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英伟达

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坐标37°22′14.62″N 121°57′49.46″W / 37.3707278°N 121.9637389°W / 37.3707278; -121.9637389

英伟达
Nvidia Corporation
公司類型 上市公司
股票代號
成立 1993年4月,​24年前​(1993-04
創辦人
代表人物
業務範圍 全球
产业
產品
營業額 69.1億美元(2016年)[1]
息税前利润 21.5億美元(2016年)[1]
净利润 16.7億美元(2016年)[1]
資產 98.4億美元(2016年)[1]
資產淨值 57.6億美元(2016年)[1]
員工人數 10,000(2017年1月)[2]
主要子公司 NVIDIA高級渲染中心英语Mental Images
网站 www.nvidia.com
developer.nvidia.com
NVIDIA美国圣克拉拉總部
NVIDIA台灣內湖園區總部

NVIDIA(全稱NVIDIA CorporationNASDAQNVDA,發音:發音: /ɪnˈvɪdiə/[3]台湾香港官方中文名为辉达中國大陸翻譯成英伟达),创立于1993年1月,是一家以设计圖形處理器为主的半导体公司。NVIDIA亦會設計遊戲機核心,例如XboxPlayStation。NVIDIA最出名的產品線是為個人與遊戲玩家所設計的GeForce系列,為專業CGI工作站而設計的Quadro系列,以及為伺服器和高效運算而設計的Tesla系列,雖然起家於PC電腦的顯示卡業務,輝達也曾涉及行動晶片Tegra的設計,但智慧機市場對此響應不大,不過近年卻利用這些研發經驗,目前朝向人工智慧和機器視覺的市場發展,也是圖形處理器上重要的開發工具CUDA的發明者。

NVIDIA的總部设在美国加利福尼亞州圣克拉拉,是一家無晶圓(Fabless)IC半導體設計公司。「NVIDIA」的讀音與英文「video」相似,亦與西班牙文envidia(含义为英文「envy」)相似。

歷史[编辑]

NVIDIA創辦人兼執行長黃仁勳

黃仁勳克里斯·馬拉科夫斯基卡蒂斯·普里姆於1993年4月美國加州創辦了NVIDIA(隨後成為德拉威州企業)。NVIDIA保持低調到1997-1998年,當時它發佈了RIVA個人電腦繪圖處理器產品線。並於1999年1月在那斯達克掛牌上市;同年5月,售出第一千萬個繪圖處理器。於2000年收購了一代王者3dfx智慧財產權。3dfx是1990年代中期其中一間最大的圖形處理器廠商。NVIDIA與許多OEM廠商,和一些組織建立起密切關係,最知名的包括台積電。2002年2月,NVIDIA售出第一億個繪圖處理器。

目前NVIDIA和AMD供應了市場上大部分獨立顯示卡。NVIDIA最著名的GeForce繪圖處理器產品線於1999年首次亮相。現在GeForce產品線已經擴充至桌上型筆記型電腦。行動裝置方面,NVIDIA擁有Tegra產品線。它能提供高效能,同時保持低電源消耗。此類產品通常用於無線通訊裝置。

產品製造[编辑]

作為一家無晶元IC半導體設計公司,NVIDIA於自己的實驗室研發晶片,但將晶片製造工序分包給晶圓代工厂。以往,NVIDIA從其他廠商,例如IBM意法半導體台積電(NVIDIA目前最重要的代工合作夥伴)和聯華電子獲得矽晶片生產能力。晶片的供應鏈需涉及數間第三廠:制造完毕的晶圓集成电路封装厂进行初步测试与封装作业,后交由测试厂或封装厂的测试部门进行深度测试并根据性能分类,和將晶片封裝的廠商。依據存貨清單,NVIDIA必須提早數月訂購晶片,並將之儲存起來等待使用。這偶爾會引起供應補給的不穩定。

