Matrox

Parhelia-512

Autore:  Nicola Colavitto

Data:  14/10/2002 

Prezzo:  €450,00

Introduzione:

Tutti coloro che pensavano che l’azienda canadese Matrox, famosa per i propri prodotti dalle non eccelse prestazioni in 3D ma dall’ottima qualità grafica, si sarebbe sempre più chiusa in mercati di nicchia abbandonando il mercato desktop, devono ormai ricredersi.

Il 14/05/2002 e stato presentato il Parhelia-512, un chip che, prima che uscisse l’R300 di Ati, era il più complesso in circolazione. Con i suoi 80 milioni di transistor, il Parhelia si presenta al pubblico come un chip rivoluzionario. Permettetemi di precisare l’uso di questo termine: non innovatore nelle prestazioni, ma nel modo di concepire la gestione del video. Molto spesso ci si lascia “prendere la mano” da considerazioni velocistiche su una scheda grafica, dimenticando che il suo principale obiettivo è rappresentare a video, nel modo migliore possibile, una certa applicazione software. Grazie all’esparienza maturata nel campo video da circa ventisei anni, Matrox si è fatta conoscere per la sua attenzione alla qualità visiva, accontentando tutti coloro che, invece che ottenere il maggior numero possibile di frame al secondo, ricercano stabilità, qualità, funzionalità.

Il Parhelia giunge con un carico di innovazioni davvero importanti, prova di come gli ingegneri canadesi siano non solo al passo con i tempi, ma anche precursori di diverse funzionalità.

Prima di analizzare le caratteristiche tecniche e tecnologiche del prodotto, vogliamo spendere qualche parola sull’origine del nome attribuito al nuovo chip di Matrox. Il parhelion (plurale parhelia) è il temine inglese corrispondente al nostro parelio, quel fenomeno fisico per cui si generano due chiazze di luce ai due lati del sole, alla sua stessa elevazione. Queste sono causate dalla rifrazione della luce solare attraverso cristalli di ghiaccio verticali. Quando il sole è all'orizzonte i parelii si trovano sull'alone, mentre quando il sole è alto nel cielo si trovano un pò all'esterno dell'alone. I parelii hanno un colore biancastro, con una sfumatura rossastra nella parte più vicina al sole.

Specifiche:

Caratteristiche:

Le caratteristiche che l’azienda canadese ha incluso nel suo nuovo prodotto sono tra le più disparate. Tuttavia Matrox ha dato loro organicità suddividendole in tre grandi blocchi (ricordate il numero dei soli di cui prima) così catalogati: nel blocco Qualità sono state inserite le tecnologie 10-bit Gigacolor, l’UltraSharp Display Output, il 64 Super Sample Texture Filtering, il Glyph Antialiasing e il 16x Fragment Antialiasing, mentre  nel blocco delle prestazioni il bus di memoria a 512 bit DDR, le quattro pipeline di rendering con altrettante TMU (Texture Mapping Unit), il Quad Vertex Shader Array e il 36-Stages Shader Array. Nell’ultimo blocco, quello delle funzionalità innovative, l’azienda ha incluso tutte le tecnologie che la vedono pioniera: l’Hardware Displacement Mapping, il Surround Gaming, il DualHead-HF, il PC-Theater DVD, il TripleHead e il PowerDesk-HF di cui tratteremo nella sezione driver.

Con la tecnologia 10-bit Gigacolor, Matrox si avvicina alla grafica professionale introducendo nuovi colori su un comune PC. L’innovazione sta nell’estensione delle tonalità per ognuno dei tre colori, il rosso, il verde e il blu, a 1024, si lavora con 10 bit (2^10=1024) per canale piuttosto che 8 (2^8=256). In questo modo le cromature totali sono più di un miliardo (1024^3=1.073.741.824) e non più 16.777.216 (256^3). Si genera un’immagine 64 volte più precisa per quanto riguarda il colore.

