3Dfx Voodoo - pionierski akcelerator 3D powraca do życia dzięki modderowi, który odkrył sekrety architektury i ulepszył projekt

Firma 3Dfx była jednym z pionierów grafiki 3D z lat 1994–2002, która zapisała się w historii złotymi zgłoskami dzięki akceleratorowi 3D Voodoo i jego architekturze wyprzedzającej swoje czasy, deklasującej konkurencję tamtego okresu. Dzisiejszy rynek kart graficznych wciąż nosi ślady dziedzictwa 3Dfx, czego przykładem jest m.in. technologia SLI, a także wywodzący się z niej NVLink od NVIDIA. Dziś Voodoo powraca za sprawą moddera SDZ, który zgłębił tajniki akceleratora.

Modder SDZ przeprowadził inżynierię wsteczną legendarnych akceleratorów 3D Voodoo, ulepszył ich konstrukcję i udostępnił działające projekty wraz z dokumentacją. Jego zmodyfikowana wersja karty, nazwana 4440H, pozwala uzyskać od 41% do 60% wyższą wydajność w klasycznych grach retro.

Historia 3Dfx VooDoo - Narodziny i upadek legendy - Fakty i testy

Akceleratory 3D Voodoo z 1996 roku wyróżniały się fascynującą, prostą, a zarazem bardzo wydajną konstrukcją. Karta 3D opierała się na dwóch układach: PixelFX, pełniącym rolę FBI (Frame Buffer Interface), czyli bufora klatek do wyświetlenia na ekranie oraz TexelFX, działającym jako TMU (Texture Mapping Unit), znanym także jako TREX, odpowiadającym za mapowanie tekstur, filtrowanie i operacje na teksturach. Każdy z układów posiadał własną, 64-bitową magistralę pamięci (łącznie 128-bit), dzięki czemu mógł korzystać z własnej pamięci EDO DRAM. Jej pojemność różniła się w zależności od modelu: Canopus Pure3D i Miro HiScore 3D miały 2 + 4 MB, a Orchid Righteous 3D 2 + 2 MB. Istniały również wersje umożliwiające dodanie kolejnych kości, osiągając maksymalnie 12 MB pamięci na pokładzie.

Creative Sound Blaster - Historia kart dźwiękowych. Kiedyś to było...

Modder SDZ przeanalizował budowę akceleratorów 3Dfx Voodoo i udostępnił w sieci w formie open-source schematy elektroniczne, projekty płytek PCB, dokumentację oraz sterowniki. SDZ poszedł jednak dalej, zmodyfikował projekt, dodając kolejną jednostkę TMU oraz układ FPGA Spartan 7 wraz z własnym kodem do obsługi obrazu przez mini HDMI. Według moddera implementacja układu FPGA nie była łatwa, jednak dodanie drugiego TMU okazało się względnie prostsze, a zarazem dużo ciekawsze. Okazuje się, że 3Dfx już na etapie pierwszego akceleratora Voodoo przewidział możliwość dodania większej liczby układów TMU, nawet do trzech. Z historii wiemy, że druga jednostka TMU pojawiła się dopiero w 1998 roku, przy premierze Voodoo 2. Co ciekawe, dodanie drugiego układu TMU pozwoliło uzyskać od 41% do 60% wyższą wydajność w klasycznych grach retro z wykorzystaniem pierwszej karty Voodoo.

PureRetro: Historia konsoli 3DO, którą sprzedawano na licencji

Przyrost wydajności wynika przede wszystkim z samej zasady działania tych akceleratorów, a nie z czystych parametrów technicznych. W grach wykorzystujących multi-teksturowanie (np. tekstura bazowa + light mapa) pojedyncze TMU musiało wykonywać tę operację w dwóch cyklach zegara, co zmuszało FBI do dwukrotnego przepuszczenia tego samego piksela przez pipeline. Zastosowanie drugiego TMU pozwalało zredukować ten proces do jednego cyklu, co znacząco poprawiało wydajność. Istnieją jednak wyjątki, gra musi korzystać z efektów multi-teksturingu, a tytuły korzystające z Direct3D nie są obsługiwane ze względu na brak działania sterowników z wersji akceleratora Quantum3D.

3Dfx Voodoo 4440H (modyfikacja SDZ)

PureRetro: ZX Spectrum - historia małego 8-bitowego giganta

Ta wersja akceleratora była przeznaczona głównie do symulacji i automatów z grami, w których szczególną rolę odgrywały dodatkowe układy TMU. W swoim projekcie modder nie zastosował układów CPLD odpowiedzialnych za synchronizację sygnałów, co wymusiło zmianę kilku linijek kodu w pliku autoexec.bat. Z tego powodu modyfikacja nie współpracuje ze sterownikami Quantum3D – zamiast tego wykorzystywane są standardowe, które obsługują drugi układ TMU, choć nie mają możliwości obsługi trzeciego. Co ciekawe, pierwsze akceleratory Voodoo miały techniczne możliwości pracy w trybie podobnym do SLI, jednak rozwiązanie to trafiło na rynek konsumencki dopiero przy premierze kart 3D Voodoo 2. Pierwsze "SLI" w wydaniu 3Dfx oznaczało "Scanline Interleave" i polegało na tym, że dwie (lub więcej) karty synchronizowały się tak, by każda z nich renderowała tylko część linii obrazu, które następnie łączyły się w pełny kadr. Z kolei układy TMU również operowały na liniach skanowania, ale działały w sposób szeregowy, dzięki magistrali łączącej je bezpośrednio.

Pure Retro #20 - Star Wars: Knights of the Old Republic. Trochę słów o jednym z najważniejszych RPG wszech czasów

Jak zauważa youtuber PixelPipes, architektura 3Dfx była tak wydajna, że ówczesne procesory nie były w stanie w pełni wykorzystać dodatkowej jednostki TMU - to właśnie CPU stanowiło główne wąskie gardło. Potwierdziły to testy, w których dopiero zestawienie zmodyfikowanej karty 3D 4440H z procesorem Intel Pentium III przyniosło wyraźny wzrost wydajności. Wszystko wskazuje więc na to, że 3Dfx celowo ograniczyło pierwsze Voodoo do jednej jednostki TMU, aby obniżyć - i tak już bardzo wysoką - cenę akceleratora, jednocześnie dostosowując go do możliwości ówczesnych komputerów. To pokazuje dalekowzroczność, innowacyjność i geniusz zespołu 3Dfx, który idealnie dopasował produkt do rynku, tworząc prawdziwą legendę PC. Na koniec warto dodać, że z pełną historią firmy i jej produktów możecie zapoznać się TUTAJ, natomiast gotowe projekty płytek PCB, dokumentację, sterowniki oraz schematy elektroniczne znajdziecie na stronie moddera SDZ. Trzeba jednak pamiętać, że autor nie sprzedaje gotowych układów, PCB i lutowanie części SMD musicie zorganizować samodzielnie lub zlecić odpowiedniej firmie.