[推荐]经典成就辉煌:从3Dmark看GPU发展之路

西瓜

前言&游戏测试软件历史回顾

　　回溯到1999年，如果说是谁把3D概念大规模呈现在普通用户面前，那么请大家记住这三大产品：Voodoo、TNT、Savage3D。从游戏去看的话，也正是在那一年，3D游戏的浪潮也让人们第一次感到了图形加速卡的重要。不过究竟采用何种3D加速卡却使用户头疼，市面上虽然有了各种3D游戏，但除了Quake3之外，其他3D游戏的测试功能都很简单。而且当时DirectX、OpenGL和Glide3D三种硬件加速形式并存，要通过游戏体现图形加速卡的真实性能是一件很困难的事情。趁着SPEC和ZD两个测试软件大厂商并未在意的时候，Madonion（后改名为FutureMark）凭借3Dmark99开始了它的显卡测试之路。

　　经历了3Dmark 2000的稳定过渡以及3Dmark 2001的辉煌之后，FutureMark在孕育多时的3Dmark03中铩羽而归。由于Shader方面的区别，FutureMark被nVIDIA与ATi两家牢牢纠缠，甚至被认为失去了测试软件最基本的公证性。更令FutureMark忐忑不安的是，AquaMark3异军崛起，成为另一款十分出色的DirectX9测试软件。面对这些窘境，FutureMark痛定思痛，终于在2004年年底推出3Dmark05，并在今年又发布了3Dmark06。

　　一、3Dmark99与3Dmark2000：Madonion崭露头角

　　3D显卡借助DirectX 6.0技术而展开第一轮激烈的竞争，当时主要代表显卡是3DFX的Voodoo和nVIDIA的Riva TNT系列，同时S3 Savage3D和Matrox G200也有不小的市场份额。DirectX 6.0的特色在于可以渲染出高分辨率下的32位色的3D效果，这也是当时GPU所最为追求的功能。3Dmark99以DirectX 6.0 API为基础，在OpenGL与Glide3D横行的年代将Direct3D接口推向高潮。

　　与Quake3游戏偏重于测试OpenGL性能不同，3Dmark99的出现无疑让整个显卡世界发生了翻天覆地的变化。nVIDIA和Matrox的崛起令越来越多的用户开始意识到3DFX的Glide3D已经走向没落，只是当时还缺乏一套客观的性能评价体系，而3DFX甚至可以刻意开发一套Mini-OpenGL子集来搪塞过去。不能说3Dmark99立即成为市场上的权威，但是这种以游戏画面替代枯燥测试过程的新颖方式的确很有创意，而且其测试效果也的确有着一定的说服力。

3Dmark99 MAX测试画面

　　除了高分辨率渲染，DirectX 6.0的另外一大特色便是支持标准纹理压缩算法，微软公司从S3公司（现已经被VIA收购）取得S3TC授权并将其加入DirectX 6.0。对于当时的3D游戏而言，如何提纹理效果是一件很头疼的事情，因为与之相配套的3D显卡在性能上无法满足大量纹理的需求，此时使用压缩技术自然是一条捷径。通过纹理压缩技术，3D游戏可以使用更大的纹理贴图。当纹理较小时，物体的表面会显得模糊或呈马赛克状，较大的纹理可以让物体表面表现出更多细节。

让S3TC技术大放异彩的《虚幻竞技场》

　　不过当时的3Dmark99却受到不小的质疑。纹理压缩尽管是DirectX 6.0的关键性能，但是其普及度并不高。而3Dmark99却将其作为重中子重，使得具备较高纹理压缩性能的显卡占据不小的优势。最典型的例子莫过于Savage3D，这款显卡的综合性能其实很平庸，但是凭借S3TC技术却赢得不错的表现。3Dmark99显然是有些超前，这也成为今后3Dmark一直存在的最大问题。

