PCI-3D绘图瓶颈的所在
原本在PC上3D大部份应用於CAD/CAM居多，一般使用者除了在GAME应用之外，在一般
的应用软体是否真的需要应用到3D，这可是关系到3D市场成长的速度，可以发现到
市面上3D应用软体仍旧是以GAME居多，而一般应用软体还是停留在2D平面的表现方
式，原因之一便是作业系统，目前全球销售最广以GUI观念发展的作业系统Windows
95还无法完全支援3D的应用，架构在作业系统之上的应用软体便不易发展3D的应用
。除此之外在硬体部分，以目前PC的架构来看，尚无法完成发挥3D的应用，有几个
瓶颈存在，包括显示晶片、微处理机、汇流排等，其中以汇流排的影响最巨，也较
不易克服，但有人会怀疑是否目前PCIBus真的无法应付3D的资料量，目前的PCI
bus的最高数据传输速度仅为133MByte/sec，若以1024x768Pixel的显示器以
3D图形作16bit的显示时，Texturedata的传输速度就需要200MByte/sec以上，如
果将3D图形表现淋漓尽致的话，资料传输更将会达到3~400MByte/sec。当
Texturedata从FrameBuffer移到主记忆体，Texturedata传输的瓶颈也从Frame
Buffer的记忆体汇流排转移到PCIbus，只有Texturedata数据传输部份，就将超过
100MByte/sec，因此就需像AGP可连结主记忆体与GraphicChip的新介面。所以
3D显示应用上，PCIbus是速度的瓶颈，使得性能无法完全的发挥。
因应这一瓶颈Intel便提出AGP(AcceleratedGraphicsPort)这样的规格，AGP主要
目的就是提高PCI数据传输速度及处理量(Throughput)，Intel发现到利用现有的
PC平台要达到完全处理3D图形毕竟还是非常困难，因此就开发了AGP，Intel目前不
仅与微软签约，还鼓励多家GraphicMaker采用AGP，预计到明年中将有一些的PC先
采用此一架构，而真正的普及则需在两叁年後，高速3D图形的功能将是提升未来
PC效能的关键因素。AGP最大的特色就是数据传输速度最高可达533MByte/sec，大
约是目前PCIBus的4倍，往後对於传输绘图资料的汇流排将由目前的PCIBus改变为
AGP，AGP是以点对点的连结，也就是说GraphicChip与PC的Chipset直接连结，因此
对介面电路的设计较为简单(图一)。

UMA架构
3D图形的成图处理需在GraphicChip与FrameBuffer间提高数据传输速度。而为提
高数据传输速度，大多数图形卡的FrameBuffer都是采用较快速或增加记忆体，但
这麽做便会提高绘图卡的成本。为了解决这样的问题，其中一种就是将主记忆体每
次都切割出一个固定的空间，将储存Texturedata的地方从原本绘图卡上的Frame
Buffer移到主记忆体，就是所谓UMA(UnifiedMemoryArchitecture)。
在过去有些业者曾经提出UMA的架构来达到节省FrameBuffer而降低成本的目的，在
几年前因为DRAM单价一直居高不下，UMA曾被认为是降低成本的解决方案之一，(图
二)为UMA的架构图，把原本独立於VGA卡的FrameBuffer记忆体省略，而将主机板上
的主记忆体体充当FrameBuffer，与系统共享主记忆体的空间，如此一来便可省下
VGA卡上的记忆体成本，在DRAM单价高涨的当时，原是一项立意不错的想法，但随着
作为主记忆体的DRAM单价一路下滑，在记忆体成本压力减轻後，整体系统架构的缺
点便一一呈现出来，首先，UMA会将主记忆体的空间切割一部份做为FrameBuffer之
用，但一旦分割使用後，当图形加速芯片不使用主记忆体的空间时，UMA并不会将原先所
切割的主记忆体空间释放出来而一直占据，例如系统内原有32MB的主记忆体，经
UMA切割8MB後，系统便仅剩24MB主记忆体可使用，粗略估计当系统中的主记忆体为
32MB时，采用UMA架构设计将会使系统效能(Performance)便会下降10%，并且会随着
使用主记忆体的减少而增加效能下降幅度，如主记忆体为16MB时，系统效能便不只
下降10%。
自从UMA架构被发表之後，Trident与SIS因看好此市场的发展而投入研究发展，但事
与愿违，在DRAM单价一路下滑後，这个降低绘图卡成本架构便受到多方的排挤，而
不受好评。