在最終產品上(指顯示卡、主機板等),NVIDIA會推出所謂原廠“公版”(Reference)產品(稱為參考樣卡或參考樣板)供展示及測試之用,早期產品是由台灣的微星斯博科、美國的威竣(VisionTek)和新美亚(Sanmina-SCI)、德國的艾爾莎代工,目前由新加坡的偉創力與台灣的鴻海富士康)、華碩捷波代工或设计。在零售市場上,NVIDIA會把頂級型號的“原廠”公版產品給各個第三方廠商貼牌,如GeForce 7950 GX2、Quadro FX 5600、nForce 680i SLI等等,這些廠商的產品設計用料完全相同,均由一家廠商代工。在OEM市場上,亦有部分“原廠”公版產品存在。2008年後NVIDIA允許了旗艦級產品的“非公版”(Non-Reference)設計,但只有極少數有實力的廠商(如華碩影馳等)會推出自己設計的產品。2010年10月初,NVIDIA曾透過BestBuy少量銷售由富士康代工的NVIDIA品牌“原廠”產品[4]

主要产品[编辑]

NVIDIA的產品組合包括繪圖處理器、個人電腦平台(主板邏輯核心)晶片組和數碼媒體播放器的軟體。在Mac/PC使用者社群中,NVIDIA的"GeForce"產品線最為人熟悉。除了獨立型顯示卡外,還有微软Xbox遊戲核心和nForce主機板(已停产)的核心技術,NVIDIA最近进入的领域是用于手机平板电脑ARM芯片,品牌为Tegra至今已推出5代。

在2004年12月,NVIDIA宣佈會協助索尼設計PS3的繪圖處理器(RSX)。NVIDIA只會負責設計,Sony會負責製造該繪圖處理器。根據合約,NVIDIA會使用索尼的晶元廠(索尼東芝)來製造RSX,並將製程提升至65納米。這與微軟的協議是互相違背的,因為NVIDIA會透過第三者製造Xbox的繪圖處理器。(其間微軟選擇了AMD去提供Xbox 360的繪圖硬體的IP設計。任天堂的GameCubeWii亦採用ATI的繪圖處理器。)

2008年2月11日,NVIDIA发布了用於手机平台的APX 2500应用处理器。該处理器集成了一個ARM处理器和一個顯示核心。這款处理器是由NVIDIA和微软联合研制,方面應用於使用Windows Mobile的电话中,提高Windows Mobile平台的多媒体處理能力。晶片的製程是65nm,核心頻率750 MHz,並集成256KB的L2緩存。晶片亦內建GeForce核心,支援OpenGL ES 2.0和Direct3D Mobile标准。APX 2500属于ARM架構,其低耗電設計,使手提电话可以長時間播放音樂或720p高清晰影片。

NVIDIA於2008年12月發佈了一支援Intel Atom處理器的NVIDIA ION行動平台,主打輕薄桌上型市場,可以支援DirectX 10的內建顯示晶片效能是原本英特尔官方945GSE晶片組的5倍,讓迷你電腦也有部分遊戲能力;它解決了Atom沒有GPU、無法支援高清、無法支持數位顯示、屏幕需小於10英寸、不能支援更高版本的Windows Vista的種種問題。

在2011年1月5日的CES上,NVIDIA宣佈將自行設計與研發基於ARM架構的桌上型電腦CPU,産品代號Project Denver(丹佛計畫)[5]。其處理器能夠支援微軟下一代桌面系統Windows 8[6] 以及行動平臺上的Android、苹果iOS等。相比之前的Tegra產品,NVIDIA總裁表示这将是一颗高度定制化的“ARM兼容CPU”,即获得ARM指令集授权,但处理器微架构则完全由NVIDIA自行开发,以更高性能面向桌面、服务器甚至高性能计算市场。屆時NVIDIA基於ARM架構的處理器將在市場上與英特尔AMD等基於X86架構的處理器直接競爭。

第一款NV1顯示卡帝盟EDGE 3D 2120
GeForce 256顯示核心

繪圖處理器[编辑]

