Ob Büroanwender oder Power-Gamer, der Grafikkartenmarkt hält für jeden das entsprechende Produkt parat. Doch bei der Vielzahl an Grafikprozessoren fällt die Entscheidung schwer, denn Preis und Leistung sollten auf das entsprechende Einsatzgebiet der Grafikkarte abgestimmt werden.
Entscheidend für die Leistungsfähigkeit einer Grafikkarte ist der verwendete Grafikchip. Wer hauptsächlich mit 2D-Office-Anwendungen arbeitet und nur gelegentlich Spiele zur Entspannung nutzt, ist beispielsweise mit einer Grafikkarte mit NVIDIA-GeForce2-Ultra-Chip schlecht beraten. Die wäre nur für den 2D-Gebrauch zu schade und zu teuer. Anderseits hat der ambitionierte 3D-Spieler etwa für eine Karte mit Matrox-G450-Chip nur ein müdes Lächeln übrig.
Damit Sie die richtige Entscheidung treffen, hat tecChannel.de die aktuellen Grafik-Chips detailliert untersucht und getestet.
Den direkten Leistungsvergleich aller getesteten Grafikchips mit über 1100 Benchmark-Werten finden Sie unter Benchmarks im Überblick.
Typische Preise
In der folgenden Tabelle finden Sie alle getesteten Grafikkarten beziehungsweise Grafikchips alphabetisch nach Hersteller sortiert. Der Preis ist ein Zirkawert für eine entsprechende Karte im Fachhandel.
Hersteller/Grafikchip/Speicher | Preis |
|---|---|
| |
3dfx Voodoo4 4500 (1xVSA-100) SDRAM 32 MB | 360 Mark |
3dfx Voodoo5 5500 (2xVSA-100) SDRAM 64 MB | 540 Mark |
ATI RADEON DDR-SDRAM 64 MB | 790 Mark |
ATI RADEON DDR-SGRAM 32 MB | 570 Mark |
ATI RADEON SDRAM 32 MB | 390 Mark |
Matrox G400 MAX SGRAM 32 MB | 290 Mark |
Matrox G450 DDR-SDRAM 32 MB | 380 Mark |
NVIDIA GeForce 256 DDR-SGRAM 32 MB | 470 Mark |
NVIDIA GeForce 256 SDRAM 32 MB | 400 Mark |
NVIDIA GeForce2 GTS DDR-SDRAM 64 MB | 900 Mark |
NVIDIA GeForce2 GTS DDR-SGRAM 32 MB | 640 Mark |
NVIDIA GeForce2 MX SDRAM 32 MB | 340 Mark |
NVIDIA GeForce2 Pro DDR-SDRAM 64 MB | 1000 Mark |
NVIDIA GeForce2 Ultra DDR-SDRAM 64 MB | 1300 Mark |
S3 Savage2000 SDRAM 32 MB | 400 Mark |
STMicroelectronics KYRO SDRAM 32 MB | 350 Mark |
Einen detaillierten Vergleich der technischen Daten und Features finden Sie in unserer tecDaten-Tabelle.
Die wichtigsten 3D-Begriffe finden Sie im tecChannel-3D-Lexikon.
3dfx Voodoo5 5500 / Voodoo4 4500 / VSA-100
Im Februar 2000 stellte 3dfx den VSA-100 als Nachfolger des Voodoo3-Chips vor. Die skalierbare Architektur erlaubt es, bis zu 32 VSA-100-Prozessoren im SLI-Modus parallel zu betreiben. Die erste verfügbare Grafikkarte war die Voodoo5 5500 mit zwei VSA-100. Es folgte der Voodoo4 4500 mit einem VSA-100-Chip. Das Modell mit vier VSA-100-Chips (Voodoo6 6000) wird es für den Retail-Markt nicht geben.
Der VSA-100 ist noch in einer stromhungrigen 0,25-µm-Technologie gefertigt. Chip- und Speichertakt betragen standardmäßig 166 MHz, laut Spezifikation sind 183 MHz möglich. Bei der Voodoo5 5500 erreichen die zwei VSA-100-Prozessoren eine Renderleistung von 667 MPixel/s. Jeder Prozessor verfügt über einen 128 Bit breiten Speicherbus mit einer Speicherbandbreite von bis zu 2,7 GByte/s. Maximal 64 MByte SDRAM-Speicher lassen sich pro Chip adressieren. Die Voodoo5 5500 erreicht dabei eine Speicherbandbreite von 2x2,7 GByte/s. Den gleichen Datendurchsatz erreicht die NVIDIA GeForce2 GTS bei einem 128 Bit breiten Speicherbus nur mit Hilfe des wesentlich teureren DDR-SDRAM. Bei der Voodoo4 4500 mit einem VSA-100-Chip halbieren sich die Leistungswerte.
Mit dem VSA-100-Chip hat 3dfx erstmals die Unterstützung des 32-Bit-Rendering realisiert. Die zwei Rendering-Pipelines pro Chip können jeweils ein Pixel pro Takt mit Texturen berechnen. Zu den weiteren innovativen Features zählt der T-Buffer. Laut 3dfx ermöglicht dieser, Bildszenen nahezu in Kinoqualität darzustellen. Weitere Vorteile: Full Scene Anti-Aliasing, Motion Blur, Depth of Field, Soft Shadows und Soft Reflektions.
3dfx Voodoo5 5500 / Voodoo4 4500 / VSA-100: T-Buffer
Anders als NVIDIA-, ATI- oder S3-Chips besitzt der VSA-100 keine Geometrieeinheit, die T&L unterstützt. Diesem Manko setzt 3dfx den T-Buffer und eine hohe Speicherbandbreite mit zwei VSA-100 auf der Voodoo5 5500 entgegen.
Konventionelle 3D-Grafikbeschleuniger können jeweils nur ein Bild pro Durchlauf rendern, im Frame-Buffer zwischenspeichern und darstellen - anders beim T-Buffer. Zuerst wird ein Bild berechnet und in den T-Buffer abgelegt. Dieser berechnet aus dem Einzelbild mehrere Bilder aus verschiedenen Blickpositionen und legt sie in verschiedenen Frame-Buffern ab. Je nach Spielszene kann dann der T-Buffer eine entsprechende Variante des fertig gerenderten Bildes ausgeben. Durch diese Technik sind zahlreiche Effekte möglich.
