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剪不斷、理還亂─『CPU&顯示卡』前世今生徹底解析!
回首一望,劣者開始玩電腦硬體也8年有餘了。從一開始什麼都不知,什麼都不會的小白到如今;
從一開始的Petium100到目前的AthlonFX,真是百感交集! 但其中印象最深刻的部分,還是3DFX推出VOODOO卡把遊戲玩家從2D帶往3D的里程碑這段往事。 從那時候開始,各個電腦硬體論壇上就開始出現一個問題: 「求救!我的電腦為什麼跑不動XXX遊戲??」、「我已經裝了VOODOO卡了,怎麼遊戲玩起來這麼頓?!」……諸如此類的問題層出不窮。 往下剖析之下,原因出在CPU餵不餵得飽顯示卡,那為什麼CPU和顯示卡有這麼密切的關係呢? 劣者爬到了下面這篇文章,有興趣的網有可以參考看看,裡面把3D成像的過程作了很詳細的描述: http://www.rcs.ei.tum.de/courses/se...dgraphic.html#1 Introduction 簡單的說,3D成像大概需要下面幾個步驟: 1. Homogeneous coordinates 2. Shading models 3. Z-Buffering 4. Texture-Mapping 而所謂的3D加速卡只是幫助完成第3到4步驟,前2個步驟是需要CPU的浮點運算來完成的。 當時K6和Pentium-II兩系列CPU的浮點運算效能差距太大 所以使得用P-II加一張3D顯示卡就可以玩3D遊戲玩得很順,K6卻不行。 雖然當時AMD為了彌補這個缺點而拿出了3D NOW這個解決方案,但推行的並不成功,只有極少數的遊戲有支援。 不過這個浮點運算落差的問題到了AMD推出化時代的產品─『K7』後得到了舒緩 因為到這個階段後,不論是INTEL還是AMD的CPU都有很強大的浮點運算能力了。 但如果效能總是卡在CPU上,勢必無法做出更強力的3D繪圖核心來,因為3D顯示卡太強也沒用,前面兩個步驟的資料沒丟來也無濟於事。 因此Nvidia在1999年推出了關鍵性產品─”Geforce”系列顯示卡(從此改用這個命名到現在), 首次把顯示卡核心稱為『GPU』(一般來說玩家們把這個稱為第二代3D顯示卡,之前的VOODOO3或TNT2都還是第一代), 這張卡是3D顯示卡史上第一個把在Shading Models裡面佔一部分的「Transform & Lighting」拿到顯示卡來運行, 這樣理論上可以減輕CPU負擔,讓CPU騰出更多的資源來處理其他的部分,進而提升3D效能。 這點到了Microsoft推出DirectX7.0後得到了落實,也越來越多遊戲廠商開始支援。 無可否認的自從RIVA TNT獲得大成功以來,Nvidia就一直走在3D顯示卡的尖端, 除了在Geforce獲得成功後加緊推出Geforce-2進一步提升效能外,更在2001年發表了Geforce3這個影響力深遠的顯示卡, 提出了許多新技術,把3D遊戲帶向了一個嶄新的華麗世界,有關資料請參考以下網址: http://www.thg.com.tw/article_0000436.html 世界上沒有白吃的午餐,想要馬兒好又要馬兒不吃草時乃痴人作夢,華麗的背後代表著更高的硬體需求及代價! 除了顯示卡更貴以外,對CPU和記憶體容量的依賴又開始漸漸升高,雖說Transform & Lighting已改由顯示卡硬體運算, 只是還是有許多的程序運算需仰賴CPU,這點問題在DirectX8時代之後, 各遊戲廠商為了使遊戲畫面更華麗豐富而無不使出吃奶力氣大幅增加3D圖像數目時更形明顯! 因此消失已久的問題又再度浮現: 「請問一下,我怎麼跑不動XXX遊戲?」、「求救!請問要怎樣的配備才跑得動XXX遊戲?」……..等,持續到現在。 但奇怪的是,目前幾乎很少有電腦硬體網站談到這個大問題,只有約略在2年前, TOM's Hardware做過一番各等級的CPU在不同顯示卡下的測試,其他的幾乎看不到, 因此幾乎已經成為各個電腦硬體討論版上的日經文了∼∼ 問題……..需要解決。今天我們就來徹底解決這個問題!!剛好利用這段年假,完成這個大測試。 很顯然的,這是我們所做過最大規模的一次硬體測試,以後很可能也不會再有了,希望大家會喜歡喔! [續] |
