БесконечнаяРеальность
InfiniteReality относится к 3D-графики аппаратной архитектуре и семейству графических систем , в которых реализована вышеупомянутая аппаратная архитектура, которая была разработана и производилась компанией Silicon Graphics с 1996 по 2005 год. InfiniteReality позиционировалась как высококлассное визуализации оборудование Silicon Graphics для своих MIPS / Платформа IRIX использовалась исключительно в семействе систем визуализации Onyx, которые иногда называют «графическими суперкомпьютерами» или «суперкомпьютерами визуализации». InfiniteReality продавалась и использовалась крупными организациями, такими как компании и университеты, которые занимаются компьютерным моделированием , созданием цифрового контента , проектированием и исследованиями.
Бесконечная реальность [ править ]
InfiniteReality был представлен в начале 1996 года и использовался в Silicon Graphics Onyx . Он пришел на смену RealityEngine , хотя RealityEngine какое-то время сосуществовал с InfiniteReality для Onyx в качестве опции начального уровня для настольных конфигураций «рабочих станций».
Архитектура InfiniteReality представляет собой конструкцию третьего поколения и относится к категории архитектуры среднего класса. Он был разработан для рендеринга сложных сцен в высоком качестве со скоростью 60 кадров в секунду, что примерно в два-четыре раза превышает производительность RealityEngine, который он заменил. Он был разработан специально для использования вместе с OpenGL графической библиотекой и реализует большую часть конвейера OpenGL аппаратно.
Реализация разделена на платы геометрии (также известной как Geometry Engine ), растровой памяти (также известной как менеджер растров ) и генератора изображений , причем каждая плата соответствует каждому этапу из трех основных этапов конвейера архитектуры. Схема разделения набора плат такая же, как и у RealityEngine, поскольку компания Silicon Graphics хотела, чтобы RealityEngine можно было легко обновить до InfiniteReality. Каждый конвейер состоит из одной платы Geometry Engine, одной, двух или четырех плат Raster Manager и одной платы Display Generator. [1]
Реализация включает в себя двенадцать ASIC конструкций , изготовленных по технологии 0,5 и 0,35 микрометра с тремя слоями металлических межсоединений. [1] Этим ASIC требуется источник питания 3,3 В. Конвейер InfiniteReality в максимальной конфигурации содержит 251 миллион транзисторов. InfiniteReality разрабатывали 55 инженеров. [2]
При наличии достаточно мощной системы, такой как некоторые модели Onyx2 и Onyx 3000, можно разместить до 16 конвейеров InfiniteReality. Трубопроводы могут работать в трех режимах: многоместном, многодисплейном и многотрубном. В многопользовательском режиме каждый конвейер может одновременно обслуживать до восьми пользователей, каждый из которых имеет свои отдельные дисплеи, клавиатуры и мыши. В многоэкранном режиме несколько выходов управляют несколькими дисплеями, что полезно для виртуальной реальности . Многотрубный режим имеет два метода работы. Первый метод требует установки дочерней платы цифрового мультиплексора (DPLEX) в каждом конвейере, которая объединяет выходные данные нескольких конвейеров. Второй метод использует программное обеспечение MonsterMode для распределения данных, используемых для рендеринга кадра, по нескольким конвейерам.
Для подключения трубопровода к системе используется кабель интерфейса плоского кабеля (FCI) для подключения ASIC процессора интерфейса хоста на геометрической плате к шине Ibus на плате IO4, которая является частью главной системы.
Геометрическая доска [ править ]
Плата геометрии отвечает за обработку геометрии и изображений и разделена на четыре этапа, каждый этап реализуется отдельным устройством(ами). Первый этап — это Host Interface . Поскольку InfiniteReality разрабатывалась для двух совершенно разных платформ: традиционного общей памяти Onyx на базе шины с использованием шины POWERpath-2 и Onyx2 на основе распределенной сети с общей памятью с использованием межсоединения NUMAlink2 , InfiniteReality должен был иметь интерфейс, который мог бы обеспечивают одинаковую производительность на обеих платформах, которые имеют большую разницу в входящей пропускной способности (200 МБ/с против 400 МБ/с соответственно). [1]
С этой целью процессор хост-интерфейса , встроенное ядро RISC , используется для выборки объектов списка отображения с использованием прямого доступа к памяти (DMA). Процессор хост-интерфейса сопровождается 16 МБ синхронной динамической оперативной памяти (SDRAM), из которых 15 МБ используется для кэширования конечных объектов отображения. Кэш может доставлять данные на следующий этап со скоростью более 300 МБ/с. Следующим этапом является Распределитель геометрии , который передает данные и инструкции от процессора хост-интерфейса к отдельным механизмам геометрии.