　　伴随着3Dmark99的头炮打响，3Dmark 2000应运而生。此时微软发布了DirectX 7.0，这被认为是至今为止最重要的DirectX版本，甚至超越了以引入Shader功能为主要目的的DirectX 8。DirectX 7.0最大的特色就是支持T&L，中文名称是“坐标转换和光源”，这也成就了nVIDIA GeForce 256与ATi Radeon 256的辉煌，令3DFX彻底退出市场竞争。不过另外不可忽视的是，3Dmark 2000将32bit色彩渲染作为一个重点，这又成为一大争议问题。3Dmark 2000的这一做法让坚持采用16位色彩渲染并且排斥AGP总线技术的Voodoo3系列败下阵来，而nVIDIA一开始就使用先进的AGP总线结构与32位色彩渲染，高规格与新技术奠定新的王朝。

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二、3Dmark 2001：永远的经典

　　如果让玩家们评选史上最经典的显卡测试软件，想必3Dmark 2001是大多数人的选择。很多用户接触显卡测试软件就是从3Dmark 2001开始的，这款画面极其绚丽的测试软件甚至一度成为购买显卡时的唯一衡量标准。

3Dmark 2001SE测试画面

　　3Dmark 2001推出的时候，DirectX 8.0又一次引领了一场显卡革命，它首次引入了“像素渲染”概念，同时具备顶点渲染引擎Vertex Shader与顶点渲染引擎Pixel Shader，反映在特效上就是动态光影效果。通过Vertex Shader和Pixel Shader的渲染，可以很容易的营造出真实的水面动态波纹光影效果，从而令3D游戏画面质量得到史无前例的提高。

只有支持Pixel Shader的显卡才能看到如此画面

　　然而DirectX 8.0的普及之路并不顺畅，这与巨大的成本压力有着很大关系。nVIDIA的GeForce3 Ti系列迟迟未能在主流市场普及，而后续升级到DirectX 8.1的GeForce4 Ti4200以及Radeon 8500系列也在成本上差强人意。从2001年年初发布DirectX 8.0开始，这项技术直到2003年年末才得到普及，甚至至今仍有一定市场占有率的GeForce4 MX系列仍旧不支持DirectX 8.0！

GeForce4 MX是导致Pixel Shader无法普及的罪魁祸首

　　之所以出现这种情况是因为当时DirectX 8.0 API的普及度不够，游戏开发商自然不敢冒进。然而作为显卡性能测试软件，3Dmark 2001不存在这样的顾虑，于是这成为大家难得欣赏到Vertex Shader和Pixel Shader渲染效果的机会。不过最最值得肯定的是，3Dmark 2001在前瞻性与现实性之间寻找到一个很好的平衡点：3Dmark 2001不仅能够完好地展现DirectX 8.0 API，对于原先的DirectX 7.0 API也有很好的支持。即便是显卡无法支持任何Shader功能，也可以用3Dmark 2001进行测试，并且依旧很有评判价值。

3Dmark 2001的测试画面超过当时3D游戏水准

　　对于无法支持Pixel Shader功能的显卡，3Dmark 2001的多个测试单元将无法运行，也因此会导致得分降低。3Dmark 2001的这一做法显然是将显卡渲染功能也作为整体3D效果的评判标准之一，这既不是唯一的准入证，也不是无关痛痒的简单功能。

　　从技术发展趋势来看，3Dmark 2001的确做到了前瞻性，而且引领了3D技术的发展潮流，同时又是一款权威性和娱乐性具佳的测试软件。尽管3Dmark 2001依然存在测试成绩过于依赖于CPU的情况，但是这也正是3D游戏的真实反应，毕竟显卡不是万能的，CPU同样重要。

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三、FutureMark信誉危机：3Dmark03遭遇尴尬

　　3Dmark 2001的辉煌也无法免去衰老，随着DirectX 9.0的推出，这款经典测试软件也只能退居二线。众人翘首期盼的3Dmark03终于在2003年发布，这也为nVIDIA与ATi提供了为数不多的竞争舞台。然而，就像足球比赛中的裁判一样，性能测试软件也面临着前所未有的压力。针对3Dmark03，nVIDIA与ATi表现出截然不同的态度，驱动作弊已经成为大家关注的焦点。测试软件的权威性究竟何在？显卡芯片厂商应该如何着眼于现实应用？3D技术的发展又应走向何方？这些问题成为业界讨论的焦点。