測試設定:
以下是這次測試的主要硬體設備: 硬體: CPU─AthlonFX-55(at 1G、1.7G、2.6G、3G) 顯示卡─Nvidia Geforce6800Ultra、Geforce6600GT;ATI X800XT PE、X700XT Driver─Nvidia:Forceware71.25WHQL、ATI:Catalyst5.1 主機板─DFI nF4 ULTRA-D,主機板驅動用光碟內附的 RAM─ADATA DDR566 512MBX2 HD─Hitachi 80G ,SATA150,7200rpm,8M buffer, 我們這次的測試主要是來比較不同顯示卡在不同等級的CPU時脈下表現如何,再進一步推斷多好的顯示卡需要多好的配備才餵得飽! 由於AMD的FX系列CPU可以任意調整倍頻,所以我們用升/降頻的方式來模擬CPU的高低階: 1G代表目前低階系統,其效能大約和K7的AthlonXP1600+相當; 1.7G代表目前中階系統,其效能大約和K8的Athlon64 3000+或之前的K7的AthlonXP1700+超2.2G(200*11)相當; 2.6G代表目前最高階系統(FX-55的時脈); 而多加一個3G的時脈,只是想增添一點噱頭罷了∼看看『將來』的CPU在各張卡的效能是怎樣而已。 1G、1.7G、2.6G的設定皆為200外頻、HT=5X、RAM=CL2,5-2-2,1T;3G的設定為250外頻、HT=4X、RAM=CL2.5,6-3-3,1T, 雖然這張友通的主機板可以上到300外頻,但無奈劣者這兩條RAM不爭氣,要300外頻1T穩跑的話參數要調到CL3,10-5-5才行, 所以設成250*12參數CL2.5,6-3-3效能反而較300外頻高。 為了方便各位玩家也能將自己的硬體做個對照參考,我們還用SUPER PI 1M測了一下大致的效能, 由於SUPER PI同時會測到整數和浮點運算兩個部分,因此拿來當約略的效能參考指標應該還算妥當, 以下是我們整理的圖表: [續] |
再來就是這次參與測試的4張顯示卡:
<高階卡>上:ATI代表─X800XT PE(520/1120)、下:Nvidia代表─Geforce6800Ultra(425/1100) <中階卡>上:ATI代表─X700XT(425/860)、下:Nvidia代表─Geforce6600GT(500/1000) 團體大合照 我們這次選用的顯示卡以目前主流的中/高階為主,之所以不測低階卡是因為其實低階卡也沒什麼好選擇的了。 一般來說會只買低階顯示卡的消費者要嘛就是不太有3D需求,要嘛是「不會」花更多的錢在遊戲上, 所以對他們來說顯示卡的測試就不太有意義了,因為不論C/P值高低與否,都只有一種選擇……。 此次測試顯示卡全部都是PCIE介面的,Geforce6800ULTRA(NV45)是ELSA代理的Nvidia原廠公版卡, Geforce6600GT是寶聯的,X800XT(R423)也是原廠BBA但劣者之前已經改了散熱懶得拆了 ,不過光改散熱不會影響效能請放心,X700XT則是撼訊的。 還要補充說明一點,就是X700XT已經停產,故我們是把它的頻率降到X700Pro(425/860)來跑的, 總觀在整個價位區隔上,同樣USD499的有G6800U和X800XT PE,USD199的則只有G6600GT(懶得跟廠商借X800啦!), USD169的也只有X700Pro(懶得去把G6600GT降頻啦!),雖說有點殘缺但大致還是把中/高階市場的產品都包括了。 [續] |
真是受用良多啊!!!
