1963年,在世界上許多半導體公司開始發展的時候NVIDIA創始人之一黃仁勛才出生,但這并沒有影響他后來對世界作出的改變。1972年,他與家人遷往美國,他被父親送到了位于華盛頓州的舅舅家,很可惜,由于舅舅家的經濟原因,他被送到了肯塔州的一所鄉村寄宿制學校,與其說是學校,不如說是少管所。后來黃仁勛進入了美國俄勒崗州立大學的電子專業,大學畢業后進入AMD成為了一名芯片設計師。兩年后,他跳槽到巨積半導體,又過了兩年他從這家公司的設計部門轉到了銷售部,設計人選和銷售人員的雙重身份也為他后來的發展奠定了基礎。
1993年,黃仁勛、Chris Malachowsky以及Curtis Priem 相信PC某天會成為人們享受游戲和多媒體的消費級設備,懷著這一信念,他們共同創辦了NVIDIA公司。當時市場上有二十多家圖形芯片企業,這一數字在三年后猛增至70家。到2006年為止,NVIDIA是唯一一家仍在運營的獨立企業。
艱難的開場
1994年,NVIDIA首次與SGS-Thomson Microelectronics公司結成戰略合作伙伴,生產該公司的單芯片圖形用戶界面加速器。他們和Diamond Multimedia System公司合作,讓其將這些芯片安裝到多媒體加速卡中。
NVIDIA的首款產品是NV-1,這款PCI顯卡在市場上的名字叫Diamond Edge 3D,包含一個基于正交文理貼圖的2D/3D圖形核心,這是個好的開始,但距離成功還很遙遠。為了顯示自己的與眾不同,NVIDIA用四邊形代替了傳統的三角形加速方案,不過這一轉變并不受歡迎,甚至連Jen-Hsun Huang都認為NV-1是個失敗。
隨后,NVIDIA接受了一家第三方公司的委托,為該公司研制NV-2。在接受了NV-1失敗教訓的基礎上,NVIDIA在NV-2的研制策劃上花費了很大功夫。但是由于種種原因,這家公司后來放棄了對NV-2的支持,沒有了資金援助,NV-2的研制計劃進入暫停階段。此時的NIDIA已身無分文,雖然他們已經有一個半產品,但并沒有為他們帶來絲毫收益。當時看起來NVIDIA似乎也會像其他初創顯示芯片一樣就此消失。
不過NVIDIA還是做了最后的掙扎,他們啟用了一個天才人物David Kirk,開始重新研制NV-3。NV-3的目標是成為當時最先進的圖形芯片,并準備在一個芯片中集成2D和3D性能。不過在1995年,3dfx發布了該公司第一款產品——Voodoo,并贏得了市場的歡迎。而Rendition在稍早于3dfx的時候也發布了V1000芯片,并且已經被幾大顯卡廠家采用,在市場上的受歡迎程度排名第二,銷量僅略低于Voodoo。此時,NVIDIA必須找到一個恰當的時機切入市場。
激烈碰撞
1997年,NVIDIA推出全球首款128位3D處理器——RIVA 128,這款芯片將AGP顯卡的概念真正帶入到電腦業界。該產品一上市就受到了OEM廠商的歡迎,投入市場的前四個月銷量已經達到100萬片。這款產品讓人們看到了AGP顯卡的前景,也推動了NVIDIA和3dfx的業界王者之爭。Riva 128的2D性能非常接近當時2D性能的杰出代表Matrox。不過由于Voodoo加速卡采用的是PCI接口,那個時候,PCI的工藝要遠遠強于AGP,所以Riva 128在整體上的表現還是遜色于Voodoo,當時它的出現卻給Voodoo顯卡帶來了很大威脅,這也表明了NVIDIA稱雄顯卡界的決心。
到1998年底,Riva 128的出貨量比3dfx和Rendition加起來還多,從而積聚了足夠的資金來研發他們的下一代產品。Riva 128無疑為NVIDIA打了一場漂亮的勝仗。
1998年,NVIDIA擴大了RIVA處理器系列,發布了具有業內最快3D處理能力的Riva 128ZX,以及首款多紋理3D處理器——Riva TNT。Riva 128ZX對Riva 128做了根本性改變,它最大支持8MB顯卡,并支持AGP 2X,而且在提高視覺效果的同時加快了速度。雖然Riva 128ZX可以支持8MB的顯卡和更大的理論顯示帶寬,但是它極差的軟硬件兼容性使得這款芯片無法推廣,很快就淡出了市場。