Следующий этап – выполнение геометрии и обработка изображения. режиме нескольких Для этой цели используется Geometry Engine: каждая плата Geometry содержит до четырех плат, работающих в инструкций и нескольких данных (MIMD). Geometry Engine представляет собой полузаказной ASIC с конвейером SIMD (одна инструкция и несколько данных), содержащим три ядра для операций с плавающей запятой , каждое из которых содержит арифметико-логическое устройство (ALU), умножитель и 32-разрядный регистровый файл с 32 записями. два порта чтения и два порта записи. Эти ядра оснащены 32-битной памятью на 2560 записей, которая хранит элементы состояния OpenGL и обеспечивает блокнотную память. Каждое ядро также имеет преобразователь чисел с плавающей запятой в целочисленную форму. Geometry Engine способен выполнять три инструкции за цикл, а каждая плата Geometry с четырьмя такими устройствами может выполнять 12 инструкций за цикл. Geometry Engine использует 195-битную микроинструкцию, которая сжимается для уменьшения размера и использования полосы пропускания в обмен на немного меньшую производительность.
Процессор Geometry Engine работает на частоте 90 МГц, достигая максимальной теоретической производительности 540 MFLOPS. [2] Поскольку таких процессоров на плате GE12-4 или GE14-4 четыре, максимальная теоретическая производительность составляет 2,16 GFLOPS. Таким образом, 16-конвейерная система достигает максимальной теоретической производительности 34,56 гигафлопс.
Четвертый этап — это Geometry-Raster FIFO , «первым пришел — первым вышел » (FIFO) буфер , который объединяет выходные данные четырех модулей Geometry Engine в один, повторно собирая выходные данные в том порядке, в котором они были выданы. FIFO построен на основе SDRAM и имеет емкость 4 МБ. [3] достаточно большой, чтобы хранить 65 536 вершин . Преобразованные вершины перемещаются из этого FIFO на платы Менеджера растров для повторной сборки и настройки треугольников с помощью треугольной шины (также известной как шина вершин), пропускная способность которой составляет 400 МБ/с.
Плата растровой памяти [ править ]
Функция платы растровой памяти заключается в выполнении растеризации . Он также содержит память текстур и растровую память , более известную как кадровый буфер . Растеризация выполняется в Fragment Generator и восьмидесяти Image Engines . Генератор фрагментов состоит из четырех конструкций ASIC: ASIC сканирующего преобразователя (SC), ASIC калькулятора тексельных адресов (TA), ASIC контроллера памяти текстур (TM) и ASIC фрагмента текстуры (TF). [1]
ASIC SC и ASIC TA выполняют преобразование сканирования, интерполяцию цвета и глубины, интерполяцию координат текстуры с корректной перспективой и вычисление уровня детализации входящих данных, а результаты передаются на восемь ASIC TM, которые представляют собой специализированные контроллеры памяти , оптимизированные для доступа к текселам. . Каждая TM ASIC управляет четырьмя SDRAM, которые составляют одну восьмую текстурной памяти. Используемые SDRAM имеют ширину 16 бит и имеют отдельные шины адреса и данных. SDRAM емкостью 4 МБ используются платами Raster Manager с 16 МБ текстурной памяти, а SDRAM объемом 16 МБ используются платами Raster Manager с 64 МБ текстурной памяти. [2] ASIC TM выполняют поиск текселов в своих SDRAM в соответствии с адресами текселов, выданными ASIC TA. Тексели из ASIC TM передаются в соответствующий ASIC TF, где выполняется фильтрация текстур, сочетание текстурной среды с интерполированным цветом и наложение тумана. Поскольку каждая SDRAM содержит часть текстурной памяти, все 32 SDRAM должны быть подключены ко всем 80 процессорам изображений. Для достижения этой цели ASIC TM и TF реализуют двухранговую сеть омега , которая уменьшает количество отдельных путей, необходимых для сортировки от 32 до 80, сохраняя при этом ту же функциональность.