Der bedeutsamste Effekt des VSA-100 ist das zwei- und vierfach Full Scene Anti-Aliasing in Echtzeit. Unschöne Treppeneffekte und Kantenflimmern gehören damit der Vergangenheit an. Da 3dfx diese Funktion in Hardware unterstützt, ist sie unabhängig von der jeweiligen 3D-Anwendung und API (DirectX, OpenGL oder GLide). Zudem entlastet dieses Verfahren deutlich die CPU, da der T-Buffer die meiste Arbeit übernimmt.
NVIDIA bietet mit dem GeForce und entsprechenden Treibern zwar auch FSAA an, jedoch nur nach dem Super-Sampling-Verfahren. Dies kostet sehr viel Grafikperformance und läuft nicht mit allen 3D-Spielen stabil.
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ATI-RADEON
Am 17. Juli 2000 stellte ATI offiziell den RADEON als Pendant zum NVIDIA GeForce2 GTS vor. Der Chip ist in 0,18-µm-Technologie gefertigt und unterstützt mit seinem 128 Bit breiten Speicherbus maximal 128 MByte SDRAM/SGRAM- und DDR-SDRAM/SGRAM. Der maximale Chip- und Speichertakt beträgt je 200 MHz und erreicht mit diesen Werten eine Speicherbandbreite von 6,4 MByte/s. In der jetzigen Version mit 64 MByte DDR-SDRAM wird er standardmäßig mit je 183 MHz ausgeliefert, das sind 5,9 MByte/s. In der 32-MByte-DDR-SDRAM-Version mit je 164 MHz und in der SDRAM-Version sogar nur mit je 160 MHz. Das bedeutet einen erheblichen Performanceverlust bei diesen Modellen.
Die neu entwickelte 3D-Engine beinhaltet die Charisma Engine, die Pixel Tapestry sowie einen Vertex- und Textur-Cache. Die Charisma Engine ist in die Funktionsgruppen TCL, Vertex Skinning, Keyframe Interpolation und Triangle Setup unterteilt.
Damit die neuen Grafik-Features wie Vertex Skinning und Keyframe Interpolation funktionieren, müssen sie erst in den jeweiligen DirectX-Anwendungen implementiert werden. Aus diesem Grund arbeitet ATI mit id Software zusammen, dem Herausgeber des Shooters Quake. Auch mit Microsoft verhandeln die Kanadier.
Die Charisma Engine leitet die Daten zum Rendern in die Pixel Tapestry. Sie besteht aus zwei Rendering Pipelines mit je drei Textureinheiten, die mit einer maximalen Taktfrequenz von 200 MHz arbeiten können. Zusammen mit der HyperZ-Funktion ergibt sich eine maximale theoretische Füllrate von 1,5 Gigatexel/s. Bei der aktuellen 64-MByte-DDR-SDRAM-Version arbeitet die Charisma Engine mit einem Takt von 183 MHz. Mit HyperZ resultiert daraus eine theoretische Füllrate von 1,4 Gigatexel/s.
ATI RADEON: HyperZ und Video
HyperZ setzt sich aus drei Funktionen zusammen: Die Hierarchical-Z filtert alle für die Szene nicht sichtbaren Pixel heraus. Das heißt: Gerendert werden nur Pixel, die auch in der Szene sichtbar sind - das spart Speicherbandbreite.
Die Z-Compression reduziert die Datenmenge durch einen verlustfreien Komprimier-Algorithmus. Die Dekompression und Kompression läuft in Echtzeit.
Die Fast-Z-Clear löscht laut ATI den Z-Buffer 64-mal schneller als konventionelle Methoden.
Alle drei Funktionen verringern die Anforderungen an die Speicherbandbreite und sollen eine theoretische Performancesteigerung von bis zu 25 Prozent bringen.
In der Video Engine werden HDTV- und DVD-Formate hardwarebeschleunigt dekodiert. Dazu gehören Motion Compensation und IDCT. Ein Scaler übernimmt die Berechnung der Bildgröße und ein YUV-zu-RGB-Umsetzer wandelt das Bild in das korrekte RGB-Format um. Der Wandler überträgt die Bilddaten zur weiteren Verarbeitung über den Pixel-Cache und den Memory-Controller zur Display Engine.
Die Display Engine enthält alle Funktionsgruppen wie Hardware-Cursor, Palette- und Overlay-Control, Graphics- und Video-Stream sowie TMDS Transmitter- und einen 350-MHz-RAMDAC für die Ausgabe von Bilddaten über die DVI- und VGA-Schnittstelle.
ATI RADEON: Charisma Engine
Mit der Charisma Engine will ATI Objekte und Charaktere in 3D-Animationen noch realitätsnäher darstellen als bisher. Zu diesem Zweck sind in die 3D-Engine des RADEON einige erweiterte und spezielle Funktionen eingebaut.
Die wichtigste ist die hardwarebeschleunigte Transform- und Lighting-Funktion. Sie ist um ein Clipping erweitert worden und heißt jetzt TCL. Sie soll maximal 30 Millionen Triangles/s verarbeiten können und acht unabhängige Lichtquellen unterstützen. Damit ist eine hochgradige Realitätstreue von 3D-Objekten und -Umgebungen gewährleistet. Ein zusätzlicher Vorteil: Die CPU ist teilweise von grafischen Rechenoperationen entlastet.
Mit dem Vertex Skinning präsentiert ATI ein weiteres 3D-Feature. Es berechnet dynamisch wirkende Objekte, zum Beispiel Körperoberflächen. Hierzu benutzt die Funktion vier Berechnungsmatrizen statt zwei wie beim GeForce 256. Diese genauere Berechnungsform soll Pixel- und Oberflächenfehler bei beweglichen Körperteilen verhindern.
Die Keyframe Interpolation des RADEON soll besonders bei animierten 3D-Szenen die CPU entlasten. Ein Anwendungsgebiet sind Morphing-Effekte. Über ein vordefiniertes Ursprungs- und Zielbild kann die Funktion nach Vorgaben des Programmierers alle dazwischenliegenden interpolierten Frames berechnen, und das in Hardware ohne Performance-Verluste.
