隨電腦遊戲朝向3D立體化趨勢設計的同時，為因應個人電腦在多媒體環境的未來發展，勢必將呈現在日常家庭劇院、電影欣賞或3D虛擬實境上，值此之時，運用3D繪圖功能的需求量高漲，當時2D繪圖視窗加速功能顯然不符所須，高解析度、全彩、能快速執行3D繪圖視訊的3D繪圖處理器，成為市場指標。進入3D新世代以後，若個人電腦僅憑CPU速度來執行運算功能，將大大降低整體系統效能，解決之道在於選用品質優良的繪圖卡方能勝任，而決定繪圖卡良莠與否的關鍵，則在於繪圖晶片。

針對當前最新一波的數位革命（Digital Revolution），其背後推手當屬消費潛力無窮的終端產品消費者，儘管全球企業IT支出仍愁眉不展，消費性電子產品市場持續增溫，帶動整體景氣向上攀升，面對此一消費性電子產品熱銷趨勢，繪圖晶片三強ATi、Nvidia、Intel又將如何佈局以對？

全球繪圖晶片產業的崛起

繪圖晶片的功能在早期主要是以系統中文或是圖形的視訊轉換輸出介面為主，在PC各元件中，其重要性並不明顯，然而隨著軟體環境不斷地複雜化，在各種繪圖資料乃至於3D遊戲大行其道的情況下，以CPU為主要的運算元顯然已經不敷龐大的資料運算需求，強調3D處理效能以分散CPU運算重擔的繪圖晶片，逐漸成為PC中除CPU外最重要且複雜的晶片。而純以晶片的內部結構Gate Count數來看，複雜度甚至高於CPU。在未來的功能不斷被強調的IA趨勢上，繪圖晶片在數位影像處理功能的角色將越來越吃重。

自1998年起，AGP架構開始嶄露頭角，由於AGP架構為繪圖卡增添另一條專用道，讓CPU能以最快速度傳送指令給晶片，並提供顯示卡高速傳輸資料的功能，在最新AGP架構下，高畫質與流暢的3D立體效果，遠勝以往在PCI架構下的表現，在此同時，以AGP架構搭配當時已漸具工作站雛形的個人電腦，提供3D走入一般大眾工作領域或實現家庭影音劇院的夢想，已逐步實現。

過去幾年繪圖晶片市場經歷了一場大洗牌，主要的廠商Nvidia及ATi分別在桌上型、筆記型電腦領域各領風騷，但是在系統單晶片SoC（system-on-a-chip）的趨勢下CPU巨人Intel以及系統晶片組的廠商如VIA（威盛）、SiS（矽統）、Ali（揚智）也都推出整合型繪圖晶片組跨足繪圖晶片領域，使得主流繪圖晶片廠商市場版圖受到侵蝕。在此情況下除了推出更高階的繪圖晶片以捍衛自己原來的地盤外，也開始進攻遊戲機領域，Nvidia結合Micorsoft推出Xbox，而ATi 則支援Nintendo 推出Game Cube，從此兩大電腦繪圖晶片商正式進軍遊戲機晶片市場成了跨平台的繪圖晶片供應商。

繪圖產業的三國時代

1999年～2000年是繪圖晶片市場變化頗大的一年，面對Nvidia以及眾多顯示卡下游廠商的聯合助攻下，各繪圖晶片廠商的市場佔有率節節下滑。曾經是Nvidia的3D晶片勁敵－3Dfx，淪為被Nvidia併購的命運。Trident和 S3則分別與國內公司合作，瞄準低價筆記型、整合型晶片組市場繼續存活。而加拿大知名繪圖晶片商Matrox雖然有一度曾採開放晶片授權的政策，但隨即又回歸研發、製造、行銷自成一體的結構，規避效能上的弱勢去攻佔零售市場。2001年中旬，以開發PowerVR晶片組聞名於遊樂器的PowerVR公司，更由於市場已讓Nvidia稱霸許久，故其晶片無法獲得大多顯示卡廠商的認同，使得光環與氣勢逐漸衰微，在市場上曇花一現。

