История S3 Graphics: ушедшая, но не забытая

В наши дни редко можно увидеть новую компанию, производящую оборудование, способное совершить переворот в мире PC, но 30 лет назад они возникали постоянно. Особенно справедливо это было для сектора графики: десятки фирм сражались за кусок прибыльного зарождающегося рынка.

Одна из таких компаний выделилась на фоне остальных и на короткий промежуток времени стала лидером проектирования чипов для ускорения графики. Её продукты были настолько популярными, что встречались практически в каждом PC, продававшемся в начале 90-х. Но всего спустя десяток лет после рождения фирма разделилась, продала свои бесчисленные активы и быстро пропала из света прожекторов.

В этой статье мы почтим память S3 и узнаем, как на протяжении нескольких лет разворачивалась её примечательная история.

Формирование и первые успехи S3

Наш рассказ начинается с первого квартала 1989 года, эпохи Apple Macintosh SE/30, MS-DOS 4.0 и Intel 80486DX. Тогда персональные компьютеры обычно имели очень ограниченные графические возможности, отрисовка выполнялась ЦП и всего в однобитном монохромном цвете; но при помощи совместимой карты расширения или периферии можно было реализовать ускоренный рендеринг с 8-битным цветом.

Цены на такие расширения начинались от 900 долларов, и часто были гораздо выше, и именно для этого рынка Дадо Банатао и Рональд Яра открыли в Санта-Кларе (Калифорния) свой новый стартап: на сцене появляется S3, Inc. История Банатао заслуживает отдельной статьи, как и история Яра. К тому времени оба они были успешными предпринимателями в технологической сфере и инженерами по электрооборудованию и электронике.

За два года они подготовили к продажам свой первый продукт: P86C911 (также известный как S3 Carrera). Этот чип ускорял отрисовку линий, заполнение прямоугольников и растровые операции в Windows, в основном используя так называемую передачу битовых блоков (bit block transfer). Небольшие массивы данных, составляющих целый экран, перемещались, накладывались друг на друга, копировались, и т.д.


S3 P86C911 — источник: VGA Museum

Как и AMD с Nvidia сегодня, S3 использовала другие компании для производства и продажи своих чипов, которые покупались изготовителями плат расширения для собственных продуктов. Знаменитые компании наподобие Diamond Multimedia и Orchid Technology выпускали карты с 1 МБ VRAM на борту, обеспечивавшие разрешение до 1280 x 1024 в 16 цветах и систему подключения к 16-битной шине ISA.

В то время обзоры были весьма благосклонны — устройства не стали самыми быстрыми ускорителями на рынке, но имели конкурентоспособную цену. Эталоном для всех так называемых 2D-ускорителей тогда была серия чипов Mach компании ATi Technologies, однако карта ATI Graphics Ultra с чипом Mach 64 продавалась в розницу за 899 долларов, а карты с S3 P86C911 можно было приобрести всего за 499 долларов.

В первые годы своего развития S3 обеспечивала устойчивый цикл разработки, продолжая совершенствовать и модернизировать архитектуру своих чипов. К 1994 году производители плат расширений уже использовали новую серию ускорителей Vision: полный 16-битный цвет с разрешением 1280 x 1024, и до 4 МБ 64-битной DRAM FPM (fast page mode) или EDO (extended data out). Присутствовало даже ускорение видеофайлов MPEG.


S3 Vision868 — источник: VGA Museum

Эти продукты тоже не были самыми быстрыми, но они оказались гораздо дешевле конкурентов. Естественно, это привлекло внимание сборщиков систем и других OEM, и чипы S3 появились в первых PC многих пользователей.

Выше представлена фотография продукта немецкого производителя карт Spea. Она демонстрирует проблему, с которой производители столкнулись в середине 90-х: для выполнения различных задач требовалось множество отдельных чипов. По крайней мере один использовался как основной тактовый генератор, а другой для цифрово-аналогового преобразования (например, RAMDAC).

Чтобы решить эту проблему, годом позже S3 выпустила серию чипов Trio, в которую интегрировала схемы ускорения графики с RAMDAC и тактовым генератором. В результате этого затраты производителей карт значительно снизились, что способствовало большей популярности S3, обеспечив ей львиную долю рынка дисплейных адаптеров.


S3 Trio64V+ — источник: Википедия

К 1995 году игровые консоли Sony PlayStation и Sega Saturn чётко продемонстрировали направление, в котором теперь двигался рынок графики, и благодаря тому, что S3 находилась на пике своего могущества, она стала одним из первых создателей чипов, удовлетворивших этот спрос со своим продуктом «всё в одном».

