一、游戏竞赛的演变
尽管游戏的市场仍然有限，每年却是以惊人的高速增长。家用游戏之战越演越烈，不仅传统的游戏机厂商在抢市场，而且连PC巨子微软和英特尔也准备插上一脚，可见它的利润是多么吸引人。
谁能获得最多的支持，就可以在市场上站得更久。从目前的情况看，软件发展商无论是数量，还是质量，两个阵营都是差不多。游戏机的优势是有一个相对稳定的平台，专门优化的游戏硬件和独特的财政组织。PC的优势是发展商可以按照不同的CPU或显卡性能进行灵活配置，并且追随着硬件的升级而动态调整软件。
不过，我们今天的主题却不是PC V.S.游戏机之战，而是最火热的游戏机 V.S. 游戏机大战。那为什么要先说PC呢？因为微软本身是一个PC厂商，Xbox又是它的第一个游戏机产品，或多或少总留有PC的设计思维，所以我们不能单纯从传统的家用游戏领域来说，应该更全面的概括所有环节。
Xbox开发组可以获得最佳的硬件，又能以游戏机为开发目标，制订出容易编程的工具，可谓集PC与游戏机两家之大成。
PC厂商和游戏机厂商总把它们看成是对立的，Xbox的出现却戏剧性地改变了这种状况，既不是传统PC，也不是传统游戏机，微软努力把它设计成对PC和游戏机厂商都有足够的吸引力。从软件基础上看，Xbox是一台运行精简型Windows 2000内核和DirectX 8的PC，从硬件基础上看，Xbox的多功能CPU，可以提高极大的操作权力给硬件发展商。然而，它也有游戏机的特点，属于一个固定的平台，有专门的财政网络支持，还有游戏硬件nVidia GPU和APU。
二、Xbox的诞生原因
微软、英特尔、nVidia都是各自领域中的最强者，它们的强强组合也许真的能创造神话，三者目标都是简单而直接：金钱。
在PC领域，微软只能从操作系统中赚钱，一台PC一个操作系统，但游戏机平台上，微软却能从每个游戏和附件中得到版税。虽然大多数玩家只买少量游戏，其收入也是非常可观，看看Sony公司，PS2主机一直以亏本卖出，公司每年仍然有一半收益来自于游戏机领域，比传统的音像、数字电子赚的钱多几倍。即使是当年PlayStation时代，Men in Black和My Best Friend’s Wedding两部出色电影仍然及不上游戏机。
当然，不是每个涉足游戏主机的公司都获得成功，Sega在Dreamcast的失败后，被迫退到纯软件商的位置。Xbox要想挑战PS2的霸主地位，必须吸引玩家、游戏机发展商，甚至PC业界本身的注意力。为了达到目的，首先要提供强大的硬件机能，让发展商创造更出色的游戏画面，满足玩家们日益增加的高画质要求。占领市场是微软的强项，硬件方面就由英特尔和nVidia去完成吧。
虽然金钱不是nVidia的唯一动力，它也必须先按照股东意愿办事，用5亿预算来进攻主板芯片组、显卡和声卡市场。Imagination Technologies的Power VR正在续渐强大，连Dreamcast和Naomi大型游戏机都使用它的芯片，nVidia自然感到了威胁。Power VR的风头已经盖过了失败的S3 Savage，从1997年发布PowerVR PCX，直到2000年发布PowerVR2 Kyro，没人敢小看这个新家伙。
Xbox也给了nVidia工程师一个极好的机会，来试验主板和音频芯片。许多人都知道nVidia的第一个产品是拥有数字游戏杆接口的高质量声卡，却甚少人了解它曾经发布过NV2一体化芯片组。经过了艰苦的努力之后，nVidia终于可以扬眉吐气，全面进军这三个窥探己久的领域。
英特尔呢？把自己的CPU推向多元化市场的同时，又能从主板授权和芯片销售获取大量利润，何乐而不为，相信在三个拍搭之中，它的工作是最简单容易的啦。
三、Xbox为我们带来什么
XBox给PC玩家的震憾实在太大了，区区300美元，竟然包含了支持DirectX 8的GeForce 3、733 MHz 奔腾3、64B DDR内存、10GB硬盘、高端杜比数字声卡，DVD-ROM光驱、网卡、新式游戏杆，还有机箱和电源。即使再加上另买的键盘、鼠标、VGA适配器，XBox的价格还是非常吸引，许多人都渴望得到如此便宜的超级游戏电脑。
新式游戏机平台不仅可以开发出更好的游戏，还能使更多厂商受益，这在表明往往是看不出来的。无论是PC还是游戏机，每个3D游戏都是一个杀手级的应用程序，必须借助强劲的硬件才得以把游戏的精髓体现出来。比如：Quake 3吸引了用户购买新显卡，nVidia反过来又推出强大的产品，为游戏的未来铺路。如果没有足够的硬件，Serious Sam等漂亮的第一人称射击游戏亦无法销售。可见，软件和硬件是互相依存的关系，而且对于游戏机来说，这种关系比PC重要得多。