TNT最初的設計給人印象很深,它準備采用0.35微米制造工藝,芯片的核心頻率設計為125Mhz,顯存也可以達到這個頻率。可是在研制過程中,125Mhz被降為110Mhz,然后又降到90Mhz,即便如此,由于TNT的復雜結構,芯片還是會產生巨大的熱量(TNT所用的晶體管和PentiumII一樣多)。而Banshee的時鐘頻率為100Mhz,最終的性能也和TNT非常接近,TNT還有一個缺點是和一部分軟件的不兼容。而這正是Banshee的優點,它可以和所有為Voodoo系列編寫的應用軟件兼容。TNT比Banshee多出來的是一大堆的特色和一個OpenGLICD支持。
第三代顯卡王冠的爭奪集中在TNT、Banshee、Voodoo2和G200這四種顯卡中,當TNT的驅動程序越來越成熟時,它的性能也開始超越Voodoo2,但效果并不是很明顯。由于之前nVIDIA對TNT做了大量宣傳,可是最終TNT的表現太不盡人意,給它原來顯得老實公司的印象蒙上了一層陰影。雖然TNT仍然贏得OEM廠商的青睞,而且它的出貨量遠遠高于Banshee和G200,可是仍然趕不上Voodoo2。當時除了聽說nVIDIA正致力于NV-6和超級芯片NV-10的開發之外,人們沒有再聽到關于nVIDIA的任何其他消息。
1999年2月,當Voodoo3被捧得最高之時,nVIDIA對外發布了NV-6,也就是后來的TNT2。這款產品可以做到TNT所能完成的任何工作,而且可以做得更好,同時還具有一些新的特征:32MB顯存和AGP4X等。nVIDIA直接將Voodoo3作為競爭對手,這對于NVIDIA的發展方向是一個巨大的進步。
當TNT2最終向公眾發布時,展示在人們面前的是一款非常優秀的產品,在任何分辨率下都能趕超Voodoo3,并且還有更多特有的特色。TNT2是基于TNT的,因此它擁有非常成熟的驅動程序,最大的特色就是擁有極為出色的OpenGLICD支持。雖然3dfx適時推出了OpenGLICDbeta版驅動程序,但是它的功能和TNT系列相比就差太多了。在1999年,采用TNT2系列芯片的顯卡幾乎搶占了近80%的顯卡市場。
具有歷史意義的轉折:GeForce 256
1999年,NVIDIA首創定義GPU這一詞匯,發布了第一款GeForce產品——GeForce 256顯卡。
GeForce 256繼前代Riva TNT2顯卡最大的改變是率先增加了T&L引擎的支持,由于顯卡采用T&L引擎能夠分擔處理器運算負載,對于支持T&L引擎第一人稱設計(Quake)這種具有革命意義的電子游戲來說,GeForce 256的效能可以完全發揮出來,而其他3dfx、S3 Graphics等廠商而言,通通望塵莫及,而唯一能與之抗衡的,只有一年后才出現的ATI Radeon 256顯卡。
GeForce 256核心采用0.22微米(RIVA TNT2 Model 64)舊制程工藝,擁有四條渲染管線,每一條管線包括四個像素單元,一個材質單元,并提供SDRAM和DDR SDRAM兩種不同顯存級別的配置選擇,GeForce 256芯片同時支持Direct3D 7.0、T&L以及OpenGL1.2先進的圖形技術,以至成為當時生命周期最長的產品。
強勢收購3dfx
在隨后的幾年里,NVIDIA又發布了幾款GeForce系列產品,并和3dfx展開了一場持久的較量。在NVIDIA發布新品的同時,3dfx也不甘示弱,但數次與NVIDIA交手慘敗之后,VSA100成了3dfx的最后賭注,這也是一款充滿著爭議的產品。但是上市日期一拖再拖,被喻為歷史上最難產的顯卡產品之一。在DirectX幾乎一統天下的局面下3dfx還是堅持不開放Glide源代碼,更斥巨資收購了STB來閉門造卡,使得昔日的盟友紛紛改投NVIDIA的門下。而最終產能嚴重不足的VSA100無法挑起拯救3dfx的大梁,江郎才盡的3dfx作出最后一擊,收購Gigapixel公司企圖獲得Microsoft將要推出的X-BOX的圖形芯片訂單。但是兵敗如山倒,Microsoft最終卻選擇了其競爭對手NVIDIA,這個噩耗使得3dfx的股票大跌,奄奄一息的3dfx最終被NVIDIA收購。
新的勁敵
3dfx被收購后,NVIDIA又一位強勁的競爭對手出現了,它就是與NVIDIA針鋒相對的ATI。
