Til hovedinnhold
NostalgiChips & Technologies

Slik doblet de grafikkytelsen over natten

Chips & Technologies revolusjonerte bransjen.

I San Francisco midt på 80-tallet hadde Gordon A. Campbell og Dado Banatao nettopp startet et nytt IT-selskap. De kunne ikke vite det, men oppstartsbedriften skulle snart bli sentral i den kommende PC-revolusjonen. Ved siden av å endre måten man lager datautstyr på, kan en av selskapets forretningsmessige flopper ha bidratt til å legge grunnlaget for hvordan PC-grafikk fungerer selv i dag.

Vi tar et dypdykk i historien, og snakker med en av nøkkelpersonene bak endringene som rystet verden tidlig på 1990-tallet – og får samtidig et gjensyn med et selskap som nå kun eksisterer i minnene til enkelte entusiaster. Arven deres lever imidlertid videre hos verdens største prosessorfabrikant, for dette er et tilbakeblikk på ærverdige Chips & Technologies.

Endret måten man lager alt på

Da Chips & Technologies først startet opp var det egentlig ganske få selskaper som drev med datateknologi. Apple var bare noen få år gammelt, og den virkelig store gutten i gata var og ble IBM. Måten ting ble gjort på, for fabrikantenes del, var dessuten den samme den alltid hadde vært: Laget du en brikke av noe slag, så lagde du også kretskortene som brikkene ble plassert på.

Et VGA-kort basert på C&Ts brikker, som passet i ISA-spor – langt mer høyteknologisk enn de tidlige EGA-kortene, men produsert etter samme mal: Noen andre fikk ta seg av kortdesignen.Foto: Alecv, Wikimedia Commons CC 3.0

Chips & Technologies ville det annerledes. De utformet et brikkesett for å vise EGA-grafikk – du kan tenke på det som tippoldefaren til dagens grafikkprosessorer – bestående av fire brikker, som gjorde jobben enklere og med færre bestanddeler enn IBMs eksisterende løsninger. Disse brikkene, utformet i tett samarbeid med TSMC, ble så solgt videre til partnere som lagde, markedsførte og solgte de forbrukerklare datadelene.

I nyere tid har dette blitt svært vanlig, kanskje særlig etter at Nvidia på slutten av 90-tallet la om til å drive på denne måten, men på midten av 80-årene var fremgangsmåten omtrent uhørt. Drev du business innen høyteknologi, så brukte du brikkene dine til å lage sluttprodukter også, og ferdig med det.

Chips & Technologies, eller bare C&T, lot i stedet alle som ville lage et skjermkort basert på sitt nye EGA-brikkesett få lov til å gjøre denne jobben selv. Bare noen måneder etter brikkesettets avduking hadde et kobbel med kortfabrikanter kastet seg over muligheten, og hos Chips & Technologies var det glade dager.

Da VGA-standarden kom ut et par år senere var de heller ikke sene om å dytte ut et kompatibelt brikkesett, og en rekke CHIPS-merkede produkter kom på hyllene. ATI, som ble stiftet omtrent samtidig som C&T, var ett av selskapene som syntes det var veldig greit – og deres VIP VGA-kort, med 256 kilobyte minne ombord, ble drevet av et CHIPS 82C441-brikkesett. Noen år senere skulle imidlertid ATI, akkurat som en lang rekke andre store teknologiselskaper, begynne å levere brikker etter samme modell som Chips & Technologies var pionérer for.

Brikkesett som kunne putte VGA-grafikk på skjermen var likevel bare starten for C&T. I løpet av sine første leveår var det mange muligheter for et selskap som kunne designe kjapp elektronikk, så ved siden av grafikkbrikkene kom det etter hvert også hele prosessorer, brikkesett for hovedkort, og enda mye mer.

Alle ville få fart på Windows

Epson Progression, med en Intel 486, 4 MB RAM og 250 MB harddiskplass, var den første til å benytte seg av Wingine. Som annonsen viser var det ikke måte på hvor mye kjappere Windows skulle bli med den nye teknologien ombord.Foto: Faksimile: PC Magazine, februar 1993

En av de mest spennende – og i dag forholdsvis ukjente – teknologiene som C&T kom opp med var likevel så absolutt relatert til grafikk. På slutten av 80-tallet og begynnelsen av 90-tallet var det nemlig et vell av operativsystemer som slåss om brukernes gunst, og ett av disse het Microsoft Windows.

