PowerVR显卡历史

硬件风云 

    1985年托尼·麦克拉伦 (Tony Maclaren)在英国创立VideoLogic，最初业务主要是图像、声音加速器、家庭音频系统、视频捕捉和视频会议系统。VideoLogicr的GraphixStar 系列显卡小有名气。

1.PowerVR Series 1

VideoLogic在1992年的时候，开始自主研发PowerVR相关图形技术。1994年12月寻求与NEC合作。1995 年 3 月 23 日，VideoLogic 给NEC 授权其名为 PowerVR 的新技术，NEC入股并占股2.29%。

PowerVR Series1 的最初目标是街机系统。与 NEC 合作创建了基于 PC 的解决方案。1995 年底，PowerVR Series1第一个产品Midas 3研发成功。Midas 3经过高度集成后改造为PCX1，PCX1的0.5微米制程改进为0.35微米就成为PCX2。Midas 3的3D性能强于PCX1，弱于PCX2。PowerVR Series1的3D性能强于Rendition Vérité V1000,弱于3Dfx Voodoo。PowerVR series 1的市场占有率曾仅次于3Dfx voodoo。

1.1 Midas 3

Midas 3是PowerVR系列的第一个产品，由Image Synthesis Processor（ISP，Sabre）和 Texture and Shading Processor（TSP，TexAS），以及一个桥接芯片结合在一起。ISP 有扩展性，街机甚至可以使用两个或四个ISP。PC机使用单 ISP 和 TSP 配置的3芯片结构。

Midas3 使用拆分内存架构：1 MB 32 位 SDRAM（240 MB/s 峰值带宽）用于纹理，1 MB 16 位 FPM DRAM 用于几何数据（PCI 通信）。核心时钟/内存时钟：66Mhz，66Mpixels/s 填充率，66Mtexels/s 填充率。与其他3D 子卡不同，它放弃了VGA 接口，将像素输出推送到PCI总线上，直接进入2D卡显示。

1.1.1 Midas 3

PCB#00QU-3.8/1

Midas 3由VideoLogic制造，NEC的型号是MC-301。仅见Midas 3应用于康柏在 1996 年7月17日发售的Presario 8000 series multimedia and PC enthusiast machines。

Midas 3

1.1.2 Midas Prototype

    这个Midas Prototype是Imagination纪念PowerVR 25周年放出的图片。由于年代久远，Imagination公司内部人员已分不清它是Midas 1还是Midas 2。我认为它是Midas 2，因为它的完成度相当高，是产品评估板，Midas 1应该是芯片评估板。

    Midas 2需要通过 VGA 电缆连接计算机中的 2D 卡，将 3D 图像叠加上去。就像后来3DFX的Voodoo卡一样，这种设计会导致产品成本太高。Midas 3则取消了图像输入和输出插座及其辅助电路，使用 PCI 接口将3D图像传输到 2D 显卡，节省了成本。

Midas 2

(From Imaginationtech.com)

1.2.PCX1（Midas 4）

    1996 年 5 月 9 日NEC 和 VideoLogic 宣布PCX1。实际上PCX1就是将Midas 3的三芯片集成到一个芯片的产物。PCX1采用0.5微米制程，为PCI接口3D子卡，显存64bit，4MB，核心同显存运行频率约60Mhz，66Mpixels/s fillrate,66Mtexels/s fillrate,单渲染管线单周期单纹理。PCX1采用了TBR技术，这是PowerVR系列芯片的技术中的一大重要特点，全称Tile Based Deferred Rendering。虽然PowerVR不是第一个采用这种渲染方式的公司，但却是将这种渲染方式成功应用在产品上。

1.2.1 Apocalypse 3D

    1997 年 1 月 31 日，VideoLogic 开始发售 Apocalypse 3D，这是一种基于 PowerVR 的图形卡，以低于 200 美元的价格为 PC 带来街机级 3D 性能。它在康柏热销的 Presario PC 系列使用较多。

1.2.1.1 Engineering sample

1.2.1.2 Official product

PCB#00RD-3.8/2

    PCX1芯片的Apocalypse 3D由VideoLogic 制造，NEC的型号是MC-302。

1.2.2 GA-GM3D4/PCI

    在NEC的影响下，日本市场不但有厂家投入生产，玩家人群颇多，I-O DATA成为重要的合作伙伴。

1.3.PCX2（Midas 5）

    1997 年 4 月 7 日——NEC 和 VideoLogic宣布推出PCX2 3D 图形加速器。PCX2采用0.35微米，显存64bit，4MB，核心同显存运行频率66Mhz，66Mpixels/s fillrate,66Mtexels/s fillrate,单渲染管线单周期单纹理。

