PhysX物理加速_圖文

1、整合PhysX物理加速歷史回顧二十世紀(jì)四十年代第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)ENIAC問世 二十世紀(jì)五十年代IBM公司展示第一塊硬盤：IBM RAMAC 350二十世七四十年代世界上第第一顆微處理器：Intel 4004，CPU是intel（英特爾）制造的4004，400只有2300個(gè)晶體管，速度只有740khz二十世紀(jì)八十年代第一代獨(dú)立顯卡8位ISA顯卡誕生二十一世紀(jì)2008年NVIDIA收購Ageia，宣布顯卡將全面支持物理加速而，未來GPU全面整合物理加速技術(shù)顯卡全面升級整合PhysX技術(shù)基于市場對于PhysX的不斷關(guān)注，物理加速技術(shù)取得了飛速發(fā)展，但是由于物理卡過于昂貴的價(jià)格，所以造成了物理卡的

2、需求量并非想象中的那么火熱，而就普遍情況而言物理加速也多由CPU兼職。不過隨著3D圖形時(shí)代的全面到來，PhysX物理加速技術(shù)在DX10規(guī)范下變得日益火爆，支持物理加速技術(shù)更是得到了業(yè)界眾多公司的認(rèn)可和親睞，而在2008年二月，圖形處理器廠家NVIDIA更是花費(fèi)巨資將Ageia并入旗下，這標(biāo)志著最強(qiáng)GPU與物理引擎品牌強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的開始，也標(biāo)志著物理加速技術(shù)進(jìn)入全新的高速時(shí)代。兩家的最終聯(lián)手也標(biāo)志著GPU將在支持物理加速方面有著新的突破，而在物理加速火爆的今天，NVIDIA在并購Ageia問題上相比死對頭ATI明顯快了一步，要想在物理加速領(lǐng)域取得最強(qiáng)勁的支持，從在Ageia方面獲取最優(yōu)技術(shù)支持無疑成

3、為最佳之選，所以也就有了近期流傳ATI方面曾與NVIDIA商談關(guān)于物理加速的問題。在以后的顯卡技術(shù)中，將會(huì)把PhysX技術(shù)加入到現(xiàn)有的CUDA和Geforce GPU中去，而收購后的Ageia也將不會(huì)再做物理加速卡PPU。從NVIDIA相關(guān)策略來看，以后將會(huì)在整合PhysX物理加速引擎方面取得更多的突破，這也預(yù)示著在CPU放開PPU之后，新一代的GPU將會(huì)全面整合PPU，從而TG1 全面支持最新的物理加速技術(shù)。為了更好地解析物理加速技術(shù)，在此我們將選用N卡堅(jiān)實(shí)的合作伙伴XFX訊景顯卡作為分析參考，在這里我們之所以選擇XFX訊景品牌，原因在于在高端顯卡上XFX一直以來擁有較好的資源與技術(shù)優(yōu)勢，而

4、且在N卡A卡斗爭交織復(fù)雜的今天，我們依然可以看到XFX堅(jiān)定的N卡戰(zhàn)略。窺一斑而見全豹，我們希望透過對XFX顯卡的分析以便玩家們可以更好地了解目前顯卡在物理加速方面的全線戰(zhàn)略。小熊在線物理加速技術(shù)解讀或許“物理運(yùn)算”這個(gè)詞對很多玩家來說還顯得些許陌生，又或許僅限于一種概念。而實(shí)際上，“物理運(yùn)算”早已悄然走進(jìn)我們的生活，只不過我們一直沒有留意.那什么是物理加速呢？其實(shí)物理運(yùn)算主要負(fù)責(zé)兩個(gè)工作：物體運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)與物體間的交互性回應(yīng)。比如：自由落體，粒子運(yùn)動(dòng)，流體運(yùn)動(dòng)，煙霧翻騰，風(fēng)力運(yùn)動(dòng)，剛性物體之間的碰撞等等都屬于物理運(yùn)算解決的范疇。在各種3D應(yīng)用中，特別是在大型的3D游戲中，為了使游戲的畫面更加真實(shí)，

