○Vertex Shader

Displacement Mapping Engineで最終的に生成されたモデルは、次にジオメトリ処理される。このジオメトリ処理を行なうのがVertex Shaderで、Parhelia-512は128ビットVertex Shader Engineを並列に4基備えることで、3次元空間における高速な演算処理を実現している。

128ビットのVertex Shader Engineは、それぞれがSIMD処理を行なう独立した演算器である。SIMDとは1つの命令で複数のデータ演算を行なうもので、128ビットのものとしてはPentium 4のSSE2、Athlon 4の3DNow! Professional、PowerPC G4(MPC7400)のAltiVecがある。ただしこれらは1基のエンジンしか内蔵していないのに対し、Parhelia-512は4基内蔵しているわけだから、その処理速度は想像できるだろう。

座標変換を例に挙げてみると、一般的に3次元グラフィックにおける座標はx、y、zの各座標と制御情報tの4要素のベクトルで構成され、座標変換後のベクトル(x'、y'、z'、t')と変換前のベクトル(x、y、z、t)は次の式で表される。

図は1つのVertex Shader Engineの概要を示したもので、4つの32bit FPUでSIMDを構成している。この4つのFPUにより前述の変換式のうちのひとつ(例えばx'＝a11x+a12y+a13z+a14t)を一度に同時に処理することができる。Parhelia-512はこのエンジンが4つあるので、前述のx'、y'、z'、t'を求める4つの演算式を一度に同時に処理できる。このエンジンにより座標変換や光源処理を行ったのち、Primitive Engineにてクリッピングなどの処理が行なわれる。

○Pixel Processing

ジオメトリ処理を終えたモデルは、レンダリングを施されその結果をフレームバッファに書き込むことで画像として表示される。図を見るとParhelia-512のPixel Processing(レンダリング)は4つのパイプラインで構成されていることが分かる。これは4ピクセルを同時に描画するもので、これにより描画速度を向上させている。

Quad Texturing Unitはテクスチャ(モデルに貼り付ける画像)を生成するものである。Parhelia-512では図のように次の4つのテクスチャ属性を合成して最終的なテクスチャを生成する。

・Deal: ベースとなる色情報
・Specular: ライトからの入射光の角度と視点への反射光の角度の両方に依存した属性
・Normal: 光線の反射、屈折を決定する法線ベクトル
・Caustic: ガラスや水の中を通る光の反射光や屈折光などの属性

Pixel ShaderはモデルのVertex情報と生成されたテクスチャ座標情報から、対象となるピクセルの色情報(RGBA値)を求め、陰面処理をしながら最終的に表示されるピクセルを決定する。最後にフォグ処理(霧のようなぼかし効果)とA(アルファ値)による透明度の処理を行ない、値をピクセル・キャッシュに書き込む。

Parhelia-512はHDM機能を内蔵したことで、GPUとしてのアーキテクチャは確立されている。今後はこのアーキテクチャをベースに、さらに多くのVertex Shader Engineの採用によるジオメトリ処理の高速化、さらに多くのパイプラインからなるPixel Processingによるレンダリングの高速化が製品の焦点になりそうだ。

(藤広哲也)

【レポート】Parhelia-512に見る最新GPUアーキテクチャ(1)
http://pcweb.mycom.co.jp/news/2002/06/03/14.html

台湾UMC、Matrox最新チップ「Parhelia」の委託生産を受諾
http://pcweb.mycom.co.jp/news/2002/05/22/23.html

Matrox、DirectX 9対応の512BitGPU「Parhelia」発表
http://pcweb.mycom.co.jp/news/2002/05/14/11.html

Matrox
http://www.matrox.com/