Учитывая, насколько хорошо компания освоила ускорение 2D и видео, окажется ли сложным для неё освоение 3D?

Новое измерение и первые неудачи

Лучшей по продажам игрой для PC в 1995 году стала Command & Conquer — стратегия реального времени, изначально выпущенная для DOS и использовавшая изометрическую 2D-графику. Однако владельцы консолей уже привыкли к 3D-графике, похожей на ту, которая создаётся в аркадных автоматах.

Поэтому производители оборудования должны были обеспечить ускорение и в этой сфере. Программная поддержка уже была готова — OpenGL к тому времени исполнилось три года, а в начале 1995 года Microsoft купила RenderMorphics, чтобы интегрировать её Reality Lab API в грядущую Windows 95 (в конечном итоге этот API превратился в Direct3D).

К концу года S3 выпустила чип ViRGE («Virtual Reality Graphics Engine»); по сути, это был улучшенный Trio с приделанными к нему ограниченными 3D-функциями (под маркетинговым названием S3d Engine).


Графическая карта S3 Virge — источник: VGA Museum

Карты расширения с процессором не выпускались до начала 1996 года, и первые подобные продукты были спорными. До этого момента 3D-игры на PC почти всегда рендерились внутри ЦП. В обработке простых полигонов, освещённых по Гуро и с наложенными нефильтрованными текстурами ViRGE обычно был чуть быстрее, чем лучшие ЦП того времени.

Однако при добавлении любых других 3D-функций (например, фильтрации текстур или перспективной коррекции) производительность резко снижалась, особенно в разрешениях от VGA (640 x 480) и выше. На то было множество причин, но больше всего выделялось два аспекта.

Во-первых, для использования 3D-ускорения разработчикам нужно было использовать собственный API компании S3, потому что изначально её драйверы не имели поддержки OpenGL. Проприетарные API не всегда хуже open source, но после того, как другие производители выпустили собственные 3D-чипы с полной поддержкой OpenGL, многие разработчики перестали выпускать для своих игр поддержку S3d.


Эта карта содержит два чипа Nvidia NV1, изготовленных STMicroelectronics. Источник: Википедия

Учитывая нехватку программистов, работающих с API, внешней помощи по его усовершенствованию было недостаточно. К тому существовали и аппаратные проблемы — фильтрация текстур выполнялась чрезвычайно медленно, сэмплирование и смешение билинейного тексела занимало слишком много тактов. Поэтому в разрешении VGA чип утопал под нагрузкой, снижая частоту кадров почти до нуля.

Однако несмотря на эти недостатки, карты ViRGE продавались довольно неплохо благодаря хорошей производительности в 2D, достойной цене и вялой конкуренции.

Самый первый продукт Nvidia, дорогая NV1, была выпущена за несколько месяцев до того, как S3 выбрала неправильное направление развития 3D-графики, а серия ATI 3D Rage, выпущенная в апреле 1996 года, была ненамного лучше ViRGE.

Впрочем, было бы несправедливо излишне критиковать S3 на этом этапе. В конечном итоге, 3D-ускорители для потребительского рынка только начинали появляться, и для формирования этой ниши потребуется много лет. За пять лет в линейке ViRGE вышло множество моделей, а быстрые версии чипов (например, ViRGE/DX) обеспечили улучшения во всех аспектах.


S3 Savage3D — источник: VGA Museum

В 1998 году S3 Inc объявила о выпуске совершенно нового графического процессора: Savage3D. Этот чип имел гораздо более быструю фильтрацию текстур, чем ViRGE (билинейная фильтрация теперь выполнялась за один такт), однако для мультитекстурирования всё равно требовался рендеринг из нескольких проходов, то есть если вам нужно наложить на один пиксель две текстуры, то всю сцену, по сути, необходимо обрабатывать дважды.

Архитектура обеспечивала и улучшенные видеовозможности, в том числе встроенный кодировщик телесигнала, а также улучшенные масштабирование и интерполяцию для MPEG и DVD. S3 даже создала собственный алгоритм сжатия текстур под названием S3TC, который со временем интегрировали в API OpenGL и Direct3D.

Теоретически, чип должен был стать громким хитом, но не стал им.

Дикие времена Savage для S3

Первой проблемой для потребителей стал непосредственно поиск Savage3D на полках магазинов. Это был первый графический процессор, производимый по 250-нанометровому техпроцессу компанией UMC Group. Однако производитель тоже впервые работал с такими размерами и продуктивность создания кристаллов была довольно низкой.

