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深入任天堂GameCube（下）

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2001年09月15日13:06

GameCube的CPU“Gekko”

与PS2的“Emotion Engine”不同，Gekko是从PowerPC 750 RISC（精简指令集）处理器中派生出来的，并且增加了50条新指令。其工作频率为485MHz，与“Flipper”之间的外部总线带宽为1.3GB/秒，Dhrystone 2.1中的测试成绩为1125DMips。由于它是从PowerPC设计体系中派生出来的，所以目前大量为PowerPC开发的工具，包括编译器、优化器等都可以继续使用。IBM声称这将会使程序员们从枯燥的程序代码中解脱出来，可以将更多时间放在游戏本身的设计方面（例如情节、人工智能、平衡性等等）。只要是为PowerPC开发过程序的人，都能够很轻松地掌握GameCube的开发包，因为它们根本就是一样的东西。

此外，Gekko所具有的一个64位浮点运算单元可以分成两个32位的，并同时工作。在某些情况下，两个32位的浮点要比一个64位的更快些。至于CPU与图像处理器之间的连接，则通过一个控制器来完成，就好象电脑中的北桥芯片一样。为了Gekko的工作效率，IBM还尝试着消除无用的缓存数据，尽量优化仅有的256KB二级缓存，二级缓存可以通过一种锁定方式为经常需要用到的数据留出空间。为了减少压缩/解压缩时的系统空闲，Gekko还允许设备以DMA（直接内存存取）方式从缓存中读取数据。在浮点运算能力测试中，PS2的Emotion Engine为6.2G FLOPS/秒，而Gekko则是10.5G FLOPS/秒，比PS2快了将近一倍。

图像处理器“Flipper”

这个方框图只是图像处理器，并不包括音频部分。右上角的帧缓冲分为两部分，一是帧缓冲，容量为640 x 480 x 24 bits = 921600（字节）；另一部分是Z轴缓冲（Z-Buffer），容量也是640 x 480 x 24 bits = 921600（字节）。

上图就是Flipper的核心结构了。

注解：

PLL：环路相位锁
eFB：嵌入式帧缓冲
eTM：嵌入式材质缓存
TF：材质过滤器
TC：材质坐标生成器
TEV：材质环境
C/Z：颜色/Z缓冲
RAS 0/1：渲染引擎0/1
RAS 2：渲染引擎2
PEC：像素复制引擎
SU：三角形生成器
CP：指令处理器
DSP：音频处理单元
XF：三角形转换引擎
NB：北桥，包括CPU接口、视频接口、图像控制器以及输入/输出接口

材质压缩

GameCube可以使用S3TC材质压缩技术，最大压缩比为6：1（24位色），如果是16位色的材质，压缩比为4：1，8位色的材质则只有2：1的压缩比，下表列出了在不同情况下，也就是主内存被其它数据占据后，可存储的材质的数量。

已占用 的空间	可用于存储 材质的空间	实际可存储材质的数量 （24位色，6：1压缩比）
6 MB	18 MB	108 MB
8 MB	16 MB	96 MB
10 MB	14 MB	84 MB
12 MB	12 MB	72 MB

从表中我们可以看出，应用了S3TC材质压缩技术后，可以用来存储材质的内存空间大大增加了。而且，由于压缩后的材质只有在用到时才会解压缩，所以在系统总线和GPU的材质缓存中传输的材质都只有原来的六分之一大小，这就意味着这两条通道的带宽一下子增加了六倍！GPU的材质缓存与渲染单元之间的带宽本来是10.4GB/秒，当传输经过压缩后的24位色材质时等于增大到62.4GB/秒；而主内存带宽本来只有2.6GB/秒，现在也相当于15.6GB/秒了。当然，这都是在材质为24位色时得出的数据，如果是16位材质，能够节省多少空间呢？