Windows var imidlertid ganske tregt, for i likhet med en del av alternativene som fantes benyttet det seg av et temmelig tungrodd grafisk brukergrensesnitt. Det var det mange som ville gjøre noe med, og Chips & Technologies kastet seg inn i denne konkurransen med et brikkesett de kalte 64200 Wingine.

For å forstå hvordan Wingine skilte seg fra alt annet har vi snakket med doktor John Cutler, professor i praktisk datateknologi ved Rice University i Houston. Han jobbet nemlig for Chips & Technologies gjennom første halvdel av 90-tallet, hvor han var visepresident for programvarearkitektur. Sammen med produktsjef Carlos Bielicki og maskinvarearkitekt Michael Fung var han dessuten en av de mest sentrale personene i utviklingen av Wingine. Han forklarer hvordan brikkesettet skilte seg fra konkurrentene, samt hvorfor en ny retning var nødvendig.

– Wingine var et interessant prosjekt, for på den tiden det ble skapt gikk alle kommandoer som skulle fra prosessoren til grafikksystemet gjennom en hastighetsbegrensende buss. Til å begynne med var den både treg og smal, med en bredde på kun 8 bits, men selv da hastighet og bredde økte forble bussen flere størrelsesordener tregere enn CPU-en og minnet. Enda verre var at den ikke klarte å dra nytte av økningene i CPU-hastighet, som fulgte Moores lov, forteller han til Hardware.no.

Denne «loven» innebærer at antallet transistorer man kan stappe inn i en brikke vil doble seg hver 18. måned; og de første årene av 1990-tallet var denne doblingen også oversettbar til ren ytelse. Dermed tok det halvannet år mellom hver gang prosessorene ble dobbelt så kraftige, så å skulle lage en buss som klarte å ta igjen ytelsesgapet var i beste fall en ønskedrøm. Derfor gikk Wingine en annen vei.

– Konseptet bak Wingine var å bruke RAM med doble porter – minnebrikker som ga deg to mulige måter å få tilgang til dem på. Enten kunne du få tilgang gjennom brikkens lokasjon som i standardminne, ellers kunne du hente ut data sekvensielt fra VRAM, for å male på bilderørsskjermen, og dermed få opp et bilde, tekst, eller hva enn datamaskinen ville vise frem, forklarer Cutler.

Wingine var også koblet direkte til kortet som huset prosessoren, og dermed kunne skriving til grafikksystemet skje like raskt som om det skulle skrives til normalt minne. Man ble altså ikke lenger begrenset av å skulle sluse alle data gjennom en treg buss.

Lærte av ingeniørene

Super 386 fra Chips & Technologies slo ikke like godt an som Intels egne 386-brikker, men med utvikling av en prosessor i full sving nærmest på nabokontoret ga Wingine-utviklerne gode læringsmuligheter.Foto: Konstantin Lanzet, CC 3.0

Chips & Technologies var dog ikke helt alene om å tenke i slike baner, for samtidig holdt Dell på med utvikling av en datamaskin basert på det Cutler beskriver som et liknende VRAM-konsept. En tidlig Microsoft-utviklet driver, som egentlig ble laget for Dell-maskinen, ble dermed også utgangspunktet for Wingine. Likevel var det klare forskjeller mellom de to selskapene.

Dell, som i dag er en internasjonal gigant, var på denne tiden ikke fullt så stort, og hadde bare hatt ett år mer på baken enn Chips & Technologies. Selskapet hadde også hele veien holdt sitt fokus på å bygge hele datamaskiner – mens C&Ts røtter var trygt plantet i brikkeutforming. Dette ga Wingine-utviklerne en unik fordel.

– Det som virkelig gjorde Wingine forskjellig fra Dell-maskinen var det faktum at C&T også jobbet med å lage en Intel 386-klone samtidig. Så en dag gikk jeg til en av CPU-arkitektene, og ba om å få vite nøyaktig hva som skjedde inni prosessoren når vi kjørte koden som trengtes for å lage grafikk, erindrer Cutler.