1985年,加拿大華人何國源與另外兩位華人Lee Ka Lau, Benny Lau一起創辦了"Array Technologies Incorporated"(簡稱ATI),主攻圖形顯示芯片的研發。短短數年間,借助PC興起的浪潮,ATI成功將自己打造成為一家實力強勁的新興高科技公司,以視頻影像輸出處理見長。20世紀末,3D浪潮席卷全球,ATI也順勢成立了3D圖形部門,盡管初期的表現并不搶眼,但是穩步前進的技術積累和其在2D領域的專長幫助ATI大規模進軍3D領域奠定了堅實的基礎。2000年3月的GDC上,ATI的第6代圖形芯片Radeon256發布,這次發布成功的造就了其后無數玩家為之瘋狂的ATI Radeon系列產品,而其也成為日后能與競爭對手NVIDIA的GeForce相抗衡的強勁IT品牌。不過該公司2006年被AMD公司收購。
在3dfx時代,ATI的3DRage系列芯片雖然3D性能并不是十分特出,但是它卻提供了很好的DVD回放加速功能,配合其低價策略使得它在OEM市場中也占有一席之位。而且憑著出色的視頻及多媒體性能,使得ATI避免了與3dfx和NVIDIA在3D游戲性能方面的正面交峰,即使在零售市場,采用3DRage系列芯片的顯卡也一直是用戶的“第三方”選擇。
在及時發現來自于ATi的威脅之后,NVIDIA發布了具有里程碑意義的GeForce3。在大約半年不到的時間內,GeForce3就主宰了高端市場,同時GeForce2MX繼續幫助nVIDIA搶占中低端市場份額。ATi頑強應戰,及時推出了Radeon8500,作為DirectX8級別顯卡,Radeon8500不僅支持PixelShader與VertexShader,還融入了TRUFORM、SMARTSHADER、SMOOTHVISION及HYPER-ZII等新技術。
2002年NVIDIA發布GeForce 4 Ti 4200,GeForce 4(核心代號NV25)系列在GeForce 3(核心代號NV20)的基礎架構上做微調與改進,GeForce 4桌面顯卡主要分成定位高端市場的Ti系列與定位低端的MX系列。NVIDIA的目標很明確,就是為了取代GeForce 3系列應對Radeon 8500所帶來的沖擊力。
GeForce 4發布后較長一段時間內,NVIDIA一直處于優勢風頭,直到ATI發布首款支持Direct X9.0的Radeon 9700顯卡。
不盡人意的FX系列:GeForce FX 5800、FX 5900
在GeForce 4 Ti系列搶占市場風頭的一段時間內,對手ATI一直保持沉默。后來發布支持DirectX 9.0的Radeon 9700,DirectX 9.0所帶來的浮點高精度,高效能的紋理效果,對游戲畫面帶來劇變是非常震撼的。
為了應對Radeon 9700,NVIDIA在其發布幾個月后上市FX 5800(同樣完整支持DirectX 9.0)系列顯卡,采用三星剛剛量產的GDDR2更高帶寬的顯存,但是所帶來的嚴重散熱和功耗問題注定了其失敗。
為了改變FX 5800系列的所帶來的負面市場影響,以及應對ATI來勢洶洶的Radeon 9800 Pro,NVIDIA這次選擇了技術更成熟DDR顯存,發布核心代號為NV35的FX 5900系列,在內存帶寬、以及圖形質量優化等方面做改進,同時改進了散熱和功耗問題,NVIDIA的努力改進使得FX高端系列在市場上可以和ATI Radeon 9800系列足以抗衡。
多元化之路
2005年12月14日,NVIDIA宣布收購***宇力電子公司,宇力電子是核心邏輯技術領域領先的研發公司。NVIDIA以每股19元新臺幣的價格現金收購宇力所有股票及期權,總值約5200萬美元。
這次收購是nVIDIA公司正在實施的平臺解決方案策略的一部分,旨在加強NVIDIA公司在***和中國大陸的銷售、市場營銷和客戶支持等方面的力量。
NVIDIA花費5200萬美元得到了卻是世界頂級的開發團隊和技術。ULi在南橋方面的實力絕對強勁,而且在移動設備芯片的開發上也有相當豐富的經驗,這都將讓NVIDIA未來多元化之路更加平坦。
