Il successo della RIVA 128 nel 1997 rappresentò un punto di svolta critico per NVIDIA, spingendo l'azienda in un periodo di rapida innovazione e espansione del mercato. All'epoca, il mercato delle schede grafiche discrete era frammentato, con numerosi attori come 3dfx Interactive, ATI Technologies, S3 Graphics, Matrox e Rendition che si contendevano la supremazia. Molte soluzioni erano complesse, progettate con più chip, rendendo la produzione costosa e l'integrazione difficile. La RIVA 128 si distinse come un acceleratore a singolo chip che offriva prestazioni 3D convincenti per il suo prezzo, supportata da un forte supporto per l'API DirectX di Microsoft, che stava rapidamente diventando lo standard per il gaming su PC. Questa filosofia di design semplificò la produzione delle schede per i partner di NVIDIA e permise una politica di prezzi aggressiva. La RIVA 128 guadagnò rapidamente terreno, catturando una quota di mercato significativa nel segmento mainstream e dimostrando l'efficienza operativa di NVIDIA nel portare hardware competitivo sul mercato.
Costruendo su questo slancio, NVIDIA seguì rapidamente con la RIVA TNT (Twin-Texel) nel 1998. Questa scheda introdusse miglioramenti architettonici come i pipeline per pixel doppi, che consentivano l'elaborazione di due pixel per ciclo di clock, e unità di texture migliorate, aumentando significativamente le prestazioni, la qualità visiva e il tasso di riempimento complessivo. La RIVA TNT supportava anche notevolmente il rendering a colori a 32 bit, che stava diventando sempre più importante per la fedeltà visiva realistica nei titoli popolari dell'epoca. La serie RIVA TNT consolidò la reputazione di NVIDIA per la fornitura di grafica 3D all'avanguardia, superando costantemente molti concorrenti come l'ATI Rage 128 e il datato 3dfx Voodoo2 in benchmark chiave e prestazioni di gioco nel mondo reale. Il suo rapporto prestazioni-per-dollaro aggressivo permise a NVIDIA di catturare una quota sostanziale e in crescita del lucrativo mercato dell'hardware per il gaming su PC. Questo ciclo di prodotto accelerato dimostrò la capacità dell'azienda di eseguire progetti complessi di chip e portarli sul mercato con agilità e precisione, stabilendo un ritmo rapido di innovazione che sarebbe diventato un marchio di fabbrica della sua strategia.
Il culmine dei primi progressi architettonici di NVIDIA arrivò nel 1999 con l'introduzione della GeForce 256. Questo prodotto non era semplicemente un aggiornamento incrementale; rappresentava un cambiamento di paradigma nell'elaborazione grafica, allineandosi strettamente con le capacità definite dall'API DirectX 7 di Microsoft. La GeForce 256 fu il primo chip grafico di livello consumer a integrare direttamente nella hardware la funzionalità di Trasformazione e Illuminazione (T&L). Prima di questo, le operazioni T&L, che gestiscono i calcoli geometrici degli oggetti 3D (trasformando le loro coordinate nello spazio 3D) e come interagiscono con le fonti di luce (applicando effetti di illuminazione), venivano principalmente eseguite dalla CPU. Questo poneva un carico significativo sulla CPU, limitando la complessità e il numero di oggetti che potevano essere renderizzati in tempo reale. Offloadando queste operazioni computazionalmente intensive a hardware dedicato sul chip grafico, la GeForce 256 aumentò drammaticamente l'efficienza e le prestazioni del rendering. Ciò consentì di elaborare scene molto più complesse, conteggi di poligoni più elevati e effetti di illuminazione più realistici in tempo reale, migliorando profondamente l'esperienza visiva nei giochi e in altre applicazioni 3D. Fu con la GeForce 256 che NVIDIA coniò ufficialmente il termine "Unità di Elaborazione Grafica" (GPU), affermando che la sua architettura si era evoluta oltre un semplice acceleratore a un processore specializzato e programmabile a pieno titolo, capace di eseguire una vasta gamma di calcoli paralleli cruciali per la grafica 3D.
L'impatto immediato della GeForce 256 fu profondo. Stabilì un nuovo standard per le prestazioni grafiche 3D e divenne un benchmark contro il quale tutte le schede grafiche successive venivano misurate. Questo vantaggio tecnologico permise a NVIDIA di consolidare la sua posizione competitiva contro i rivali, in particolare ATI Technologies, che faticava a eguagliare le capacità T&L della GeForce 256 con le sue prime offerte concorrenti. L'azienda capitalizzò su questo significativo vantaggio, intraprendendo un'IPO (Offerta Pubblica Iniziale) di successo il 22 gennaio 1999, scambiando sotto il ticker NVDA sulla borsa NASDAQ. L'IPO raccolse circa 70 milioni di dollari, fornendo capitale significativo per ulteriori ricerche, sviluppo e iniziative strategiche. Avvenuta durante il picco della bolla dot-com, la quotazione pubblica rifletteva una forte fiducia degli investitori nel potenziale a lungo termine di NVIDIA come leader nel computing visivo, riconoscendo la sua innovazione comprovata e la trazione di mercato.