1.3.1 Apocalypse 3DX 

    1997 年 4 月 14 日VideoLogic 推出基于PCX2芯片的Apocalypse 3Dx 图形加速卡。

    PCX2的性能比PCX1有了一定提升，可以在运行转为它们优化的Quake2的时候效果很好，硬件指标上也胜过Voodoo，达到每秒120万多边形和6600万像素的填充速度，在同时代产品中首屈一指。同时支持D3D、OpengGL，SGL，其中SGL是OpenGL的部分子集特为PowerVR进行了专有扩展。但是在实际使用中，由于驱动导致的兼容性问题，许多游戏运行有问题，并且对CPU要求较高。

1.2.1.1 Engineering sample

PCB#00RR-3.8/1

(From Next Generation)

1.2.1.1 Official product

PCB#00RR-3.8/4

(From vgamuseum.ru)

1.3.2 Apocalypse 5D

    1997 年 6 月 9 日 NEC 与 Tseng Labs 结成战略联盟。9月4日宣布推出基于PCX2 3D 加速器和Tseng Labs ET6100 2D显示芯片 的Apocalypse 5D 显卡。有6 MB 版本（4 MB SDRAM 纹理内存和 2 MB MDRAM 帧缓冲存储器）和8 MB 版本（4 MB SDRAM 和 4 MB MDRAM）。

1.2.1.1 Engineering sample

    使用Tseng Labs ET6000 2D显示芯片。

(From Next Generation)

 1.2.1.1 Official product

PCB#00RT-3.8/3

    使用Tseng Labs ET6100 2D显示芯片。

（From westster.top）

1.3.3 Apocalypse 5D sonic

PCB#00RS-3.8/4

    将Apocalypse 3Dx 的 3D 加速、Tseng Labs ET6100 令人惊叹的 2D 性能以及 SonicStorm(ESS Agogo-XP) 的惊人音质结合在单个 PCI 卡上。

(From vgamuseum.ru)

1.3.4 PC 3DEngine

    NEC自行设计制造 PC 3DEngine（PWH-6030）。

1.3.5 M3D

    1997 年 8 月 22 日,Matrox Graphics Inc.宣布与NEC Electronics Inc. 结成战略联盟，推出M3D。

1.3.6 IF-SEGA2/PCI-1

I-O DATA的IF-SEGA2/PCI-1有世嘉游戏手柄接口。

2. PowerVR Series2

    1997年7月，PowerVR Series2击败3DFX Voodoo2成为世嘉Dreamcast 游戏机的图形处理器。1998年2月DC版的PowerVR2DC（CLX2）研发成功。核心频率100 MHz，5 百万多边形/秒 1-3 亿像素/秒。1998年11月27日，集成PowerVR2DC的世嘉Dreamcast在日本发售。

    1998年12月2日的COMDEX刚结束，NEC和Videologic宣布PC版Neon 250（PMX1）。由于NEC的重心都放在DC版产品的研制，对其移植到PC机的热情不高，因而跟Videologic的合作出现了一些裂痕。Neon 250拖延到1999年8月31日才上市销售，仅Videologic制造过Neon 250显卡，在英国及它的网上商店有少量销售。Neon 250相比PowerVR2DC性能缩水不少，但其集成于Neon250显示芯片内部的独特TBR技术，有效降低了CPU的负担，性能仍接近TNT2显卡。Neon 250核心和显存都是125Mhz，12Mpixels/s fillrate，12Mtexels/s fillrate。采用SDRAM，64bit，32MB显存，渲染管线1条，每条管线单纹理单元。拥有250Mhz RAMDAC，支持OpenGL (mini-GL)、SGL、DirectX6。

2.1 Prototype

2.1.1 ARC1

    Sega Dreamcast项目研发代号为Katana。Katana set 1 development kit中的PC Card（PWH-6031）基于PCX2，Katana set 2 development kit的PC Card 是ARC1（PWH-6032），ARC1的设计似乎是基于Midas 3和PCX2，包含一块Midas 3的ISP芯片和一块在PCX2基础上更新设计的芯片，仍是3D子卡。Katana set 3 development kit和Katana set 4 development kit 仍是与ARC1类似的双芯片，只是从PC Card移到PC Board的CLX1。实质上仍然属于PowerVR Series1。1998年2月Katana set 5 development kit集成的单芯片CLX2才是PowerVR2DC。 

（From shibe ꜰᴩɢᴀ expert）

2.1.2 PMX1

    PowerVR Series 2 开始带2D显示。

(From Imaginationtech.com)