Kort fortalt arbeidet forskjellige deler av prosessoren på forskjellige tidspunkter. Hvis den skulle hente noe fra minnet, måtte enkelte deler av CPU-en pent vente til det minnet var ferdig prosessert. Dersom den hadde behov for å lese en instruksjon som ikke var tilgjengelig, måtte den stoppe opp inntil instruksjonen var hentet fra minnet. For å få fortgang i saker og ting ble enkelte instruksjoner lagret i veldig raskt internt primær- og sekundær-minne, mens litt mindre viktige instruksjoner ble lagret i tetriær-minne – altså maskinens RAM-brikker.

– Så prøver jo prosessoren å optimalisere hastigheten ved å forhåndshente instruksjoner eller data, men noen ganger gjør prosessoren en forgrening – altså et hopp til en ikke-sekvensiell lokasjon – som stanser alt arbeidet inntil de nødvendige instruksjonene er lest inn i prosessoren. Moderne prosessorer har fått noen triks for å minimere noen av disse oppholdene, men dette var helt tilbake i 1993 og 1994 mens prosessorer var langt mindre avanserte, forklarer Cutler, og fortsetter:

– Men ved å sitte sammen med CPU-arkitektene var jeg i stand til å omkode grafikkdriveren, slik at den kjørte noen instruksjoner utenfor rekkefølgen mens prosessoren ventet på å hente minne. Hvis en operasjon måtte gjentas tre ganger ville jeg bare triplisere koden så det ikke skjedde forgreninger, i stedet for å gjenta kjøringen tre ganger.

Hvis den forklaringen ble litt vel teknisk for deg, kan det hele oppsummeres mye enklere: Ting begynte å gå skikkelig, skikkelig fort.

Dobbel ytelse mot alt som kom før

JCIS-hovedkort med C&T-brikkesett, og et tilhørende Wingine-skjermkort.Foto: Blake Patterson, CC 2.0

I utgangspunktet var både Wingine og Dell sin løsning helt på høyde med tradisjonelle grafikkløsninger, men det var kunnskapen om hva som foregikk i samspillet mellom prosessor og grafikksystem som gjorde det virkelig store utslaget for Wingine.

– Endringene jeg gjorde etter å ha snakket med CPU-arkitektene var ikke trivielle. Saken er at du kan ha flere måter å gjøre en jobb i en prosessor på, som på overflaten ser svært like ut, men når du ser på hvor lang tid de bruker på å kjøre ferdig vil det komme frem betydelige forskjeller. Dermed gikk vi fra å være omtrent like raske eller raskere enn eldre løsninger, til en effektiv dobling av ytelsen, sier Cutler.

En annen fordel med Wingine sin direkte kontakt med prosessoren var at grafikkytelsen plutselig ble en direkte faktor av CPU-hastigheten.

– Doblet du CPU-hastigheten, fikk du dermed nesten doblet grafikkytelsen i benchmark-tester – ingen juksing og ingen triks, bare økt ytelse. Jeg husker fortsatt med glede et besøk vi fikk fra PC Magazine, hvor jeg viste frem Wingine, men etter å ha vist frem basishastigheten bestemte vi oss for å ha det litt gøy. Den gang var ikke CPU-kjølere så sofistikerte som i dag, så vi tok av varmesprederen fra en prosessor og sprayet den med komprimert luft. Det lot oss klokke opp hastigheten betydelig, og vi fikk ut benchmark-resultater på nivåer som ingen hadde sett tidligere.

Slo ikke an i markedet

Wingine-skjermkortene var særlig populære blant brukere av operativsystemet NeXTStep og Intel-baserte maskiner som kjørte det. Dette eksemplaret er en NextCube, og ble brukt som verdens første webserver – uten at vi skal si noe om innmaten.Foto: Varg Aamo, Hardware.no

Det var mange som syntes Wingine var spennende, og blant annet PC Magazine forutstå at teknologien ville dukke opp på en rekke plattformer. I deres test av Epson Progression, den første PC-en med Wingine ombord, klarte de å få ut hele 14,87 megapiksler i sekundet med testprogrammet Graphics Winmark – mot 8,09 megapiksler per sekund på gjennomsnittlige 486DX2-maskiner.

