Технология Quantum3D "Heavy Metal"

Обзор подготовлен сайтом НАП

Прежде чем начать описание технологии Heavy Metal фирмы Quantum3D, хочу сказать, что данная технология относится к классу HI-END и будет интересна только с познавательной точки зрения.

Комплекс Heavy Metal объединяет графическую систему Quantum 3D с самыми современными компонентами PC для обеспечения невиданной доселе производительности, доступной по относительно низкой цене для промышленного и военного использования. Системы Heavy Metal будут применяться для обучения, тренировки в воздушных, наземных и морских симуляторах будущего.

Ключевые возможности:

• Full-Scene, Sub Pixel hardware Anti-Aliasing;
• Точная многоканальная синхронизация;
• Совместимость с большинством существующих API, стандартов и операционных систем;
• Масштабируемая архитектура, позволяющая варьировать конфигурацию; системы в зависимости от потребностей;
• Возможность для дальнейшего апгрейда;
• Прочный корпус

Вам о чём-нибудь говорит весь набор этих возможностей? Нет? Тогда рассмотрим всё подробнее.

Итак, Heavy Metal - это не просто графическая станция, это нечто большее. Heavy Metal представляет собой высокопроизводительную графическую станцию для обеспечения всех потребностей, которые может предъявлять самое передовое программное обеспечение. Проще говоря, Heavy Metal объединяет в одном корпусе графическую систему, содержащую некоторое количество чипов VSA-100 (читайте описание), или других, в зависимости от модели, производительный процессор (которых может быть от одного до двух), несколько жёстких дисков, аудио систему, и другое. Более подробно о компонентах Heavy Metal см. ниже.

Как мы уже знаем, технология Voodoo Scalable Architecture позволяет объединять до 32 чипов VSA-100 в параллельную работу для обеспечения наибольшей производительности и самых современных эффектов T-Buffer. Обычному пользователю компьютера для игр хватит и Voodoo5 5500 (на двух VSA-100). Тем же, кто хочет использовать все преимущества технологии T-Buffer, да ещё и в высоких разрешениях, подойдёт Voodoo5 6000 (на четырёх чипах VSA-100). Это уже зависит от потребностей пользователя, задач, которые он собирается решать с помощью графической системы, и размеров его кошелька.

Но есть и такие пользователи, которых можно отнести к отдельному классу. Их не волнует цена изделия, они используют самое современное программное и аппаратное обеспечение. Эти пользователи - военные базы по подготовке специалистов, NASA, некоторые графические студии. Для подготовки специалистов, например, по управлению вертолётами и наведению ракет, необходимо с максимальной реалистичностью воссоздавать сцены военных действий в реальном времени. Здесь используются самые современные симуляторы, которых не поворачивается язык назвать игровыми. Разумеется, в таких симуляторах никто не считает количество полигонов, отводимых на модель и количество текстур, использующихся в сцене. Здесь самое главное - качество, реалистичность и скорость. Именно на такие задачи рассчитаны станции Heavy Metal.

Heavy Metal выпускается в двух версиях - Heavy Metal BX и Heavy Metal GX+. Каждая система обладает ориентированными на промышленное использование способностями, что делает их идеальным вариантом для покупки. Версия BX является наиболее дешёвой, GX+ - более мощной.

Рассмотрим преимущества использования нескольких Voodoo чипов. Диаграмма иллюстрирует максимальный Fillrate (мегатекселей в секунду) при использовании трилинейной фильтрации и 4x4 Full Scene Sub-pixel Anti-Aliasing на различном количестве VSA-100 процессоров. Для сравнения приведена производительность восьми чипов Voodoo2.

Как видно, при использовании 32 процессоров VSA-100 достигается Fillrate свыше 1 GTexels/sec. На вопрос, нужно ли такое значения Fillrate я отвечу однозначно - значит кому-то нужно, раз сделали.

Но, вернёмся к нашим баранам. В зависимости от того, для каких задач будет использоваться Heavy Metal, эта станция может быть оборудована различными графическими системами от фирмы Quantum3D.