材质大小 512 x 512	16位色	24位色
原始大小	525 KB	786 KB
压缩后	131 KB	131 KB

看得出来，由于16位色材质的压缩比只有4：1，所以在传输时所占用的带宽是一样的——那么为什么不用24位色的材质呢？24位色的材质会使画面更加绚丽丰富，估计为GameCube开发游戏的厂商会无一例外地用上24位色。这样一来，GameCube所具有的1MB材质缓存就可以存储6MB 24位色的材质，可存放8块512x512大小的24位色材质，或32块256x256大小的24位色材质。

材质缓存

前面说到过，在GameCube的LSI“Flipper”中，有两块1T-SRAM内存，一块是容量为2.1MB的帧缓冲+Z缓冲，另一块是材质缓存。由于材质缓存经常需要存取随机数据，所以它需要比帧缓冲和Z缓冲更快的速度。但这两块1T-SRAM的频率都是324MHz，如何提高性能呢？在材质缓存中，总共1MB的容量被划分为512块，每次可以存取其中的32块，而这32块都有各自独立的地址总线，总带宽为10.4GB/秒。而帧缓冲和Z缓冲则不需要太高的速度，所以划分为128块就足够了，带宽为7.68GB/秒。与PS2的另一不同之处在于，GameCube的图像处理器是直接与主内存相连的，没有经过CPU，优先保证图像处理器的内存带宽能够有效地提升系统的整体性能，因为消耗内存与内存带宽最多的并不是CPU。

下面我们来看看GameCube所支持的一些图像技术，一些比较常见的，象三线形过滤、子象素抗失真、多重贴图映射、阿尔法混合等技术就不再赘述了。

·隐面消除（HSR，Hidden Surface Removal）

隐面消除技术在一些显卡上已经很常见了，只不过名字不同而已。在显示3D画面时，由于3D模型有前有后，所以后面的模型有时会被前面的挡住，而不会显示在画面上。但这部分模型依然会被渲染，造成资源浪费。隐面消除技术的目的就是要把那些被遮挡住的部分从渲染单元里面“去掉”，反正也不会显示出来，干脆就不进行渲染了，这样能够节省一些系统资源。

·虚拟材质

当屏幕上显示一个场景时，一些材质往往显示不全，例如天空、大海等等，只能显示出一半或更小部分。虚拟材质技术可以将这些材质分割成小块，只传输用到的部分，可以有效地节省主内存的带宽。还可以将经常显示的部分存储在材质缓存中，大大提高读取材质的速度。所有这些操作都是自动完成的，并不需要程序员干预。

·硬件光源

GameCube最多支持8个硬件光源，但光源数目的多少、远近等情况均会影响到实际显示的多边形数量，GeForce3加上八光源效果后，速度下降达50%以上，而GameCube在加上八光源效果后对多边形生成率的影响并不很大，仍然能保持1200万/秒的多边形生成率。任天堂公布的6～12百万多边形/秒实际上过于保守了，如果不加硬件光源的话（其他诸如Z缓冲、材质、阿尔法混合等效果还有），GameCube完全有能力提供两千万以上多边形（每秒）的多边形生成速率，相比之下，PS2虽然号称多边形生成速率为66百万/秒，但加了Z缓冲、材质、阿尔法混合等效果之后也不过就这个数字——谁说GameCube的机能弱？只不过任天堂没有象SONY和微软那样夸大其词而已。

·顶点压缩

GameCube支持顶点压缩技术，此技术可以将多边形的顶点数据（32位浮点数）以8位或16位的数据表现出来，使用它们之前再由转换单元将这些整数还原回浮点数值。

由此看来，任天堂在宣传自己主机的时候实在是很保守，明明不输PS2的性能，却偏要显得比对方弱不少，也许是疑兵之计？这倒是跟任天堂一贯主持的“软件至上”理论相符。不管怎么样，GameCube已经在9月14日正式上市了，几天之后国内也会有卖的，只不过价格非常贵，要2800元左右。GameCube的性能看来是没问题，任天堂能否占领市场，重振往日雄风，就要看赛尔达、口袋妖怪等等重量级作品能否迅速推出了（要知道PS2上市已经一年半，销量超过百万的软件也没有几个）。

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