Grafica 3D dagli albori ad oggi

Apertura 3d

Un viaggio nel passato alla scoperta di come è nata e si è evoluta la computer grafica 3D, dai primi esperimenti sino alla generazione delle moderne immagini fotorealistiche.

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Nvidia GeForce G80 Qualità  della grafica 3D Schede Grafiche 3D sotto i 100 €
AMD Radeon serie HD 5000 Nvidia GeForce serie Fermi

Di Michele Braga

ICON_EDICOLASulle pagine di PC Professionale vi aggiorniamo mensilmente riguardo le novità  nei settori dell’hardware e del software legati all’universo informatico. In questa occasione cambiamo punto di vista per fare un viaggio indietro nel tempo e rivivere la storia evolutiva della tecnologia grafica 3D dai primi anni Novanta sino ai giorni odierni.
Chi si appresta oggi al primo acquisto di una scheda grafica si trova a scegliere tra una moltitudine di prodotti che però fanno capo a due sole grandi famiglie di schede grafiche: quelle AMD Radeon e quelle Nvidia GeForce. Dopo qualche istante di confusione si realizza ben presto che i prodotti in mille colorazioni, infarciti di accessori e scatole più o meno voluminose non sono poi tantissimi: quello che cambia è sostanzialmente il modello Radeon o GeForce, la marca e il prezzo finale. Per quanto oggi possa essere complicato scegliere una scheda grafica, era ben più difficile orientarsi nel marasma generale che ha caratterizzato i primi anni di vita di questo settore dove per contare i produttori di chip grafici non bastavano due mani e dove tutto era da inventare.

Ati (oggi AMD), Nvidia, 3dfx, e Matrox sono i nomi delle aziende che hanno segnato in modo indelebile la storia della grafica per Pc: a loro si deve l’introduzione del primo supporto in hardware delle funzioni di decodifica video, le prime funzioni per l’accelerazione degli effetti 3D, il supporto a più monitor, le prime schede dedicate interamente all’accelerazione 3D e l’introduzione dell’accelerazione in hardware di operazioni prima svolte dal processore di sistema. Nel corso degli ultimi anni i processori grafici sono diventati estremamente complessi e specializzati, tanto da trasformare l’architettura del Pc: da Cpu centrica a doppio processore asimmetrico, ovvero Cpu e Gpu. Abbiamo utilizzato il termine asimmetrico in quanto le due unità  di calcolo hanno caratteristiche molto diverse: la Cpu può essere utilizzata per ogni tipo di elaborazione, ma è più efficiente nell’esecuzione di operazioni sequenziali; di contro la Gpu, sebbene programmabile, è più rigida dal punto di vista dell’adattabilità , ma al tempo stesso estremamente più efficiente nello svolgere compiti di elaborazione in parallelo.
Il mondo dell’hardware, in modo particolare quello dedicato alla grafica, è strettamente legato alla sua controparte software: per sviluppare applicazioni e giochi 3D di qualità  superiore serve hardware sempre più potente. Su questo numero di PC Professionale trovate anche una cronistoria dei videogiochi per Pc che hanno scandito le nostre vite di appassionati di informatica dal 1990 a oggi.

L’evoluzione della grafica

L’era d’oro dei videogiochi su Pc iniziò nei primi anni Novanta, quando si può dire che il computer cominciò a rivaleggiare in modo concreto con la grafica delle console e dei cabinati da bar. Contestualmente si affacciarono sul mercato decine di aziende impegnate a sviluppare quelli che furono i precursori dei primi processori grafici; dobbiamo infatti ricordare che prima di questo momento la “scheda grafica” come la conosciamo oggi non esisteva nel mondo consumer ed era estremamente diversa anche nel mondo professionale. Per quanto riguarda i primi personal computer la scheda grafica svolgeva due funzioni: quella di frame buffer, ovvero disponeva di una zona di memoria per immagazzinare le informazioni da riprodurre a video, e quella di sistema di conversione Dac (Digital to Analog Converter) per generare il segnale video analogico per i monitor.
A partire dall’introduzione delle prime Gpu, l’obiettivo dei progettisti di architetture grafiche è sempre stato quello di aprire la pipeline 3D alla programmabilità  cercando di incrementare ed esporre alla programmazione il maggior numero di funzioni.
L’evoluzione è stata così rapida che in breve tempo ha superato quella delle Cpu classiche sia sul fronte della potenza di calcolo sia su quello della complessità : basti infatti pensare che in pochi anni si è passati da circa 3 milioni di transistor della prima versione dell’Nvidia Riva Tnt a circa 23 milioni di transistor con il primo GeForce 256; oggi la Gpu Fermi di Nvidia conta circa 3,2 miliardi di transistor, così come quella Cypress di AMD ne conta circa 2,15 miliardi. La Cpu più veloce sul mercato, l’Intel Core i7 980X con sei core si ferma a soli 1,17 miliardi di transistor. In questo conteggio bisogna inoltre tenere conto che nelle Cpu gran parte dei transistor è dedicata alle cache, mentre nelle Gpu la maggior parte dei transistor è dedicata alla vera architettura di calcolo.
Per organizzare la storia dei processori grafici possiamo identificare un’era antecedente all’introduzione delle Gpu e sei successive fasi evolutive che permettono di arrivare ai nostri giorni. Ciascuna generazione ha fatto segnare un incremento della potenza di calcolo, della programmabilità  e delle funzioni supportate, legate a doppio filo alla disponibilità  di nuove versioni delle Api DirectX e OpenGL.

(Estratto dall’articolo pubblicato sul numero 232 – luglio 2010)

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