多媒體DDR時代的新寵兒 - nFORCE（多圖）

nVIDIA nFORCE主板芯片組

nVIDIA，一個熟悉的名字，人們熟悉它，多是因為它在顯卡市場叱吒風雲、力拔山河的表現，從當初收購3dfx，到現在和Microsoft合作生產XBOX游戲機，無一不顯示出它在顯卡研發方面雄厚的技術實力。但這次它的舉動卻讓人摸不著頭腦，一個顯卡廠商怎麼會推出主板芯片組來了？

其實這是事出有因的，須知在XBOX中，除了顯卡部分，其主板芯片組和音頻芯片也都是由nVIDIA一手包辦的，XBOX本身就是一臺專業（用於游戲）的個人電腦，也就是說，在設計XBOX之餘，nVIDIA已經掌握了PC平臺關鍵的技術——主板芯片組的設計。如果這個能力光用在XBOX的設計上，那就真的有些浪費了。nVIDIA把目光描向了龐大的OEM市場，如果它能提供一款整合有高速圖形芯片和多功能音頻芯片的高性能主板芯片組，那麼無疑就能在這市場上佔有一席之地，於是，nFORCE就這樣產生了。

　　nFORCE的兩個組成部分，IGP和MCP

　　有別於傳統的南北橋設計，雖然nFORCE也是把芯片組分成兩個部分，然而它們卻和以往的南北橋有著很大程度上的不同，現在它們都被稱之為了『處理器』。

IGP（Integrated Graphics Processor，整合的圖形處理器）

位置與傳統芯片組中北橋芯片相似的是被稱之為IGP的芯片，所謂的IGP，其實就是內建了圖形電路的芯片，那它和其它同樣整合了圖形電路的北橋芯片又有什麼不同呢？它為什麼被稱之為『處理器』？現在就讓我們來看看IGP的構造。

從左面nFORCE的構造圖中我們可以看到，所謂的IGP芯片，其實在功能上被分為4個部分，它們分別是主管內存存/取的TwinBank Memory Architecture、負責與CPU通信的DASP、內建的圖形單元GeForce 2 GPU和負責與MCP通信的HyperTransport部分。現在就讓我們來看看，這四個部分組成的芯片為什麼就被叫做『處理器』。

　　TwinBank Memory Architesture

我們看到圖中，與內存子系統相連的，就是被命名為TwinBank Memory Architecture的內存控制器，它是nFORCE IGP芯片的心髒，為了獲得最大的系統內存帶寬，TMA在IGP中擔任著極為重要的角色。

　　左圖就是TMA內存控制器的原理圖，所謂的TMA，其實就是一個類似於GeForce 3中Crossbar（交錯式）的內存存取架構，通過把系統內存分為兩個部分，各自都為64位，TMA能一次存/取128位的數據，並且，由於負責內存存/取操作的是兩個獨立的控制器，MC0和MC1，因此TMA相對於傳統單通道DDR SDRAM內存控制系統一個更為優越的地方在於，除了系統內存帶寬提昇了一倍，即2.1GB/sec×2=4.2GB/sec以後，還使系統內存存/取延遲大幅度降低，本來DDR SDRAM就比RDRAM的延遲要低，現在再加上與i850雙通道RDRAM技術相匹敵的雙通道DDR SDRAM系統，並且再度降低內存操作延遲時間，現在我們可以自豪的說，DDR SDRAM陣營有一個真正能超越RDRAM系統的內存體系了。