在PS2搭售《Gran Turismo 3》(GT赛车3)时，Sony为游戏作了大量预算。Capcom公司应该多谢GT3，它促使PS2的用户群快速增长，销售非专一游戏变得更容易，《Capcom vs. SNK 2》同时在PS2和DC开卖，Capcom赚得真开心。
其它公司的游戏卖得更多，Sony又反过来能从它们那里获得版税，弥补GT3的损失。不仅仅是大型开发商可以从中得到优势，连一些中、小型的开发商，或者超小型游戏开发小组，都能从广大的用户群赚多点钱。毕竟，不是所有人都喜欢射击或格斗，钓鱼、棋牌之类简单游戏也能抓住用户的心。
正因为灵活的认可制度，Sony才能以低于成本的价格销售PS2主机，“硬件蚀钱，软件赚钱”已经成了游戏机厂商公开的秘诀。对于财雄势大的微软来说，贴钱打市场一直是其成功的策略，在PC如此，游戏机界更是少不了。
游戏机厂商一直鼓励大预算的游戏，不但软件容易在整个平台的游戏中脱颖而出，资金的流动也会随之而加速，最后受益的仍是游戏机厂商。
几乎每个人都会指责或讥笑PS2使用RDRAM和只有4MB帧缓存，但当我们看到Gran Turismo 3、ICO、和Metal Gear Solid 2，没人会再笑得出来（都是张大了口发不出声音，流口水的居多）。固定的平台让发展商完全利用硬件的优势，既然32MB RDRAM和4MB显存都可以造出GT3，不难想像光速架构的DDR和nVidia GeForce 3增强级GPU，再加上像素/顶点描影，能表现出如何出色的游戏效果。那么，高端PC发展商肯投入大量金钱也是理所当然的事。
另一方面，小型工作室在PC业难以发挥，或者面临破产的境地，把目光转向游戏机，就会有不同的发现，在PC不受欢迎的游戏，可能更适合家庭娱乐。我们不再只是傻傻等待PC软件商推出新游戏，还可以得到那些顶级的游戏机发展商的支持，真是多么地激动人心。请记住，这一切只须区区300美元，买个性能更差的GeForce 3 Ti 500显卡都不止这个价。
当然，直到我们在11月份把xbox买到手之前，想像都是还只是想像，如果没有足够的软件支持，Xbox同样会落得Sega DreamCast般的下场。现在，还是别管那么多的好，看看大家最关心的硬件比较实际。
四、硬件正式规格
NVIDIA XGPU，图形处理单元
- 233 MHz内核
- 图形芯片晶体管数量：6000万以上
- 256位图形内核
- 4像素管道
- 单像素2纹理
- 双重可编程顶点描影
- 可编程像素描影
- 原始像素填充率，932 M像素/秒（233MHz * 4管道 = 932）
- 纹理像素填充率，1.8 G像素/秒（932像素 * 2纹理 = 1864）
- 几何转换能力，150M多边形/秒
- 多边形描绘能力：125M多边形/秒
- 持续多边形生成：100M/秒
- 微型多边型/粒子生成：125M/秒
- 全硬件支持微软DirectX 8.0
- 全硬件支持VertexShaders（顶点描影）DX8
- 全硬件支持PixelShaders（像素描影）DX8
- 可任意调节纹理尺寸，支持投影纹理
- 支持CEM（cube environment mapping，立方环境映射）
- 支持硬件平滑表面镶嵌（可用矩形和三角形碎片）
- 共支持三种凹凸纹理：Embosing（内嵌）、Dot Product3（点生成）和EMBM（environment mapped bump mapping，环境凹凸映射）
- 支持S3TC和所有DXTC
- 支持独立面的简单剪切
- 支持FSAA（Full Scene/Screen Anti－aliasing，全景/屏幕抗锯齿）
IGP（Integrated Graphics Processor，整合图形处理器）
- Intel Socket370处理器兼容北桥芯片
- 800MB/秒 AMD HyperTransport内部总线互连技术
- 可选HDTV（high definition television，高清晰度电视）输出，720p和1080i分辨率
- 分辨率：1920x1080
NVIDIA MCPX芯片组，集成声音处理单元
- 0.15微米7层金属设计
- 192 2D音频流
- 64 3D音频流
- 实时杜比数字AC-3解码
- MIDI/DLS2，Direct X 8声音特效