Высокопроизводительные решения	HI-END решения
Quantum 3D Obsidian Архитектура Quantum3D - два Voodoo2 в SLI режиме на одной плате. поддержка SyncLock и SwapLock для обеспечения точной синхронизации Fillrate 180 Mpixels/sec. с использованием трилинейной фильтрации и Mip-Mapping.	Quantum 3D Mercury 8 наборов чипов Voodoo2 96 Мегабайт EDODRAM поддержка SyncLock и SwapLock для обеспечения точной синхронизации Fillrate 180 Mpixels/sec. с использованием трилинейной фильтрации и Mip-Mapping.
Quantum 3D Ventana 2D/3D графический акселератор, основанный на чипе 3dfx Voodoo 3 16 Mb SGRAM частоты 166 и 183 MH	Quantum 3D AAlchemy От 1 до 32 чипов VSA-100 Fillrate от 140 Mpixels/sec. до более чем 1 Gpixels/sec Поддержка текстур размером до 2048х2048 Поддержка 32 битного цвета поддержка SyncLock и SwapLock для обеспечения точной синхронизации
OEM 3dfx Voodoo3 и nVidia 2D/3D графический акселератор PCI и AGP поддержка

Таким образом, графическую станцию Heavy Metal можно зарядить любой графической начинкой - начиная от Riva TNT и Voodoo2 и кончая системами Mercury и AAlchemy.

Quantum3D Obsidian 200SBi-8440

Архитектура Quantum3D - два Voodoo2 в SLI режиме на одной плате.

Поддержка SyncLock и SwapLock для обеспечения точной синхронизации

Fillrate 180 Mpixels/sec. с использованием трилинейной фильтрации и Mip-Mapping.

Эта видеокарта использует PCI интерфейс и содержит на борту 24 мегабайта памяти EDODRAM.

Эти платы используются как в станциях Heavy Metal BX, так и в станциях Heavy Metal GX+. Quantum3D додумалась объединить четыре этих платы вместе.

Quantum3D Mercury

Mercury - это четыре видеокарты Obsidian 200SBi, соединённые вместе через плату AAlchemy (не путать с графическими системами AAlchemy3 и AAlchemy4). Она видна сверху - с зелёным радиатором. На каждый чип Voodoo2 поставлен радиатор для лучшего охлаждения. В итоге мы получаем:

• 8 наборов чипов Voodoo2;
• 96 Мегабайт EDODRAM;
• Поддержка SyncLock и SwapLock для обеспечения точной синхронизации;
• Fillrate 180 Mpixels/sec. с использованием трилинейной фильтрации и Mip-Mapping;
• Поддержка Full Scene Anti-Aliasing 2х2;
• 135MHz RAMDAC с аналоговым выходом;
• Разрешения от 640х480 до 1024х768

В отличие от Obsidian 200SBi, Mercury может устанавливаться только в Heavy Metal GX+, и не устанавливается в BX - версию.

При использовании Obsidian 200SBi и Mercury в комплексе Heavy Metal должен быть установлен 2D/VGA видеоадаптер. В Heavy Metal GX+ он встроен в материнскую плату.

Видеосистемы Mercury используются в Heavy Metal Iron BX ввиде готовых к установке графических блоков (см. картинку). Каждый блок имеет систему вентиляции, питания, комплект шнуров для подключения и другое.

Ventana3

Ventana 3 основана на чипе Voodoo3 от компании 3dfx. Карта имеет 16 мегабайт SGRAM, PCI интерфейс, частоту работы от 166 до 183 MHz, пиковый Fillrate 183 Mpixels/sec. при использовании трилинейной фильтрации, максимальную производительность 4 миллиона треугольников в секунду. Поддерживает 3dfx Glide, OpenGL, SimGL, Direct3D. Имеет возможность установки до четырёх Ventana 3 видеокарт на одном компьютере. 350 MHz RAMDAC, 128 bit 2D акселератор.

Существуют три версии Ventana 3.

