S3 Graphics: ушла, но не забыта

Одна такая компания выделилась из толпы и в течение нескольких лет удерживала первое место в разработке чипов для графического ускорения. Их продукция была настолько популярна, что почти каждый компьютер, проданный в начале 90-х, был оснащен этой технологией. Но всего через десять лет после своего рождения фирма распалась, распродала многие активы и быстро исчезла из поля зрения. Присоединяйтесь к нам, чтобы отдать дань уважения S3 Graphics и узнать, как развивалась ее замечательная история на протяжении многих лет.

Становление S3 и первые успехи

История берёт своё начало на заре 1989 года, в эру таких машин как Apple Macintosh SE/30, MS-DOS 4.0 и Intel 80486DX. ПК в то время в основном имели очень ограниченный вывод информации на дисплей; при этом отрисовка выполнялась центральным процессором и, как правило, в однобитном монохромном режиме, но при наличии соответствующей платы расширения или периферийного устройства можно было ускорить отрисовку с 8-битным цветом.

Цены на такие дополнения могли начинаться от $900, а зачастую были ещё выше. Именно для этого рынка Дадо Банатао и Рональд Яра создали новый стартап в Санта-Кларе (Калифорния) - компанию S3, Inc. История Банатао, как и история Яры, достойна отдельного рассказа: к тому времени они оба были весьма успешными технологическими предпринимателями и инженерами-электронщиками.

Через два года в продажу поступил их первый продукт: P86C911 (также известный как S3 Carrera). Этот чип ускорял рисование линий, заполнение прямоугольников и растровые операции в Windows, в основном связанные с так называемой передачей битовых блоков. Здесь небольшие массивы данных, составляющие весь экран, перемещаются, накладываются, копируются и т. д.

Как и сегодня AMD и Nvidia, S3 использовала другие компании для производства и распространения микросхем, которые затем приобретались производителями дополнительных плат для своих продуктов. Такие известные компании, как Diamond Multimedia и Orchid Technology, выпускали платы с 1 Mb VRAM, разрешением 1280x1024 при 16 цветах и 16-разрядной системой подключения ISA. На тот момент отзывы были весьма благоприятными: это был не самый быстрый ускоритель, но он имел конкурентоспособную цену. Эталоном для всех так называемых 2D-ускорителей тогда была серия чипов ATi Mach, но там, где карта ATI Graphics Ultra на базе Mach 64 продавалась по цене 899 долларов, карты с S3 P86C911 можно было приобрести всего за 499 долларов. В те первые годы компания S3 поддерживала здоровый цикл разработки и продолжала совершенствовать и модернизировать дизайн своих микросхем. К 1994 году производители дополнительных плат использовали новую серию ускорителей Vision: полный 16-разрядный цветной вывод с разрешением 1280x1024 и до 4 Мбайт 64-разрядной памяти DRAM в режиме быстрой страницы (FPM) или расширенного вывода данных (EDO). Имелось даже ускорение для видеофайлов MPEG.

Опять же, эти чипы не были самыми быстрыми из доступных, но они были значительно дешевле, чем у конкурентов. Естественно, это привлекло внимание сборщиков систем, и именно так чипы S3 украсили первые ПК многих людей. При беглом взгляде на приведенное выше изображение немецкого производителя карт Spea становится очевидной проблема, с которой столкнулись производители в середине 90-х годов: для выполнения различных функций требовалось несколько отдельных микросхем. Как минимум, одна нужна была для первичного тактового генератора, другая - для цифро-аналогового преобразования (т.е. RAMDAC). С этой целью годом позже S3 выпустила серию чипов Trio, в которых были интегрированы схемы графического ускорения с RAMDAC и тактовым генератором. Результатом стало заметное снижение затрат для производителей карт, что еще больше увеличило популярность S3, предоставив им львиную долю рынка видеоадаптеров.

К 1995 году такие игровые консоли, как Sony PlayStation и Sega Saturn, показали, в каком направлении развивается рынок графики, и компания S3, находившаяся в зените своего могущества, одной из первых среди разработчиков микросхем стала отвечать этим новым требованиям, предлагая "всё в одном". Учитывая, насколько хорошо они освоили 2D и ускорение видео, насколько сложной может быть 3D?