Восемьдесят Image Engines выполняют множество функций. Во-первых, каждый Image Engine управляет частью растровой памяти, которая в случае InfiniteReality представляет собой SGRAM объемом 1 МБ, организованную как 262 144 32-битных слова. [1] [2] Во-вторых, движки изображений выполняют следующие операции OpenGL для каждого фрагмента: проверка владения пикселем, проверка трафарета, проверка буфера глубины, смешивание, сглаживание и логические операции. Наконец, Image Engines выполняют операции сглаживания и буфера накопления . Для доставки данных пикселей на дисплей каждый Image Engine имеет 2-битную последовательную шину с платой генератора дисплея. Если в конвейере присутствует одна плата Raster Manager, Image Engine использует всю ширину шины, тогда как если присутствуют две или более платы Raster Manager, Image Engine использует половину шины. [1] Каждая последовательная шина фактически является частью видеошины, пропускная способность которой составляет 1,2 ГБ/с. Четыре «ядра» Image Engine содержатся в ASIC Image Engine, который содержит почти 488 000 логических элементов, содержащих 1,95 миллиона транзисторов, на 42-мм микросхеме. 2 (6,5 на 6,5 мм), изготовленный по технологии 0,35 микрометра компанией VLSI Technology .
InfiniteReality использует менеджеры растра RM6-16 или RM6-64 . Каждый конвейер способен отображать разрешения 2,62, 5,24 или 10,48 миллиона пикселей при условии наличия одной, двух или четырех плат Raster Manager соответственно. [4] Растровую память можно настроить на использование 256, 512 или 1024 бит на пиксель. 320 МБ поддерживает разрешение 2560 на 2048 пикселей, каждый пиксель содержит 512 бит информации. [2] В конфигурации с четырьмя менеджерами растров пропускная способность памяти текстур составляет 15,36 ГБ/с, а пропускная способность растровой памяти — 72,8 ГБ/с.
Плата генератора дисплея [ править ]
Плата генератора дисплея DG4-2 содержит аппаратное обеспечение для управления двумя видеовыходами, которые можно расширить до восьми видеовыходов с помощью дополнительной дочерней платы (конфигурация, известная как DG4-8) . Выходы независимы, и каждый выход имеет аппаратное обеспечение для генерации синхронизации видео, изменения размера видео, гамма-коррекции , синхронизации и цифро-аналогового преобразования . Цифро-аналоговое преобразование обеспечивается 8-битными цифро-аналоговыми преобразователями, поддерживающими тактовую частоту пикселей до 220 МГц.
Данные для видеовыходов предоставляются четырьмя ASIC, которые десериализуют и де-чередуют 160-битные потоки в 10-битный компонентный RGBA , 12-битный компонентный RBGA, L16, стереополевой последовательный (FS) или индексы цвета. аппаратное обеспечение также включает в себя курсор На этом этапе на 32 768 записей карта индекса цвета . Доступна .
Возможности и производительность [ править ]
InfiniteReality обладала несколькими расширенными возможностями:
- Многосемплированное сглаживание 8 на 8 [5]
- Максимальная глубина цвета 48-бит RGBA. [5]
- 16 плоскостей наложения [5]
- 24-битный Z-буфер с плавающей запятой. [5]
- Каждый пиксель содержит от 256 до 1048 бит данных.
- Поддерживался стереопросмотр с четырехкратной буферизацией.
Выступление InfiniteReality было:
- 11 миллионов треугольных полос без подсветки, с буферизацией глубины и сглаживанием (по 40 пикселей каждая) в секунду
- 8,3 миллиона текстурированных треугольных полос с буферизацией глубины и сглаживанием (по 50 пикселей каждая) в секунду
- Более 7 миллионов освещенных, текстурированных и сглаженных треугольников в секунду
- 800 миллионов трилинейных мип-текстурированных 16-битных текселей с буферизацией глубины пикселей в секунду
- 750 миллионов трилинейных мип-текстурированных 16-битных текселей, сглаживание четырех на четыре подвыборки и буферизация глубины пикселей в секунду
- 710+ миллионов текстурированных и сглаженных пикселей в секунду
- 300 миллионов отображаемых пикселей в секунду, распределенных по от одного до восьми выходов
Бесконечная реальность2 [ править ]
InfiniteReality2 — это то, как hinv ( утилита IRIX , перечисляющая оборудование, присутствующее в системе) обращается к InfiniteReality, который используется в Onyx2. Однако InfiniteReality2 по-прежнему продавался как InfiniteReality. Это была вторая реализация архитектуры InfiniteReality, представленная в конце 1996 года. Она идентична InfiniteReality архитектурно, но отличается механически, поскольку клетка для карт Onyx2 на основе Origin 2000 отличается от клетки для карт на основе Onyx's Challenge .