　　此外，TMA系統還擁有如下特性：

　　支持64及128位內存工作模式。

在64位模式的時候， DIMM可以由MC0或者MC1來存取。

在128位模式下，MC0(對應DIMM0)以及MC1對應(DIMM1/DIMM2）都將被使用。

兩個內存控制器的功能是一樣的，所有控制、時序參數的控制是可以獨立調整的。

支持3.3V標准SDRAM以及2.5V DDR SDRAM。

支持133/100MHz DDR（266/200MHz）SDRAM或者133/100MHz SDRAM。

支持1至3條unbuffered式、非-ECC的內存條。

支持64、128、256、512Mb×8、×16的內存搭配方式。

支持64MB到1.5GB的系統內存容量

支持在不對等內存容量（例如：128MB + 256MB = 384MB）依然能夠獲得128位 TMA架構的優勢。

　　其實nVIDIA之所以要構建這個擁有4.2GB/sec帶寬的超級內存控制器其實是為了它整合在芯片組內部的GeForce2 GPU保持一定的性能而設計的，當然，我們可以想象，雖然系統帶寬提昇了，但由於整合在內部的GeForce2 GPU與系統使用相同的內存資源，因此，當你使用自帶的圖形功能時候，系統所能提供的內存帶寬誓必有大部分被其佔用，因此如果你想得到極致的DDR SDRAM系統帶寬，你可能得選擇以外接顯卡的方式來獲得。

　　DASP

除了讓人拍案叫絕的TMA內存控制系統，在IGP內部還為性能優化整合了一個名為DASP的部分。

從左圖我們可見，CPU與系統內存控制器有兩個數據通道，一個是直接與MC連接，而另外一個則是經過DASP與其相連，在nVIDIA技術文擋中，DASP被稱為"動態思路調整前置處理器"，當然，我們拋開這個花俏的名字，看到，其實這個所謂的處理器只是一個帶有動態執行預測功能的L3 Cache。根據目前的資料所顯示，nVIDIA或許在IGP中固化了64K的L3 Cache，通過一個執行判定電路，把CPU即將需要的數據預先從系統主內存中讀取到DASP的緩存中，這時候CPU如果要獲得下一步操作的數據，直接從DASP中取就可以了，無論IGP使用了什麼樣的內存讀取架構，外接的內存子系統無論如何也不可能有讀取整合在IGP內部Cache中數據那麼高效，根據nVIDIA的資料，DASP在某些情況下可以使CPU減少40%到60%的內存等待周期。

（上圖是DASP功能打開/關閉的性能對比，我們可以看到，當DASP功能打開以後，系統在真實應用下的性能的確獲得了大幅度的提高）

IGP由於擁有了TMA和DASP功能，它現在完全有能力說自己是有始有終最厲害的DDR SDRAM芯片組，其實這話nVIDIA已經明地裡暗地裡都說了。

至於整合在IGP內部的Geofrce2 GPU部分，很遺憾，nVIDIA有鑒於系統內存帶寬的關系，沒有整合GeForce2 GTS級的GPU，而是采用了對顯存帶寬需求更低的GeForce2 MX級的GPU，估計也是為了不把系統性能拖得太低的緣故吧。但即便是如此，整合了GeForce2 MX電路的nFORCE主板也比i815好上許多許多。

　　根據目前的資料顯示，nFORCE主板的圖形3D性能大概和目前普通版的GeForce2 MX400級別的顯卡差不多，對大概想要這樣性能就足夠的用戶來說，你們可以剩下一筆不少的購置費了。

　　HyperTransport Link

　　最後來看看整合在IGP內部，而且在MCP內部也有的HyperTransport部分，它其實就是一個總線控制器，用來負責IGP和MCP間數據的傳輸。眾所周知，隨著現在外置PCI設備對系統總線帶寬需求越來越大，那些ATA 100控制器，高速的網卡等都是非常佔有帶寬資源的，舊有的體系往往成為了性能上的瓶頸，也因此Intel推出了加速中心架構的概念，VIA也有了V-Link的體系，那麼nVIDIA呢？沒關系，只要和AMD拉好關系就有了。這個所謂的HyperTransport總線技術，其實就是前段時間由AMD推出的LDT（閃電式數據總線技術）。通過一個同步的，8位的高速數據總線，現在nFORCE在不增加更多引腳的同時，獲得了IGP與MCP間800MB/sec的奇大數據帶寬！

