開發(fā)者以FPGA“復活”傳奇顯示加速器3dfx Voodoo

在PC硬件和復古游戲圈依然聲名顯赫的3dfx Voodoo圖形加速卡，如今以全新的FPGA實現(xiàn)形式“重返”舞臺。在多款DOS和PC模擬器已經(jīng)能較好重現(xiàn)Voodoo表現(xiàn)的基礎上，一位開發(fā)者選擇直接在可編程硬件上重構(gòu)這顆上世紀的經(jīng)典芯片。

3dfx這一品牌在2000年被英偉達收購并最終消失，但其Voodoo系列加速卡仍是眾多玩家和3D圖形愛好者心中的“神卡”，同時也是各類復古改裝項目和老游戲硬件方案中的核心組件。目前，Voodoo芯片已經(jīng)在DOSBox-X、PCem、86Box等多種模擬器中得到近乎完整的模擬，而硬件玩家也在不斷嘗試基于原始芯片或自制方案的改裝項目。

來自荷蘭公司VideowindoW的首席技術(shù)官Francisco Ayala Le Brun，選擇通過FPGA為Voodoo尋找一條全新“轉(zhuǎn)生”路徑。他使用SpinalHDL這種硬件描述語言，對Voodoo 1顯卡進行了完整描述，再將其轉(zhuǎn)換為可在現(xiàn)代現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）上運行的數(shù)字電路模型。

Le Brun在技術(shù)說明中強調(diào)，Voodoo 1雖然在年代上已十分久遠，卻絕不是一個設計簡單的芯片。與現(xiàn)代GPU不同，它不具備變換與光照硬件或可編程著色器功能，所有圖形能力都以固定功能形式“寫死”在硅片里，包括用于Gouraud著色的漸變計算、紋理采樣、mipmapping、多級紋理過濾（雙線性和三線性）、alpha裁剪、裁剪計算等一整套流水線。

在基于3dfx的圖形渲染流程中，CPU負責完成描述3D場景所需的復雜數(shù)學運算，而Voodoo加速器則將帶紋理的三角形盡可能快速地繪制到屏幕上。Le Brun指出，這種“看上去很樸素”的職責劃分，很容易讓人誤以為硬件結(jié)構(gòu)也很簡單，實際上哪怕只渲染一個三角形，都要在芯片內(nèi)部完成顏色插值、紋理采樣、mip層級選擇、濾波、深度比較、裁剪以及霧效等一連串操作，而且這些都不是現(xiàn)代意義上的可編程流程，而是以固定電路形式固化在芯片中。

在重構(gòu)Voodoo 1的過程中，Le Brun需要解開其內(nèi)部隱藏的復雜性：重新梳理控制路徑、寄存器語義以及極為“深度”的流水線時序設計，使得這個早期3D加速器在FPGA上也能像當年那樣，把復雜渲染任務按像素切分，在多個階段流水處理，從而實現(xiàn)遠超純軟件渲染的數(shù)據(jù)吞吐能力。

借助SpinalHDL以及寄存器傳輸級（RTL）設計等現(xiàn)代工具，Le Brun在不丟失細節(jié)的前提下，把Voodoo的架構(gòu)理念“編碼”進了FPGA實現(xiàn)中。他將這一項目命名為“SpinalVoodoo”，并已在GitHub上開源，目前僅有原版Voodoo芯片的一小部分功能尚未補齊。

盡管這一項目在復古硬件愛好者群體中引發(fā)關注，Le Brun目前并未表現(xiàn)出圍繞SpinalVoodoo推出和銷售成品FPGA硬件的興趣。對3dfx粉絲和復古玩家來說，這一開源實現(xiàn)仍為未來的硬件項目、DIY卡或改裝方案，提供了一條極具吸引力的新路徑。

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