Affinchè si possa sfruttare questa notevole ampiezza cromatica, è necessario usufruire, oltre che di pipeline a 10 bit, anche di frame buffer (area di memorizzazione dell’immagine prima che sia visualizzata), RamDAC (convertitore di colore da digitale ad analogico) ed encoder TV a 10 bit, per non perdere il livello qualitativo a cui si era generata l’immagine.

Matrox ha lavorato sulla correzione gamma per fornire immagini più fedeli sotto il profilo del colore. Consapevole che i monitor CRT hanno una risposta di lucentezza più che proporzionale rispetto al voltaggio in input, ha dotato il Parhelia di due RamDAC a piena correzione gamma.

Si genera un effetto inverso (di meno che proporzionalità) per bilanciare il primo, ed avere una risposta lineare tra lucentezza e voltaggio. Tutto questo si traduce in una maggiore precisione nella correzione gamma; ecco perché la curva ottenuta a 10 bit è molto più lineare di quella a 8 bit.

E’ importante notare che anche le applicazioni che non sfruttano i 10 bit possono usufruire della tecnologia: gestendo i 10 bit internamente in modo nativo, il Parhelia permette di sfruttare la precisione del Gigacolor in fase di conversione dell’immagine ad un livello di bit per pixel inferiore (es. 16 bit) con l’uso del dithering, generando immagini più fedeli all’originale.

Basta pensare alla profondità di colore a cui operano le videocamere digitali LSR (14 bit per canale) o agli scanner (16 bit per canale), per comprendere quanto sia utile una tale soluzione nella migliore fedeltà cromatica.

Immagine generata con tecnologia Gigacolor a sinistra.

L’Ultra Sharp Display Output Tecnology è il risultato della meticolosità che Matrox mostra tradizionalmente nella resa grafica a video. I due RamDAC da 400Mhz di cui Parhelia dispone, non sono solo “ad alta fedeltà” con una curva di risposta in frequenza molto vicina a quella ideale, ma anche perfettamente simmetrici, gemelli, cosa non rispettata dagli altri produttori di schede grafiche.

La curva di risposta in frequenza del Parhelia è la più lineare, cioè si avvicina maggiormante al comportamento ideale

La risposta in frequenza del Parhelia è molto più regolare e “pulita” della concorrenza tanto alle basse che alle alte risoluzioni

Matrox ha dimostrato che la risposta in frequenza e ai transitori del Parhelia è di gran lunga migliore del Radeon8500 di Ati e del GF4 di nVidia. Il suo segnale in uscita è qualitativamente superiore anche alle alte risoluzioni, quindi il Parhelia è dotato della migliore capacità di riproduzione del segnale video digitale e di risposta ai cambiamenti di colore. L’uso di componenti ad alta qualità e di filtri grafici del quinto ordine (anziché del terzo) garantiscono immagini più nitide.

Grafico della risposta in frequenza del RamDAC secondario: anche in questa occasione il Parhelia ha un comportamento molto lineare

Grafico risposta ai transitori: si nota l’efficienza del chip di Matrox nel cambio di colore

Con la sigla 64 Super Sample Texture Filtering, si denota la capacità della nuova GPU di Matrox di allocare dinamicamente fino a 64 texture per ciclo di clock con i seguenti risultati qualitativi:

Il Glyph Antialiasing è la tecnologia con cui il Parhelia riesce ad accelerare in hardware l’antialiasing dei caratteri (funzione che in WindowsXP è gestita via software).

Inoltre si aggiunge la piena correzione gamma a 10 bit totalmente programmabile, in modo do migliorare la leggibilità dei testi su qualsiasi sfondo.

L’incremento di leggibilità in WindowsXP/2000 è davvero sensibile.

Il 16x Fragment Antialiasing è, con molta probabilità, la tecnologia più completa presente nel Parhelia, poiché ingloba a doti spiccatamente qualitative (AA a 16x), doti velocistiche uniche nel settore. Il segreto di tale tecnica sta nell’ “intelligenza” dell’approccio di AA. La GPU applica un AA di altissima qualità (un Supersampling a 16x) solo ai pixel appartenenti ai bordi di ogni oggetto presente nella scena. Tutti i pixel sono catalogati in parzialmente coperti (frammenti), coperti e non coperti. Tutti i pixel che non sono frammenti sono immediatamente inviati al frame buffer pronti per essere visualizzati, mentre gli altri si dirigono verso il “Fragment buffer”, processati e poi fatti convergere al frame buffer. L’impatto velocistico risultante dall’applicazione del metodo è poco evidente (si occupa solo banda passante senza intaccare il fill rate).