Nel 2000, NVIDIA intraprese una mossa strategica significativa acquisendo la proprietà intellettuale e alcuni beni del suo concorrente in difficoltà, 3dfx Interactive, un ex pioniere nella grafica 3D. 3dfx aveva un tempo dominato il mercato con la sua popolare linea Voodoo, facendo ampio affidamento sulla sua API proprietaria Glide. Tuttavia, il suo fallimento nel passare efficacemente a API standardizzate come DirectX e OpenGL, insieme a errori architettonici e difficoltà finanziarie, portò al suo declino. Questa acquisizione, valutata circa 112 milioni di dollari in azioni e contante, rimosse efficacemente un importante rivale dal mercato e consolidò il portafoglio tecnologico di NVIDIA. Le conferì accesso a una sostanziale libreria di brevetti, talenti ingegneristici e una base di clienti fedele. L'integrazione degli asset di 3dfx migliorò ulteriormente le capacità ingegneristiche di NVIDIA e aumentò significativamente la sua quota di mercato, stabilendola fermamente come la forza dominante nel segmento delle schede grafiche discrete e lasciando ATI come suo principale concorrente.
Oltre al mercato del gaming su PC, NVIDIA espanse la sua influenza in altri segmenti chiave. Nel 2001, l'azienda entrò in una partnership storica con Microsoft per progettare l'unità di elaborazione grafica per la console di gioco Xbox originale. Questa GPU, con nome in codice NV2A, si basava sull'avanzata architettura GeForce3 di NVIDIA, personalizzata per soddisfare le specifiche esigenze di prestazioni, costi e potenza di Microsoft. Questa collaborazione dimostrò la capacità di NVIDIA di adattare la sua tecnologia GPU di base per applicazioni embedded specializzate e rafforzò il suo status di fornitore tecnologico critico per i principali produttori di hardware. Il successo dell'Xbox, lanciato con la GPU di NVIDIA al suo interno, diversificò ulteriormente le fonti di reddito di NVIDIA, fornendo sostanziali entrate da licenze e mostrando la versatilità e la scalabilità della sua architettura GPU oltre la tradizionale piattaforma PC. Questa mossa ampliò la portata di NVIDIA nel fiorente mercato delle console di gioco, fornendo una fonte di reddito stabile e ad alto volume.
Durante i primi anni 2000, NVIDIA continuò a innovare all'interno della sua linea di prodotti GeForce, introducendo generazioni successive che spingevano costantemente i confini della grafica in tempo reale. La GeForce2, rilasciata poco dopo la 256, affinò l'architettura del suo predecessore, mentre la GeForce3 (2001) fu innovativa per l'introduzione della prima architettura di shader completamente programmabile, supportando DirectX 8.0. Questo segnò un cambiamento profondo, consentendo agli sviluppatori un controllo senza precedenti sui pipeline di rendering e abilitando effetti altamente realistici come l'illuminazione per pixel e shader di materiali complessi. Rilasci successivi come la GeForce4 e la serie GeForce FX compatibile con DirectX 9.0 affinò ulteriormente questi pipeline programmabili, mantenendo il vantaggio tecnologico di NVIDIA contro la serie Radeon di ATI. L'azienda espanse anche la sua offerta di visualizzazione professionale con la serie Quadro, adattando le sue GPU orientate al gaming per applicazioni esigenti nel design assistito da computer (CAD), creazione di contenuti digitali (DCC), visualizzazione scientifica e imaging medico. Queste schede di livello professionale, che offrivano maggiore stabilità, driver specializzati e certificazioni da parte di fornitori di software indipendenti, crearono una nicchia significativa per NVIDIA nei mercati aziendali ad alto margine, sfruttando le stesse forze architettoniche sottostanti sviluppate per lo spazio consumer, fornendo al contempo l'affidabilità e le caratteristiche critiche per i flussi di lavoro professionali.
Entro la metà degli anni 2000, NVIDIA si era affermata come il leader indiscusso nell'elaborazione grafica discreta. Le sue GPU erano sinonimo di visuali 3D ad alte prestazioni, guidando i progressi nel gaming, nel design professionale e nelle emergenti applicazioni multimediali. Il ciclo continuo di innovazione, caratterizzato dal rapido rilascio di nuove architetture potenti, dalla rimozione strategica di rivali chiave attraverso acquisizioni e dall'espansione in mercati diversificati come console di gioco e workstation professionali, aveva trasformato NVIDIA da una promettente startup in un significativo attore globale della tecnologia. Il costante focus dell'azienda sul processamento parallelo per compiti visivi non solo aveva ridefinito le capacità del personal computer, ma aveva anche gettato le basi architettoniche per un'applicazione molto più ampia della sua tecnologia GPU, preparando il terreno per la sua prossima grande trasformazione oltre la grafica verso il calcolo di uso generale.