2D圖像界面-百家爭鳴的 1980 年代、1990 年代初期

百家爭鳴的 1980 年代、1990 年代初期

顯示芯片廠商從 1980 年代最初由 IBM 一人獨霸並制定各種系統與規範 (主要是使用 Motorola 推出的 6845 CRT 控制芯片為基礎) 開始,由於 IBM 自家的產品實在太貴了,因此類似於 IBM PC 兼容機大量出現的狀況,逐漸有競爭對手加入生產兼容於 IBM 自家顯示適配器甚至是改良版的產品。

在這個時期裡最早出現的知名廠商主要有 Hercules Computer Technology, Inc. (海克利斯,創立於 1982 年)、Tseng Labs (曾氏實驗室,創立於 1983 年)、ATI Technologies (冶天科技,創立於 1985 年)、Trident Microsystems, Inc. (泰鼎微系統,創立於 1987 年)。

而這樣百家爭鳴的情況隨著 XGA 時代之後 IBM 不再作為居高臨下制定規格標準的角色,眾家廠商開始對 VGA 進行各種延伸之後 (稱為 Super VGA,實際上 Super VGA 不是一個「標準規範」,只是「以 VGA 為基礎進行延伸」之眾家系統的統稱」) 變得更加盛行。

以當時的情況來說,1980 後半 ~ 1990 前半之間在臺灣比較有能見度的是 Tseng Labs 與 Trident 這兩家公司的產品,ATI 與 IBM 本家的產品則比較少見,最直接的證據就是當時主流的中文系統 (例如倚天中文) 中內建支持的顯示芯片幾乎都有 Tseng Labs 與 Trident 推出的產品可供選擇,反而不見得有 ATI 與 IBM 本家的產品可選。

我個人猜測當時 ATI 與 IBM 本家的產品之所以在臺灣不盛行應該是價格的原因,儘管 ATI 的產品比 IBM 本家來得便宜,但即便是在美國當地有許多文件的紀錄也是將 ATI 描述為頂級顯示適配器的製造商,加上 ATI 的產品與 IBM 本家當代最新的產品往往相似度頗高,所以接下來我就先挑 Trident 與 Tseng Labs 這兩家公司出來介紹。

同期的其他重要公司還有 Cirrus Logic (不過由於模式與 ATI 類似,且在 1990 年代初期就被 Trident、S3 等公司聯合逐出市場了所以就不多談)、Chips and Technologies (先前在芯片組的部分介紹過,這家主要為人所知的地方是在芯片組的早期發展,在顯示芯片方面則是主要在筆記本電腦市場上獲得成功,因此在這裡也不多談,後來被 Intel 收購)、Intel (基本上只發展過一款獨立顯示適配器 i740,而且性能不佳因此就不特別介紹了)。

Trident Microsystems, Inc. (泰鼎微系統)

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· 公司創立時間:1987 年

· 市場活躍期間:1988 年 ~ 2003 年 (1994 年由盛轉衰)

· 退出顯示市場:2003 年,將顯示芯片部門出售給 XGI (圖誠科技,由 SiS 硅統科技的多媒體部門獨立分拆而來)。

· 公司現況:2012 年申請破產保護。

靠著超低價位攻城略地

泰鼎微系統這間公司最早是以向 OEM 顯示適配器廠商出售自家的 SVGA 顯示芯片起家的,首款主力產品 (能夠完整支持 VGA 規範) 是 1988 年推出的 TVGA8800 系列 (這裡的顯示芯片還只是「顯示子系統」的意義,也就是隻負責輸出與訊號轉換的部分,實際上的 2D 圖形演算還是由處理器負責的)。

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Trident 所推出的產品,最主要的特色就是「廉價與便宜」,在廣告的時候也特別強調「價格低廉」這一點,以下面這張摘自 1990 年美國某計算機雜誌的廣告來說就是如此。

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儘管價格低廉,但性能不彰也是事實

Trident 靠著價格優勢在當時的 OEM 市場佔有相當大的空間,儘管 Trident 的顯示芯片在性能方面並不突出,但還是獲得非常多板卡廠的採用,由於 Trident 在這樣的商業模式下獲得了一定程度的成功,因此在進入 2D 圖形加速卡時代之後 Trident 也繼續維持著這樣的策略。

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以上面這張 Trident TVGA9200CXr 來說吧,這是 Trident 第一張針對 Windows 系統設計的 2D 圖形加速卡 (GDI 加速卡),即使用上了 Local Bus,但當時人們給予它的評價仍然是「極慢」,至於這張以前的 Trident 顯示適配器在性能方面更是被當時的人們冠上「悲劇」一詞。