5、就會(huì)在游戲中設(shè)計(jì)許多接近現(xiàn)實(shí)的物理計(jì)算，比如：自由落體，物體運(yùn)動(dòng)，空氣流動(dòng)，力的反彈以及各種物體間碰撞等等。在之前的傳統(tǒng)的技術(shù)中，游戲的物理運(yùn)算基本上是通過物理引擎加上CPU處理后的物理參數(shù)后再反饋到中游戲之中，這種方式往往在遇到大規(guī)模的物理運(yùn)算時(shí)就會(huì)出現(xiàn)運(yùn)算瓶頸，從而造成了游戲中一旦出現(xiàn)大量物理運(yùn)算時(shí)幀數(shù)就會(huì)明顯下降的問題。為了徹底解決這一問題，其實(shí)也就是為了讓游戲玩家更好地體驗(yàn)到各種逼真震撼的游戲場景，2005年美國某游戲開發(fā)者論壇上，一家名為Ageia的半導(dǎo)體公司推出了世界上第一顆專為還原真實(shí)物體特效的處理器，而這顆處理器取名為PPU（Physics Processing Unit）。P

6、PU直譯為物理處理器，它是一種專門設(shè)計(jì)的用來加速物理模擬算法執(zhí)行的處理器產(chǎn)品，它能加速的模擬算法包括剛體動(dòng)力學(xué)、碰撞檢測、流體模擬、軟性物體和物體破裂模擬。通過這種硬件設(shè)備，我們能將現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的中的處理器從其不擅長的物理模擬和人工智能算法中解放出來，讓CPU、GPU和 PPU各自負(fù)責(zé)自己在游戲中最擅長的部分。PPU使得游戲角色和整個(gè)游戲場景有盡乎自然的交互性，把游戲畫面呈現(xiàn)的物體都可以盡乎自然的方式進(jìn)行操縱和影響。小熊在線PPU的處理技術(shù)和CPU其實(shí)是兩個(gè)不同的運(yùn)算概念，物理運(yùn)算需要十分強(qiáng)大的整數(shù)及浮點(diǎn)運(yùn)算能力支持，而PPU強(qiáng)大架構(gòu)為這些分離提供了強(qiáng)大的優(yōu)勢，而PPU將原本使用軟件技術(shù)并通

7、過CPU運(yùn)算處理的物理反應(yīng)計(jì)算再提取出來，給專門負(fù)責(zé)物理運(yùn)算的芯片來處理。這也就意味著3D運(yùn)算必須交由CPU、PPU和GPU三者共同協(xié)作完成。小熊在線物理加速卡而就現(xiàn)狀而言，物理加速其實(shí)更多的被CPU所兼容，由于PPU價(jià)格定位上的原因，一般也只有高端用戶才會(huì)裝備這樣一塊單獨(dú)的物理加速卡，一般通過特殊物理加速引擎的方式支持物理加速技術(shù)，不過由于CPU在承載浮點(diǎn)運(yùn)算、流體特效、布料特效以及人體柔性特效等方面的能力也畢竟有限。小熊在線讓游戲更真實(shí) XFX訊景引入PhysX技術(shù)回顧以往游戲中，受限于CPU自身的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，游戲開發(fā)商可能會(huì)犧牲了玩家的真實(shí)場景體驗(yàn)，而采用預(yù)先定義好的動(dòng)態(tài)場景。比如開槍