  • NV1-nVIDIA的第一款產品,建基於二次曲面
  • NV2-nVIDIA的第二款產品,產品名為Mutara V08,原先預做為作為世嘉遊戲機晶片。但於開發途中取消。
  • RIVA 128-建基於NV3,支援DirectX 5和OpenGL 1, NVIDIA第一款支援DirectX的產品。
  • RIVA TNT-建基於NV4,支援DirectX 6和OpenGL 1.1,這個顯示卡系列使nVIDIA成為市場領導者。
  • RIVA TNT2-建基於NV5,支援DirectX 6和OpenGL 1.1。擁有128位元3D架構。
  • Vanta-建基於NV6,支援DirectX 6和OpenGL 1.1。是一顆128位元TNT架構的低成本繪圖處理器。
  • GeForce-个人桌上型繪圖處理:
    • GeForce 256-代號為NV10,支援DirectX 7,OpenGL 1.2,硬體轉換與投影(T&L),能使用DDR作為顯示記憶體。
    • GeForce 2-代號為NV1x,支援DirectX 7,OpenGL 1.2。
    • GeForce 3-代號為NV20,支援DirectX 8.0著色,OpenGL 1.3,記憶體頻寬節省技術。
    • GeForce 4-代號為NV2x,支援DirectX 8.1,OpenGL 1.4。低廉的MX系列只支援DirectX 7,因為它是建基於GeForce 2。該系列最後發表的PCX 4300是加入HSI橋接晶片以支援PCI-E介面的繪圖處理器。
    • GeForce 5-代號為NV3x,支援DirectX 9.0B,OpenGL 1.5,特色是可以呈現'電影級效果'。PCX系列是加入HSI橋接晶片來支援PCI-E介面的繪圖處理器。
    • GeForce 6-代號為NV4x,支援DirectX 9.0C,OpenGL 2.0,特色是一個改進了的著色引擎,更節省電力的設計和SLI技術。
    • GeForce 7-代號為G7x,支援DirectX 9.0C,'Windows Display Driver Model',OpenGL 2.0。這系列改進了著色效率,率先支援TSAA和TMAA抗鋸齒技術,亦支援SLI、vP引擊。
    • GeForce 8-代號為G8x,支援DirectX 10,OpenGL 3.3,採用統一管線結構。它是由頂點、幾何和像素著色引擎(統稱SM 4.0)組成。支援Luminex引擎、CSAA抗鋸齒技術、Quantum Effects、B2P(8600GT/GTS/8500GT/8400 GS系列)引擊和改良後的vP引擊。
    • GeForce 9-代號為G9x,支援DirectX 10,OpenGL 3.3。
    • GeForce 100-代號同样為G9x,支援DirectX 10、OpenGL 3.2,均為GeForce 9系列的更名產品,僅提供於預先建置(OEM)的系統中。
    • GeForce 200-代號為G2xx,支援DirectX 10、OpenGL 3.2,部分後期型號支援DirectX 10.1與支援GDDR5顯示記憶體,運算效能兩倍於上代的,而且其首發的高級顯示卡 - GTX 280以單GPU勝過GeForce 9800GX2的雙GPU。唯其高效能帶來的也包括用電量上升。
    • GeForce 300-代號為G21x,支援DirectX 10.1、OpenGL 3.2,部分為GeForce 200系列的更名產品,僅提供於預先建置(OEM)的系統中。
    • GeForce 400-代號為GF10x,支援DirectX 11、OpenGL 4.1、OpenCL 1.1,首次配備GDDR5顯示記憶體,2010年3月26日推出。
    • GeForce 500-代號為GF11x,支援DirectX 11、OpenGL4.1、OpenCL 1.1,主要為GF10x系列的改良,2010年11月8日推出。
    • GeForce 600-代號為GK10x,支援DirectX 11、OpenGL4.2、OpenCL 1.1。
    • GeForce 700-除旗舰型号GTX 780及GTX 780Ti外仍為GK10x,但有改进。而旗舰型号GTX780是Titan的缩减版,使用GK110,2013年5月23日推出。
    • TitanTitan Black EditionTitan Z - 代號為GK110,支援DirectX 11.1、Shader Model 5.0、OpenGL 4.3以及Open CL 1.2,为Kepler系列芯片的完整版本,Titan Z為Titan的雙GPU版本,目标市场为高端游戏玩家。
    • GeForce 900-代號GM20x,是第一款使用Maxwell的高階繪圖卡,現時推出了GTX 980和GTX 970兩款旗艦及次旗艦型號,以及偏向中端的GTX 960,偏向中低端的GTX 950。
    • Titan X - 是第一款使用Maxwell的超旗艦繪圖卡,以取代上一代採用Kepler芯片的Titan系列,主力偏向要求高端遊戲達到4K畫質的玩家;2016年則推出Titan X Pascal超旗艦繪圖卡,使用與GeForce 10同樣的Pascal架構(GP102),同時記憶體升級為GDDR5X,效能比Titan X Maxwell更佳
    • GeForce 10-代號GP10x,是第一款使用Pascal的高階繪圖卡,現時推出了Titan Xp、Titan X 、GTX 1080 Ti、GTX 1080和GTX 1070五款旗艦、中階的GTX 1060(3/6GB)、GTX 1050 Ti(4GB)以及GTX 1050(2GB)。
首款Quadro顯示卡ELSA GLoria II Pro
Quadro FX 2000顯示卡
  • Quadro-專業級繪圖處理器。
    • Quadro-基於GeForce 256,專業級繪圖處理器。
    • Quadro 2-基於GeForce 2,Quadro改良型專業級繪圖處理器。
    • Quadro DCC-基於GeForce 3,數位內容創作。
    • Quadro 4-基於GeForce 4,專業級繪圖處理器。
    • Quadro FX-針對桌上型電腦和行動工作站的專業級繪圖處理器。
    • Quadro CX-專為Adobe Creative Suite設計的加速器。
    • Quadro NVS-專業級商用繪圖處理器,後獨立劃分為NVS系列。
    • Quadro Plex-針對最複雜的重度繪圖和運算問題的專業級繪圖處理器。