Иное измерение и первые промахи

Command & Conquer была самой продаваемой ПК игрой в 1995 году, RTS игра, изначально выпущенная для DOS, использовавшей 2D-изометрическую графику. Однако владельцам консолей предлагались трехмерные изображения, аналогичные тем, которые генерировались в аркадных автоматах. Поэтому на производителей оборудования оказывалось давление, чтобы они также обеспечили ускорение в этой области. Программная поддержка уже имелась, поскольку OpenGL к тому времени исполнилось 3 года, а Microsoft приобрела RenderMorphics в начале 1995 г., чтобы интегрировать свой Reality Lab API в готовящуюся к выпуску Windows 95 (впоследствии ставшую Direct3D).

К концу года компания S3 выпустила чип ViRGE ("Virtual Reality Graphics Engine"), по сути, усовершенствованный Trio, в который были встроены некоторые 3D-возможности (на рынке он продавался как S3d Engine).

Платы расширения, использующие процессор, появились в продаже только в начале 1996 года, и первые предложения были встречены неоднозначно. До этого момента 3D-игры на ПК почти всегда рендерились на центральном процессоре, и при работе с базовыми полигонами, освещением по Гуро и наложением нефильтрованных текстур. ViRGE в целом был немного быстрее лучших процессоров того времени. 

В целом «S3 ViRGE» был немного быстрее лучших процессоров того времени…

Тем не менее, применение любых других дополнительных 3D-функций (таких как фильтрация текстур или коррекция перспективы) топило производительность, особенно на разрешениях равных или значительно больших, чем VGA (640 x 480). Причин тому было несколько, но два аспекта выделялись на фоне остальных.

Во-первых, разработчикам приходилось использовать собственный API S3 для использования 3D-ускорения, поскольку изначально в драйверах не было поддержки OpenGL. Собственные API не обязательно хуже открытых, но после того, как другие производители выпустили собственные 3D-чипы с полной совместимостью с OpenGL, мало кто из разработчиков озаботился созданием режимов S3d для своих игр.

Из-за нехватки программистов, работающих с API, не было достаточно внешних исследований и отзывов, чтобы помочь улучшить его. А еще было само оборудование — фильтрация текстур была исключительно медленной, требовалось слишком много тактовых циклов для выборки и смешивания билинейного текселя. Так что при разрешении VGA чип просто увязнет под нагрузкой, утащив частоту кадров в грязь. Но, несмотря на эти недостатки, карты ViRGE продавались довольно хорошо, благодаря высокой 2D-производительности, достойной цене и равнодушной конкуренции. Самый первый продукт Nvidia, дорогой NV1, был выпущен за несколько месяцев до того, как S3 был нацелен на неправильное направление развития 3D-графики, а серия 3D Rage от ATI, выпущенная в апреле 1996 года, была немногим лучше, чем ViRGE.

Однако было бы несправедливо слишком критично относиться к S3 на данном этапе. В конце концов 3D-ускорители для обычного потребителя находились в зачаточном состоянии, и потребовалось несколько лет, чтобы эта область утвердилась. В линейке ViRGE в течение 5 лет будет выпущено несколько моделей, причем более быстрые версии (такие как ViRGE/DX) будут предлагать улучшения во всех областях.

В 1998 году компания S3 Inc анонсировала совершенно новый графический процессор - Savage3D. Этот чип обладал гораздо более совершенной фильтрацией текстур, чем ViRGE (билинейная фильтрация теперь была одноцикловой), хотя для мультитекстурирования по-прежнему требовался многопроходной рендеринг, то есть, если вы хотите применить две текстуры к одному пикселю, то всю сцену придется обрабатывать дважды.

Кроме того, в этой разработке были реализованы более совершенные видеовозможности: встроенный ТВ-кодер, улучшенное масштабирование и интерполяция для MPEG и DVD. Компания S3 даже пошла на создание собственного алгоритма сжатия текстур, названного S3TC, который впоследствии будет интегрирован в API OpenGL и Direct3D.

На бумаге это должно было стать для них огромным успехом. Но этого не произошло.

Суровые времена для S3

Просто найти Savage3D на полках магазинов стало первой проблемой, с которой столкнулись его покупатели. Это был первый графический процессор, изготовленный по 250-нм техпроцессу компанией UMC Group. Но производитель также был первым, кто работал в таких масштабах и выход пластин неизменно был довольно низким. Такой дефицит полностью исправных микросхем привел к тому, что Savage3D покупали сравнительно немногие производители плат расширения, а компания Hercules тестировала каждую микросхему из приобретенных и вручную отбирала жизнеспособные. Давний партнер компании, Diamond Multimedia, вообще отказался от процессора.