　　1．事件起因：nVIDIA显卡兵败3Dmark03

　　从3Dmark99开始，由FutureMark推出的3Dmark系列一直是3D性能测试软件的权威。能够将枯燥的测试过程变得生动有趣，甚至将整个测试过程变成一种享受，FutureMark的成功确实是前无来者，这一举奠定其难以撼动的权威性。然而，当时最新的3Dmark03一经推出，其测试结果可谓一石激起千层浪。nVIDIA在官方场合对其公证性表示怀疑，并发表了措词严厉的声明；另一方面，“受益者”ATi表现得十分大度，多次肯定了3Dmark03的权威性，甚至认为3Dmark03的Benchmark对于其下产品的性能与品质都有很重要的诊断作用，指引着未来的发展方向。

3Dmark03测试画面

　　众所周知，新一代显卡竞争的焦点在于对各种DirectX API的硬件级支持，而在这方面，Pixel Shader与Vertex Shader无疑是重中之重。不过，在GPU的发展道路上，ATi与nVIDIA产生了一定的分歧，Pixel Shader与Vertex Shader的版本有一定的区别。其中更深层次的原因又牵涉到Microsoft的掌控，以及各种并非名正言顺的“DirectX 9.0++“。在这一敏感时期，3Dmark03对于Pixel Shader与Vertex Shader的选择自然会很大程度上左右最终的成绩。

　　2．nVIDIA的观点：3Dmark03有失公允

　　3Dmark03确实一改以往的做法，仅仅采用4个游戏测试来完成基准测试，然后对显卡的3D性能进行评分。从画面效果来看，3Dmark03的表现确实相当不错，所有的游戏场景测试完全通过实时渲染来完成，实实在在地达到了电影CG级别的效果。然而应当指出的是，第2、3个游戏场景全部采用了Pixel Shader 1.4，但实际上目前包括Tiger Woods、Unreal Tournament 2003等基于DirectX8的绝大部分新老游戏，仍然使用Pixel Shader 1.1/1.3，Pixel Shader 1.4几乎没有任何主流3D游戏采用，而3Dmark03过分倾向于利用率较低的Pixel Shader 1.4。从另一方面来看，3Dmark03采用的DirectX 9.0测试场景也没能完全展现出GPU对于DirectX 9.0的支持程度以及效果，过于单一甚至片面的测试令人难以信服。

3Dmark03的Shader取舍让GeForce FX5700中生代产品陷入尴尬

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3．进一步恶化：FutureMark与nVIDIA各执一词

　　对于nVIDIA的这一声明，FutureMark自然不会忍气吞声。通过各种场合，FutureMark重申了3Dmark03的测试公证性。FutureMark公司表示，做为一个测试软件开发者的任务正式编写出公正、公平的测试软件奉献给消费者以及所有PC用户，其在3Dmark03开发过程中也严格保证了这一点。对于消费者来说3DMakr03测试软件保持着操作简便的风格，而且测试结果也非常容易看懂和分析，因此3DMakr03测试工具将要很快成为大众化的新技术测试软件。

　　很明显，FutureMark自始至终没有强调“权威性”，而是将“易用性”与“新技术”放在一定的高度。然而从现实格局来看，3Dmark在业界以及用户心目中的权威性是无庸置疑的。在我们看来，作为一款用户期望值、信赖度极高的测试软件，3Dmark03应该切实地反应出显卡在运行主流3D游戏的效果。毫无疑问，用户购买显卡的最终目的是运行主流3D游戏，自然希望3Dmark03能够真实地展现其性能表现。然而3Dmark03显然是“另类”了一回，对于其采用的新技术，我们不想妄加评论，至少这也在一定程度上反应了显卡在今后游戏中可能展现出的性能。将显卡的发展潜力作为成绩指标是无可厚非的。然而令我们不解的是，为何极不常用的Shader 1.4会在3Dmark03中占据如此大的比重，这显然不符合常理，影响了用户对显卡真实性能的判断。

　　从另一方面来说，3Dmark03的测试方法也有待商榷。与以往任何版本的3Dmark相比，3Dmark03的测试方法都显得更为“单纯”，仅仅这几个游戏场景自然无法百分百地展现出显卡的真实性能。在“大众化”这条道路上，3Dmark03确实走得太远了，测试过程的视觉效果甚至凌驾于全面性之上。如果有可能的话，我们认为3Dmark03应该分成多个DirectX对应版本，并且不应该因为显卡不能支持新技术而使其成绩大幅度下降，毕竟这些“新技术”暂时还不具备实用价值。当然，这些仅仅是我们的一厢情愿罢了……