InfiniteReality2 представляет собой схему интерфейса, которая используется в стоечных системах Onyx2 и более поздних версиях. Вместо подключения к хост-системе через кабель FCI набор плат подключается к задней части объединительной платы, которая может поддерживать два конвейера. Объединительная плата имеет одиннадцать слотов. Слоты с шестого по одиннадцатый предназначены для первого конвейера, который может содержать от одной до четырех плат Raster Manager. Слоты с первого по четвертый предназначены для второго конвейера, который может содержать одну или две платы Raster Manager в зависимости от количества имеющихся слотов. По этой причине системы Onyx с максимальной конфигурацией используют одну объединительную плату для каждого конвейера, чтобы избежать ограничения половины из 16 конвейеров максимум двумя платами Raster Manager. Пятый слот содержит плату Ktown, если объединительная плата используется в системе на базе Origin 2000 (Onyx2) или плату Ktown2, если объединительная плата используется в системе на базе Origin 3000 (Onyx 3000). Целью этих плат является соединение канала XIO хост-системы с ASIC процессора интерфейса хоста на плате Geometry. Для этой цели на этих платах есть два порта XIO: верхний порт XIO подключен к правому конвейеру, а нижний порт XIO подключен к левому конвейеру.
Реальность [ править ]
Reality — это удешевленная версия InfiniteReality2, предназначенная для обеспечения аналогичных характеристик. Вместо использования платы Geometry Engine GE14-4 и плат Raster Manager RM7-16 или RM7-64, Reality использовала плату Geometry Engine GE14-2 и платы Raster Manager RM8-16 или RM8-64 . GE14-2 имеет два процессора Geometry Engine вместо четырех, как в других моделях. RM8-16 и RM864 имеют 16 или 64 МБ текстурной памяти соответственно и 40 МБ растровой памяти. Reality также была ограничена количеством поддерживаемых плат Raster Manager: одна или две. При максимальной конфигурации с двумя платами Raster Manager RM8-64 конвейер Reality имеет 80 МБ растровой памяти.
InfiniteReality2E [ править ]
InfiniteReality2E была модернизацией InfiniteReality, продаваемой как InfiniteReality2, представленной в 1998 году. Она пришла на смену набору плат InfiniteReality, а на смену ей пришла InfiniteReality3 в 2000 году, но производство не было прекращено до 10 апреля 2001 года.
Он улучшает InfiniteReality за счет замены платы GE14-4 Geometry Engine на плату GE16-4 Geometry Engine, а плат растрового менеджера RM7-16 или RM7-64 на плату растрового менеджера RM9-64 . Новая плата Geometry Engine работала на частоте 112 МГц. [6] улучшение геометрии и производительности обработки изображений. Новая плата Raster Manager работала на частоте 72 МГц. [6] улучшение производительности заполнения сглаженных пикселей.
Бесконечная реальность3 [ править ]
InfiniteReality3 был представлен в 2000 году вместе с Onyx 3000 и заменил InfiniteReality2. Он использовался в системах визуализации Onyx2 и Onyx 3000. Единственным улучшением по сравнению с предыдущей реализацией была замена менеджера растров RM9-64 на менеджер растров RM10-256 , который имеет 256 МБ текстурной памяти, что в четыре раза больше, чем у предыдущего менеджера растров. При максимальной конфигурации с четырьмя менеджерами растров конвейер InfiniteReality3 обеспечивает 320 МБ растровой памяти.
InfiniteReality4 [ править ]
InfiniteReality4 был представлен в 2002 году на смену InfiniteReality3. Он использовался в Onyx2, Onyx 3000 и Onyx 350. Это последний член семейства InfiniteReality, на смену которому пришел UltimateVision на базе ATI FireGL , который использовался в Onyx4. Единственным улучшением по сравнению с предыдущей реализацией стала замена Менеджера растров RM10-256 на Менеджер растров RM11-1024 , который имеет улучшенную производительность, 1 ГБ текстурной памяти и 2,5 ГБ растровой памяти, что в четыре и тридцать два раза больше, чем у предыдущий менеджер растров соответственно. При максимальной конфигурации с четырьмя менеджерами растров конвейер InfiniteReality4 имеет 10 ГБ растровой памяти. В максимальной конфигурации с 16 конвейерами InfiniteReality4 содержал 16 ГБ текстурной памяти и 160 ГБ растровой памяти. [7]
Сравнение [ править ]
Цифры, представленные в таблицах, относятся к минимальной конфигурации с 1 трубопроводом и максимальной конфигурации с 16 трубопроводами, за исключением Reality, которая была ограничена работой с одним трубопроводом.