ATI RADEON: Pixel-Tapestry-Architektur
Den Kern der Pixel-Tapestry-Architektur bilden zwei Rendering Pipelines mit je drei Textureinheiten. Sie können bis zu drei Texturen per Pixel bilinear in einem Durchlauf rendern. Das bedeutet, Objekte können bei der Berechnung ohne Performance-Verluste detaillierter dargestellt werden.
Mit der Pixel-Tapestry-Architektur unterstützt der RADEON alle drei Formen des Bump Mapping wie Emboss, Dot Product 3 und Environment Mapped.
Zusätzlich beherrscht der Chip alle derzeit aktuellen Arten des Environment Mapping. Im Einzelnen:
Spherical, eine Textur, abhängig von der Blickrichtung
Dual-Parabloid, zwei Texturen, abhängig von der Blickrichtung
Cubic, sechs Texturen, unabhängig von der Blickrichtung
Ein zusätzliches Feature der ATI-Architektur ist das Shadow Mapping. Bei den aktuellen Grafikchips wird ein Stencil-Buffer zur Bildung von Schatteneffekten benutzt. Der RADEON erzeugt diese Bildeffekte mit Hilfe eines speziellen Priority-Buffers. Dieser generiert aus dem Einfallswinkel des Lichts und dem Blickwinkel des darzustellenden Quellobjekts eine Schattentextur und legt sie darüber. Laut ATI garantiert diese Methode eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit und Darstellungsqualität in 3D-Animationen.
Die hohe Füllrate von 1,5 Gigatexel/s ermöglicht zusätzlich die Nutzung von Full Screen Anti-Aliasing, Motion Blur und Depth-of-Field--Effekten.
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Matrox G400 MAX
Noch immer ist der im April 1999 vorgestellte G400 MAX der Top-Grafikchip der kanadischen Firma Matrox. Der Nachfolger G450 wurde zwar bereits im Juni angekündigt, Testexemplare stehen aber noch nicht zur Verfügung.
Auf der Basis des G400-Chips hat Matrox mehrere Grafikkarten-Modelle auf dem Markt. Für unseren Test haben wir die Millennium G400 MAX DualHead verwendet.
Der G400 MAX ist in 0,25-µm-Technologie gefertigt und unterstützt maximal 32 MByte SDRAM-Speicher sowie 32-Bit-Z-Buffer. Chip- und Speichertakt betragen bei dieser Version 150 MHz und 200 MHz, statt 125 MHz und 166 MHz beim Standardmodell ohne MAX-Kennung. Der RAMDAC, mit 360 MHz der schnellste unter den Testkandidaten, ermöglicht Bildauflösungen von 2048x1536 Punkten bei 32 Bit Farbtiefe und einer ergonomischen Bildwiederholfrequenz von 85 Hz.
In punkto Performance kann der G400 MAX mit der Konkurrenz nicht mehr mithalten, bietet aber immer noch innovative Features. Dazu zählen das Environment-Mapped Bump-Mapping, die DualBus-Architektur und die DualHead-Technologie.
Das Environment-Mapped Bump-Mapping (EMBM) wurde bereits von Microsoft für DirectX 6.0 lizenziert, aber von Matrox mit dem G400 erstmals erfolgreich umgesetzt. Mittlerweile hat es auch ATI in den neuen Grafikchip RADEON implementiert.
Matrox G400 MAX: DualBus-Architektur
Matrox wirbt beim G400 mit der 256-Bit-DualBus-Architektur. Wer aber glaubt, er hätte es mit einem echten 256-Bit-Chip zu tun, liegt schief. Bei genauer Betrachtung der Chip-Architektur stellt sich heraus, dass der G400 MAX zwei voneinander unabhängige, unidirektionale 128-Bit-Schnittstellen für getrennte Schreib- und Leseoperationen innerhalb des Grafikchips besitzt. Der externe 128 Bit breite Speicherbus bleibt weiterhin bestehen.
Durch die getrennt voneinander arbeitenden Bussysteme kann die DualBus-Architektur mit jedem Speichertakt parallel Schreib- und Leseoperationen durchführen. Jeder Bus hat einen eigenen Datenpuffer. Diese Puffer werden von der Data-Multiplexing-Logik kontrolliert, die den Datenfluss von und zur Grafik-Engine optimiert.
Vorteil dieser Architektur: Durch den internen 256-Bit-DualBus der Grafik-Engine kann der externe 128-Bit-Speicherbus effizient mit einer höheren Taktfrequenz arbeiten. Zusätzlich garantiert der 128-Bit-Speicherbus eine maximale Speicherbandbreite und so wenige Page-Fehler wie möglich, indem er längere zusammenhängende Datenblöcke aus den Datenpuffern liest oder schreibt.
Matrox G400 MAX: DualHead-Technologie
Mit der DualHead-Technologie ist es möglich, zwei Monitore gleichzeitig an einer Grafikkarte zu betreiben. Dazu hat Matrox zwei CRTC-Kontroller und einen RAMDAC in den G400 integriert. Diese können unabhängig voneinander Bildschirmdaten aus verschiedenen Bereichen des Grafikspeichers lesen.
Der primäre CRTC-Kontroller ist direkt mit einem 360 MHz schnellen integrierten RAMDAC verbunden und kann die Bilddaten direkt auf einen RGB-Monitor ausgeben. Der sekundäre CRTC-Kontroller kann, wie bei unserem Testkandidaten Millennium G400 MAX, mit einem externen MGA-TVO-Modul verbunden werden. Dieses wandelt die Bilddaten entweder ins RGB-Format für den Anschluss eines weiteren Monitors oder in die Formate PAL und NTSC für ein Fernsehgerät um. Ein optionales Flat-Panel-Modul erweitert die Grafikkarte um eine DVI-Schnittstelle.
Dies eröffnet die Möglichkeit, zum Beispiel gleichzeitig einen DVD-Film auf dem Fernsehgerät zu sehen und auf dem Monitor weiterzuarbeiten. Auch für Präsentationszwecke ist diese Funktion von Nutzen. So kann man Bildschirmbereiche des primären Monitors auf einem sekundären Monitor im Vollbildmodus darstellen.
Matrox war bisher der einzige Hersteller mit einer DualHead-Technologie. Doch mittlerweile bietet NVIDIA mit der TwinView-Architektur beim GeForce2 MX Vergleichbares.
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Matrox G450
Als Nachfolger des G400-Grafikchips präsentierte Matrox am 24. Juni 1999 den G450. Das Herzstück bildet ein in 0,18-µm-Technologie gefertigter Grafikprozessor, der 2D/3D- und DVD -Beschleunigung bietet.