2006年3月NVIDIA正式宣布收購嵌入式圖形廠商Hybrid。Hybrid Graphics于1994年成立于芬蘭,為一家廣受業界推崇的軟件公司,主要為消費性掌上型裝置開發影像技術解決方案與提供授權服務。
2007年,NVIDIA收購Portalplayer,該公司是一家為個人媒體播放器提供半導體、固件及軟件的供應商。這次收購擴大了Nvidia移動芯片產品線。面向媒體播放器和可以播放音樂和視頻的手機等手持設備的芯片市場目前正處于高速發展階段。
2006年下半年,ATI因為財政問題被AMD收購,而在上一代NVIDIA GeForce 7系列,在和對手ATI在市場上雖然平起平坐,但是在圖形架構和技術上落后于對方,因此NVIDIA在發布擁有統一渲染架構的G80,流處理器統一管理渲染管線和像素著色器,G80完全支持DirectX 10,同時帶來HDR(高動態范圍光照)的MSAA和CSAA抗鋸齒,畫質也進一步得到顯著的提升。
2008年似乎是NVIDIA的大豐收之年,根據Mercury Research的報告,NVIDIA是臺式機和筆記本GPU的市場占有率第一位。根據Jon Peddie Research的報告,NVIDIA是工作站解決方案市場占有率第一位。同時獲得了獲頒最受尊敬無工廠半導體企業;獲頒福布斯年度最佳公司。這一年,NVIDIA還收購了業界領先專業渲染技術公司Mental Images。并完成了對AGEIA公司的收購。
NVIDIA GeForce顯卡輝煌之路
SLI(Scalable Link Interface)技術最早是由曾經獨大的顯卡廠商3dfx推出,SLI技術可以將兩張顯卡橋接起來工作從而獲得翻倍的性能提升,3dfx的Voodoo2顯卡曾經借助SLI技術在業界上獲得無以倫比的聲譽,但是在90年代末3dfx走下坡路以至最后被NVIDIA收購吞并。
NVIDIA憑借著新的PCI-E接口開創了出應用范圍廣、工作效能高的SLI模式,并且GeForce 6全部型號都支持該項技術。
2004年,NVIDIA幫助美國國家航空航天管理局(NASA)重現了火星的地形地貌。利用NVIDIA技術,Rover傳回來的數據能夠以照片般逼真的虛擬現實效果渲染出來,從而讓科學家能夠探索火星,就好像他們正在這紅色星球的地表上自有移動一樣。
全新的GeForce系列
NVIDIA在發售基于G80核心系列多款顯卡長達1年半后,終于迎來了全新的GeForce GTX 200系列顯卡,同時從這一代開始,顯卡的命名方式也發生了改變,便有了代表不同級別的GTX、GTS、GT以及G的命名。
該系列首款高端顯卡是GeForce GTX 280,采用65納米工藝制程,擁有240個流處理器,支持雙精度浮點運算,同時內存帶寬高達142GB/s,強大的規格在高端市場中足以穩固住NVIDIA的地位。
GeForce GTX 480
AMD早在2009年9月份搶先發布了支持DirectX 11的旗艦顯卡Radeon HD 5800系列顯卡,Radeon HD 5800系列帶著全新的DirectX 11和過硬的規格沖擊著GeForce GTX 200系列的地位。
這種情況一直持續了半年之久,NVIDIA終于發布新一代旗艦GeForce GTX 470/480顯卡,其強大的性能迅速搶占市場,但GF100核心所帶來的高功耗與熱量也是不容忽視的。
Fermi核心重新整合:GeForce GTX 580、560 Ti
在上一代GTX 480因為良品率較低沒有采用完整的Fermi核心,原本設計的512個流處理器因此被削減。在GF110核心的GeForce GTX 580中,流處理器是完整的512個,GF110在紋理采樣與算法上作優化。
而相對GF100核心,在GeForce GTX 580工作頻率更高的情況下,功耗和溫度也得到了均衡,在性能上超越了對手AMD Radeon 6970。
GeForce GTX 580
在進入DX11時代的第二個年頭,NVIDIA為了彌補中高端顯卡市場的空缺,正式推出GeForce GTX 560 T,它采用的是全新的GF114架構,GF114和GF104一樣,并不是一味在旗艦核心上作削減,而是從CUDA核心和SM單元作優化調整,從而使得GeForce GTX 560 Ti更貼合市場定位,它不僅是對GeForce 4 Ti輝煌歷史的致敬,而且實際上在中高端顯卡市場中獲得不錯的響應。