8、打一堵墻，即使是威力巨大的武器也只能在很薄的墻體上留下些彈痕，而不能導(dǎo)致倒塌或摧毀；被你擊斃的所有敵人，都以預(yù)先定義好的千篇一律的方式倒地，場景中物體的表現(xiàn)往往跟現(xiàn)實(shí)世界相去甚遠(yuǎn)，玩家也往往因不能體驗(yàn)到身臨其境的真實(shí)感而引以為憾。小熊在線雖然在高端顯卡市場上，N派XFX訊景顯卡素來也算強(qiáng)勁，但是以往顯卡大多將關(guān)注和技術(shù)運(yùn)用于圖形處理方面，并未參與物理加速，這也導(dǎo)致了GPU資源的閑置于浪費(fèi)。但是倘若單純靠CPU兼容物理加速引擎去實(shí)現(xiàn)這種效果的話，估計(jì)對CPU運(yùn)算以及資源消耗方面會(huì)有較大影響。在動(dòng)態(tài)中圖像幀數(shù)下降低很厲害，在某些游戲中更是會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的斷續(xù)畫面，究其原因在于面對動(dòng)態(tài)物理模擬，處理器無

9、法單獨(dú)地進(jìn)行運(yùn)算。小熊在線而我們看目前市面上XFX訊景發(fā)布的GTX280/260等幾款顯卡，我們已經(jīng)可以看到，這類顯卡的GPU中其實(shí)已經(jīng)開放一部分資源TG2 支持物理加速，或者通過支持物理引擎模式全面支持現(xiàn)有物理加速，TG3 而關(guān)于GPU在整合TG4 物理加速方面的優(yōu)勢在以下的內(nèi)容中我們將進(jìn)行系統(tǒng)地分析，不過我們可以看到，顯卡整合TG5 物理加速將是未來發(fā)展的大勢所趨。小熊在線而在PhysX技術(shù)下，虛擬世界中的畫面場景將變得更真實(shí)，它們將會(huì)有自己的特性，有自己的體積重量，甚至是對外部的感知，虛擬世界中的物體將更加豐富，也將更多地接近于真實(shí)。這些其實(shí)我們在之前的Half-Life 2、Crysi

10、s、Pain Killer、UE3等著名游戲中可以看到，都采用了這個(gè)PhysX物理引擎，我們也可以看到，在全新的支持物理加速技術(shù)的顯卡中，各種物體爆炸、撞擊、建筑物倒塌等等其實(shí)都已經(jīng)接近于真實(shí)特效的效果，而支持物理加速將成為GPU最拿手的技能之一。小熊在線基于CUDA原理下的圖型物理加速卡就GPU運(yùn)算速度而言，在部分專業(yè)性能上運(yùn)算能力已經(jīng)大大超越了CPU運(yùn)算速度，而且在浮點(diǎn)運(yùn)算方面更是相比CPU擁有幾倍的優(yōu)勢。而且全新的統(tǒng)一渲染架構(gòu)也充分發(fā)揮了GPU的工作潛能，在NVIDIA最新的物理加速下，GPU將不僅僅是處理復(fù)雜的3D圖像顯示功能，而且還增添了最新的物理運(yùn)算，強(qiáng)大的Ageia公司物理引擎技

11、術(shù)以及NVIDIA對CUDA更多的重視程度，我們相信N系顯卡在物理加速方面將會(huì)擁有更加優(yōu)秀的表現(xiàn)。分析一下Ageia的PPU的架構(gòu)，其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)Ageia的PPU本身是一個(gè)類似于IBM Cell芯片架構(gòu)的RISC通用浮點(diǎn)運(yùn)算器，同時(shí)為單純的浮點(diǎn)運(yùn)算作過結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，比如加強(qiáng)內(nèi)部寄存器的數(shù)量而沒有緩存，因?yàn)槲锢磉\(yùn)算基本上以隨機(jī)讀取為主，而不存在局部變量的延續(xù)性。小熊在線我們可以看到目前市面上的所有XFX訊景Geforce8、9系列顯卡及最新的GTX280/260顯卡本身不僅擁有強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，更增強(qiáng)了內(nèi)部通用寄存順的與數(shù)據(jù)流控制順（DME）TG6 。GTX280顯卡的浮點(diǎn)運(yùn)算能力已達(dá)到720