中央處理器[编辑]

  • Tegra系統單晶片產品,基於ARM架構的處理器,包含有圖形處理器、音效處理器、北橋晶片、南橋晶片和記憶體控制器等功能。

晶片組[编辑]

nForce 550晶片
  • ION - 行動電腦平台,包括晶片組與整合型繪圖處理器
  • nForce Professional - 專業級晶片組,針對搭載AMD處理器的工作站與伺服器。
    • nForce Professional 2000
    • nForce Professional 3000

开放GPU授权[编辑]

英伟达于2013年6月宣布将向设备制造商授权显卡技术,首个授权的 GPU 核心将基于开普勒架构。英伟达还表示,其他核心(如下一代Maxwell)也会开放授权给ARM厂商。[7]

市場歷史[编辑]

在DirectX前[编辑]

NVIDIA的第一款產品名為NV1(STG2000X),授權SGS Thomson Microelectronics生產,於1995年5月推出。它是建基於二次曲面貼圖作為立體圖形的實現方式。這張卡亦整合了音效卡(只能作播放用,並沒有音效輸入),和SEGA Saturn(世嘉土星)遊戲手柄和操縱桿的接口。由於世嘉土星是建基於Forward-Rendered Quads技术与Quadratic Texture Maps,幾款SEGA Saturn的遊戲亦被移植到電腦平台,例如《鐵甲飛龍》和《VR快打》。但是,NV1只能艱難地行進,因為該市場已有很多對手。

之後,市場對NV1失去興趣,因為Microsoft發佈了DirectX規格,DirectX以多邊形作為立體圖形的實現方式。隨後,NV1繼續秘密地發展,成為NV2計劃,該計劃由世嘉資助了幾百萬元。世嘉希望一個整合了音效和繪圖的核心能減低下一代遊戲核心的製造成本。但是,世嘉最終瞭解到二次曲面貼圖是有缺點的,最終亦沒有證據證明該核心被恰當地除錯。這事件成為NVIDIA黑暗的一面。

一個新穎的開始[编辑]

RIVA 128顯示核心

NVIDIA發佈了兩款失敗的產品後,CEO黃仁勳領悟到公司要繼續生存,就必須作出改變。他僱用了David Kirk, Ph.D.作為首席科學家。David Kirk原本是屬於軟體開發商Crystal Dynamics,一間提供優良視覺品質的公司。他基於對著色的熟悉,將NVIDIA的3D硬體經驗合併起來,使NVIDIA得以翻身。