• Ventana3-H - (183 MHz Voodoo3) 2D/3D Card
• Ventana3-T - (183 MHz Voodoo3) 3D only Card
• Ventana3-L - (166 MHz Voodoo3) 2D/3D Card

Ventana3 используется как в BX, так и в GX+ версии Heavy Metal.

AAlchemy

На сегодняшний день есть две версии графической системы AAlchemy. Это AAlchemy 3 и AAlchemy 4. Графические подсистемы AAlchemy3 и AAlchemy4 имеют металлический отдельный корпус, систему охлаждения, состоящую из двух вентиляторов производительностью 150 CFM, и других компонентов. Дека AAlchemy вставляется в корпус Heavy Metal. Причём количество таких дек может достигать четырёх. В случае неисправности её легко заменить.

AAlchemy3

AAlchemy - это графическая подсистема, включающаяся в комплекс Heavy Metal GX+. Она выполнена на базе чипов 3dfx Voodoo3. Отсюда вытекают все плюсы и минусы.

• Продаётся только как часть станции Heavy Metal GX+;
• Поддерживает до двух каналов в станции Heavy Metal GX+;
• Четыре чипа 3dfx Voodoo3 на одной плате;
• Full Scene, sub pixel, single pass hardware anti-aliasing 4х4;
• Поддержка точной синхронизации SwapLock и SyncLock;
• 22 bit буферинг с поддержкой Single, Double и Triple Buffering;
• Perspective correct bilinear and trilinear фильтеринг с попиксельным LOD MIP mapping с поддержкой Gouraud, detailed и projected texture mapping;
• Transparency and chroma-key support;
• Попиксельные атмосферные эффекты с одновременным OpenGL-совместимым alpha blending;
• Поддержка 16-bit RGB/RGBA и 8-bit YIQ и color-indexed компрессированных текстур;
• Энергопотребление примерно 200 Вт;
• Аналоговый RGB выход для non-interlaced разрешений;
• Поддержка API 3dfx Glide и Quantum3D SimGL;
• Пропускная способность памяти - 11.7 Gb/sec.;
• 200 Mpixels/sec с включёнными trilinear texture filtering with anti-aliasing, Z, alpha, и per-pixel fog;
• Интерфейс 66 MHz PCI 2.1;
• Встроенный геометрический конвейер производительностью 750 000 текстурированных полигонов

Refresh Rates
640x480	800x600	1024x768	1280x1024
50, 60, 70, 80, 85 Hz			50, 60 Hz

AAlchemy 4

AAlchemy 4 - это улучшенная графическая подсистема, являющаяся частью комплекса Heavy Metal GX+. ААlchemy 4 содержит от 4 до 32 VSA-100 чипов, для получения пропускной способности памяти от 12.8 до 102 Гигабайт в секунду. ААlchemy 4 использует эту архитектуру для получения 4х4, или 8х8 sub-sample, single-pass, full-scene, sub-pixel anti-aliasing при FillRate от 200 Mpixels/sec. до 1 Gpixels/sec. AAlchemy4 продаётся только как часть Heavy Metal GX+.

Спецификация

• Поддержка 4 или 8 чипов VSA-100 на одной плате.
• Поддержка 1, 2, 4 каналов в Heavy Metal GX+
• Поддержка точной синхронизации SwapLock и SyncLock.
• Поддержка 16 bit Integer и 24 bit Z-buffer with 8 bit Stencil
• Поддержка 32 bit и 22 bit rendering
• Single, Double, Triple Buffering
• Поддержка perspective correct bilinear, trilinear и selective anisotropic texture filtering с попиксельным LOD MIP mapping с Gouraud modulated, detailed and projected texture mapping
• Поддержка transparency и chroma-key
• Per-pixel and per-vertex атмосферные эффекты с одновременным OpenGL-совместимым alpha blending
• Поддержка 16, 24, 32-bit RGB/RGBA и 8-bit YIQ и color-indexed компрессированных текстур
• Поддержка компрессии текстур FXT1 и S3TC
• Поддержка текстур размером до 2048х2048
• 32 или 64 Mb Framebuffer
• Поддержка API 3dfx Glide, Microsoft Direct3D, OpenGL и Quantum SimGL
• Пропускная способность памяти 12.8 - 102.4 Gb/sec.
• Интерфейс 66 MHz PCI 2.1 с возможностью передачи на несколько чипов
• Встроенный геометрический конвейер производительностью 2 100 000 текстурированных полигонов в секунду.
• 135 MHz RAMDAC с поддержкой Stereo
• Поддержка технологии T-Buffer