　　4．金钱惹得祸：十多万美元的参与费

　　FutureMark先后推出的多个补丁令nVIDIA十分尴尬。在矛盾化解之前，nVIDIA更是爆出惊人的内幕消息。据悉，因为nVIDIA没有参与FutureMark的beta计划（要参与该计划必须付出十多万美元的代价），所以没有机会参与Futuremark的Shader编写，从而直接导致测试成绩明显偏低，甚至处处受到FutureMark的刁难。与此同时，ATi的官方发言人也承认其催化剂驱动存在针对3Dmark03优化的现象，并且承诺在下一版的CATALYST催化剂的驱动中将完全取消这方面的优化指令，而仅以FutureMark的标准方式进行测试。显然，FutureMark在态度偏向于ATi，难道这只是因为nVIDIA没有参与beta计划，而ATi是该计划的主要成员。至此，我们又引出了公证性问题，而不仅仅是测试项目是否合理的表层现象。

　　以我们的观点来看，硬件开发厂商与测软软件厂商的合作是令人难以接受的，这就好比是球员与裁判之间的关系。任何硬件开发厂商与测软软件厂商之间的暧昧关系都会令竞争对手惶恐不安，继而导致一系列不可收拾的局面。从3Dmark99到3Dmark03，一代又一代的3Dmark在扶持厂商的同时也害苦了其竞争者。以3dfx为例，因为先后缺乏32Bit渲染与硬件T&L而在Benchmark中远远落后于nVIDIA。而事实上，这些技术特性的应用价值并不大。对于用户而言，当时的Voodoo3与TNT2、Voodoo5与Geforce2 GTS之间的差距并没有测试软件所表现出得那样明显。显然，错误的评估方法误导了我们

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四、平稳过渡：3Dmark05中规中矩

　　经历了3Dmark 2000的稳定过渡以及3Dmark 2001的辉煌之后，FutureMark在孕育多时的3Dmark03中铩羽而归。由于Shader方面的区别，FutureMark被nVIDIA与ATi两家牢牢纠缠，甚至被认为失去了测试软件最基本的公证性。更为令FutureMark忐忑不安的是，AquaMark3异军崛起，成为又一款十分出色的DirectX9测试软件。面对这些窘境，FutureMark痛定思痛，终于在2004年年底推出3Dmark05，这也被称之为真正的DirectX 9测试软件。

　　1．发烧级测试软件：解剖3Dmark05

　　尽管FutureMark究竟奉行免费测试的传统，但是3Dmark05的门槛可不低。按照官方说明，其最低测试环境要求为：CPU达到2GHz以上主频、内存不少于512MB，显存至少128MB，而显卡必须在硬件上支持DirectX 9.0特效，操作系统也全面转向Windows 2000/XP。毫无疑问，很多测试用户都会因为如此高的硬件要求而失去与3Dmark05亲密接触的机会。

　　之所以FutureMark提出这样的高要求也并非没有道理，因为Windows 9X/Me的确应该被淘汰，而NT内核操作系统所对应的512MB内存也确实很有必要。不过3Dmark05的这一做法也有值得商榷之处。譬如强行规定128MB显存，这无疑会令很多64MB显存的GeForce FX5600以及Radeon 9550失去测试机会，但是这两款显卡可是真正支持DirectX 9.0的中端产品。相反，128MB显存的Geforce FX5200却能参加测试，这令人有些啼笑皆非。此外，I915G/945G以及nVIDIA C51集成显卡的3D部分也完全支持DirectX 9.0，512MB内存用户会因为共享显存问题而无法参与测试，直接令FutureMark失去大量的用户。

　　3Dmark05软件的界面和3Dmark03版本基本没有分别，可以说是对3Dmark03的一个强化和细化。主窗口介绍了目前测试项目的选择状态，分为Tests：测试项目列举、Setting：当前测试项目环境设置；System：系统环境参数；Results：测试结果浏览。底下的高级选项条从左到右的功能分别为“Run 3Dmark”：运行3Dmark进行测试、“Image Quality”：对测试场景进行截图以进行画质对比、“Filtering & AA”：考察图形系统在材质过滤以及全屏抗齿下的画质以及算法表现、“Graphs”：将单一场景测试的Pixel Shader输出到EXCEL中制成曲线图、“Demo”：观看测试场景的全部动画，并非常规测试部分。