（從上圖可見現在的外置設備為了不降低它們的性能，系統起碼要提供513MB/sec的總線帶寬）

而現在HyperTransport提供了足足800MB/sec，相信能夠滿足兩三年內任何的外設需要了。

　　好，現在讓我們來看看nFORCE中另外一個重要的組成部分，MCP（多媒體和通訊處理器）

　　nFORCE的另一半 - MCP

　　大家再費點時間看看前面nFORCE架構的構成原理圖，我們能夠發現，所謂的MCP其實也是由幾個功能單元所組成的，它們分別是負責與IGP通信的HyperTransport部分，負責通信設備的Complete Comm Suit和負責系統同步信號優化的Stream Thru部分，最後的就是負責系統音效果部分的APU邏輯單元。

　　HyperTransport我們這裡就不多說了。現在讓我們來看看負責通信和信號同步優化的單元。

　　Stream Thru

　　為了認識Stream Thru技術和傳統的技術有什麼不同，讓我們先來看看舊有的體系

好，上圖就是舊有的信號通路展示圖，從圖中我們可以看到，所有的外置設備，包括內置的網卡控制器，都必須經過整合在南橋芯片上的仲裁器，再通過一條非同步的數據總線，然後再通過北橋上的仲裁器，纔能與系統內存，顯示卡或CPU進行溝通。這樣繁雜和非同步的通信架構勢必在一定程度上影響了這些外置設備的性能發揮。

現在讓我們來看看nFORCE的Stream Thru技術是怎麼解決這個問題的。

OK，從圖中我們可以看到，在位置相對於傳統南橋的MCP中，取消了獨立的仲裁器，而是把所有的外置設備包括自帶的網卡控制器都同過一條高速的同步總線（HyperTransport Link）直接與IGP中的智能型仲裁器相連，並且，這個仲裁器還能根據數據流是否需要同步而分別合適的內存存取時間，根據nVIDIA的原話來說，就是

『IGP中HyperTransport控制器可以把同步以及非同步的數據申請遞交到一個單步式智能仲裁器，這個單步式智能仲裁器可以確保為數據讀取以及寫入路徑分配到內存等待時間和帶寬，從而提昇流式多媒體、數據包傳輸以及數據下載的效率。』

我們也不要理那麼多技術上的東西，實際上，我也看不明白nVIDIA這句話是什麼意思，然而可以知道的是，通過加快總線的帶寬和只使用單步的仲裁器系統就能有效提昇外部設備與CPU、內存、顯卡的通信效率，根據nVIDIA的數據，一個最典型的優化例子，內部的10/100M網卡控制器就能在這種體系下獲得15%左右的性能提昇。

　　（左圖是在Windows2000下，使用netiQ Chariot測試軟件獲得的官方測試數據，可見使用了Stream Thru技術後，系統的網絡吞吐量的確獲得了不小程度上的提昇）

就我來說，我不把Stream Thru看成是一種提昇系統性能的技術，而把它看做是一種更為有效的內部通信體系，事實上也的確如此，在Computex上，nVIDIA也學Intel那樣，把Stream Thru技術改名為"Net Boost體系"。

　　現在讓我們來看看nVIDIA在nFORCE中另一個最引以為豪，也是MCP中最重要的組成部分-APU（Audio Processor Unit）。

　　nVIDIA自己的音頻處理器 - APU

過往的一些所謂的整合型芯片組，到了最後，其音頻處理部分其實還是通過整合在主板上的音頻芯片提供的，這些芯片大多是由創新未來公司所提供的。而nFORCE的出現重新定義了什麼稱得上是一款整合型芯片組，因為它在nFORCE的MCP芯片上，整合了一款完全由自己研發的音頻處理芯片（電路），並把它命名為nVIDIA APU。