AGP架构
由於UMA的失败，但如何达到降低成本解决方案的工作仍继续的被发展着，Intel为
了使3D图形加速芯片发挥更佳的效能而订定了AGP的规格，虽然基本上AGP是PCI的扩充版
，但位址线与数据线分离，及存取要求的管线处理是以133MHz的bus周期来提高数据
传输速度。与UMA类似的是，AGP也是寻求降低FrameBuffer成本的解决方案，同样
是需利用主记忆体来充当FrameBuffer，但不同是AGP比UMA更Smart，在图形加速芯片进
行Texture时，会向主记忆体切割所需的空间执行动作，在动作完成後则将所切割的
记忆体空间交还系统使用，而并不会像UMA一样，在切割便不会释放记忆体空间。由
於使用者对输出品质与效果不断的要求下，目前应用软体皆尽其所能的显示更细致
的3D图形，因此需增加记忆体容量来储存更多的Texturedata，在利用AGP架构後可
将Texturedata搬移到主记忆体，而可以减少FrameBuffer所需要的记忆体容量，
因此可降低图形卡的成本。在3D图形的描绘中，储存在记忆体不仅有做为显示用的
影像数据，另有表示Pixel数据的Z轴方向距离的数值，以及TextureData，其中储
存TextureData所需的记忆体是造成绘图卡价格高昂的主要因素之一，美3Dlabs公
司行销副总裁说，对於细致的3D图形的描绘，储存Texture的记忆体容量光是几M
Byte是不够的，它是愈大愈好。因此生产3D绘图卡业者所期待的就是既能增加
TextureData的储存能力，又能控制绘图卡成本的解决方案。
在AGP架构下，从整个系统来看，增加FrameBuffer，倒不如增加主记忆体来得有效
，因为作主记忆体用的DRAM今天价格已不太昂贵，甚至把Texturedata储存在主记
忆体比储存在FrameBuffer能更有效利用记忆体，Texturedata的需要是依应用程
式而定，也就是说，当应用程式结束，不再需要Texturedata时，Texturedata从
主记忆体抹除後，主记忆体空间又可恢复，所以Texturedata并不是永远占着主记
忆体的空间。
AGP不只用於3D图形，2D图形对也同样具有提升绘图速度的能力，除了可增加
GraphicChip与微处理器对主记忆体间之数据传输速度，对PCIbus的也不致於
overhead。提高GraphicChip与主记忆体间的数据传输速度，让原本需要存入图形
专用记忆体的Texturedata，现在可以直接存入主记忆体，这样除了可以提高主记
忆体的记忆体汇流排使用效率，对画面的更新及ZBuffering的数据传输速度也可增
加。

管线处理
利用管线来处理数据自GraphicChip的读出及写入GraphicChip中是AGP的特色之一
。AGP的存取要求PCIBus的处理方式有些不同，位址与指令的传输是使用与PCI
bus相同的AD信号与C/BE讯号，但指令传输的通知就不是采用如PCIBus的FRAME讯号
，而另以新的定义的PIPE讯号(图叁)。
另外，为了提高对主记忆体的随机存取的数据传输速度，Intel增加了SBAbus，利
用SBAbus可以分离位址与数据讯号而进行传输。
SBAbus只能应用在GraphicChip对Chipset发出存取主记忆体的要求讯号，也就是
说自GraphicChip向Chipset作数据传输时之用，使用SBABus的存取便是代表以管
线处理，所以不必使用PIPE讯号。
至於在图形加速芯片中要不要支援SBABus则是由GraphicChip厂商自行决定，但对
Chipset来说就一定必需支援。
　
後记
AGP在技术上有以下的优点：
一、主记忆体的使用种类不受限制，而是依系统的架构而决定；
二、Chipset可以控制记忆体汇流排而提升系统的整体性能；
叁、不增加主记忆体的记忆体电路的负担；
四、可在图形卡上安装GraphicChip或在主机板上直接安装GraphicChip等两种安
装方法。
AGP是开放的规格和USB一样，Intel并不会对使用者收取权利金，但是与USB不同者
是AGP仅由Intel单独定义，因此AGP的规格订定比USB或PCIBus快多了。目前如
3DfxInteractive、3Dlabs、ATITechnologies、CirrusLogic、Rendition、S3、
Trident等3DGraphicMaker都已表明有支援AGP的计划。
对於AGP後市的发展，大多数人都乐观其成，从今年中开始除了图形加速芯片业者已有支
援AGP的晶片发表之外，在晶片组方面各大厂商也陆续提供具有支援AGP架构的
Chipset，可以肯定的是这一个架构从今年开始将会Replace非AGP架构的图形加速芯片市
场(图四)，在明年底开始，AGP架构的图形加速芯片便会出现超过一半的市场占有。