Модель AAlchemy4	Количество чипов VSA-100	Эффективной памяти (Mb)	Memory Bandwidth (GB/sec)	Trilinear FillRate (Mpixels/sec.)	Энергопотребление (Вт.)
4132	4	32	12.8	200	200
8132	8	32	25.6	370	400
8164	8	64	25.6	370	400
8232	16	32	51.2	648	800
8264	16	64	51.2	648	800
8464	32	64	102.4	1068	1600

Что можно сказать по этому поводу. Конечно, 32 чипа VSA-100 - это хорошо, но потребление 1.6 КВт - это уже слишком. Столько потребляет хороший пылесос, или пара утюгов. Но у них такое потребление кратковременно, а здесь постоянно при работе с 3D. Прибавьте к этому энергопотребление блока питания корпуса Heavy Metal GX+, процессора, винчестеров, звуковых карт и так далее. Получится примерно 2 КВт. Так что, если вы хотите купить себе Heavy Metal GX+ на базе AAlchemy4 8464, то позаботьтесь об электропроводке. Выкидывайте все провода и ставьте медные шины. И не плохо было бы обойти электросчётчик, чтобы не платить.

Модули AAlchemy устанавливаются в корпус Heavy Metal GX+. Их может быть от одного до четырёх, в зависимости от конфигурации. Но общее количество чипов никогда не превышает 32. После этого все модули AAlchemy соединяются специальным образом с модулем Heavy Metal GX+, содержащим процессор и всё остальное.

Заметьте, что AAlchemy используется только в станциях Heavy Metal GX+. В комплексах Heavy Metal BX используются другие графические системы, более дешёвые и менее производительные.

Heavy Metal BX поддерживает и другие видеокарты. Так что в него можно установить и Geforce256 и Rage Fury.

Комплекс Heavy Metal совместим с большинством имеющихся на сегодня API, стандартов, и операционных систем.

Совместимость и поддержка
CATI X-IG CG2 Vtree EAI Sence8 WorldToolKit MultiGen-Paradigm Vega (NT) Quantum3D OpenGVS ReaLimation Ltd. RealImation Reality2 Tiepolo Soft Reality SoftVR TTS SPACE Magic	3dfx Glide Microsoft Direct3D OpenGL Quantum3D SimGL	Kinetix 3D Studio Multigen-Paradigm OpenFlight Terrex Terra Page	Microsoft Windows 98 Microsoft Windows NT Microsoft Windows 2000 Red Hat Linux

Как мы видим, Heavy Metal поддерживает большинство профессиональных инструментов и API. Имеется даже поддержка Linux, что говорит о правильно выбраном курсе.

Многоканальная поддержка

Heavy Metal может быть настроен на многоканальное развёртывание картинки. Технологии SyncLock и SwapLock позволяют с высокой точностью попиксельно синхронизировать картинку при многоканальном развёртывании картинки. Структура Heavy Metal использует все ресурсы, доступные в системе на каждый канал. Heavy Metal раскладывает одноканальную картинку на несколько каналов без образования стыковочных швов, технологии SyncLock и SwapLock синхронизируют обмен буфферами и вертикальную синхронизацию для предотвращения артифактов между каналами.

Таким образом, Heavy Metal может раскладывать картинку на несколько мониторов без потери качества и скорости. На картинке показано разложение на три канала. Всего Heavy Metal может поддерживать до 16 каналов.

По заявлениям разработчиков, при использовании визуальных каналов не происходит падения скорости. Это иллюстрирует диаграмма 2.

Здесь показана зависимость пропускной способности от количества каналов. Красная линия соответствует технологии, используемой Quantum3D в Heavy Metal. Тут при использовании 32 чипов VSA-100 и разложении на 16 каналов, каждая пара чипов VSA-100 будет рендерить свою картинку. А так как они продолжают работать парами, то bandwidth не изменится. Всё очень просто.