Er unterstützt maximal 32 MByte SDRAM oder DDR-SDRAM mit einer Frequenz von 166 MHz. Der Speicherbus ist bei Verwendung von DDR-SDRAM aber nur 64 statt wie üblich 128 Bit breit. Das Manko der schmalen Speicherschnittstelle gleicht der schnelle Speicher aus. Dieser erlaubt es, anders als bei SDRAM, Daten mit beiden Flanken des Taktsignals zu übertragen. Die Speicherbandbreite von 2,7 MByte/s bleibt so mit beiden Speichertypen unverändert. Für unseren Grafikchiptest verwenden wir die Matrox Millennium G450 DualHead mit 32 MByte DDR-SDRAM.
Weitere Features des Matrox G450 sind die 256-Bit-DualBus-Architektur (siehe Matrox G400 MAX: DualBus-Architektur) und der primäre 360 MHz sowie der ebenfalls im Chip integrierte sekundäre 200 MHz schnelle RAMDAC. Zusammen mit dem im Chip enthaltenen TV-out-Encoder kann man parallel einen zweiten Monitor oder Fernseher anschließen. Dieses Verfahren nennt Matrox DualHead-Display (siehe Matrox G400 MAX: DualHead-Technologie). Der primäre VGA-Port bietet eine Auflösung von 2048x1536 in True Color bei 85 Hz Bildwiederholfrequenz und der sekundäre Port eine Auflösung von 1600x1200 bei 32 Bit Farbtiefe und 85 Hz Bildwiederholfrequenz.
Darüber hinaus hat der Matrox G450 einen TMDS-Transmitter mit DVI-Schnittstelle für den Anschluss von digitalen Flatpanel-Displays. Anders als beim G400, bei dem man dieses Feature über ein optionales Modul nutzen kann, ist die DVI-Funktion im G450 bereits integriert. Wie schon der Matrox G400 beherrscht auch der G450 das einfache Environment-Mapped Bump-Mapping (EMBM). T&L-Unterstützung bietet der G450 nicht an.
Die Stärken des Matrox G450 liegen wie beim G400 nicht in der 3D-Performance, sondern vielmehr in der 2D-Performance und dem Funktionsumfang des Chips. Diese sind eindeutig für das Einsatzgebiet im Officebereich ausgelegt.
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NVIDIA GeForce 256
Ende August 1999 stellte NVIDIA den GeForce 256 Kodename NV10 vor. Mit dem Beinamen GPU statt 3D-Chip wollte NVIDIA die Komplexität und Besonderheiten dieses neuen Chips herausstellen. So enthält der GeForce 256 etwa 23 Millionen Transistoren in 0,22-µm-Technologie. Diese Anzahl ist mit einer AMD-Athlon-CPU vergleichbar. Als erster Grafikchip verfügte der GeForce 256 über eine T&L-Geometrieeinheit und unterstützte Fast-Write.
Der NVIDIA GeForce 256 ist mit einem Chiptakt von 120 und Speichertakt von 166 MHz spezifiziert. Mit seinem 128 Bit breiten Speicherbus, nicht 256 wie der Name irrtümlich andeutet, unterstützt er maximal 128 MByte Standard- oder DDR-SDRAM /SGRAM-Speicher. Er erreicht dabei eine maximale Speicherbandbreite von 2,7 mit SDRAM/SGRAM- bis 5,3 GByte/s mit DDR-SDRAM/SGRAM-Speicher.
NVIDIA GeForce 256: Weitere Details
Die Architektur des NVIDIA GeForce 256 setzt sich hauptsächlich aus der QuadEngine-Design und dem 256-Bit-QuadPipe-Architektur zusammen. Die QuadEngine beinhaltet die Transform-, Lighting-, Setup- und Rendering-Einheiten, die parallel arbeiten.
Anders als beim Savage2000 hat der NVIDIA GeForce 256 mit der QuadPipe-Architektur nicht vier Textureinheiten, sondern vier unabhängige parallele Pixel-Rendering-Pipelines mit je einer Textureinheit. Das heißt, er kann pro Takt vier Pixel mit Texturen rendern sowie durch Rekonfiguration der Pipelines zwei Pixel mit je zwei Texturen. Letzteres ist besonders bei Multitexturing-Spielen wie Quake 3 mit zwei Texturen pro Pixel sinnvoll. Jede der vier Pipelines ist 64 Bit breit und setzt sich aus 32 Bit Farbtiefe, 24 Bit Z-Buffer und 8 Bit Stencil-Buffer zusammen. Mit dieser Architektur erreicht der GeForce 256 eine theoretische Füllrate von 480 Millionen Pixel/s.
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NVIDIA GeForce2 GTS/Pro/Ultra
Am 26. April 2000 stellte NVIDIA den GeForce2 GTS, Kodename NV15, als Nachfolger des GeForce 256 vor. Das Akronym GTS steht für Giga-Texel-Shader und soll die hohe Füllrate von 1,6 Gigatexel/s verdeutlichen. Mit 25 Millionen Transistoren und der Umstellung des Fertigungsprozesses von 0,22 µm auf 0,18 µm ist der Chip noch komplexer geworden. So konnte NVIDIA gleichzeitig den Leistungsverbrauch von 16 W auf 7,5 Watt mehr als halbieren.
Der NVIDIA GeForce2 GTS arbeitet nach der Spezifikation mit einem Chip- und Speichertakt von 200 MHz beziehungsweise 166 MHz (333 MHz DDR-Speichertakt). Der 128 Bit breite Speicherbus unterstützt insgesamt 128 MByte SDRAM oder DDR-SDRAM. Daraus resultiert eine Speicherbandbreite von 5,3 MByte/s mit DDR-Speicher.
Die Nachfolgemodelle GeForce2 Ultra und Pro basieren auf dem gleichen Chip-Core wie die GeForce2 GTS, sind aber höher getaktet. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick:
Grafikchip | Chiptakt | DDR-Speichertakt | Speicherbandbreite |
|---|---|---|---|
| |||
GeForce2 GTS | 200 MHz | 333 MHz | 5,3 MByte/s |
GeForce2 Pro | 200 MHz | 400 MHz | 6,4 MByte/s |
GeForce2 Ultra | 250 MHz | 460 MHz | 7,4 MByte/s |
Zu den weiteren wichtigen Neuerungen gegenüber dem GeForce 256 gehört die HyperTexel-Architektur, die Einführung des NVIDIA Shading Rasterizer (NSR) sowie ein integrierter TMDS-Transmitter und High-Definition-Video-Prozessor zur HDTV- und DVD-Dekodierung.