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但儘管在性能方面是個「悲劇」,Trident 的顯示適配器價格通常都在 100 美元以下,不得不說這樣的低價確實很大程度上幫助了個人計算機的普及,而 Trident 顯示適配器的性能直到進入 1994 年推出的 TGUI9440 系列 (上圖) 才開始有明顯的成長,足以與當時主流的顯示適配器匹敵。

僅依賴壓低價格是難以抵抗發展洪流的

雖然 Trident 靠著低價搶攻市場而在 1980 年代末期到 1993 年之間獲得了相當高的市佔率與獲利,但終究這樣的作法在快速發展的計算機產業當中是無法長久維持的,在 1996 年 S3 Graphics 挾著強勁性能在顯示適配器市場中蠶食鯨吞的時候,Trident 有很長一段時間並沒有辦法推出任何足以與之抗衡的產品。

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無法抗衡的下場理所當然就是在市場的節節敗退,即便是 Trident 曾經推出過在性能上與 S3 Graphics 產品能互有優劣的產品-TGUI9680 系列 (上圖) 出現,但在即將成為未來趨勢的全綵模式下 TGUI9680 系列性能仍然不敵 S3 Graphics 的產品,再加上 ATI 漸漸往低階入門市場擴張、SIS 也加入這場競爭,種種不利之下最終 Trident 只能被迫從創辦以來就一路養育著自己的 OEM 入門級市場中撤退。

(關於 Trident 之後的故事發展,由於是屬於 3D 圖形加速卡的範疇,所以我打算以後再談,下一頁開始我打算接著講 Tseng Labs。)

Tseng Labs (曾氏實驗室)

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· 公司創立時間:1983 年

· 市場活躍期間:1985 年 ~ 1997 年

· 退出顯示市場:1997 年

· 公司現況:1997 年 12 月被 ATI 收購。

命運多舛的草創時期與轉型

Tseng Labs 草創時期的命運其實還蠻多舛的,TLI 一開始是 IBM 的 OEM 合作廠商之一,當時主要發展的產品目的是用於讓 IBM PC 得以執行古典的 CP/M 操作系統 (在 IBM PC 推出之後這東西就被 DOS 取代掉了),不過最後這個與產品相關的 OEM 合約被取消了。

而之後由於這個出生之前就被腰斬的產品在研發的過程中與設計顯示芯片很有關係,於是 Tseng Labs 後來轉型為自行設計與生產 IBM PC 兼容機使用的顯示芯片為主的公司。

初試啼聲就獲得滿堂彩:UltraPAK (1984)

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Tseng Labs 轉型後的第一個產品是 UltraPAK (1984 年),主要功能是向 IBM PC 與 IBM PC/XT 提供一些 IBM PC/AT 新增的顯示功能,並且給 MDA 和 HGC 提供「132 欄文本模式」,這讓 UltraPAK 獲得許多大型公司大量的採用 (因為當時的大型計算機所使用的終端機輸出的畫面就是 132 欄),在 UltraPAK 出現之前,如果要做到同等功能的話,得一口起買三張擴充卡才行。

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當時的計算機雜誌將這款單色顯示適配器形容為「last word」,也就是單色顯示適配器被徹底淘汰之前最後、最強且最完整的產品,而 UltraPAK 也暗示著 Tseng Labs 日後的明顯傾向-主要致力於將現有產品強化而不是從頭砍掉重練,UltraPAK 系列顯示適配器中有三個成員:UltraPAK、UltraPAK-S、UltraPAK/AGE,價格則落在 499 美元到 799 美元之間。

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而後來 UltraPAK 系列 (儘管後續的 ColorPAK 系列已經在 1985 年推出) 又推出了僅保留與 HCG 兼容的單色圖形模式顯示功能的降價版本 UltraPAK Short (又名 ET1000 系列,請注意 UltraPAK Short 與 UltraPAK-S 不是同一張卡!UltraPAK-S 只是拿掉序列通訊端口與時鐘日曆、電池的版本),基於這張卡設計出來的 DFI MG-150 後來更是成為史上銷售最佳的 MDA/HGC 兼容卡。

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跟上腳步進入彩色的世界:ColorPAK (1985)

如同剛剛所提到的,Tseng Labs 的第二代產品 ColorPAK 依然是以升級現有 IBM PC、PC/XT、PC/AT 的顯示功能為主,ColorPAK 是以 IBM 的 CGA 標準為基礎下去延伸的產品,與 IBM 自家的 CGA 卡相比最明顯的差異是 ColorPAK 可以顯示的顏色增加了很多,能夠支持的最高分辨率也大幅提升到 640×400 (可同時顯示四種顏色)。