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最後一點要說明的就是目前NV4X系列的官方驅動(66.93)在某些遊戲的穩定度和效能上有問題,
所以大多數的國外硬體網站都是以7系列的驅動為主,我們選了71.25是因為這是目前有WHQL認證最新的版本, 也有很多網站是以這個版本的驅動作測試的。 ATI方面還是用官方C5.1,沒得挑∼ 關於兩方顯示卡的設定,我們都設為最高畫質,有此一提是因為G6800和G6600GT在驅動程式的原始預設下並不是以最高畫質開啟的, 所以我們都有把它們調整到「高畫質」才來測,畫質設定的截圖如下: 大家可以看到,驅動內定的畫質方面設定只有到「品質」的程度,由於ATI的驅動內定畫質設定是最高的, 為了雙方比較的方便性及公平性起見,因此我們在測試Nvidia的顯示卡時也是把設定設到「高畫質」。 可能就因為如此,測試效能相對於其他網站的數據顯得有些低一點,我們拿DOOM3時的情形為例: 「高畫質」和「品質」兩者之間的效能差距大概都差了20%左右的效能,不過為了此次測試的結論基礎上有一個公允的比較點,不得不如此; 而且話也說回來,這篇測試最大的目的在於探討目前遊戲的3D效能是卡在”CPU瓶頸”還是”顯示卡瓶頸”的問題, 兩家顯示卡間效能的互相比較並非此次測試的重點,至於某些少數玩家認不認同這個論點就再說囉! 接著是這次測試的各家軟體: OpenGL─DOOM3 DirectX8─3D MARK2001SE、Prince.of.Persia~Warrior Within(中譯:波斯王子之侍魂無雙) DirectX9─3D MARK05、FAR CRY v1.3、Half Life2、Need for Speed: Underground 2 這次測試我們刪除了3D MARK03的部分是因為這和3D MARK05都是DX9的測試,重複性太高。 還有就是為了希望受測軟體不要清一色都是第一人稱射擊遊戲, 故我們也沒測UT2003/4,把時間省下加了Prince.of.Persia和Need for Speed這兩個膾炙人口的遊戲。 對於所有受測軟體,畫質一律開到最高!有很多網站測DOOM3時只開到High Quility,我們則是用Ultra Quility, 基本上是能開多少就全開到多少,但在測FAR CRY時我們就沒有把HDR打開了, 因為FAR CRY這個遊戲並不允許ATI的顯示卡開HDR (ATI甚至為了怕全世界玩家誤解他們家的顯示卡沒有執行HDR的能力,還特地請FAR CRY遊戲小組做了一段DEMO,但這是後話了……) 所以我們乾脆連測Nvidia時都不開,讓雙方取得一個公允的比較點。 而實測的細節方面基本上只有測1024*768、1024*768─4XFSAA+8XAF、1280*1024、1024*1280─4XFSAA+8XAF這4個, 因為當解析度開到1600*1200時效能已經全卡在顯示卡上了(所以SLI在這個情形下效能才彰顯的出來), 和CPU較無關係,故不在此次測試主題之內。不過有兩個例外! 第一個是Prince.of.Persia裡面沒有1280*1024這個解析度的設定,所以我們用1280*960代替; 再來是DOOM3設定Ultra Quility畫質後就已經開啟8XAF了,因此也只有8XAF和4XFSAA+8XAF的差別。 [續] |
[OpenGL]
DOOM3 其實我們本來是不打算以DOOM3內建的DEMO1來測試,想實際用FRAPS去測量(某些少數的網站有用這個方法), 但真的做時碰到一個很大的問題,就是DOOM3的資料量也許太大了,常常會不定時大量讀取硬碟(完全無法預期或避免), 造成FPS狂降,常常有5、60張時一碰到剩下個不到10張,兩個測試間FPS會誤差個十幾到二十幾張相當常見, 變成在測試上極為棘手,除非能自行錄製DEMO,以連續跑兩次的方式除去這個問題(EX:DEMO1), 否則最後結果劣者相當懷疑其正確性,在誤差如此大的情形下, 即使大量取樣來平均恐怕也無法公允的表現出該張顯示卡在實際運行DOOM3時的效能,因此還是只用DEMO1了, 當然這就會造成某些網友懷疑ATI特意去優化DEMO1的疑慮,不過在無法取得其他DEMO前這也是沒辦法的事了。 基本上這款遊戲不必多說,光影特效的極致發揮,說是目前畫面最好的3D引擎也不為過。 而這個3D引擎對於顯示卡的倚重遠高於CPU。在CPU時脈提升70%從1G到1.7G時6600GT效能上升了18%、6800U上升了38%、X800XT上升了54%; 在CPU時脈提升52%從1.7G到2.6G時,6800U上升了9%、X800XT上升了18%,中階卡完全沒影響了。 有一點很有趣的是從2.6G到3G時,6800U以無法提升效能但X800XT還有小幅的提升(4%)! 看來想玩DOOM3的買片G6600GT可能比整體升級卻不升顯示卡要有用得多囉! 因為不管CPU超的再怎麼高,1.7G後效能就完全上不去了,甚至和1G的時候比效能進步的也很少(幾乎算是這次測試的遊戲中最少的), 我們推想家中電腦較低階的玩家只要升級一片6600GT想流暢的執行DOOM3也非夢事囉!就算說DOOM3是『完全』依賴顯示卡也不為過啊∼ [續~勿回] |