Такой дефицит полнофункциональных кристаллов привёл к тому, что Savage3D купило довольно малое число производителей плат расширения; дело дошло до того, что Hercules и другие компании тестировали каждый чип из купленной партии и вручную выбирали работоспособные. Долговременный партнёр компании, Diamond Multimedia, полностью отказался от использования процессора.


Пара могучих карт 3dfx Voodoo2.

Драйверы на момент выпуска прославились своими багами (согласно отзывам, до выпуска они вообще не имели поддержки OpenGL) и S3 отказалась от поддержки собственного API. Но важнее был рост конкуренции. Первый ViRGE занял почти весь рынок и его поддерживала репутация качественного 2D, но Savage3D столкнулась с гораздо более серьёзными противниками.

К осени 1998 года Nvidia выпустила свою Riva TNT с чипом NV4, имеющую два пиксельных конвейера, обеспечивавших мультитекстурирование за один проход. Такой же возможностью могли похвастаться карты 3Dfx Voodoo2, однако при двойных текстурах скорость обработки пикселей в Riva TNT падала вдвое, а на Voodoo2 они никак не влияли.

Но даже в играх с одиночным текстурированием производительность Savage3D разочаровывала. Из-за дефицита чипов производители не могли даже продавать свои продукты по более низкой цене, чтобы противостоять конкурентам.


S3 Savage4 Pro — источник: VGA Museum

В течение года S3 решила многие из этих проблем и следующий чип Savage 4 стал тем, чем должен был стать Savage 3. Но пока S3 исправляла свои ошибки, компании наподобие 3Dfx, Matrox и Nvidia уже выпускали качественные продукты.

Поэтому карты с Savage4 были не лучше моделей предыдущего года, а производительность OpenGL по-прежнему оставалась ужасной. Но, по крайней мере, к S3 вернулась Diamond, да и множество других производителей выпустило различные модели карт.

Единственным спасением для Savage4 была S3TC. Система сжатия текстур с потерями поддерживалась Quake III Arena и Unreal Tournament (сверхпопулярными играми того времени) и значительно повышала качество картинки, мало влияя на производительность.

В том же году S3 Inc решила посорить деньгами, в декабре купив активы и интеллектуальную собственность производителя видеокарт Number Nine (а спустя два года лицензировав их инженерам-проектировщикам этой компании). Позже, летом 2000 года, S3 произвела слияние со своим давним партнёром Diamond Multimedia, стремясь расширить портфолио своих продуктов.


S3 Savage2000 — источник: VGA Museum

Первым потомком «молодожёнов» стал Savage 2000 — первый графический чип S3, совместимый с Direct3D 7.0. В то время основным важным аспектом рендеринга были Hardware Transform and Lighting (TnL) — аппаратное преобразование и освещение; теперь геометрия 3D-сцены не обрабатывалась ЦП, а передавалась графическому процессору.

Благодаря двум пиксельным конвейерам, каждый из которых содержал два текстурных блока, и тактовой частоте 125 МГц Savage 2000 едва не дотягивал до нового GeForce 256 компании Nvidia. Но догнать конкурента снова не удалось — как обычно, продукт подвели драйверы. На момент выпуска аппаратное TnL не поддерживалось, а когда поддержка появилась, результаты часто оказывались забагованными и медленными.

В целом, Savage 2000 не была особо плохой графической картой, но она не была так же хороша, как конкуренты, и не оказалась значительно дешевле. За всю долгую историю превосходства архитектуры и маркетинга S3 впервые едва держалась на плаву.

Смена курса

Всего три месяца спустя после объявления о слиянии S3 Inc и Diamond Multimedia компания сменила бренд на SONICblue, а в 2001 году продала графический отдел тайваньскому производителю VIA Technologies.

SONICblue сосредоточилась на отрасли мультимедиа и начала создавать потребительские электронные продукты наподобие видеорекордеров и MP3-плееров, а в 2003 году закрылась и заявила о своём банкротстве. Однако S3 продолжила существование под совершенно неоригинальным новым названием (S3 Graphics), выбрав новую нишу: интегрированные чипсеты.

В начале тысячелетия центральные процессоры AMD и Intel (например, Athlon XP и Pentium III) не имели встроенного графического процессора. Для вывода видео с PC необходима была дополнительная видеокарта или одна из популярных тогда материнских плат с чипсетом, обладающим графическими функциями.