NVIDIA GeForce2 GTS/Pro/Ultra: HyperTexel-Architektur
NVIDIA hat die Chip-Architektur beim GeForce2 GTS/Pro/Ultra gegenüber dem GeForce 256 weiter optimiert und verbessert. NVIDIA nennt sie HyperTexel-Architektur. Die Hauptbestandteile sind vier Pipelines mit je zwei Textureinheiten.
Jede der vier Pixel-Pipelines kann zwei Texturen pro Pixel in Echtzeit bearbeiten. Pro Durchlauf erzeugt der Prozessor auf diese Weise acht Texel in einer Farbtiefe von 32 Bit. Bei einem Chiptakt von 200 MHz ergibt sich eine theoretische Füllrate von 1600 Millionen Texel/s.
Anders als 3dfx beim VSA-100 mit dem T-Buffer unterstützt NVIDIA bei den GeForce- und GeForce2-Chips das Full Scene Anti-Aliasing nur per Treiber nach dem Supersampling-Verfahren. Dieses Verfahren belastet den Grafikprozessor stark und bietet eine geringere Bildqualität als die 3dfx-Lösung. Zudem kommt es immer wieder zu Kompatibilitätsproblemen mit Spielen. Ständige Treiberupdates sind daher notwendig.
Der NVIDIA Shading Rasterizer (NSR) ist ein integrierter Bildprozessor zur Pixelbearbeitung. Er unterstützt das Per-Pixel-Shading und ermöglicht so eine detailgetreue Wiedergabe von Materialoberflächen.
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NVIDIA GeForce2 MX
Zwei Monate nach der Vorstellung des NVIDIA GeForce2 GTS brachte NVIDIA am 28. Juni 2000 eine Sparversion des Grafikchips heraus. Mit dieser preiswerten Alternative will NVIDIA die Marktanteile im Massen- und OEM-Bereich erhöhen.
Der NVIDIA GeForce2 MX ist wie der GeForce2 GTS in 0,18-µm-Technologie gefertigt. Mit einer Verringerung des Chiptaktes von 200 auf 175 MHz und der Die-Size hat man die Verlustleistung des Chips auf unter 5 Watt reduziert. Das macht diesen Chip auch für den Mobile-Markt interessant.
Gespart hat NVIDIA auch bei der Architektur. Statt vier Pipelines mit je zwei Texture-Units hat der GeForce2 MX nur zwei Pipelines mit zwei Texture-Units. Wie der GeForce 256 kann er so maximal vier Texel pro Takt verarbeiten. Auch an der Speicherbusbreite wurde gespart. Der Chip stellt für SDRAM/SGRAM eine Speicherbusbreite von 128 Bit zur Verfügung, dagegen nur 64 Bit für DDR-SDRAM/SGRAM. In beiden Fällen erreicht der Chip eine Speicherbandbreite von 2,7 GByte pro Sekunde, die dem Niveau eines GeForce 256 entspricht.
NVIDIA GeForce2 MX Features
Wie schon der GeForce2 GTS unterstützt auch der GeForce2 MX AGP 4x und direkte PCI-Bus-Anbindung. Der GeForce 256 allerdings benötigt für die PCI-Bus-Unterstützung einen extra Schnittstellen-Umsetzer.
Zwei der wichtigsten Features des GeForce2 MX sind die TwinView-Architektur und die Vibrance-Control-Technologie.
Mit Hilfe der TwinView-Archtektur kann man zwei Anzeigegeräte gleichzeitig nutzen. Dazu hat NVIDIA einen Dual-Link-TMDS-Transmitter und zwei CRT-Kontroller im Chip integriert. Zusätzlich enthält der Prozessor einen TV-Encoder und einen 350 MHz schnellen RAMDAC.
Die von NVIDIA entwickelte Digital-Vibrance-Control-Technologie soll die Darstellungsqualität von 2D-, 3D- und Video-Szenen am Bildschirm softwaremäßig wesentlich verbessern. Die Bilddaten werden dabei im digitalen Daten-Stream zwischen Grafik-Pipeline und Display-Subsystem verändert. Jedes angeschlossene Anzeigegerät wie Monitor, TV oder digitales Flatpanel erhält auf diese Weise ein optimal digital justiertes Bild.
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S3 Savage2000
Bereits am 30. August 1999 stellte S3/Diamond den Savage2000 vor - einen Tag bevor NVIDIA den GeForce 256 ankündigte. Doch die ersten funktionsfähigen Grafikkarten kamen erst im Februar 2000 auf den Markt. Der Savage2000 wird wohl auch der letzte Grafikchip aus dem Hause S3/Diamond bleiben, denn S3 gab am 4. August 2000 bekannt, dass sie den Grafikbereich aufgibt und von VIA übernommen wird. Der taiwanesische Chipsatzhersteller nutzt schon heute die Grafikchiptechnologie von S3 in dem Chipsatz ProSavage PM133. Dieser ist bereits mit integrierter Grafiktechnologie des Savage 4 und Savage2000 ausgestattet.
Der Savage2000-Chip auf unserer getesteten Grafikkarte Diamond Viper II ist in 0,18-µm-Technologie gefertigt, hat einen Chiptakt von 125 MHz und einen Speichertakt von 143 MHz. Laut Spezifikation sind es 150 MHz und 166 MHz, S3 hätte noch genügend Spielraum zur Performancesteigerung. Der Grafikchip unterstützt maximal 64 MByte SDRAM oder SGRAM. Unser Testkandidat war mit 32 MByte SDRAM bestückt. Der 350 MHz schnelle RAMDAC liefert eine Auflösung von 2048x1536 Punkten bei 32 Bit Farbtiefe.
Zu den besonderen Features des Savage2000 zählen die Single-Pass Quad-Texture-Einheit, die S3TC-Texturkompression und integrierte Transform-und-Lighting-Einheit (S3TL). Leider können die Treiber bis heute S3TL nicht voll unterstützen.