Particolare a 1024x768 …	…con Fragment FAA-16

Confronto tra AA in modalità 16x (a sinistra) e 4x (a destra)

Partcolare senza l’applicazione del filtro anisotropico…

… con filtro anisotropico e FAA 16x

Ancora un particolare, senza filtro anisotropico (in alto) e con tale filtro applicato (in basso)

Le prestazioni in FAA-16x (4x4) sono notevoli, soprattutto se si pensa che in scene più o meno complesse, solo il 5% dei pixel presenti sono di tipo “fragment”. Al fine di evitare problemi di compatibilità, il Parhelia dispone anche della “classica” modalità di FSAA 4x.

E’ importante sottolineare come, non essendo un AA applicato all’intera immagine (Full Scene) ma solo ai bordi, non vengono intaccate minimamente le texture, che quindi non risultano mai sfocate, imprecise, o “macchiate”.

Veniamo ora a parlare delle pure prestazioni.

A tal proposito vogliamo dapprima sottolineare che il Parhelia è stato il primo chip che quest’anno ha debuttato con il supporto del bus a 256 bit (512 DDR) che, abbinato ai 275Mhz di frequenza della memoria video, permette di disporre di una banda passante di ben 17.6Gb/sec, un valore incredibile. Sono due le considerazioni da fare a tal proposito: la prima è che tale valore di banda passante viene “ridimensionato” se pensiamo che il Parhelia, supportando il multimonitor, si trova a che fare con uno schermo anche da 4096x1536@32bpp dove 17.6Gb/sec è un valore “solo” più che sufficiente. Forse molti hanno notato che non sono presenti tecniche di gestione ed ottimizzazione della banda passante (HyperZ o LMA) e che, quindi, la casa canadese abbia essenzialmemente puntato sulla “forza bruta”. Matrox, consapevole che due TMU sono ormai insufficienti per le attuali applicazioni, ha spinto il livello di multitexturing (per ciclo di clock) a quattro, dotando le quattro pipeline di cui dispone, di altrettante TMU. Il vantaggio di tale tecnologia sta nell’agilità del gestire più texture per ciclo di clock e, quindi, in una fluidità finale maggiore. Il Quad Vertex Shader Array e il 36-Stage Shader Array sono rispettivamente il motore di Vertex Shader (in standard DirectX 9) e Pixel Shader (in versione 1.3). Il primo si basa sull’utilizzo di quattro engine che assicurano prestazioni elevate nelle scene ricche di triangoli, il secondo è detto così perche è caratterizzato da ben cinque unità di Pixel Shader per ogni pipeline, capaci di gestire agevolmente anche le scene più ricche. Per quanto concerne le funzionalità innovative, vogliamo subito evidenziare l’attenzione di Matrox nella gestione del multi-monitor. Con l’introduzione del DualHead di quarta generazione, il DualHead-HF (High Fidelity), Matrox mette a disposizione il miglior supporto dual-monitor presente sul mercato. Grazie ai suoi due ottimi RamDAC gemelli di cui dispone, il Parhelia è in grado di visualizzare risoluzioni fino a 2048x1536@32bpp@85Hz simultaneamente (o 1600x1200@32bpp su monitor digitali).

Ciascuna delle due uscite video è dotata di overlay hardware con piena correzione gamma e di cursori hardware. Ricordiamo il supporto del reduced blanking di monitor digitali: questa funzionalità, presente solo sui moderni monitor DVI, permette di incrementare frequenza di aggiornamento e risoluzione (fino a 1920x1200), il tutto a vantaggio della produttività.