12、GFlops，遠(yuǎn)高于第一代專用物理運(yùn)算器Ageia PPU的25GFlops的浮點(diǎn)運(yùn)算。并且顯卡聯(lián)合渲染單元都支持CUDA，即可以將每一SP單元看作是可編程的通用浮點(diǎn)運(yùn)算器。而其競爭對手的產(chǎn)品，在這一方面仍有弱勢必須將通用浮點(diǎn)運(yùn)算轉(zhuǎn)換成為圖型數(shù)據(jù)后才能被處理，這種運(yùn)算方式類似于更早的GPGPU的概念。小熊在線也就是說，之前所有DirectX10的顯卡都已具備物理運(yùn)算的潛能唯一需要的，只是發(fā)布物理運(yùn)算的API（應(yīng)用程序接口，類似于微軟的DX10），而這也正是NVIDIA在收購Ageia之后，能夠迅速推出支持物理加速的驅(qū)動(dòng)程序的原因。GPU從CPU手中接過重?fù)?dān)，將PhysX物理加速技術(shù)融入到GPU

13、當(dāng)中，并通過CUDA接口承擔(dān)起游戲中的物理運(yùn)算。就芯片核心設(shè)計(jì)而言，GPU的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是最適合物理運(yùn)算的，也就是如果在進(jìn)行復(fù)雜的物理運(yùn)算時(shí)，GPU運(yùn)行同樣的物理運(yùn)算能力將比CPU強(qiáng)很多，因?yàn)榫驮O(shè)計(jì)而言GPU是一顆目的性非常明確的并行處理器，然后才是PPU，最后才我們的CPU。相比CPU，GPU在浮點(diǎn)運(yùn)算能力上大幅度高于CPU，GTX280浮點(diǎn)運(yùn)算能力就具有將近十倍于酷瑞2四核處理器的支多，而在流體特效、布料特效、人體柔性特效上的處理能力都超出10多倍。小熊在線以目前市面上比較流行的NVIDIA GeForce9800GTX為例，XFX訊景GeForce9800GTX（PV-T98F-YDB）

14、顯卡采用公版設(shè)計(jì)，采用G92-450-A2顯示核心，基于65nm制程，采用DirectX10統(tǒng)一構(gòu)架，擁有128個(gè)流處理單元，顯卡支持DirectX10、 SM4.0和OpenGL2.1技術(shù)，支持PCI-Express 2.0總線標(biāo)準(zhǔn)，并支持PureVideo HD 2視頻解碼引擎。這款顯卡采用三星GDDR3高速顯存顆粒，顯存規(guī)格512MB/256bit，核心頻率/Shader頻率高達(dá)760MHz/1900MHz，顯存頻率更是達(dá)到了2280MHz。這款顯卡和GTX280/260顯卡一樣，并未直接植如物理卡核心，而是通過開放強(qiáng)大的GPU核心來支持物理加速，雖然相比之前的顯卡在配置方面沒有太大的改

15、變，但是這款顯卡最為顯著的特點(diǎn)就是通過NVIDIA最新發(fā)布的PhysX物理加速驅(qū)動(dòng)，9800GTX顯卡可以在支持PhysX的游戲中使用GPU強(qiáng)勁的物理加速性能進(jìn)行物理運(yùn)算。也就是說，玩家只要購買這款顯卡就可以免費(fèi)體會(huì)到以前只有昂貴的PPU物理加速卡實(shí)現(xiàn)的華麗物理效果。物理加速的應(yīng)用就目前技術(shù)而言，強(qiáng)大的雙核四核CPU已經(jīng)在支持物理加速方面具備了一定的實(shí)力，不過早之前，Ageia就已經(jīng)認(rèn)定PPU的作用將是CPU所無法替代的，而且在PhysX的性能方面，通過不斷升級改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)程序，PhysX在物理模擬方面將擁有更加強(qiáng)勁的實(shí)力。擁有PhysX的游戲?qū)⒉辉偈怯梢粋€(gè)個(gè)串線式貼圖組成，任何物理都將是有其物

