Inoltre le vertex pipeline sono dotate di unità fisiche di tipo T&L fixed function. Bus verso la memoria a 128 bit e architetura interna a 256 bit.
Da queste sommarie descrizioni appare chiaro come R300 sia chiaramente votata alle DX9 con l’abbandono delle unità fisiche di tipo INT e fixed function che sono solo emulati, un maggior parallelismo che comporta un più elevato pixel fillrate e, soprattutto, l’assenza di quelli limitazioni a cui farò cenno tra breve, che hanno castrato ancor di più il potenziale di NV30.
Il chip nVidia, invece, oltre alla presenza di unità di tipo INT e di tipo Fixed Function ereditate rispettivamente dalle generazioni DX8 e DX7, ha un problema inerente la dipendenza dell’unità principale di ogni pipeline dalle operazioni di textirung: in pratica l’unica alu fp di ciascuna pipeline non è in grado di eseguire calcoli matematici se, contemporaneamente si fa un accesso a texture. Altro limite è rappresentato dalla scarsa capacità dei registri temporanei che fa precipitare le prestazioni già con l’utilizzo di un numero di refistri temporanei superiore a 2. Al contrario, NV30, come i sui successori, presenta un gran numero di registri costanti nelle pixel pipeline, superiore a quello previsto dallo SM2.0; quindi NV30 è in grado di “caricare” un numero di thread superiore alle specifiche delle API di riferimento ma non può ricorrere ad operazioni che mettano in gioco più di due variabili contemporaneamente, pena un forte decadimento delle prestazioni.
Altro punto a vantaggio di R300 è la maggior efficacia dell’algoritmo di rimozione delle superfici nascoste a 3 livelli implementato da ATi rispetto al 2 livelli di nVidia.
Con NV35 nVidia tenta di correre ai ripari, ampliando il bus esterno, portato ora a 256 bit e sostituendo le 2 minialu di tipo INT con altrettante minialu di tipo fp32. Resta però, il limite imposto dalla carenza di registri temporanei e la dipendenza della fpu principale dalle operazioni di texturing che obbligano a continue operazioni di shader reordering e replacement.
Se in un lasso di tempo non superiore ai 3 anni, dunque, nVidia era riuscita a spodestare dal trono 3dfx e a sostituirsi ad S3 come fornitore principale dei produttori di VGA, in un lasso di tempo non superiore ATi è riuscita a raggiungere e superare nVidia sul piano prestazionale e ne sta insidiando il primato a livello di vendite grazie all’adozione della stessa politica della casa di Santa Clara: abbandono della produzione in proprio di VGA e fornitura dei chip a terze parti.
Ovviamente, se siamo oggi a parlare della situazione tra ATi e nVidia, è evidente che la storia non è terminata nel 2003. La prossima settima vedremo come nVidia, che già in passato aveva dimostrato di sapersi risollevare bene da situazioni negative (NV1 docet), ha risposto agli attacchi e quali sono stati gli sviluppi successivi.