Ma Matrox non si è fermata dinanzi a due monitor, ne ha aggiunto un terzo e creato la tecnologia TripleHead. Molti scettici reputano dispersivo l’uso di più di due monitor e magari pensano che, invece che incrementare la produttività, la si minimizzi con tecniche inutili. Chi vi scrive ha visto all’opera il TripleHead, attraverso la semplice maneggevolezza del desktop, o con l’uso di programmi professionali come 3DStudio Max, Premiere, PhotoShop, ecc. Un capitolo a parte lo meritano i giochi su triplo schermo: abbiamo provato Jedi Knight II, QuakeIII Arena, Flight Simulator 2002, Soldier of Fortune, ecc. e finalmente sembrava di immergersi in un mondo “virtuale molto reale”.

A parte il gioco di parole, l’esperienza di gioco fornita dal Surround  Gaming è totalmente nuova e permette a titoli che lo supportano, anche di ampliare il campo visivo. Proprio tenendo conto della risoluzione raggiungibile, la fluidità mostrata dal Parhelia con i precedenti titoli ludici o comunque in ogni occasione, dà un assaggio dell’enorme potenziale incluso in questo chip.

Prima di parlare dell’Hardware Displacement Mapping (HDM), vogliamo concentrarci sulle capacità “televisive” del Parhelia. Grazie al supporto del Gigacolor, anche la decodifica DVD viene realizzata a 10 bit (come i costosi lettori da tavolo) e, grazie al DVDMax, il video viene inviato all’uscita TV sotto stretto controllo di filtraggio, scaling, decodifica iDCT, compensazione del moto. Il PC-Theater DVD è quanto di meglio abbiamo visto su una scheda grafica per desktop: la qualità visiva è eccellente così come la fluidità, e fonda il suo successo proprio sull’ottima qualità dell’uscita TV a 10 bit. Veniamo ora a quella che, a nostro parere, è la tecnologia più rivoluzionaria inclusa nel Parhelia: l’Hardware Displacement Mapping (HDM). E’ un nuovo metodo di generazione di superfici complesse (che sarà incluso nelle prossime DirectX 9 di Microsoft), tanto semplice quanto potente, e si fonda sull’uso combinato di Depth-Adaptive Tesselletion e Vertex texturing. Per fare un esempio, pensate al gioco dei chiodini, con cui molti di noi (se non tutti) si sono confrontati da piccoli.

L’HDM sfrutta le “Displacement Maps” per dislocare i vertici di una mesh (maglia di triangoli adiacenti) e formare la cosiddetta “Displaced Mesh”.

Le displacement maps sono immagini bidimensionali i cui colori sono convertiti in informazioni di altezza, profondità. Pensate alle cartine geografiche ed in particolare al mare: le zone in celeste sono le meno profonde, quelle in blu le più profonde, e così via.

La tessellizzazione interviene nell’incrementare il numero di triangoli che definisce la mesh finale, aumentando il grado di dettaglio e la smussatura della superficie risultante.

In realtà la tecnologia Matrox è ancora più evoluta, è detta “Depth-Adaptive” perché permette una tessellizzazione “intelligente” basata sul “Level of Detail” (LOD). Questa si preoccupa di dettagliare maggiormente la parte della mesh più vicina alla camera, il punto di vista dell’osservatore, ed invece meno la parte della superficie più lontana. In questo modo si evitano calcoli inutili senza la perdita di dettagli evidenti.

Alla displaced map si applica il mip-mapping, cioè si creano vari campioni della stessa a risoluzioni diverse per associare quelle più dettagliate alle zone in cui la precisione necessaria è maggiore (le più vicine). Questa operazione è stata denominata Vertex-Texturing.

La variazione del LOD è dinamica e grazie all’uso di valori in virgola mobile, la tessellizzazione è sempre continua e fa si che, triangoli con diversi LOD adiacenti, non mostrino artefatti grafici.

E’ interessante notare come, a parità di mesh di base usata, modificando sola la displacement map, si ottengono risultati molto diversi, dimostrazione che il pregio principale dell’HDM è la versatilità.

Stessa intelaiatura di base per due modelli identici …

…con diverse displacement maps applicate.

Tessellizzazione dei precedenti modelli