Драйверы в выпуске были общеизвестно ошибочными (предварительные версии, предоставленные рецензентам, вообще не имели поддержки OpenGL), и S3 отказалась от поддержки собственного API. Но что еще более важно, конкуренция сейчас была в самом разгаре. В то время как у первого ViRGE рынок был почти в полном распоряжении и подкреплялась великолепной репутацией 2D, Savage3D столкнулся с гораздо более серьезными противниками.

К осени 1998 года Nvidia выпустила Riva TNT на базе NV4 с двумя пиксельными конвейерами, что позволяло выполнять мультитекстурирование за один проход. Та же самая способность была также реализована в картах Voodoo2 от 3Dfx, но там, где скорость вывода пикселей Riva TNT уменьшалась вдвое при использовании двух текстур, на Voodoo2 это не повлияло. Но даже в играх с одним текстурированием производительность Savage3D разочаровывала. Из-за ограниченной доступности чипов поставщики не могли даже продавать свои продукты по низкой цене, чтобы обойти конкурентов.

S3 решила многие из этих проблем в течение года, и следующий чип Savage 4 стал тем продуктом, которым должен был стать 3. Но если у S3 все получилось со второго раза, то 3Dfx, Matrox и Nvidia сразу же оказались на высоте.

Таким образом, карты на базе Savage4 оказались не лучше моделей предыдущего года, а производительность в OpenGL вновь оказалась удручающей. По крайней мере, Diamond вернулась с S3, да и другие производители выпустили множество моделей. Единственным спасением для Savage4 был S3TC. Система сжатия текстур с потерями поддерживалась Quake III Arena и Unreal Tournament (мегаиграми того времени) и обеспечивала заметное улучшение визуального качества при очень незначительном влиянии на производительность. Именно в этом году S3 Inc решила разжиться деньгами, купив в декабре активы и IP компании Number Nine, выпускавшей видеокарты (а через 2 года передав их обратно инженерам-разработчикам этой компании). Затем, летом 2000 г., S3 объединилась с давним приятелем Diamond Multimedia, стремясь расширить ассортимент своей продукции.

Первым детищем молодоженов стал Savage 2000 - первый графический чип компании S3, поддерживающий Direct3D 7.0. Лозунгом рендеринга той эпохи стало "аппаратное преобразование и освещение" (TnL); вместо того чтобы центральный процессор обрабатывал всю геометрию 3D-сцены, этот этап в цепочке выполнялся графическим процессором.

Имея два пиксельных конвейера, каждый из которых состоял из двух текстурных блоков, и тактовую частоту 125 МГц, Savage 2000 был на расстоянии вытянутой руки от нового GeForce 256 компании Nvidia. Но, к некоторому удивлению, этого не произошло - драйверы в очередной раз подвели продукт. При выпуске аппаратный TnL не поддерживался, а когда он все-таки появился, результаты оказались зачастую глючными и медленными. В целом, на самом деле это была неплохая видеокарта, просто она была не так хороша, как у конкурентов (плохая производительность Direct3D тоже не имела значения) и не была значительно дешевле. Несмотря на всю долгую историю превосходного дизайна и лидерства S3 на рынке, сейчас они барахтались, казалось, заблудились в море.

Все изменения у руля

Всего через три месяца после того, как S3 Inc и Diamond Multimedia объявили о своем слиянии, компания переименовала себя в SONICblue и в 2001 году продала графическое подразделение тайваньскому производителю VIA Technologies. SONICblue сосредоточилась на мультимедийной индустрии, производя потребительские электронные продукты, такие как видеомагнитофоны и MP3-плееры, а в 2003 г. закрылась и подала заявление о банкротстве. Однако компания S3 продолжает жить, получив совершенно неоригинальное новое имя (S3 Graphics) и новое предназначение: интегрированные чипсеты. В начале тысячелетия процессоры AMD и Intel, такие как Athlon XP и Pentium III, не имели встроенного графического процессора. Чтобы получить видеовыход с вашего ПК, вам требовалась дополнительная видеокарта или, как это было тогда, материнская плата с набором микросхем с графическими возможностями.