2.2 Neon250 AGP

2.2.1 Engineering sample

    官宣图中Neon250 AGP显卡是Engineering sample。

2.2.2 Official product

PCB#00TD-3.8/1

(From Pepino)

2.3 Neon250 PCI

PCB#00TD-3.8/3

    Neon250的PCI接口版本性能稍弱于AGP接口版本。

3. PowerVR Series3

    1999 年 4 月 8 日VideoLogic Group Plc (VideoLogic) 宣布与 STMicroelectronics（前身为 SGS-THOMSON Microelectronics）建立战略合作伙伴关系，授权 VideoLogic 的 PowerVR 2D/3D 图形技术用于开发和制造一系列高性能 PC 图形和视频加速器。

    1999年 9 月 1日，VideoLogic 更名为 Imagination Technologies，VideoLogic Systems 和 PowerVR Technology作为部门运营。

 3.1 Kyro

2000 年 6 月 5 日，Imagination宣布Kyro（PowerVR三代），授权ST Microelectronics制造。Kyro核心代号STG 4000X，采用0.25微米工艺，0.12亿晶体管，显示核心、显存皆125Mhz，250Mpixels/s fillrate,250Mtexels/s fillrate,128bit 32/64MB SDRAM显存。270Mhz RAMDAC，2×1管线架构即双管线单纹理单元。支持DX6、EMBM（环境凹凸贴图）。继续采用TBR技术克服不支持硬件T&L的弱点，其双管线单纹理单元的性能连Geforce 256都不如，更别说稍同期的Geforce2 GTS。

Kyro的核心尺寸很小，同时发热量也小，晶体管数量也明显低于同期nVidia的产品，具有较高的性价比。采用其芯片的有VideoLogic Vivid!、Hercules 3D Prophet 4000、Inno3D KYRO 2000、PowerColor Evil Kyro等。不过驱动仍然不算很完善，有时会出现不兼容、死机的情况。

3.1.1 Vivid!

3.1.1.1 Engineering sample

PCB#00UD-3.11/1

Reference board.

(From IXBT.com)

3.1.1.2 Official product

PCB#00UD-3.11/4

3.1.2 3D PROPHET 4000XT PCI

    Hercules自行设计。

3.1.3 Avenger 4000Kyro

使用参考设计。

3.2 Kyro II

2001 年 3 月 12 日，Kyro II推出，核心代号STG 4500，采用0.18微米工艺，0.15亿晶体管，核心、显存频率提升至175Mhz，350Mpixels/s fillrate,350Mtexels/s fillrate，128bit 32/64MB SDRAM显存，双管线单纹理单元。Kyro II当时在欧洲市场号称MX400杀手，性能弱于Geforce2 GTS，更不用说Kyro II同期对手Geforce3了。Kyro II存在的问题在于渲染管线太少，填充率受到限制，并且过时的SDR显存提供的显存带宽限制了性能的发挥。尤为重要的是Kyro II仍然未能支持硬件T&L，而依靠一部分软件T&L试图在GPU争霸中站稳脚跟已成为一个不可能完成的任务。

3.2.1 Vivid!XS

3.2.1.1 Prototype

(From beyond3d.com)

3.2.1.2 Qualification Sample

PCB#00VA-3.11/6

除了散热部分，跟正式产品没什么区别。

后来修订为PCB#00VA-3.11/7

3.2.1.2 Official product

3.2.2 3D PROPHET 4500

使用PCB#00VA-3.11/4的参考设计。Hercules也有自行设计的版本。

3.2.3 Avenger 4500Kyro

使用PCB#00VA-3.11/6的参考设计。

3.2.4 Pixel Perfect GC-K2P-64

Pixel Perfect GC-K2P-64主要用于宽屏显示器，最初由Imagination Technologies运作。Pixel Perfect Display Manager 可以控制多达 9 个独立的显示器，所有这些显示器可能以不同的分辨率和方向（纵向或横向）运行。此外，还可以混合宽屏和标准 4:3 分辨率，甚至支持同时需要不同时序规范的多个制造商的面板。以及提延长显示器寿命。

PCB#00WB-3.11/2 REV 1

PCB日期是0221周，PCB是蓝色。

PCB#00WB-3.11/2 REV 2

PCB日期是0334周的PCB是Imagination/Vodeologic惯用的绿色。 

PCB#00WB-3.11/2.1

PCB日期是0536周，已由Pixels UK Ltd.运作。

Pixel Perfect GC-K2A-64的PCB#也许是00WB-3.11/1，AGP接口，未见过实物及图片。也许GC-K2A-64和GC-K2P-64板型都是为Kyro II SE准备的。Kyro II显卡如此长寿，这跟Kyro II SE的失败有很大关系。