S3 Savage2000: Quad-Textur Engine
Mit der Quad-Textur Engine ist der Savage2000 in der Lage, pro Takt einen Pixel mit vier Texturen zu rendern oder durch Rekonfiguration mittels Treiber auch zwei Pixel mit zwei Texturen. Im Vergleich dazu kann der NVIDIA GeForce 256 vier Pixel mit je einer Textur pro Takt verarbeiten sowie auch zwei Pixel mit zwei Texturen.
Die Quad-Textur Engine von S3 bringt in der Praxis keinen Vorteil, da aktuelle Spiele wie Unreal Tournament zwar mehrere Texturen verwenden, das aber im Multipass-Betrieb. Auch bei genauer Betrachtung ist dieser Vorteil unbedeutend. Sowohl der Savage2000 als auch der GeForce 256 haben nach zwei Durchläufen zwei Pixel mit je vier Texturen gerendert.
S3 Savage2000: Weitere Details
Wie der GeForce besitzt auch der Savage2000 eine integrierte T&L-Geometrieeinheit. S3 nennt sie S3TL. Sie übernimmt 3D-Koordinaten und Lichteffektberechnungen und entlastet somit den Prozessor des PCs. Die Geometrieeinheit ist in der Lage bis zu acht Lichtquellen in Hardware zu verwalten und dabei bis zu 10 Millionen Dreiecke pro Sekunde zu berechnen. Bei der GeForce 256 sind es 15 Millionen Dreiecke pro Sekunde.
Wie schon der Savage 4 bietet auch der Savage2000 S3TC-Texturkompression an. Diese Kompressionsverfahren wurden bereits von Microsoft lizenziert und in DirectX als DXTC integriert. Auch ATI mit dem Rage 128 Pro und dem RADEON nutzt den S3TC-Standard. Allerdings ist der Savage2000 der einzige Chip, der dieses Verfahren auch unter OpenGL und somit unter Quake III Arena anwendet.
Weitere wichtige Eigenschaften des Savage2000 sind die erweiterten Videofunktionen. Dazu zählt Motion Compensation für die hardwareunterstützte DVD- und MPEG-Wiedergabe. Sie entlastet die CPU von aufwendigen Umrechnungen und garantiert somit ruckelfreie Bildwiedergabe. Ein integriertes VIP 2.0 Interface vereinfacht die Anbindung von HDTV und Digital-TV-Decodern. Zusätzlich bietet der S3-Chip eine 12/24-Bit Digital-Schnittstelle für den Anschluss von Flachbildschirm-Encodern (DVI-Schnittstelle).
Den direkten Leistungsvergleich aller getesteten Grafikchips mit über 1100 Benchmark-Werten finden Sie unter Benchmarks im Überblick.
Einen detaillierten Vergleich der technischen Daten und Features finden Sie in unserer tecDaten-Tabelle.
STMicroelectronics KYRO
Am 05. Juni 2000 stellte STMicroelectronics auf der Computex den KYRO-Grafikprozessor vor. Der Grafikchip basiert auf der PowerVR-Series3-Technologie von Imagination Technology. Beide Unternehmen haben sich ein Jahr zuvor zur einer Technologie-Allianz zusammengeschlossen.
Der KYRO ist eine Weiterentwicklung der bekannten PowerVR-Series2-Architektur, die in Spielekonsolen und Arcade-Systemen zu finden ist.
Der KYRO wird wie der VSA-100 von 3dfx in 0,25-µm-Technologie hergestellt. Die Taktfrequenz des Chips und Speichers beträgt standardmäßig je 115 MHz. Seine Grafikpower bezieht er aus seinen zwei Rendering-Pipelines mit je einer Textureinheit. Daraus ergibt sich für den Prozessor eine theoretische Füllrate von 0,23 Gigatexel/s. Die effektive Füllrate erhöht sich laut STMicroelectronics durch die Tile-Based-Rendering-Architektur sogar bis zu 0,69 Gigatexel/s. Das entspricht etwa dem Niveau der GeForce2 MX mit einer Füllrate von 0,7 Gigatexel/s.
Mit seinem 128 Bit breiten Speicherbus erreicht der KYRO eine maximale Speicherbandbreite von 1,84 MByte/s. Der Prozessor kann maximal 64 MByte SDRAM oder SGRAM verwalten. Unser Testmuster, die Vivid! von VideoLogic, war mit 32 MByte SDRAM bestückt.
Weitere wichtige Features des KYRO-Chips sind: Acht-Layer-Multitexturing, 32 Bit internes True-Color-Rendering, Full Scene Anti-Aliasing und Environment Bump-Mapping. T&L wird vom Prozessor nicht unterstützt.
STMicro KYRO: Tile Based Rendering
Als einziger aktueller Grafikchip für PCs verwendet der KYRO ein sehr effektives Renderingverfahren - das Tile-Based-Rendering. Es eliminiert redundante Grafikoperationen und Speicherengpässe. Anders als bei herkömmlichen Grafikchips fasst der KYRO bestimmte Gruppen von Polygonen (Tiles) in eine sogenannte sichtbare Liste (Display-List) zusammen und rendert sie erst dann. Die Grafikchips von NVIDIA, ATI oder 3dfx verarbeiten dagegen immer den kompletten Bildbereich, inklusive versteckter Polygone. Die Vorteile des KYRO liegen dabei auf der Hand:
Aufgrund der kleinen Bildbereiche, den Tiles kann der Prozessor Schlüsseloperationen wie das Z-Buffering, die Pixel-Berechnung und das Blending im Chip durchführen. Das heißt: Er benutzt einen kleinen On-Chip-Speicher für diese Operationen und muss nicht den externen Speicher auf der Grafikkarte verwenden. Das spart Speicherbandbreite und erhöht die 3D-Performance.
Beim Tile-Based-Rendering-Verfahren texturiert und schattiert der Grafikchip nur sichtbare Pixel, die der Betrachter auch sehen kann. Versteckte Texturen werden schon im ersten Arbeitsschritt in der Grafikpipeline eliminiert. STMicroelectronics nennt das Deferred-Texturing. Redundante Texturzugriffe auf den externen Grafikspeicher sind damit überflüssig.