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雖然在 ColorPAK 推出的同時間 IBM 的 EGA 也已經推出,但驚人的價格使得絕大多數人根本買不下手 (當時的計算機雜誌幾乎一面倒的表示,雖然 EGA 的畫面是很精美,但 EGA 的價格更是精美,別忘了還要買 IBM 官方的 EGA 屏幕,IBM 自家的屏幕一直以來評價都不是太好),相較之下 ColorPAK 的價格不到 700 美元,又可以繼續搭配原有的屏幕使用,因此 ColorPAK 應該也能算是一款成功的產品。

再次準備轉型:ET2000 系列 (EVA 系列) (1986)

在 ColorPAK 問世後一年,Tseng Labs 又以 ET1000,也就是 UltraPAK Short 為基礎發展出兼容 IBM EGA 標準的 ET2000 型芯片,從這個時期開始 Tseng Labs 除了自行設計與生產顯示適配卡之外,也開始將自家設計的顯示芯片出售給其他 OEM 廠商。

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其中 Tseng Labs 自家生產的 ET2000 系列顯示適配卡名為 EVA 系列,有 EVA 與 EVA/480 兩個型號,而 EVA 是 Enhanced Video Adapter 的意思,EVA 系列最為人稱道的地方是它是第一款延伸 IBM EGA 標準的顯示適配器,對多種窗口操作 (例如放大或縮小) 提供了硬件加速能力,而在 EVA/480 中更是加入了對 640×480 分辨率的支持 (理論上這種分辨率要等 VGA 時代才有)。

回到 OEM 市場:ET3000 系列 (1987)

在來年 Tseng Labs 推出 ET3000 系列芯片時,Tseng Labs 再次轉型回到自己最初的主場-OEM 芯片供貨商,而幾乎不再直接生產、設計並對外零售顯示適配卡的成品。

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ET3000 系列芯片是以兼容 IBM 提出的 VGA 標準為目的設計的,或許某種程度上受益於 UltraPAK、ColorPAK、EVA 一路累積下來的聲譽吧?ET3000 在商業上獲得了不小的成功,Tseng Labs 也順勢成為當時的顯示芯片龍頭業者之一,有非常多板卡廠在設計顯示適配器時都選擇了 Tseng Labs 提供的 ET3000 系列芯片 (甚至連 ATI 都有推出使用 ET3000 而非自家芯片的產品),也有許多計算機廠商在主板上內建由 Tseng Labs 設計的 VGA 芯片 (包含 IBM、COMPAQ 等重要公司),更重要的是,採用這款芯片的顯示適配器在臺灣的計算機市場獲得了空前的成功,當時知名的啟亨 TRIPLEX 就是靠著 ET3000 系列顯示適配器開始起飛的。

大獲全勝:ET4000 系列 (1989)

接下來在 1989 年 Tseng Labs 推出了公司發展史上最重要且最為成功的產品-ET4000 系列芯片,這款芯片的支持能力很強,根據搭配的內存高低的不同最高可以輸出高達 1280×1024 的分辨率與具備在 800×600 分辨率下顯示全綵畫面的能力,並且能夠支持變更分辨率時不需要重新啟動計算機的功能。

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ET4000 可以搭配 ISA 接口或是 VESA Local Bus 接口使用,儘管還沒提供 Windows 圖形加速的支持 (還沒進入 1990 年代嘛),但這款芯片得益於 Tseng Labs 相當高性能的 ISA 接口設計能夠提供相當不錯的性能表現 (幾乎是 Trident 產品的兩倍),因此在市場上 ET4000 芯片獲得了前所未有的巨大成功。

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之後在 1991 年 Tseng Labs 以 ET4000 為基礎發展了支持 Windows 下 GDI 2D 圖形加速能力與 VESA Local Bus 支持能力的 ET4000/W32,推出時與同期的競爭對手來說效能表現算是中等而並不突出,而且在有了硬件加速之後 Tseng Labs 特有的 ISA 總線設計就不那麼重要了,因此在 ET4000/W32 的時代 Tseng Labs 的地位便開始備受挑戰。

由盛轉衰的開始:ET4000/W32i、ET4000/W32p

在 1993 年附近推出的 ET4000/W32i 主要是以 ET4000/W32 為基礎修改而來,針對 2D 圖形處理核心的內存控制器進行了改良,內存帶寬因此獲得大幅度的提升,連帶對於性能也有不小的幫助。

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而後來 Tseng Labs 在 1994 年還推出了 ET4000 家族的最後一個成員-ET4000/W32p,與 ET4000/W32i 的主要差亦為改採原生 PCI 接口設計,但不論是 ET4000/W32p 或 ET4000/W32i 實際上都有搭配 VESA Local Bus 接口的成品卡出現。