Аппаратное обеспечение [ править ]
| Модель | Геометрия Двигатель доска | Менеджер растров доска | Генератор дисплеев доска | Текстура память (МБ) | Растр память (МБ) | Представлено | Снято с производства |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Реальность | ГЭ14-2 | РМ8-16 или РМ8-64 | ДГ5-2 или ДГ5-8 | 64 | от 40 до 80 | 1999-01-01 | 1999-06-31 |
| БесконечнаяРеальность | ГЭ12-4 | РМ6-16 или РМ6-64 | ДГ4-2 или ДГ4-8 | от 16 до 1024 [8] | от 80 до 5120 [8] | 1996-01-01 | 1999-03-31 |
| БесконечнаяРеальность2 | ГЭ14-4 | РМ7-16 или РМ7-64 | ДГ5-2 или ДГ5-8 | от 16 до 1024 | от 80 до 5120 | 1996-01-26 | 1999-09-30 |
| БесконечнаяРеальность2E | ГЭ16-4 | РМ9-64 | ДГ5-2 или ДГ5-8 | от 64 до 1024 [8] | от 80 до 5120 [8] | 2001-01-16 | 2003-06-27 |
| БесконечнаяРеальность3 | ГЭ16-4 | 10-256 ринггитов | ДГ5-2 или ДГ5-8 | с 256 до 4096 [7] | от 80 до 5120 [7] | 2000-01-01 | 2003-06-27 |
| БесконечнаяРеальность4 | ГЭ16-4 | 11-1024 ринггитов | ДГ5-2 или ДГ5-8 | от 1024 до 16384 [7] | от 2560 до 163840 [7] | 2000-01-01 | 2003-06-27 |
| Бесконечная производительность | V12 Одиссея | 11 | 11 | от 104 до 1664 [7] | от 128 до 2048 [7] | 2002-01-01 | 2006-01-01 |
Производительность [ править ]
| Модель | Полигоны (миллионов в секунду) | Пиксельная заливка (миллионы пикселей в секунду) | Объемный рендеринг (миллионов вокселей в секунду) |
|---|---|---|---|
| БесконечнаяРеальность | 10.9 | ? | ? |
| БесконечнаяРеальность2 | 10.9 | ? | ? |
| Реальность | 5.5 | от 94 до 188 [примечание 1] | от 100 до 200 |
| БесконечнаяРеальность2E | от 13,1 до 210 [8] | от 192 до 6100 | от 200 до 6400 |
| БесконечнаяРеальность3 | от 13,1 до 210 | 5,600 | 6,800 |
| БесконечнаяРеальность4 | от 13,1 до 210 | 20,640 [примечание 2] | 12,800 |
| Бесконечная производительность | от 18 до 288 | 7,168 [примечание 2] | 6,800 |
- Примечания
- ^ Сглаживание, Z-буферизация, текстурирование.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б 8 на 8 субдискретизированных, сглаженных, с Z-буфером, текстурированных, освещенных, 40-битных цветных пикселей.
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж Джон С. Монтрим и др. «InfiniteReality: графическая система реального времени». СИГРАФ ACM.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Джон Монтрим, Брайан МакКлендон. «Графика бесконечной реальности — сила через сложность». Подразделение передовых систем, Silicon Graphics, Inc.
- ^ Марк Дж. Килгард. «Реализация OpenGL: две реализации одной архитектуры». 1997 г. Семинар SIGGRAPH Eurographics, август 1997 г.
- ^ Onyx2 Reality, Технический отчет Onyx2 InfiniteReality и Onyx2 InfiniteReality2, август 1998 г. Silicon Graphics, Inc.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Руководство по продукту Remanufactured Silicon Graphics Onyx2, июнь 1999 г. Документ 1073. Silicon Graphics, Inc.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Александр Вульф. «Siggraph готовит почву для новейшей графики». EE Times, 20 июля 1998 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г «SGI Onyx 300 с техническими данными графической системы семейства InfiniteReality». Silicon Graphics, 3224, 25 октября 2002 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и Техническое описание Onyx2 GroupStation, август 1998 г. Документ 1840. Silicon Graphics, Inc.