Zusätzlich soll laut STMicroelectronics die interne Grafikeinheit des KYRO eine bessere Grafikqualität bei 16 Bit Farbtiefe liefern, da der Prozessor alle Textur-Operationen On-Chip in True-Color-Genauigkeit (Internal True Color) durchführt. Nur die letzte Arbeitsstufe wird in 16 Bit Farbtiefe ausgegeben. Bei herkömmlichen Grafikchips ist das anders. Sie rendern Texturen zwar auch intern mit 32 Bit, rechnen aber nach jedem Arbeitsschritt die Textur wieder in 16 Bit Farbtiefe um.
Ein weiterer Vorteil des Tile-Based-Rendering ist die Skalierbarkeit des Verfahrens. Dadurch kann die Multi-Chip-Fähigkeit des KYRO effizient genutzt werden, indem mehrere Berechnungen parallel auf verschiedenen Chips ablaufen können.
STMicro KYRO: 8-Layer Multi-Texturing
Herkömmliche Grafikprozessoren benutzen zwei oder drei parallele Textur-Pipelines, um zwei oder drei Texturen in einem Arbeitsschritt zu verarbeiten. Dies schränkt das Multi-Texturing per Hardware auf die Anzahl der Pipelines ein. Wenn zum Beispiel mehr als drei Texturen verwendet werden, benutzen herkömmliche Grafikchips das Multi-Pass-Rendering. Das bedeutet: Das zu texturierende Objekt muss mehrere Durchläufe durch die Texturpipelines absolvieren.
Beim KYRO-Grafikchip mit Acht-Layer-Multitexturing ist das anders: Das Prinzip des KYRO basiert auf dem Tile-Based-Rendering. Zusammen mit dem Acht-Layer-Multitexturing kann der Chip jeden Bildbereich, der ein Multi-Textur-Polygon enthält, im On-Chip-Speicher mit nur einer Pixelpipeline zum Multi-Textur-Bild verarbeiten. Dabei durchlaufen Teilbereiche des zu rendernden Bildes solange eine interne Schleifenfunktion (maximal acht), bis alle benötigten Textur-Layer aufgetragen sind. Separate Textureinheiten für weitere Textur-Layer sind nicht erforderlich.
Das Acht-Layer-Multi-Texturing-Vefahren entlastet gegenüber dem Multi-Pass-Rendering den Datenfluss zum externen Grafikspeicher und zur CPU, da der KYRO seine Polygondaten nur einmal zur Verarbeitung an den Grafikspeicher und den Systemprozessor schickt. Herkömmliche Grafikchips, wie die von NVIDIA, ATI oder 3dfx, benötigen für diese Funktion mehrere Durchläufe über den Bildspeicher und die CPU. Dies reduziert besonders die effektive Füllrate der Chips.
Den direkten Leistungsvergleich aller getesteten Grafikchips mit über 1100 Benchmark-Werten finden Sie unter Benchmarks im Überblick.
Einen detaillierten Vergleich der technischen Daten und Features finden Sie in unserer tecDaten-Tabelle.
Zukünftige Grafikchips
3dfx entwickelt unter dem Codenamen Rampage den Nachfolger des VSA-100-Prozessors. Laut 3dfx soll er T&L beherrschen und schon Ende Dezember 2000 vorgestellt werden. Doch die Übernahme von 3dfx am 15.12.2000 durch NVIDIA stellt das Vorhaben in Frage.
ATI hat bereits eine Sparvariante des RADEON, den RV100, angekündigt. Er wird in 0,18-µm-Technologie gefertigt, besitzt nur eine Rendering-Pipeline und unterstützt kein T&L. Der Nachfolger des RADEON soll der R200 werden. Seine Features sind: 0,15-µm-Technologie, vier Rendering-Pipelines, 300 MHz Chiptakt und Dual-Display-Architektur.
NVIDIA will seinem Motto treu bleiben: alle sechs Monate ein neuer Chip. Der Nächste mit dem Kodenamen NV20 ist für Februar 2001 geplant. Er soll durch Embedded-DRAM die Speicherbandbreite entlasten.
Matrox plant den Nachfolger des G450-Chips, den G800. Einzelheiten sind noch nicht bekannt.
S3 hat den Grafikkartenbereich eingestellt. Die Grafikchipentwicklung hat VIA übernommen und wird unter dem Namen S3 weitergeleitet. Ob der geplante Savage2000+ (eine überarbeitete und schnellere Version des fehlerhaften Savage2000) auf den Markt kommt, steht nicht fest.
STMicroelectronics entwickelt den KYRO-Chip weiter. Optimierte Treiber und eine höhere Taktung sollen die Performance des Prozessors deutlich steigern.
Bitboys Oy, eine finnische 3D-Grafik Firma, will Anfang 2001 mit dem Glaze3D auf den Markt kommen. Die viel versprechende neue Chip-Architektur und Embedded-DRAM machen diesen Prozessor interessant.
Fazit I
Der Sieg in der Kategorie 3D-Performace geht eindeutig an NVIDIA. Die Chips GeForce2 Pro und Ultra liefern auch in hohen Auflösungen und Farbtiefen ausgezeichnete Frameraten. Allerdings sind die horrenden Preise jenseits von 1000 Mark und somit das Preis/Leistungsverhältnis indiskutabel. Lediglich die GeForce2-GTS-Chips sind zu einem vertretbaren Preis zu haben und liefern auch noch genügend 3D-Power für die zukünftige Spielegeneration.
Wer preiswert und dennoch mit ausreichender Geschwindigkeit spielen möchte, kann mit gutem Gewissen zum GeForce2-MX-Chip von NVIDIA greifen, dieser löst den GeForce 256 ab. Zusätzlich machen der niedrige Leistungsverbrauch und die TwinView-Architektur diesen Prozessor auch für den Office- und Mobile-Bereich interessant.
Eins haben alle NVIDIA-Prozessoren gemeinsam: Die OpenGL-Leistung überzeugt besonders in professionellen CAD-Programmen und in 3D-Entwicklungssoftware, wie die Ergebnisse von Indy3D belegen. Hier hat das NVIDIA-Entwicklerteam sehr gute Arbeit geleistet.