- 10/100以太网适配器
- 支持6个USB端口
- 800MB/秒 AMD HyperTransport内部总线互连技术
其它
- Intel Pentium III 733MHz CPU
- 64MB 200MHz DDR-SDRAM，SMA（Share Memory Architecture，共享内存结构）
- 显存接口128位DDR
- 5X CAV（Constant Angular Velocity，恒定角速度） DVD-ROM
- 10GB硬盘（Seagate或Western Digital）
- 4个USB专用连接器
- Windows 2000精简版 + DirectX8
- 可选DVD视频回放模块
- 8MB记忆卡附助数据存储
- 定价299美元，软件价格约49美元/套
五、XBOX XGPU分析
XBOX主机采用的是nVidia XGPU，作为CPU芯片组的一部分集成到北桥，它是一个233MHz的GeForce 3级GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器），拥有TwinBank内存架构和DASP（Dynamic Adaptive Speculative Pre-Processor，动态适应预测预处理器）。与GeForce 3一样，XGPU也支持DirectX 8，并且包括可编程像素/顶点描影，HRAA（High Resolution Anti－aliasing，高分辨率抗锯齿）。它们的最大分别在于XGPU集成了第二个顶点描影器，可以进行附加的几何处理，运算速度自然远超GeForce 3。
正如你所了解的那样，所有3D物体都由三角形创建，并用顶点来定义。顶点描影器可以作为一个处理程序，接受未加工的顶点数据，运行某些操作来修改数据，然后输出完全转换和光线顶点。在正统的硬件T&L（Transform and Lighting，多边形转换与光源处理）中，顶点描影器是不可变的，开发者仅仅提供最终的顶点坐标给芯片，以便进行下一步计算。可编程顶点描影器允许nVidia GPU在芯片中做更多的几何运算，由于GPU是特别为几何等式而设计，运算速度远远超过主CPU。此外，不同的描影器能够在场景中加入不同的顶点，可以制造出更复杂的动画效果，如：皮肤、衣服和面部运动。第二描影器负责HOS（Higher-Order Surfaces，高次序表面），用多次序定义来代替三角形表面，在增加画质的时候，亦不会降低游戏速度。
顶点描影带来了许多新特效，如：硬件级单元描影、鱼眼镜头变形、真实草地，再加上光线处理的配合，XGPU可以生成比现在所有实时渲染显卡更出色的效果。
像素描影主要用于定制个别像素的操作，暂时无法用软件来模拟，而且DirectX 8的像素描影还未完善，不断在推出新的改良版本。软件发展商必须发挥自己的创造力，尽量把像素描影与顶点描影相结合，才能创建出真实的专有特效，如：不重复火焰和反射凹凸贴图。
提高时钟频率后，XGPU的T&L单元也比GeForce 3强劲，使用了有效的顶点缓存、转换机制、执行顶点列表并存储到主内存中，避免产生第二个瓶颈。由于对DirectX 8进行了优化，高清晰度细节和阴影效果再也不会对速度造成太大影响。普通家用游戏机的标准速度是640X480X32位色@60帧/秒，不用像PC那样无限地增加速度，所以XGPU的最大改善不是在速度方面，而是在画质方面。
XGPU的渲染管道数目和内核频率与GeForce 3相同，那么，理论像素填充率自然也差不多。这岂不是没有进步！实际上，从GeForce 256开始，有效像素填充率才是人们应该关注的问题，它与内存带宽有直接影响。XGPU的改善在于去掉瓶颈，提高架构的效率，而不仅是简单地增加毫无意义的理论像素填充率。
XGPU的内存通道设计有所改变，让DDR内存芯片更靠近内核，因此PCB（printed circuit board，印刷电路板）也与PC的GeForce 3有所不同。
XGPU引入了每像素四纹理技术，扩展了可编程描影3D虚拟场景的能力。延迟渲染、分层Z缓冲等特殊方案，能够提高内存带宽的利用率。
回想起XBox的初期规格，4000M像素/秒的填充率实在令人吃惊，即使是按照250MHz内核频率，8像素管道，250 * 8 = 2000M像素/秒的原始像素填充率，2000M像素 * 2纹理 = 4000M肯定是夸大其词的说法，因为8像素管道的说法非常不可靠，XBox跟本无法有效地利用内存带宽，现在有什么内存的数据传输率可以达到6.4GB/秒（400MHz DDR）？！因此，有效像素填充率就变得异常重要了。XGPU使用分层Z缓冲和HSR（Hidden Surface Removal，隐藏表面移除）等渲染优化算法，去掉不可见的像素，减少了内存带宽需求，真是廉价高效的选择。