　　從上圖我們可以看到，這個所謂的nVIDIA 音頻處理器，按功能上由4個部分組成。

Setup Engine - 負責提供並設置其它三個處理單元所需要的數據和參數，所有的內存管理，定址和DMA控制也都是由它來負責的

Voice Processor - 這個單元提供許多定義好的DSP數位處理功能來把音效混合緩存中的音頻數據進行特效處理

Global Processor - 這個單元是一個可編程的DSP處理器，它負責為數據加入各式各樣的音響效果，並最終產生實際的音頻信號輸出到系統OS

Dolby Interactive Content Encoder - 這個單元都是由一些可編程的DSP所組成，用來完成Dolby Digital（AC-3）的數據編碼並通過SPDIF端口輸出到帶有Dolby Digital解碼的功放中去。

此外，nVIDIA APU還是首枚完全支持DirectX8.0 音效API的音頻處理器

DirectX 8.0提供了一系列新的音頻函數來讓音頻硬件執行原來需要CPU介入纔能完成的音效操作。

可下載的音頻版本2（DLS2）：

當用立體音頻作為音源信號時，APU能夠進行硬件級的信號壓取和過濾

更有效率的使用DirectSound緩衝區 ：

同過新定制的DirectSound緩衝區功能，從而以音頻硬件的方式營造出更多

復雜的音響效果，例如是擁有實時交互效果的高質量音樂或音響效果。

　　第二代交互式3D音頻定位效果 ：

支持回響、阻塞和閉塞等聲響特效

逐音頻流混合——通過混合兩個或多個音頻流來得到豐富和復雜的音響效果

同時，nforce APU還是一個高速音頻處理器，通過對DirectX8 API的支持，APU能夠

把如下效果都通過音頻處理器來執行，從而大大加快音頻流的處理速度：

HRTF音頻定位算法

模擬原野的音響效果

宏效果

7波段的圖形均衡器

上圖是nFORCE APU和目前市售99-149美金的聲卡所做的比較，可以發現nVIDIA APU在眾多的方面都領先於這些比它昂貴數倍的聲卡。

　　結 語

　　得益於GeForce2 GPU和nVIDIA APU，現在nFORCE真的算是一款整合型芯片組，也因為如此，你甚至只要在這些主板上插上個CPU，就能開始使用了。這樣做也帶來了一個明顯的好處，在OEM市場上，擁有眾多功能，並且性能上也耗不遜色的PC系統將能已更低的價格出現在市面上，這對於用戶來說當然是一件好事，對於nVIDIA來說，此舉必定能使nVIDIA一瞬間切入龐大的主板芯片組OEM領域，為nVIDIA開拓另一片廣闊的商機。

另外，我們要注意的是，目前的nFORCE只是對應Athlon CPU的，由於其它廠商在主板芯片組領域都有插足，例如是Intel和VIA。因此在短時間內推出基於他們總線技術的芯片組或遇到許多的障礙，最明顯的一個就是得不到總線協議的使用授權。而AMD則不在這個范圍之列，雖然它自己也生產主板芯片組，但它生產這些芯片組的唯一目的是為了配合他們的CPU產業，現在能夠在主板芯片組設計上的到nVIDIA的大力支持，可是一件求之不得的好事，也就不難怪AMD自己也沒使用的好東西——LDT總線技術已經出現的nVIDIA的芯片組當中了。AMD+nVIDIA的超級聯盟，Intel、VIA、SiS、ALi將會如何面對呢？相信這會是一個非常非常撬手的問題，能不能在短期內拿出與nFORCE一比高低的芯片組成為了這場大戰入選的唯一門票。

根據目前的資料顯示，我們唯一感到不很放心的就是nVIDIA MCP對外部設備的兼容程度，但隨著許多一線主板大廠華碩、技嘉、昇技、微星等公司的介入，相信這個問題將能迅速的得到解決，屆時我們唯一所希望的，就是能盡快看到這款芯片組的主板面世，憑借著它，我們能夠用Athlon組裝一臺真正能超越Intel平臺的PC系統了。（邱峰）