16、理特性的，任何物體也都是可以隨意移動(dòng)的，它們都將按照游戲中的設(shè)計(jì)物理參數(shù)，還原一個(gè)“真實(shí)動(dòng)態(tài)”的豪華游戲世界。小熊在線在物理加速應(yīng)用而言，其實(shí)最多的還是體現(xiàn)在游戲設(shè)計(jì)上，目前支持PhysX的游戲包括有幽靈行動(dòng)2：尖峰戰(zhàn)士、好戰(zhàn)者、虛幻競技場3、細(xì)胞因子、賭命戰(zhàn)士、戰(zhàn)爭機(jī)器、Beowulf等，支撐他們的核心和靈魂也正是PhysX引擎，并且都支持PhysX物理加速卡。這些游戲由于加進(jìn)了物理加速特效的支持，在游戲效果上已經(jīng)完全不同于普通游戲，目前支持PhysX技術(shù)的游戲已經(jīng)達(dá)到百余款，而且從業(yè)內(nèi)了解到，2008年年內(nèi)將有16款包括Bionic Commando、Shadow Harvest等16款支

17、持物理加速的游戲發(fā)布。小熊在線目前世界上大多頂級游戲開發(fā)商都表示將采用PhysX物理加速技術(shù)，預(yù)計(jì)明年支持物理加速的游戲數(shù)量將會(huì)達(dá)到兩百多個(gè)，而且在主流游戲PC上都可對PhysX的支持，支持PhysX已經(jīng)成為難以抵抗的潮流。NVIDIA的高級副總裁Roy Tayler表示：到2009年夏天，我們可以看到大40款支持NVIDIA物理加速的游戲。NVIDIA將借助其TWIMTBP游戲計(jì)劃，幫游戲開發(fā)者實(shí)現(xiàn)物理加速在游戲當(dāng)中的普及。小熊在線在NVIDIA收購Ageia之后，短短數(shù)月時(shí)間游戲簽單客戶就幾乎達(dá)到Ageia兩年之多，這也可以看出NVIDIA方面在顯卡全面支持物理加速方面的重視程度。就目前而

18、言，早在今年二月份的GDC 08D展會(huì)上，NVIDIA就已經(jīng)展示了其最新的顯卡物理加速技術(shù)，而且發(fā)布最新物理加速驅(qū)動(dòng)將支持GTX280等新型顯卡，不過按照NVIDIA物理加速策略來看，GeForce8系列產(chǎn)品可能將都支持物理加速技術(shù)，不過這類原形顯卡將不會(huì)整合最新的物理加速卡，而是有開放GPU部分功能全面支持物理加速。TG7 總評：從目前最新的產(chǎn)品可以看到，XFX GTX280等顯卡并沒有加入之前所傳說的物理卡，而是通過驅(qū)動(dòng)的形式支持物理加速，TG8 充分利用顯卡高浮點(diǎn)運(yùn)算能力來進(jìn)行物理加速。從XFX訊景官方最新發(fā)布的驅(qū)動(dòng)統(tǒng)計(jì)，目前支持NVIDIA PhysX的N系顯卡市面上僅有GTX280、9800GX2、GTX260、9800GTX以及即將發(fā)布上市的9800GTX+這幾款顯卡，不過我們也了解到，在未來一段時(shí)間內(nèi)，XFX訊景GeForce8/9系列顯卡都將都會(huì)開放對PhysX物理加速的支持，這也意味著N卡將擁有物理加速和發(fā)展更為前沿的CUDA通用計(jì)算技術(shù)。小熊在線其實(shí)早在幾年前，采用GPU的GPGPU特性