3Dmark05的主界面

　　2．保证公平：深入3Dmark05测试内幕

　　原本3Dmark03在技术上并不落后，但是问题的关键在于FutureMark的Shader部分选择难以同时满足两大厂商的需求。对于游戏开发商而言，愿意为哪一家优化都是无可厚非的，而作为测试软件，站在公平性的角度来说就不能那样随心所欲了。在3Dmark05中，FutureMark放弃了自己编写的Shader，而是全面改用微软提供的HLSL进行渲染引擎的编写，以让引擎自动适应测试显卡的硬件架构。在软件上，3Dmark05的渲染引擎会自动检测显卡并作出如下的渲染方式：PS 2_0、PS 2_a、PS 2_b、PS 3_0 ；PS 2_0、PS 2_a、PS 3_0。毫无疑问，nVIDIA的Geforce FX6000系列所提倡的Shader Model 3.0已经在此得到支持，不过FutureMark在计算得分时并未区别对待，因此ATi显卡也不会在测试中吃亏。

　　游戏测试一贯是3Dmark的重头戏，而游戏测试的快慢也直接决定了最后的得分。3Dmark05一共使用三个游戏进行测试，Game1测试的舞台是一个未来太空基地，主体动态光影采用了高达2048x2048的纹理，因此对于显卡的像素填充率以及显存带宽有着很高的要求。

第一个游戏测试场景Return To Proxycon

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第二个测试画面是巨大的森林，运用了大量的高细节几何模型和顶点光源，要求显卡拥有较高的计算速度以及Vertex Shader性能。

第二个游戏测试场景Firefly Forest

　　最后一个测试场景为海船以及虚幻的峡谷，实现峡谷岩石的最终效果全面使用了Pixle Shader并混合了动态光影。真实的水面构成非常复杂，不仅仅是材质贴图，所有水面光线的折射和反射结果都是进行了六次计算后获得的，而水面阴影的计算复杂程度亦如是。在这一测试单元中，显卡必须以强大的Shader运行速度来获得高分。

第三个游戏测试场景Canyon Flight

　　除此以外，3Dmark05还保留了CPU测试单元，此时也是运行上述的游戏画面，只不过顶点渲染工作从显卡交给了CPU。事实上，FutureMark也力图让整个测试过程中的显卡和CPU分离，因为上一代的3Dmark 2001被很多笑称为CPU测试软件。但是对于3D运行而言，CPU与显卡本身就是不可分离的，因此3Dmark05在整体测试中尽可能减小CPU的影响因素，并且独立设置CPU测试单元。为了满足一些专业用户的需要，3Dmark05注册版还预设了理填充测试、像素渲染测试、顶点渲染测试、画质测试等，用户可以对显卡更为深刻地进行全面判断。

　　3．FutureMark度过信誉危机

　　就像足球比赛中的裁判一样，性能测试软件也面临着前所未有的压力。针对3Dmark03，nVIDIA与ATi表现出截然不同的态度，作弊与优化已经成为大家关注的焦点。权威性是一个测试软件的生存根本，FutureMark此次低调推出3Dmark05的根本意图也在于强调公平性。从技术角度而言，我们认为3Dmark05也确实有所改进。预设的三个游戏测试画面相当有代表性，它并非为了DirectX 9.0时代而忽略了最根本的显卡速度，渲染管线数量更多以及频率更高的显卡能够获得明显更高的成绩。另一方面，3Dmark05也着重强调Shader部分的重要性，这样才能体现出DirectX 9.0的测试精髓，也是未来3D游戏的发展方向。

　　面对远比以前更为纷繁复杂的图形卡芯片，单纯的依靠某款测试软件、某几个游戏，都不可能完全体现加速卡的真实性能。但是相对而言，目前3Dmark05的技术和领先性是勿庸置疑的，其测试报告中的结论还是能够给我们的选购提供很大的参考价值。不过需要提醒大家的是，选购显卡一定要结合自己的实际应用，我们也更加期待更为完善的测试软件的出现，并希望3Dmark05能改变一些苛刻的测试环境要求。