3.3 Kyro II SE

2002 年 3 月 13 日CeBIT 2002 上，Imagination Technologies的PowerVR Technologies宣布KyroII SE，核心代号STG 4800。据公布的信息显示，相对于Kyro II其核心、显存频率提高到200Mhz。KYRO II SE 支持新的 EnT&L 驱动器技术，该技术将 KYRO II SE 的高级功能与转换相结合。

可见，KyroII SE就是Kyro II的超频版，只是对其进行了软件T&L支持的简单修订。因为硬件支持T&L的Kyro III研发不畅，需要KyroII SE来救场。KyroII SE达到了Geforce2 GTS和同期GeForce4 MX 420 相当的性能。

宣布采用KyroII SE芯片显卡只有Imagination的Vivid!XS Elite和Hercules的3D Prophet 4800，都没有发售。

Kyro II SE芯片显卡为什么没有发售，众说纷纭，其原因可能是：

一、主因就是在GPU竞争中，PowerVR Technologies搞不定硬件T&L，在竞争中明显处于劣势。再加上Kyro II SE几乎只是Kyro II的超频版，可靠性低。

二、意法半导体关闭了其对应的图形部门，跟Imagination脱钩。

三、由于采用了与众不同的渲染体系，Kyro系列显卡可以通过较低的成本获得相当出色的3D性能和画面效果，因而被nVidia、ATi打压。

四、Imagination宣布了 Vivid!XS Elite显卡却不销售，其中之隐情不言而喻。这时的Imagination在做什么呢？

在2002 年 3 月 13 日的 CeBIT 2002 上还展示了其用于嵌入式图形应用的 PowerVR MBX 内核，Imagination的研发重心已转移。

3.3.1 Vivid!XS Elite

在PCB#00VA-3.11/7的基础上稍作调整而成。最明显的变动是将Focus TV-FS451 编解码器芯片由原来的横置调整为竖置。Imagination完成Vivid!XS Elite的初始设计后将重点研制Kyro III，将Kyro II SE显卡的设计授权给Hercules。

(From hardware.fr)

3.3.2 3D Prophet 4800

3.3.2.1 Prototype

PCB#00VA-3.11/11

这个Hercule的官宣图于2002年1月流出，图中的3D Prophet 4800显卡是在Vivid!XS Elite参考板的基础上作了一些调整，仍沿用Imagination的PCB#。

3.3.2.2 Engineering sample

PCB#00VA-3.11/12

Kyro II SE的工作频率由Kyro II的175Mhz提升到200Mhz，类似Kyro II的设计方案已不够用。一般来说，Vivid!XS显卡仅使用APL1084，3D Prophet 4500显卡仅使用MIC29302。3D Prophet 4800显卡同时使用APL1084和MIC29302加强供电电路。

这个3D Prophet 4800 工程样品的核心日期和PCB日期都是0216周，即2002年4月中旬。核心、显存频率都默认为175MHz。

2002年7月对外提供的3D Prophet 4800 测试样品的核心日期和PCB日期仍是0216周，但核心、显存频率提升到200MHz，由此可见Kyro II SE是Kyro II的超频版。

由于Kyro系列显卡遭受nVidia打压，Hercule只得放弃跟nVidia的合作。2002年1月12日与ATI合作。可ATi同样容不下Kyro系列显卡，尽管这个设计完全可以量产，最终还是夭折。

4. PowerVR Series4

PowerVR Series4产品是Kyro III，芯片名称是STG5000，将采用0.15微米工艺制造。核心频率提升到300MHz，配备同样工作在300MHz下的128bit DDR SDRAM作为显存。它的渲染管线从KyroⅡ的2条增加到了4条，并且支持的纹理大小也从原来的1024×1024扩大到目前主流的2048×2048，这样可以获得更加精细真实的3D表面。另外，Kyro III也是PowerVR系列中第一个拥有硬件T&L引擎的产品。

Kyro III 的原始设计在技术上已经过时，因为它将提供与 Direct3D 7 API 的硬件兼容性，而 NVIDIA 甚至当时的 ATI 都处于 Direct3D 8 级别。Kyro II SE显卡都未能投产，Kyro III显卡的结果可想而知。PowerVR的PC机显卡至此终结。

Imagination Technologies 将 PowerVR 架构转移到移动、汽车和医疗市场，直到今天，它在这些市场上表现良好。

感谢您提供图片信息！