全新的Kepler架構:GeForce GTX 680
在經歷了Radeon HD 6970的低迷時代后,AMD重振旗鼓發布全新CGN架構的Radeon HD 7970顯卡,而NVIDIA在3個月之后推出第一代Kepler架構,采用全新的臺積電28納米工藝制程,同時不再使用Shaderf分頻模式,增加CUDA數量的同時,同頻運行的模式帶來的功耗相對比Shaderf模式要低,GeForce GTX 680剛面市的時候,無論是游戲性能、功耗以及價格方面,優勢都要比Radeon HD 7970要大。
GeForce GTX 680
從這一代顯卡開始,加入了GPU Boost動態加速,GPU Boost根據TDP范圍值進行提高核心頻率或者降至標準頻率,同時適用于超頻狀態。
另外NVIDIA隨著Kepler架構推出新的TXAA抗鋸齒,相比MSAA(多重采樣抗鋸齒),畫面更出色以及效能會更高,同時為了解決幀數過低打開垂直同步時候造成的幀數暴降,NVIDIA加入Apdative VSync(自適應垂直同步)技術。
第二代Kepler架構:GeForce GTX Titan、780Ti
第一代Kepler架構的GeForce GTX 680作為旗艦顯卡在各方面表現都不錯,NVIDIA推出大核心GK110,并命名為GeForce GTX Titan,首次沒有采用數字編號的命名方式,NVIDIA對Titan的定義就是代表著最高性能的GeForce顯卡。
使用GK110架構最早的顯卡是NVIDIA Tesla /K20,K20X的單/雙精度的浮點性能在當時達到了史上最高紀錄。
GeForce GTX Titan的整體規格和NVIDIA Tesla K20X相似,擁有2688CUDA核心,優化了SMX單元,相對工作頻率會更高,性能足以穩固最強單卡的地位。
高效率的Maxwell架構:GeForce GTX 980、970
NVIDIA從Fermi到Kepler架構,一直在追求極致性能的同時想辦法降低顯卡功耗。第一代Maxwell架構是定位稍低的GM107核心,改進了SMX單元,提高了每瓦性能。而第二代Maxwell架構核心是GM204,GM204合理控制核心面積的同時,增加了SM單元數量,提高了架構效率。
GeForce GTX 980
NVIDIA推出GeForce GTX 980、970不僅是為了革新自己核心架構,而且能夠在市場上繼續打壓AMD的R9 Radeon 290X/290顯卡,在NVIDIA足足領先了九個月的情況下,AMD終于推出R9 Radeon 390/390X顯卡,在Hawaii基礎上降低了功耗提高頻率和顯存容量,同時經過CGN通用架構的驅動不斷優化,AMD才挽回了一定的局面。
AI計算公司的領導者
三種融合的力量帶來了 AI 時代:海量的可用數據、深度學習算法的發明和 GPU 計算的高性能。
新型互聯網服務(如 Google Assistant)已學會了語音對話。自動駕駛汽車利用深度學習識別其占據的空間和需要避開的障礙物。就醫療保健領域而言,以數百萬醫學影像訓練的神經網絡可在 MRI 影像中捕捉到病因的蛛絲馬跡,而人類目前只能憑借侵入性活檢才能識別病因。
AI 將會大大促進社會蓬勃發展,這是之前任何一次工業革命都無法比擬的。
太平洋時間2018年3月27日,在GPU大會上NVIDIA與Arm宣布,雙方將合作在數十億即將進入全球市場的移動、消費電子和物聯網設備上實現深度學習推理。
NVIDIA、Arm正在合作將開源的NVIDIA 深度學習加速器(NVDLA)架構集成到Arm的Project Trillium平臺上,以實現機器學習。此次合作將使物聯網芯片公司能夠輕松地將AI集成到它們的設計中,并幫助它們將智能且價格實惠的產品帶給全球數十億的消費者。
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原文標題:英偉達:從顯卡霸主到AI計算巨頭
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