Некоторое время VIA Technologies была очень конкурентоспособна в секторе материнских плат, поэтому покупка S3 имела большой смысл. Вместо того чтобы создавать что-то новое с нуля, инженеры взяли элементы предыдущих видеокарт: 2D- и мультимедийные движки Savage 2000 и 3D-конвейеры Savage4 были объединены в систему ProSavage. Одной из причин того, почему более ранние продукты S3 можно было продавать дешевле, чем, например, Nvidia, был тот факт, что их конструкции были намного меньше. В процессорах использовалось меньше транзисторов и в результате площадь кристалла была намного меньше, что делало их идеальными для интеграции в набор микросхем. Но в условиях бурного роста рынка дискретных видеокарт VIA захотела отхватить свой кусок, и поэтому в 2004 году компания S3 Graphics вновь вступила в борьбу с серией процессоров Chrome. Первая модель называлась DeltaChrome и обладала полной поддержкой Direct3D 9.0, имела 4 конвейера для вершинных шейдеров и 8 - для пиксельных. К тому времени ATi и Nvidia представили невероятно мощные видеокарты, и обе компании экспериментировали с дополнительными функциями, помимо тех, которые необходимы для D3D 9.0 (такими как поверхности более высокого порядка и условное управление потоком). S3 Graphics мудро решила сделать все несколько проще и первые признаки ее производительности были обнадеживающими, но несколько неоднозначными. 

Однако позднее тестирование показало, что у процессора (тогда мы называли их графическими процессорами) возникают серьезные проблемы при использовании сглаживания. Но VIA и S3 Graphics упорствовали и линейка Chrome просуществовала еще 5 лет, перейдя на унифицированную шейдерную архитектуру в 2008 году. Эти модели находились на самом нижнем уровне игровой производительности, будучи не лучше (и, как правило, хуже) бюджетных предложений от ATi и Nvidia. Единственным их спасением была цена: например, цена Chrome 530 GT составляла всего 55 долл. Это были последние дискретные видеокарты, созданные S3 Graphics, хотя VIA продолжала использовать их GPU в качестве интегрированных компонентов в чипсетах материнских плат. Но в 2011 году VIA прекратила свою деятельность и продала всю компанию S3 Graphics другому тайваньскому электронному гиганту под названием HTC.

Зачем этому производителю телефонов покупать компанию графических процессоров, может показаться несколько загадочным. В отличие от Apple, HTC не разрабатывает собственные чипы для своих телефонов, а полагается на предложения Qualcomm, Samsung и Texas Instruments. Покупка была совершена исключительно с целью расширения портфеля интеллектуальной собственности и получения дохода от лицензирования патентов S3TC. 

Остались только имя и приятные воспоминания.

Чипов с названием S3 или S3 Graphics не было уже более десяти лет и вряд ли они когда-нибудь появятся вновь. HTC ничего не сделала с этими разработками с тех пор, как приобрела их все эти годы назад. Так что нам остается только название, воспоминания о хорошем и плохом, и, возможно, несколько вопросов о том, почему все пошло не так.

В эпоху 2D-ускорения видеокарт компания S3 была практически неприкасаемой и занимала значительный кусок рынка. У них явно были хорошие инженеры в этой области, но это не означает, что они автоматически стали мастерами в мире полигонов. Да, ViRGE не оправдал ожиданий, Savage3D был выпущен слишком рано, а производственные проблемы и плохие драйверы подмочили репутацию S3.

Но со временем эти проблемы можно было решить, поскольку в целом конструкция была надежной. Вместо этого руководство компании выбрало другой путь – скупить еще одну обанкротившуюся графическую компанию, затем слиться с группой по производству бытовой электроники, прежде чем, наконец, полностью сдаться. Другие великие имена той эпохи (3dfx, Rendition, BitBoys и др.) пошли по схожему пути и их продукты порой были лучшими в мире. И так же, как и S3, они стали лишь сносками в истории, поглощенными другими компаниями или потерянными на страницах Википедии.

История S3 показывает, что в мире полупроводников и ПК ничто не может быть само собой разумеющимся, а дальнейший успех - это сложное сочетание вдохновенной инженерной мысли, упорного труда и изрядной доли везения. Их продукции больше нет, имя ушло, но они точно не забыты.