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然而這兩款卡 (包含其餘 ET4000 家族的所有成員) 都有著共同的缺點-並未將 RAMDAC 整合到圖形處理核心內,這對性能與成本上都有著不小的影響,使得 ET4000/W32p 與 ET4000/W32i 這兩款後期產品的競爭力受到了不小的減損,但 Tseng Labs 卻在相當後期才開始意識到這個問題,但要知道當時可是 1990 年代這個人計算機產業爆炸性成長的十年 (特別是 Windows 95 發佈之後,個人計算機對圖形運算的需求又爆增了不少),在那個年代裡只要稍加落後,可能就只有淪落為歷史塵埃的下場了。

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而 ET4000/W32i 後來還有發生一些問題,早期的幾個修訂版的 PCI 性能表現不佳,甚至可能會有破圖的情況發生。

難以力挽狂瀾:ET6000

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基本上 Tseng Labs 在自家顯示適配器芯片內整合 RAMDAC 的過程並不算順利,真正有可以推出的產品居然一晃眼已經是 1996 年的事情了,在這個時期裡快速竄起的 S3 Graphics 與多年來始終穩坐前幾大龍頭地位的 ATI 當然不會給 Tseng Labs 任何喘息的空間,這兩年裡 Tseng Labs 產品的市佔率在 ATI 與 S3 Graphics 的瓜分之下大幅下降,對公司的盈利狀況也帶來了嚴重的衝擊。

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雖然在 1996 年推出的 ET6000 已經把 Integrated RAMDAC 這片拼圖給補上去了 (從下圖可以看到 RGB 輸出是直接從 ET6000 出來,中間不需要經過獨立的 DAC),但基本上為時已晚,被 ATI 與 3dfx 瓜分掉的市佔早已難以找回,不過 ET6000 有一些設計挺特別的,值得特別抓出來看一下。

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ET6000 為了達成超高的內存帶寬,因此在內存接口的部分採用高達 128-bit 寬度的總線,足足是同期 S3 Graphics 推出的 Trio 64 的兩倍,雖然性能確實足以讓人亮眼,但這也表示一般的內存設計與顆粒芯片是無法滿足 ET6000 需要的,或多或少這個決定應該也讓本來就相當緊迫的產品開發時程拉得更長,ET6000 的開發會花掉兩年或許跟這個決定也脫離不了關係。

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而更加雪上加霜的是,為了達成這樣的設計實作,ET6000 使用的內存顆粒芯片也與其他廠商不同 (上圖右邊那兩大顆就是了),得使用一種由 MoSYS 公司所發展,名為 MDRAM (Multibank DRAM) 的內存。也因為這樣使得 ET6000 的銷售狀況很大程度的受到 MDRAM 供貨是否順利影響,而最終 MDRAM 也真的不幸無法滿足 ET6000 的出貨需要,這讓已經露出頹勢的 Tseng Labs 遇上的問題更加棘手許多。

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整體來說 ET6000 本身還是一個不錯的產品,對於 Windows 系統下的 2D 圖形加速 DirectDraw 技術的支持度相當完整,性能表現方面也還不錯,但推出的時間太晚使其終究不足以挽回已經面臨危急存亡之秋的 Tseng Labs。

最後要提的是在 1997 年 Tseng Labs 還發表了以 ET6000 為基礎的增強版本 ET6100 (上圖),主要差異為支持更多的分辨率模式 (高達 1600×1200 高彩模式與 1280×1024 全採模式)。

眼見市佔率難以重返榮耀,放棄轉進 3D 世代

Tseng Labs 或許是認為消失的市佔率已經不太可能回到手中,抑或是發現個人計算機的未來必然將逐步走向 3D 圖形發展,而僅有 2D 顯示技術的 Tseng Labs 恐怕在 3D 時代更加玩不過競爭對手,因此 Tseng Labs 董事會決定不再繼續投入資金進行後續產品的開發 (不然其實 Tseng Labs 的 3D 芯片計劃 ET6300 已經有一點進展了),而是選擇將現金保留在自己身上並將公司出售並且一口氣裁掉 20% ~ 30% 的員工 (消息來源)。

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而買下 Tseng Labs 的不是別人,就是身為其兩大競爭對手之一的 ATI,並且在收購完成之後不久 ATI 就將 Tseng Labs 的研發團隊散入旗下的顯示適配器開發團隊了,而進行到一半的 Tseng Labs ET6300 後來則成為第一代 ATI Radeon 與 Rage 128 的基礎。

上節介紹完 Trident 與 Tseng Labs 這兩家在個人計算機 2D 圖形運算的發展過程中具有重要地位的公司之後,接下來時序來到 1995 年以後,在這五年之內 2D 圖形加速的發展幾乎達到極致,3D 圖形運算也開始走入一般人的世界中,性能上也開始有了飛躍性的成長。


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