Quincunx HRAA是nVidia的独家多重采样抗锯齿，无需花费太多像素填充率就能生成更好的图像，但4X HRAA的带宽占用和4X 超级采样FSAA相同。
总的来说，XGPU与Geforce 3的最大差别在于时钟频率和内存带宽通道，大致可以它们看成是同一路货色。因为内存带宽由整体架构决定，X-Box主要针对3D游戏市场，意味着显存是非常重要的，促使主板、CPU、显卡的设计异于PC，才有可能从各个方面一起提高内存带宽。
六、XGPU内核特性
XGPU内核异常复杂，拥有的特性也十分丰富。
最大纹理计数，是一个像素可用的最大纹理数目，在DirectX 8中，可以通过不同的管道在同时发出纹理。
点块纹理（Point Sprites），是一种快速的粒子渲染，可变级点块纹理尺寸也不一样，不变级点块纹理总是1：1。如果没有硬件支持，点块纹理同时只能使用两个小三角形来做高速渲染。
最大纹理进程，指管道的长度，或数据源可用到的操作数目，数据源包括己选择纹理点的色彩、透明值、三角形表面顶点插值光亮度、凹凸参数。阴影效果支持的纹理进程数目由描影程序来决定，若是程序能够有效地执行，就不会造成延迟。每次管道的停顿，都会造成性能的下降，比如停顿一次，描影会慢两至三倍，这就是描影加速器限制自己长度不能超过纹理进程的原因。下面是每个进程可处理的操作。
以下是XGPU拥有的特性
上述所有操作会在色彩处理、Alpha混合或纹理/顶点插值时使用，操作的目的如下：
- Disable：禁止管道层的工作。
- SELECTARG1（或2）：此层的结果是一个不能修改的输入参数。
- MODULATE：结果是输入参数的增殖，输出 = 输入1 * 输入2
- MODULATE 2X（或4X）：同上，再加上缩放比例，输出 = （输入1 * 输入2）* 2或*4。
- ADD：加法，输出 = 输入1 + 输入2
- ADDSIGNED：包括记号的加法，输出 = 输入1 + 输入2 - 0.5
- ADDSIGNED2X：包括缩放比例记号的加法，输出 =（输入1 + 输入2 - 0.5）* 2
- SUBTRACT：减法，输出 = 输入1 - 输入2
- ADDSMOOTH：为了得到平滑效果，联合相加，输出 = 输入1 + 输入 2 * （1 - 输入1）
- BLENDDIFFUSEALPHA、BLENDTEXTUREALPHA、BLENDFACTORALPHA、BLENDCURRENTALPHA：4个Alpha值
的混和参数（来自前一层的当前值，三角形表面的顶点和内插值、纹理值或弥散因素），输出 = 输入1 * Alpha + 输入2 * （1 - Alpha）
- BLENDTEXTUREALPHAPM：特殊类型的Alpha混和，Alpha值来自纹理，输出 = 输入1 + 输入2 * （1
Alpha）
- PREMODULATE：调整当前层与下一层的结果，用于创建快速移动。
- MODULATEALPHA_ADDCOLOR：使用第一个参数的Alpha值来调整第二个参数，输出 = 输入1 RGB + 输入2 RGB * 输入1 Alpha
- MODULATECOLOR_ADDALPHA：色彩相乘加上Alpha值，输出 = 输入1 RGB * 输入2 RGB + 输入1 Alpha
- MODULATEINVALPHA_ADDCOLOR、MODULATEINVCOLOR_ADDALPHA：这两个值大致相同，只是用1-Alpha来代替Alpha
- BUMPENVMAP：每像素EMBM效果，以后各层的结果都加入环境映射中，用于描述纹理格式，可以提出凹凸的高度和偏斜角度。
- BUMPENVMAPLUMINANCE：同样是每像素EMBM效果，只是加入了光线因素到凹凸纹理中。
- DOTPRODUCT3：最真实的每像素凹凸纹理类型，两个向量的乘积可以定位输入参数的RGB，输入1R * 输入2 R + 输入1 G * 输入2 G + 输入1 B * 输入2 B
- MULTIPLYADD：普通操作，输出 = 输入1 + 输入2 * 输入3
- LERP：线性插补输出 = （输入1）* 输入2 + （1 - 输入1）* 输入3