Конструкция Heavy Metal

Корпус	Корпус выполнен из стали модели 4U Вмонтированные шасси для жёстких дисков, механизм для удержки процессоров и дополнительных плат. Подставка для нескольких комплектов Heavy Metal
Усиленное воздушное охлаждение	Два 120 мм вентилятора производительностью 150 CFM со сменными фильтрами Встроенные вентиляторы на подшипниках качения для охлаждения блоков питания, видеосистемы и CPU
Блоки питания	Однофазные блоки питания 400 Вт, 750 Вт, или 950 Вт, 120/240 В, частотой 50-60 Гц, (для AAlchemy 4xxx или 81xx; AAlchemy 82xx) Трёхфазный блок питания 1200 Вт 208-240 В, 50-60 Гц (AAlchemy 84xx) Возможность использования блоков питания на постоянном токе напряжением 24 В - 48 В
Материнские платы	Intel Seattle II SuperMicro P6 Intel GX+
CD & DVD-ROM	32x ATAPI EIDE CD-ROM 8x/24x EIDE DVD-ROM
FDD	3.5" 1.44Mb FDD (с чёрной панелью)

Спецификация

Характеристика	Heavy Metal BX	Heavy Metal GX+
Пиковая 3D пропускная способность шины	133 Mb/sec (33Mhz, 32bit PCI) 266 Mb/sec (AGP 2x)	399 Mb/sec (33Mhz, 32 bit PCI, 66Mhz, 32 bit PCI)
3D графическая подсистема	От 1 до 2 Ventana3 От 1 до 2 Obsidian2 200SBi-8440	От 1 до 2 Ventana3 От 1 до 2 Obsidian2 200SBi-8440 Mercury AAlchemy 4xxx или 8xxx
2D/VGA	Ventana3 2D/3D PCI 3dfx Voodoo3, Voodoo4, Voodoo5 AGP nVidia TNT2 32Mb AGP или Geforce256 32/64 Mb AGP Другие OEM продукты	Встроенный Cirrus Logic 2D/VGA 4Mb SDRAM Ventana3 2D/3D PCI
Системная память	DIMM 128Mb - 512 Mb ECC PC-100 SDRAM	DIMM 256Mb - 1024 Mb ECC PC-100 SDRAM
Процессоры Intel Pentium III Slot 1	От одного до двух процессоров Pentium III тактовой частотой от 500 Mhz	Два процессора Pentium III тактовой частотой от 550 Mhz
Синхронизация	Подключение к SwapLock и SyncLock через отдельный кабель, поставляющийся с выбраной графической.
Стандартная поставка HDD	От одного до двух 13 Gb или 20 Gb UDMA-33/EIDE	От одного до двух 8.4Gb или 18Gb Ultra Wide SCSI-II
LAN&WAN	Ethernet: 1 или 2 x Add-in PCI NIC 10/100 USB V.90 Modem	Ethernet: Integrated PCI 10/100 NIC Standard Возможный Ethernet NIC через второй дополнительный PCI 10/100 USB V.90 Modem
Операционная система	Windows 98 (только для однопроцессорной конфигурации) Windows NT 4.0 SP6 Windows 2000 Linux	Windows NT 4.0 SP6 Windows 2000 Linux
Специальные I/O контроллеры	Quantum3D GCI Quantum3D Q-Force Force Feedback Controller
Аудио система	Aureal Vortex PCI Creative Labs 64 PCI Quantum3D 20W или 80W AudioAMP аудиосистема
Подключение и корпуса	10U, 20U, 30U or 40U RETMA rack or 20U transit case with shipping crate 8-Port Garrett 10/100 Ethernet Hub w/CAT-5 Cable Kit for Frame Sync 4/8/16-Port Raritan K/V/M Switch & Cable Kit PS/2 keyboard and 2-button mouse; 3-button mouse available International Power Distribution Bar with power cable (NAFTA std.)