– Men selv om Wingine var en teknisk suksess, var den ikke vellykket i markedet, noe som har flere grunner. Wingine krevde nemlig at hovedkortet brukte både brikkesett og grafikksystemer fra C&T, og på dette tidspunktet hadde selskapet mistet store markedsandeler innen brikkesett til blant annet S3, forklarer Cutler.

Det var faktisk bare Epson, enkelte produsenter av NeXTStep-systemer, og noen få andre som tok sjansen på Wingine. Compaq produserte en svært applaudert løsning ved navn QVision, Dell hadde altså sin egen variant ved navn DGX, mens andre produsenter gikk til brikkeleverandører som Weitek eller altså S3 Graphics.

Det sistnevnte selskapet skulle vise seg å rappe markedsandeler fra C&T på flere andre områder også, og fremtiden så ikke like lys ut som den hadde gjort noen år tidligere. Ironisk nok var det Dado Banatao, den ene av Chips & Technologies-grunnleggerne, som i 1989 hadde forlatt selskapet for å starte opp nettopp S3 Graphics.

– Men alt var ikke tapt. Det viste seg nemlig at optimaliseringene vi lærte oss fra vi lagde Wingine-driverne, samt noen av måtene Wingine-maskinvaren jobbet på, var direkte overførbare til bærbare PC-ers brikkesett.

Kanskje fortsatt en del av hverdagen

Chicony CH-286N-16-hovedkort med Chips & Technologies' NEAT-brikkesett.Foto: Rainer Knäpper, CC 2.0 DE

I tidligere år hadde Chips & Technologies holdt en dominant førsteplass innen grafikkbrikkesett til bærbare maskiner, men innen 1994 hadde de falt ned fra toppen. Ved å legge Wingine-teknologi og drivere bygd på samme lest inn i grafikkbrikker til bærbare kunne de imidlertid – nesten over natten – levere mye bedre ytelse enn konkurrentene, og dermed komme seg tilbake på topp.

– Dette gjorde at C&T på ny ble den dominante produsenten av laptop-grafikkbrikker, og dette ble det som drev selskapet helt frem til midten av 90-tallet. Intel endte med å kjøpe Chips & Technologies, og jeg tror den viktigste biten av selskapet, for Intels del, var nettopp grafikk til bærbare, tror Cutler.

Dedikerte skjermkort ble nemlig aldri mer Chips & Technologies styrke, kanskje spesielt på grunn av fremveksten av selskaper som S3 Graphics, 3dfx og Matrox på denne arenaen. Etter at Intel kjøpte selskapet kom dessuten kjempefloppen Intel i740 på markedet, et skjermkort basert på arbeidet til ingeniører fra en rekke selskaper – deriblant C&T – og det ble det siste vi hørte fra den fronten på flere år.

Med tid og stunder ble imidlertid integrert grafikk mer og mer viktig i Intels prosessorer, og det var jo nettopp her Wingine-arkitekturen var i sitt ess. I konkurranse mot dedikerte skjermkort, som etter hvert også inntok de bærbare maskinene, er det riktig nok fortsatt et stykke å gå. Likevel kan arven fra Wingine fortsatt leve videre i løsninger som Intels HD Graphics og Iris Pro – og ikke minst i at man etter hvert fikk raske, dedikerte grafikkspor på hovedkortet, slik som AGP, ved siden av de tregere sporene.

– For de fundamentale gjennombruddene som kom med Wingine og liknende systemer lå jo i at man lagde en raskere vei mellom prosessoren og grafikksystemet; og i dag er dette helt vanlig. På samme måte viste Wingine hvordan det å ta hensyn til hvordan en CPU fungerer kunne gi bedre ytelse fra driverne – noe jeg forventer at også er en del av driverutviklingen den dag i dag, avslutter Cutler.

Dagens skjermkort er langt mer kompliserte enn de var i 1993:
Vi forklarer hvordan alt fra kjøling til innmat fungerer i dag »

annonse