VIA CLE266 содержит в себе гибридный графический процессор Savage компании S3. Источник: VGA Museum

Какое-то время VIA Technologies была очень конкурентоспособной в секторе материнских плат, поэтому приобретение S3 оказалось вполне логичным. Вместо того, чтобы создавать с нуля что-то новое, инженеры взяли части предыдущих графических карт: движки 2D и мультимедиа из Savage 2000 и 3D-конвейеры из Savage4 были объединены для создания системы ProSavage.

Частично невозможность продажи предыдущих продуктов S3 по ценам ниже, чем, например, у Nvidia была вызвана тем, что её устройства были намного меньше. В процессорах использовалось меньше транзисторов, и в результате площадь кристаллов была намного меньше, благодаря чему они идеально подходили для интеграции в чипсеты.

Но на фоне бума рынка графических карт VIA отрезала его часть и для себя, поэтому S3 Graphics в 2004 году вернулась с серией процессоров Chrome. Первая модель называлась DeltaChrome и обладала полной поддержкой Direct3D 9.0, имела 4 конвейера для вершинных шейдеров и 8 конвейеров для пиксельных шейдеров.

К тому времени ATi и Nvidia уже выпускали невероятно мощные графические карты, наряду с поддержкой D3D 9.0 они экспериментировали с дополнительными функциями (например, поверхностями более высокого порядка и условным потоком выполнения). S3 Graphics мудро решила не усложнять себе работу, и первые обзоры производительности её продуктов вдохновляли, хотя отзывы и были смешанными.


Последний триумф S3 Graphics — Chrome 540 GTX. Источник: Википедия

Однако последующее тестирование показало, что процессор (сейчас мы называем их GPU) имел серьёзные проблемы при использовании сглаживания. VIA и S3 Graphics стойко держались и линейка Chrome продолжалась ещё в течение пяти лет, перейдя в 2008 году на унифицированную шейдерную архитектуру.

Эти поздние модели находились на самом дне производительности в играх, проявляя себя не лучше (а обычно и хуже), чем бюджетные карты ATi и Nvidia. Единственным их спасением была цена: например, Chrome 530 GT продавалась в розницу всего за 55 долларов.

Это были последние дискретные графические карты, спроектированные S3 Graphics, однако VIA Technologies продолжила использовать её GPU как интегрированные компоненты чипсетов своих материнских плат. В 2011 году VIA всё же сдалась и целиком продала S3 Graphics другому тайваньскому гиганту электроники под названием HTC.

Может показаться загадкой, почему производителю телефонов понадобилось покупать разработчика GPU. В отличие от Apple, HTC не проектировала самостоятельно чипы для своих телефонов, используя продукты Qualcomm, Samsung и Texas Instruments. Покупка нужна была только для расширения портфолио её интеллектуальной собственности и получения прибыли от продажи лицензий на патенты S3TC.

Осталось только имя и приятные воспоминания

Чипы с названием S3 или S3 Graphics не выпускались уже больше десятка лет, и мы, скорее всего, никогда их больше не увидим, потому что HTC после покупки интеллектуальной собственности компании не делала с ней ничего. То есть у нас осталось только имя, хорошие и плохие воспоминания, и, может быть, вопросы о том, что же стало причиной неудачи.

В эпоху 2D-ускорения графических карт S3 была почти недостижима и удерживала значительную долю рынка. Очевидно, что у неё были хорошие инженеры в этой области, но это не означает, что они станут мастерами и в мире полигонов. ViRGE разочаровал, а Savage3D был выпущен слишком рано, столкнувшись с производственными проблемами и некачественными драйверами, пошатнувшими репутацию S3.


Старые добрые времена S3 P86C911A. Источник: VGA Museum

Но эти проблемы можно было вовремя решить, ведь в целом архитектура фундаментально была качественной. Однако руководство компании выбрало другой путь — покупку ещё одной тонущей графической компании, затем слияние в группу производителей потребительской электроники, а затем полное поражение.

Другие громкие имена того времени (например, 3dfx, Rendition, BitBoys) тоже шли похожим путём и иногда их продукты оказывались лучшими на рынке. И точно как S3, все они теперь стали только вехами в истории, поглощёнными другими компаниями или оставшимися на страницах Wikipedia.

История S3 показывает, что в мире полупроводников и PC, ничто нельзя считать само собой разумеющимся, и что длительный успех — это сложное сочетание гениального проектирования, упорного труда и приличной доли удачи. Её продуктов больше нет, а имя утеряно, но компания совершенно точно не забыта.