1996年英特爾跨入繪圖晶片領域，率先推出具繪圖功能整合型晶片，整合型晶片意指北橋晶片整合繪圖核心，因此，若主機板上採用整合型晶片組，便無須再外加繪圖卡，相對地，若整合型晶片組的出貨量提升，首當其衝遭受威脅的便是繪圖晶片廠商的出貨量，尤其是指所謂的獨立型繪圖晶片而言。

《圖一　繪圖晶片市場（DT/NB/Integrated/Standalone）》 資料來源：Mercury Research；2003/10

整合型繪圖晶片壓縮繪圖卡業者獲利

由於繪圖晶片功能大同小異，產品差異性不高，消費者若購買整合型晶片，就無須再花錢購買繪圖卡，此將使專業繪圖晶片廠商獲利遭受壓縮。當前低價電腦盛行，PC供應商為節省成本，減少主機板佔用空間的整合型繪圖晶片，似有後來居上之勢，根據Mercury Research日前最新報告顯示，2003年第三季全球繪圖晶片市場出貨量達到5564萬顆水準，受整合型晶片組後勢看漲影響，英特爾取代Nvidia，自從2003年第二季開始，便站上整體繪圖晶片市場龍頭，市佔率達到35％，而ATi則市佔小幅上揚，達22％，Nvidia市佔則下滑6個百分點，降為25％；如(圖一)。

在此消彼長的態勢下，一來顯示Nvidia與ATi市佔率差距僅有3％，根據Mercury Research資料指出，這是繪圖晶片雙雄近1年半來市佔差距最小的一次，另一個重大意義在，整合型晶片組正逐步侵蝕獨立型晶片（或可稱繪圖卡）生存空間，繪圖晶片廠商例如Nvidia與ATi已進入整合型PC晶片組戰場一搏高下，同時，亦積極開拓新興市場。

繪圖技術發展現況與未來趨勢

DirectX 9.0多媒體應用程式介面漸成為主流

DirectX是微軟於1995年開發的多媒體應用程式介面，API介面可使軟體開發人員不需撰寫特定硬體的程式，直接進入特定的多媒體硬體功能區進行程式的編輯，簡化了軟體開發人員在應用研發階段的流程和硬體在相容性測試的工作；微軟當初設計DirectX的API介面最大目的是為了簡易程式設計師們的操作環境和確定與硬體之間的相容性及穩定性。

由於3D繪圖設計師必須在作業系統上開發符合目前潮流的電影般視覺特效，不僅要有最先進的繪圖處理器，提供強大的運算效能，還要有支援多項特殊繪圖功能的API介面才能將畫面品質呈現到最完美的境界；所以微軟便推出最新的API介面DirectX 9.0來搭配新一世代的視覺處理器（Visual Processing Unit；VPU）來達成極致的視覺效能，如ATi的RADEON R9800XT VPU擁有的3D繪圖運算引擎及8條著色管線，每秒可同時輸出超過3億8000萬個圖形物件並支援所有DirectX 9.0的特殊功能；如(圖二)。以下是幾種DirectX 9.0所包含的特殊功能：

《圖二　ATi RADEON 9800系列VPU硬體架構圖》 資料來源：Mercury Research；2003/10

SHADER已是現階段繪圖晶片的核心技術

目前市場需要的是一種能夠將專用VPU的速度及最佳化特性與CPU 的靈活性及可程式化特性結合起來的新技術，這種技術將使互動式影像的播放速率與視訊效果達到無限逼真的境界。試圖引入此項技術的首次嘗試已經獲得了成功，它在增加程式設計人員可利用效果的數目方面取得了很大突破，但在多功能性和視覺效果方面卻仍然受到一些限制。最近，由ATi研製開發的SMART SHADER技術消除了這些限制，讓程式設計人員的想像力真正能夠在一個自由的空間中得到最充分的發揮。