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五、3Dmark06再起波澜：3D之路走向何方

　　在2005年之前，FutureMark一直坚持每两年推出新版3Dmark的惯例。然而2006年却是一个例外。从技术角度来看，由于nVIDIA SLI、Shader Model 3.0以及HDR技术应运而生，而且nVIDIA和ATi的高端产品已经实现3Dmark05破万，因此新款测试软件的推出显得很有必要。

　　nVIDIA占得先机：FutureMark力排众议

　　3Dmark06主要使用最新一代游戏技术衡量DirectX 9级别的3D硬件。此前的3Dmark都是随着新版DirectX和新一代硬件的发布而推出，在一定程度上限制了3Dmark对最新硬件性能的充分挖掘。现在，DirectX 9已经发布3年，该级别的硬件已经遍布高中低各个领域，因此3Dmark06可以完全利用DirectX 9的特性。事实上，3Dmark06所有测试都需要支持SM3.0的DirectX 9硬件，不过只支持SM2.x的硬件也可以运行大部分测试。

运用Shader Model 3.0以及HDR的测试画面

　　然而问题的关键在于，此次FutureMark对刚刚推出不久的Shader Model 3.0以及HDR技术鼎立支持，但是对于ATi一直推行的3Dc等新技术却置之不理，这将直接导致ATi在测试成绩方面陷入被动局面。不过从另一个理性的角度来看，这与三年前3Dmark03随意选择Shader版本又有所不同：如今FutureMark的选择遵循了主流3D游戏的趋势。以Shader Model 3.0以及HDR技术为例，很多最新发布的游戏都已经看到它们的身影，ATi也不得不在R5XX系列产品线中鼎立支持，只不过是让nVIDIA在GeForce 6系列中占得先机，而同级别的X700和X800系列显然吃亏不少。

　　走出技术泥沼：3Dmark06引发质疑之声

　　如今3D游戏追求的已经不仅仅是令人疯狂的流畅速度，电影般的绚丽画质以及光彩夺目的3D特效都是不可缺少的。3Dmark06的测试画面的确令人惊艳，几乎没有一款现实中的游戏能够达到如此完美的效果。更加令人瞠目结舌的是，诸如GeForce FX5900、Radeon 9800等上一代顶级显卡都在3Dmark06面前惨不忍睹。我们不禁要问：究竟是GPU发展已经彻底落后，还是3Dmark06太过于超前？

　　八年前的古墓丽影与Quake能够让我们热血沸腾，而如今的3D游戏好像失去了耀眼的光环，笔者11年来的游戏生涯中，感受至深的仍然是当年的极品飞车I/II代/III代、古墓丽影、Quake等游戏，每一代游戏的更新所带来的震撼是无法用语言来形容的，但是这种感觉笔者却很难从如今的游戏中再找到了。问题究竟出在哪里？难道是技术的倒退吗？显然不是！在这八年间，GPU技术的进步是有目共睹的，我们无法抹煞，但是从实用性的角度来看，这些所谓的新技术确实距离实际应用还有很长的一段距离。

　　为了技术而技术，这是IT业界很普遍的现象。著名的CPU制造商AMD已经多次呼吁停止这种行为，然而GPU业界却像一部笨拙的巨型坦克驶向沼泽，无法止步。从最初的TNT到如今的G71，GPU的频率不断提升，像素渲染管线数量飞速倍增，显存频率与容量的改变也相当惊人。然而这些并没有给3D游戏带来实质性的改变，只不过Quake III变成了Quake 4，极品飞车III变成了极品飞车9。抛开游戏情节（实际上游戏情节的发展也是令人失望），只从游戏性能的实际意义上去看的话，近五年来的GPU发展实在没有什么理由值得业界去骄傲，我们不否定GPU技术上的进步，但至少“飞跃”一词我们已经不敢脱口而出……　

　　面对令人厌倦的意义越来越低的3Dmark测试分数，面对厂商为提高测试结果而无休止的互相追逐，面对越来越不激动人心的新游戏的发布，我们不禁要问：游戏3D之路究竟将走向何方？

xp_alexue

量变终究会引发质变。科技进步，是件好事~`````争吧~`````