作為企業轉形的一部分,NVIDIA放棄了一些專利界面,轉為全面支援DirectX,亦棄掉一些多媒體功能,減低製造成本。NVIDIA亦採用了一個為期六個月的內部週期目標。將來,就算某一產品失敗,亦不會威脅到公司的生存,因為下一代的代替物隨時可用。

但是,自從世嘉NV2的合同隱蔽起來後,僱員都被投閒置散,很多工業觀察者都認為NVIDIA不會再活躍於研發工作。所以當RIVA 128在1997年首次推出時,它的規格都是難以置信的。效能比市場領導者3dfx的好,還有一個完整的三角形生成引擎。RIVA 128大量銷售,因為其低廉的價格,高效能的2D/3D加速,使它成為OEM受歡迎的選擇。

市場領導[编辑]

RIVA 128大量銷售後,NVIDIA的內部目標是將像素流水線的數目加倍,使效能有實質的增長。NVIDIA隨後發展TwiN Texel(RIVA TNT)引擎。它容許兩款材質應用在單個像素中,或每條像素流水線每個週期處理兩個像素。前者能提升影像質素,後者能提升效能。新特色包括24-bit Z-緩衝,支援8-bit模板緩衝,非等方性過濾,和MIP mapping。TNT的複雜度可與Intel的Pentium處理器匹敵,但還不足以取代Voodoo 2,因為核心頻率只有90 MHz,比原先估計少了35%。

但對Voodoo而言,這只是死刑緩期執行。NVIDIA更新了TNT的製程,由0.35微米提升到0.25微米。最終,TNT的核心頻率是125 MHz,Ultra版本則是150 MHz。Voodoo 3只是勉強比TNT快,而且不支援32-bit色彩品質。RIVA TNT2就成為了NVIDIA的轉捩點。NVIDIA終於擁有可以對抗市場最快的產品。它可以提供更多功能,更好的2D效能,所有的功能都整合在更好品質的晶片中,令頻率得以提升。

GeForce世代[编辑]

劃時代的GeForce 256 DDR顯示卡
首款支援DriectX 8.0的顯示卡GeForce3 Ti 500

在1999年下半年,NVIDIA推出了GeForce 256(NV10),最特別的是它帶來了硬體幾何轉換與光源(T&L)。GeForce 256的核心頻率是120 MHz。它亦提供了先進的影像播放加速、動態補償、硬件子像素alpha混合和四條像素流水線。配合DDR作為顯示記憶體,使NVIDIA輕易成為性能領導者。

基於產品的成功,NVIDIA贏得了Microsoft的合約──為Xbox研發繪圖硬件。這令公司增加了二億美元收入。縱使這計劃用去了工程師很多時間,但短期內,並沒有對公司做成很大的影響。终于,GeForce 2 GTS於2000年夏天正式發售。

NVIDIA從研發高度合成核心時,得到很多額外的經驗,並將之應用在GTS中,結果核心頻率得到了改善。NVIDIA亦可以選出較高質素的晶片,用作高價產品。最終,GTS的核心頻率是200 MHz。它的像素填充率是GF256的兩倍;材質填充率是GF256的四倍,因為每條像素流水線都支援多層貼圖。它亦新加支持S3TC壓縮技術、FSAA和改善了的MPEG-2動態補償。

隨後,NVIDIA推出了GeForce 2 MX,針對低廉和OEM市場。它只有兩條像素流水線,核心頻率是175 MHz,隨後增加到200 MHz。縱使價格低廉,但效能不俗。GeForce 2 MX成為史上最成功的顯示卡。而移动型号GeForce2 Go亦於2000年年尾裝運。

同時,3dfxVoodoo 5延期過久,這引起電腦史上最令引人注目的破產。NVIDIA于2001年收購了3dfx,獲得其專利和商標權,以及反鋸齒技術和大約100位工程師。

GeForce FX的缺點[编辑]

NVIDIA史上最失敗的顯示卡之一GeForce FX 5800 Ultra
NVIDIA推出的首款雙核心顯示卡GeForce 7900 GX2

此時,NVIDIA的市場地位看上去堅不可摧,業界觀察家也開始把NVIDIA稱為圖形界的Intel。然而在下一代FX系列圖形晶片開發研製的過程中,因為來自微軟的合約,許多NVIDIA的研發工程師致力於XBOX的圖形晶片、SoundStorm聲音晶片以及主板解決方案的研發。