為了使影像能在更流暢的畫面速率下播放，在每秒鐘內圖素遮蔽器必須執行數千萬次，因此播放效能是考量的一個重點。每當一個圖素經過著色管線時，由於資料需從紋理記憶體、色彩深度緩衝記憶體和顯示緩衝記憶體中讀出並寫入，所以要佔用寶貴的記憶體傳輸頻寬。如果可以減少螢幕上每個圖素需經過著色管線的次數，就可以降低記憶體傳輸頻寬的佔用量，而且圖素遮蔽器對播放效能的不良影響也會因此而降到最小。

然而要創造逼真的現實場景需要使用許多紋理，這種場景中包含各種凹凸表面，並混合來自多種光源的擴散光、鏡面光和非均勻照明效果，以及產生逼真視覺的反射光和陰影等。現實中許多物件依照簡單的算術函數改變其形狀。這些函數可以使用頂點遮蔽器設計成模型，並應用到一個物件的每個頂點位置的變化上，創造出逼真度極高的過渡性變形動畫。這一技術有極廣泛的應用，如製作水波、飄揚的旗幟和風中的披肩，以及一些飄浮的物件，如肥皂泡沫等；參考(圖三)和(圖四)。

《圖三　使用頂點遮蔽器製作 》

《圖四　使用頂點遮蔽器製作的飄動衣物的肥皂泡動畫》

PCI Express必是未來的關鍵技術

有別於PCI匯流排多點下傳（Multi-Drop）平行匯流排技術，PCI Express引進交換式（Switch）點對點（Peer-to-Peer）序列傳輸技術，且於傳輸資料中，若不涉及需要維持快取記憶體內容一致性之存取動作，便不必將此等傳輸作業轉送至主機橋接元件。就架構上而言，PCI Express分成實體層、資料鏈結層及交易層三部份，如(圖五)，實體層由一組單工通道（Lane）組成發送端與接收端，初期單一通道之傳輸速度可達2.5Gbps，前述單一通道的場合稱為x1，而PCI Express之實體層可支援x1、x2、x4、x8、x12、x16及x32之通道頻寬，透過8B/10B之編碼方式來傳送或接收資料。資料鏈結層之主要任務在於確保封包交換之可靠性並提供流量控制的功能。交易層則接受上層軟體的讀寫要求並請求資料鏈結層傳送封包。

《圖五　PCI Express架構》 資料來源：PCI-SIG；2003/04

PCI Express採交換式點對點序列傳輸技術，加上可彈性擴充、外加模組、隨插即用、熱插拔、先進電源管理、QoS等功能，不光在頻寬上可得到大幅之提升，更可應用於個人電腦、筆記型電腦、伺服器、以及工作站等不同需求之應用領域，而在現行各種不同的匯流排技術中，若在成本可行的條件下，首先可望在PCI匯流排出現替代效應。

就南北橋晶片的聯結匯流排而言，由於連接南北橋的匯流排頻寬須配合外部週邊裝置的需求，以鍵盤、滑鼠、軟硬碟、印表機和連接PCI匯流排的裝置為例，假設這些裝置同時對PC內部傳輸資料，所需的頻寬大約250MB/s左右。因此，晶片組廠商當初在南北橋匯流排介面的頻寬設計係以266MB/s為主。隨著高速的I/O 週邊設備陸續成為PC的標準配備（例如：Serial-ATA、USB 2.0、IEEE 1394等），原先266MB/s的頻寬顯然已不敷使用，因此各家廠商陸續提出新的介面規格以滿足不斷增加的頻寬需求，目前除PCI之外，ATI RADEON 9100IGP晶片組使用A-Link（最高可支援266MB/s）、Intel使用HubLink（目前支援266MB/s）、SiS使用MuTIOL、VIA使用VLink等技術。

