不得不看！Geforce4技術深入分析(6)

　　Lightspeed Memory Architecture II（第二代光速顯存架構）

隨著3D應用程序及多媒體程序的發展，顯卡所要應付的圖形數量及復雜度越來越高，這對於顯卡的顯存帶寬提出了前所未有的高要求。但GPU的顯存帶寬也是當今顯卡公認的瓶頸，這個問題對於擁有強勁GPU的NVDIA來說更是突出。為了解決這一突出問題，NVIDIA在GeForce4家族中應用了第二代光速顯存技術（LMA II），進一步舒緩顯存帶寬的瓶頸問題。

LMA II使用多種全新的技術提高顯存效率，這些技術包括：

Crossbar Memory Controller（交叉顯存控制器）:

保證顯存系統各方面的協調工作，及時滿足GPU的請求。理論上說，NVIDIA的第二代光速顯存架構所提供的顯存帶寬可以達到一般顯存架構的2－4倍。

眾所周知，GeForce4使用128-bit DDR顯存界面，這就意味著一個顯存周期可以存取256－bit的數據。但每個象素通常包含Z和模數據，也就是說並不能一次讀取完這兩組數據，而要分開兩次讀取。就目前流行的游戲而言，三角形的大小都很小，通常只有幾個象素。以一個由Z和模數據各32bit的三角形為例，它的信息量就是32bits× 2＝64bits。如果顯存控制器以256-bit的模式存取數據的話，那就意味著存取過程中有75％的顯存帶寬被浪費了。

GeForce4 GPU采用了交叉顯存控制器，GeForce4 Ti通過4個獨立的顯存控制器優化了數據存取，使顯存帶寬利用率提高了4倍。其結構框圖如下：

至於經濟版的GeForce4 MX GPU的交叉顯存控制界面則簡化為兩個獨立的顯存控制器，顯存效率也有兩倍的提高。

Quad Cache(四倍高速緩存):

LMA II架構具備Cache子系統，稱為四倍高速緩存（Quad Cache）。其工作原理和CPU的Cache是相同的，可以加快RAM的存取速度。

Quad Cahce具有4個獨立的為其功能作了優化的緩衝器，分別負責原始紋理，頂點數據，材質和象素信息的存取。由於各種信息相互獨立，所以在存取過程中免除了一些不必要的工作，因而可以保證各種信息高速進入圖形管線。

下面我們以一個例子來說明其工作原理：

對於分辨率為1280×1024，16-byte讀寫周期，采用三線性過濾，每象素兩個材質的的計算，其信息量為：

1280象素/行×1024行/幀×（16bytes/象素＋32bytes/象素）×2.5×2＝315 MB/幀

而四倍高速緩存技術可以使每象素的信息量從32bytes降低到8bytes，結果變為157MB/幀，可以把節省下來的顯存帶寬利用到更復雜的運算上。

Lossless Z-Buffer Compression（無損Z軸壓縮）：

傳統GPU對它們處理的每一個象素都要進行Z－數據的讀寫，這使得Z－Buffer成為圖形系統中顯存帶寬的最大消費者。采用了4：1的無損Z壓縮，不但使顯存帶寬得到很大節約，而且畫面質量並不會下降。這一切都歸功於LMA II的Z壓縮/解壓引擎進行實時處理。

Visibility Subsystem - Z-Occlusion Culling（可視性判別系統：Z軸封閉甄選）：

有別於傳統圖形架構對所有象素進行著色的處理方法，Z挑選技術對象素在屏幕中是否可見進行判別。象素要在屏幕中顯示，就必須對其色彩和Z（深度）兩組數據進行處理。這樣對於每一個可視象素而言，GPU都必須訪問幀緩存2次，由於該技術省卻了對不可視象素的渲染，所以將本來就緊張的顯存帶寬更有效地利用到對可視象素的渲染上，大大提高了顯存利用率。由於當今圖形技術一般采用一個深度數據，所以這種技術可以節省50％以上的顯存帶寬。下一代圖形技術將會采用4個或以上的深度數據，所以顯存效率更會提高4倍以上。

顯示卡在渲染一幅3D立體場景前，判斷哪些物體被別的物體遮擋住，哪些像素和紋理是不需要渲染和填充的，從而在總體渲染時不對隱面進行操作，不僅節省了渲染管道和紋理填充的資源，並且有效的減少了隱面對顯存帶寬的佔用，進一步提高顯存帶寬的使用率。NV25在調整甄選更多得象素時佔用的內存帶寬更小，這個過程將佔用核心中的外部緩衝，而不會在內存通道中進行上述操作。

Z挑選和閉塞質詢兩種技術有效地提高了GPU的工作效率和帶寬利用率，使實際應用中的顯存利用率提高50－100％ 。