XBOX所采用的XGPU丰富的机制可以为不同的纹理提供各种效果，我们知道，硬件支持的特性越多，速度越快，从上图可以看出，速度由高至低分别是：XGPU、Radeon、GeForce 2。此外，在任何时候，像素描影都是最简单有效的工具。
光源处理特效：
- Max Simultaneous Lights（最大并行光线）：硬件处理是最大光源数目，标准为8个，显卡性能会随着光源数目的增多而减少，下面是显卡的硬件光源和几何计算比较。
- DIRECTIONALLIGHTS：支持无限远的光源，只须设置方向即可
- POSITIONALLIGHTS：支持像素和圆锥源
- LOCALVIEWER：支持局域坐标计算
- MATERIALSOURCE7：可以选择的一个简单的顶点光源
- TEXGEN：纹理坐标硬件生成
- Max Clip Planes（最大修剪位面）： 修剪位面的数目，位面由原始坐标的四个要素决定（ABCD），公式是（Ax + By + Cz + Dw >= 0（w - 4个坐标） ，只须修剪不用渲染，XGPU比GeForce 2做得更好，甚至连立体区域也可以设置6个位面。
- Max Vertex Blend Matrices（最大顶点混和矩阵），多矩阵坐标混和时可以同时应用到顶点的矩阵数目。在DirectX 7的矩阵混和中（单纹理外皮）有四个矩阵，GeForce 2仅支持2个。DirectX 8可以应用256个矩阵，1个顶点的最大限制为4矩阵，并通过索引来选择，可惜GeForce 3、Radeon、GeForce2驱动程序均不支持这类索引，同样XGPU也没有这个特性，只能通过传统的方法来计算。
- Max Primitive Count（最大原始运算量计数） / Max Vertex Index（最大顶点索引）：转换、光源、渲染列表等原始运算对CPU造成的影响，这些参数定义了原始运算量列表或顶点的数目。
- Vertex Shader Version（顶点描影版本）：DirectX 8 SDK（Software Development Kit，软件开发工具包）提供的新运算方法。
顶点描影1.1版只有XBOX XGPU、GeForce3、Radeon 8500/7500拥有，Radeon、GeForce2暂时未能提供，它们的向量ALU（Arithmetic Logic Unit，算术逻辑单元）只是能够解释描影，并没有完全兼容最终版本，充其量只能算是0.5版。Radeon可以在寄存器中切换特殊键，但在大多数DirectX 8 SDK样本中，不兼容导致Radeon只能描绘很少的阴影。XGPU的恒量阴影处理（表格的下一条线定义了最大顶点描影恒量的数目）为96，包含16个输入和8个变量（临时）寄存器。在操作方面，XGPU限制为128 ops（Operations Per Second，操作/秒），与其它芯片稍有差异。当描影操作开始时，创建四个纹理坐标集、两个顶点色彩值和顶点坐标结果。渲染原始数据开始后，像素描影或用户选择的纹理配置层将按照上述资料来工作。
并行向量处理是XGPU的特点之一，这对于描影程序来说是非常重要的架构。它的96个恒量，还能防止描影错误地写到混和值上，比如使用96/4个矩阵。不过，在XGPU中，描影操作受到了限制，每个像素只能使用20个矩阵。
Pixel Shader Version：像素描影版本，它也是重要的描影类型。在radeon中开启像素描影，硬件表现效果非常接近1.0版，能使大多数DirectX 8样例正常，特别是开启纯硬件模式后，可加快存储、转换、原始运算列表和向量在局域内存中的处理速度，但冲突仍时有发生。XGPU、GeForce 3和Radeon 8500/7500天生就拥有1.0以上的能力，自然不会有兼容性问题。
描影将计算出三角的的阴影点，并以最快的速度执行。8个恒量、两个色彩（依照原始表面来进行内插值替换）、纹理层都会互相影响，并存储到两个临时寄存器。问题是计算像素的结果色彩，在纹理层描述时需要大量的固定性操作，无法简化。操作还同时多方向进行，最大的数目与纹理层数目相当（XGPU是4层）。像素描影更适合管道层设置，每时钟得到一个结果是非常有效的，多管道硬件不会妨碍并行运算。
- Quintic/RT Patches（五次量/RT纹理碎片），使用小型纹理让物体表面更平
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