Als Pendant zum GeForce2 GTS und MX bietet ATI den RADEON in verschiedenen Modellen an. Diese verfügen ebenfalls über mehr als genügend 3D-Performance für zukünftige Programme. Allerdings liegt das Spitzenmodell, der RADEON 64 MByte DDR-SDRAM, im Hinblick auf Geschwindigkeit deutlich hinter den vergleichbaren Herausforderern von NVIDIA, ist dafür aber preiswerter. Das billigste Modell von ATI, der RADEON 32 MByte SDRAM, liegt in der 3D-Leistung auf dem Niveau des GeForce2 MX, kostet jedoch deutlich mehr.
Die RADEON-Chips besitzen gegenüber der Konkurrenz einen wichtigen Vorteil: die hardwarebeschleunigte DVD-Wiedergabe durch IDCT. Diese Funktion entlastet beim Abspielen von Filmen die CPU von unnötiger Rechenarbeit. Dafür hat ATI bei der Entwicklung von OpenGL-Treibern für den professionellen Bereich wie CAD-Anwendungen gespart. Die Leistung liegt weit hinter den Treibern von NVIDIA.
Fazit II
Die 3dfx Voodoo5 5500 und Voodoo4 4500 mit VSA-100-Chips können nicht mit vergleichbaren Karten von ATI oder NVIDIA mithalten. Sie bieten jedoch noch ausreichenden Spielfluss für aktuelle Spiele. Ein Manko der Karte ist die schwache OpenGL-Leistung, die hohe Leistungsaufnahme und fehlende 3D-Featuers wie T&L für zukünftige Spielegenerationen. Positiv ist das hervorragende Full Scene Anti-Aliasing durch den T-Buffer. Der Preis ist für den Leistungsumfang der entsprechenden Karten mit ein oder zwei VSA-100-Chips zu hoch. Nach der Übernahme von 3dfx am 15.12.2000 durch NVIDIA bleibt es fraglich, ob die 3dfx-Grafikchips-Entwicklung bestehen bleibt und wer den zukünftigen Support der aktuellen 3dfx-Grafikkarten übernimmt.
Matrox kann mit den Chips G400 MAX und G450 nicht mehr genügend 3D-Performance liefern. Gerade in hohen Auflösungen und Farbtiefen macht sich dieses Defizit besonders stark bemerkbar. Doch auch mit weniger Frames kann der Grafikchip mit der DualHead-Technologie und sehr guter Bildqualität durch den 360 MHz schnellen RAMDAC gerade im Office-Bereich Liebhaber finden.
Der erste KYRO-Chip von STMicroelectronics ist auf Anhieb geglückt. Die Leistungswerte sind mit dem GeForce2 MX von NVIDIA vergleichbar. T&L unterstützt der KYRO nicht. Das FSAA und der günstige Preis machen den Chip aber interessant. Doch das volle Leistungspotential hat der Prozessor noch nicht erreicht. Optimierte Treiber und ein höher getakteter Chip sind in Vorbereitung.
Der S3/Diamond Savage2000 bringt im Kampf der Titanen noch eine passable Leistung. Er zeigt aber deutliche Schwächen im OpenGL-Bereich, besonders unter Indy3D. Er ist der letzte Grafikchip, den S3 für den Grafikkartenmarkt entwickelt hat.
Den direkten Leistungsvergleich aller getesteten Grafikchips mit über 1100 Benchmark-Werten finden Sie unter Benchmarks im Überblick.
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Die wichtigsten 3D-Begriffe haben wir im tecChannel-3D-Lexikon zusammengestellt. (hal/mma))
Unsere Testkandidaten
Kein Motor fährt ohne Karosserie. Wir haben die Grafikprozessoren auf den unten stehenden Karten getestet. Zusätzlich haben wir alle relevanten Daten wie Chip-/Speichertakt, Firmware- und Treiberversion der getesteten Grafikkarten angegeben.
Die Referenzplattformen für alle Grafikkarten sind exakt definiert. Um Ihnen unsere Testkonfigurationen transparent zu machen, finden Sie unter tecLab-Report - unsere Testverfahren eine detaillierte Liste der verwendeten Komponenten und Treiberversionen.
Grafikkarte | Chip-/ Speichertakt | Firmware | Treiber |
|---|---|---|---|
| |||
3dfx Voodoo 4 4500 (1xVSA-100) SDRAM 32 MByte | 166 / 166 | 1.15.00 | 4.12.01.0666 |
3dfx Voodoo 5 5500 (2xVSA-100) SDRAM 64 MByte | 166 / 166 | 1.06 | 4.12.01.0584 |
ASUS AGP-V6800 GeForce 256 DDR-SGRAM 32 MByte | 120 / 150 | 2.10.02.10.01 | Detonator 6.31 |
ATI RADEON DDR-SDRAM 32 MByte | 164 / 164 | D7.13-CD01C | 4.12.3056 |
ATI RADEON DDR-SDRAM 64 MByte | 183 / 183 | D7.11-CD01 | 4.12.3056 |
ATI RADEON SDRAM 32 MByte | 160 / 160 | D7.11-CD01 | 4.12.3056 |
Creative Labs GeForce 256 SDRAM 32 MByte | 120 / 166 | 2.10.1.01.04 | Detonator 6.31 |
Creative Labs GeForce2 GTS DDR-SGRAM 32 MByte | 200 / 166 | 2.15.03.01.07 | Detonator 6.31 |
ELSA GLADIAC GeForce2 MX SDRAM 32 MByte | 175 / 166 | 3.11.00.08 | Detonator 6.31 |
Elsa Gladiac GeForce2 Ultra DDR-SDRAM 64 MByte | 250 / 230 | 3.15.00.12.03 | Detonator 6.31 |
Hercules 3D Prophet GeForce2 Pro DDR-SDRAM 64 MByte | 200 / 200 | 3.15.00.11 | Detonator 6.31 |
Hercules 3D Prophet II GTS DDR-SDRAM 64 MByte | 200 / 166 | 2.15.01.07.00 | Detonator 6.31 |
Matrox Millennium G400 MAX SGRAM 32 MByte | 150 / 200 | 1.5-22 | 4.12.01.1610 (1.61.015) |
Matrox Millennium G450 DDR-SDRAM 32 MByte | 125 / 166 | 1.1-19 | 6.10.013 / 06.11.2000 |
S3 Diamond Viper II (Savage2000) SDRAM 32 MByte | 125 /143 | 3.1C.09.DM | 2.01.9006-9.51.01 |
STMicro KYRO SDRAM 32 MByte | 115 / 115 | 01.81 | 1.00.04.0044 |