[DirectX8]
3D MARK2001SE 相當老牌的測試軟體,會加入這次比較是因為這個3D引擎對於CPU和顯示卡工作量的分配比較平均, 整個3D引擎主要是依賴顯示卡Hardware Transform & Lighting,而且不光是提升CPU效能對整體分數有幫助, 提升顯示卡也有,堪稱是「平均型」3D引擎的代表啊! 這裡有很多可以看的地方,橫的比較或縱的比較都有。先看CPU時脈從1G提升到1.7G時,大家都有大幅度的效能提升, 換句話說就是1G還餵不飽各張卡;但從1.7G到2.6G時,高階卡分數提升的幅度就明顯的比中階卡高,此時中階卡已經吃的很飽了; 甚至2.6G到3G時,就只剩下高階卡還有效能的提升。還有就是中階卡一開4XFSAA+8XAF後馬上就虛掉了(X700Pro尤其悲慘), 相比之下高階卡還是維持著相當足夠的效能,果然16管GPU+256BIT記憶體是絕對必要的喔! [續~勿回] |
Prince.of.Persia~Warrior Within(中譯:波斯王子之侍魂無雙)
很好玩的遊戲,玩過波斯王子∼時之砂的玩家一定有這種感覺,其續篇侍魂無雙畫面雖還是同等級的, 但已經把之前的一些BUG(EX:ATI卡開FSAA水波的問題)去除的更完善了,運作效率應該也會更好才對。 所以在選擇一款第3人稱動作遊戲做測試時,劣者馬上就想到這款!解析度的設定方面之前已提過不再重複。 我們測試的方式是用FRAPS來測量一段遊戲的路徑,從遊戲一開始的第一個記錄點到跳過懸崖跑撞到牆壁為止, 記錄FPS,取5次做平均,其中最高和最低的相差在3%以內。 這款遊戲的3D引擎和DOOM3類似,整體工作量而言顯示卡比重比較高,在1G情況下大家都被CPU的效能限制住了,成績一樣低。 在CPU時脈提升70%從1G到1.7G時6600GT效能上升了19%、6800U上升了67%、X800XT上升了64%; 在CPU時脈提升52%從1.7G到2.6G時,6800U上升了21%、X800XT上升了30%; 2.6G到3G時,兩張高階卡居然都還有些微的效能提升(2%左右),不過1.7G後中階卡完全沒影響了。 所以想玩最高畫質波斯王子的玩家們,買張效能高的顯示卡恐怕也是無法避免的了, 中階卡即使在1G和3G這差了2倍的時脈下效能卻只有20%的吋進,情形和DOOM3幾乎一樣。 [續~勿回] |
[DirectX9]
3D MARK05 去年底前最新發表的測試軟體,相當華麗的DEMO, 而6600GT在12801024下開啟4XFSAA+8XAF會有記憶體不足的錯誤訊息故無測試數據,那為什麼X700沒有這個問題就不知囉。 中階卡上CPU時脈1G到3G沒太大分別,差異不到10%,高階卡從1.7G以後也是如此, 看得出來3D MARK05的3D引擎也是相當倚重顯示卡的效能的。 [續~勿回] |
FAR CRY v1.3
2004年Ubisoft的大作,在Half Life2跳票,DOOM3未出之前,著實令全世界的玩家們驚豔! 相信很多玩家這個遊戲都全破兩遍以上了,我們測試的方式是用Hardware OC寫的Far Cry Benchmark v1.31這個程式, 選的DEMO是裡面的PC Games Hard Demo這一個。 Far Cry這個遊戲的3D引擎也是平均型的,不過稍微向CPU偏重一點,在1G下大家的效能都一樣爛。 在CPU時脈提升70%從1G到1.7G時6600GT效能上升了32%、X700P上升了37%、6800U上升了58%、X800XT上升了59%; 在CPU時脈提升52%從1.7G到2.6G時,6800U上升了36%、X800XT上升了38%; 2.6G到3G時,兩張高階卡居然都還有些微的效能提升(3%左右),不過1.7G後中階卡完全沒影響了。 [續~勿回] |
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