值得一提的是,微軟自掏腰包購買NVIDIA的晶片,並且合約規定即使制程上有所進步也不允許壓低生產費用。微軟最終意識到了他自己犯下的錯誤。但是NVIDIA拒絕對簽訂的合約進行再次協商。結果,NVIDIA和微軟間之前非常好的合作關係惡化了。所以,DirectX 9規格確立的時候沒有和NVIDIA進行商議。顯而易見的結果是,AMD設計的Radeon 9700恰好迎合了DirectX 9的規範。由於DirectX 9的規範的原因,渲染精度被限定在FP24,著色性能被設定為開發重點。而且DirectX 9 HLSL著色器也是基於9700建立的。

NVIDIA的GeForce FX系列顯卡提供FP16和FP32精度模式。這兩種模式前一種意味著低精度渲染(和競爭對手相對而言),另一種是低效能模式。32比特支援也使得電晶體數量大幅增加。著色性能通常也只有競爭對手AMD產品的一半或是更低。作為相容微軟DirectX標準上享有盛譽的NVIDIA,為此次誤判微軟下一代規範,付出了沉痛的代價。當越來越多的基於DirectX 9特性的遊戲面世,GeForce FX系列可憐的著色性能就越發的顯眼了。

另外,GeForce FX運行溫度很高,畢竟他們消耗了兩倍於同等AMD顯卡的電能,曾经多次发生过自燃事故而被人讥称为“战术核弹”。GeForce FX 5800 Ultra顯卡也因為其風扇噪音而聲名狼藉,並因此得到了“吸塵器”、“吹風機”的诨号。NVIDIA為此通過加大散熱風扇,用更靜音版本替換了早先版本。但是這也讓顯卡製造商面對AMD的顯卡失去了價格優勢。其最終結果,由於FX系列顯卡的羸弱,導致NVIDIA始料未及的將顯卡市場的領導地位易主AMD。

效能領導[编辑]

首款支援DirectX 10.0的顯示卡GeForce 8800 GTX
首款支援DirectX 11.0的顯示卡GeForce GTX 480

NVIDIA推出GeForce 6顯示卡系列還擊,成為FX災難的關鍵解決方法。著色效能提升了,而電源消耗則減少了。透過與開發者,尤其是那些參與了NVIDIA的"The way it's meant to be played"計劃的開發者緊密合作,NVIDIA做事更果斷,以求更完善。這樣就能更輕易製造一些與行業要求一致的硬件。

結果這樣改善了企業的焦點,隨後NVIDIA亦發佈了GeForce 7系列。它擁有24條像素流水線,自AMD Radeon 9700發佈後,NVIDIA第一次取得無可爭辯的性能優性。更重要的是,產品發佈當天,消費者就可買到相關產品,而價錢亦適中。而ATI的產品則飽受產品延遲發布之苦。

2005年,受惠於PCI-Express接口的高頻寬,NVIDIA推出了自3dfx公司所獲得技術SLI(速力)。透過這個技術,可以並聯兩張顯示卡,理論上使繪圖效能加倍(實際上只有大約1.4-1.6倍)。它重新確立了NVIDIA在高端市場的名譽。ATI的同類型產品是X1000系列顯示卡的CrossFire

2009年1月,劃時代的55奈米製程顯卡問世並採用新的命名規則為GT200b.之後下一代GTX 280緊接推出;它擁有1062.72 GFLOPS浮點運算能力;另外還有一款雙晶片架構的GTX 260問世它有216三角形著色力(作成顯卡後稱為GTX 295)於市場上投石問路,值得一提的是它每一獨立GPU晶片有240條流線程能力,但是只有448-bit記憶體頻寬。藉由雙晶片之助一舉達到1788.48 GFLOPS浮點運算能力並有1.75GB的GDDR3。

2010年3月,NVIDIA正式推出了之前受困於良品率問題拖延很久才發表的Fermi架構,是NVIDIA首款支援DirectX 11的產品。

參考文獻[编辑]

相關條目[编辑]

外部連結[编辑]