就繪圖卡與北橋的互連而言，針對目前AGP 8X的頻寬已足敷使用，故並無立即之取代性，但在未來頻寬需求的進一步提升，加上PCI Express對現行PCI的替代效應出現，內部匯流排規格的一致性將有助於主機版設計的便利以及成本上的降低，因此未來PCI Express將可望取代AGP匯流排。

繪圖廠商的競爭策略

整合型PC晶片組市場將為激戰區

在整合型PC晶片組的衝擊下，原本致力於發展中、低階繪圖晶片產品的供應商因生存空間受到壓迫，迫使繪圖晶片的供應商紛紛尋找新的發展空間，其中Nvidia與ATi選擇進入整合型PC晶片組產業，Trident也透過與揚智科技的合作進入整合型繪圖晶片市場，威盛在取得S3之後，則以發展整合型晶片組為重心，矽統除了整合型PC晶片組產品之外，亦發展高階的獨立型的繪圖晶片產品，不過由於高階繪圖晶片發展，技術門檻甚高因此並不容易。

目前繪圖晶片廠商，若不是選擇往高階的繪圖晶片發展，就是轉向整合型PC晶片組領域來尋求成長，不過由於3D繪圖技術門檻甚高，並非所有的繪圖晶片廠商都有足夠的技術能力。

消費性電子市場為另一個天空

近年來包括ATi、Nvidia等繪圖晶片大廠都積極拓展產品線，由個人電腦延伸至數位電視、家電產品、PDA、行動電話等繪圖晶片市場。ATi於消費性電子產品繪圖晶片市場耕耘方面，除已與大陸長虹、安徽現代、上海廣電等多家業者合作外，PDA市場方面則已被仁寶轉投資子公司及大陸聯想採用，再加上近期「ATi Xilleon 225」單晶片接獲SONY（HDTV）、Epson（多媒體投影機）、Oregan Network（STB）、Scientific-Atlanta（Cable STB）與微軟（Xbox 2）等大廠訂單等，儘管ATi消費性電子產品佔其業績比重約僅10％左右，然因ATi較Nvidia深耕市場，將有機會進一步提高消費性產品線佔營收比重，以因應由於PC成長力道趨緩、消費性電子產品成長力道強勁的趨勢。

在Nvidia方面，該公司近期才積極透過併購Media Q的策略，鎖定行動電話等產品市場，目前已取得Mitsubishi、Siemens、DBTel、戴爾Dell、HPQ、Palm、Philips、Sharp與SONY等PDA製造商客戶，在消費性電子市場緊追於ATi之後。

結語

繪圖晶片廠商的研發腳步不僅要快、狠、準，還要尋求更多的策略合作夥伴，才能鏖戰經年、屹立不搖；從1995～2003這8年間，繪圖晶片廠商所歷經的瞬息萬變，與各廠商此起彼落的相互消長中可看出，如今昔人已遠，全球3D繪圖晶片市場成為Nvidia與ATi兩大陣營對峙局面。

由於對一般的PC使用者或企業用戶而言，PC的主要功能在於文書處理而非多媒體或動畫功能的應用，因此高階繪圖晶片在PC領域的主要目標市場應是家用市場或遊戲市場以及專業工作室等需要執行電腦動畫軟體或對繪圖功能需求較高的族群。 因此技術優勢與品牌形象便是繪圖晶片廠商贏得市場的主要條件，因為這些因素會對消費者採購繪圖卡產品的決策產生影響，所以爭奪3D效能寶座對繪圖晶片供應商而言，就十分有意義了，因為取得3D效能寶座，代表繪圖技術領先的象徵，此外媒體的報導也有助於形象的塑造，可以提昇消費者的採購意願，因此3D效能寶座能為繪圖晶片供應商創造不少商機；這也是為什麼許多繪圖晶片供應商都以追求3D效能寶座為目標的原因。

（作者任職於ATi台灣分公司）