圖形處理器又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯�,是一種專門在個人電腦�工作�、游戲機和一些移動設備(如平板電�、智能手機等)上圖像運算工作的微處理��
用途是將計算機系統(tǒng)所需要的顯示信息進行�(zhuǎn)換驅(qū)�,并�顯示�提供行掃描信號,控制顯示器的正確顯示,是連接顯示器和個人電腦主板的重要元�,也是“人機對話”的重要設備之一�顯卡作為電腦主機里的一個重要組成部分,承擔輸出顯示圖形的任�,對于從事圖形設計的人來說顯卡非常重��
顯卡的處理器稱為圖形處理器(GPU�,它是顯卡的“心臟”,與CPU類似,只不過GPU是專為執(zhí)行復雜的�(shù)學和幾何計算而設計的,這些計算是圖形渲染所必需�。某些最快速的GPU集成的晶體管�(shù)甚至超過了普通CPU�
時下的GPU多數(shù)擁有2D�3D圖形加速功�。如果CPU想畫一個二維圖�,只需要發(fā)個指令給GPU,如“在坐標位置(x,y)處畫個長和寬為a×b大小的長方形”,GPU就可以迅速計算出該圖形的所有像�,并在顯示器上指定位置畫出相應的圖形,畫完后就通知CPU“我畫完了�,然后等待CPU�(fā)出下一條圖形指令�
有了GPU,CPU就從圖形處理的任務中解放出來,可以執(zhí)行其他更多的系統(tǒng)任務,這樣可以大大提高計算機的整體性能�
GPU會產(chǎn)生大量熱�,所以它的上方通常安裝有散熱器或風扇�
GPU是顯示卡的“大腦�,GPU決定了該顯卡的檔次和大部分性能,同時GPU也是2D顯示卡和3D顯示卡的區(qū)別依�(jù)�2D顯示芯片在處�3D圖像與特效時主要依賴CPU的處理能�,稱為軟加��3D顯示芯片是把三維圖像和特效處理功能集中在顯示芯片�(nèi),也就是所謂的“硬件加速”功�。顯示芯片一般是顯示卡上的芯片(也是引腳最多的)。時下市場上的顯卡大多采用NVIDIA和AMD-ATI兩家公司的圖形處理芯��
GPU已經(jīng)不再局限于3D圖形處理了,GPU通用計算技�(shù)�(fā)展已�(jīng)引起�(yè)界不少的�(guān)�,事實也證明在浮點運�、并行計算等部分計算方面,GPU可以提供�(shù)十倍乃至于上百倍于CPU的性能,如此強悍的“新星”難免會讓CPU廠商老大英特爾為未來而緊�,NVIDIA和英特爾也經(jīng)常為CPU和GPU誰更重要而展開口水戰(zhàn)。GPU通用計算方面的標準目前有OpenCL、CUDA、ATISTREAM。其�,OpenCL(全稱OpenComputingLanguage,開放運算語言)是個面向異�(gòu)系統(tǒng)通用目的并行編程的開放式、免費標�,也是一個統(tǒng)一的編程環(huán)境,便于軟件開發(fā)人員為高性能計算服務�、桌面計算系�(tǒng)、手持設備編寫高效輕便的代碼,而且廣泛適用于多核心處理�(CPU)、圖形處理器(GPU)、Cell類型架構(gòu)以及�(shù)字信號處理器(DSP)等其他并行處理器,在游戲、娛�、科研、醫(yī)療等各種領域都有廣闊的發(fā)展前�,AMD-ATI、NVIDIA時下的產(chǎn)品都支持OPENCL�
1985�8�20日ATi公司成立,同�10月ATi使用ASIC技�(shù)開發(fā)出了款圖形芯片和圖形��1992�4月ATi�(fā)布了Mach32圖形卡集成了圖形加速功��1998�4月ATi被IDC評選為圖形芯片工�(yè)的市場,但那時候這種芯片還沒有GPU的稱�,很長的一段時間ATI都是把圖形處理器稱為VPU,直到AMD收購ATI之后其圖形芯片才正式采用GPU的名字�
NVIDIA公司�1999年發(fā)布GeForce256圖形處理芯片時首先提出GPU的概�。從此NV顯卡的芯就用這個新名字GPU來稱�。GPU使顯卡削減了對CPU的依�,并實行部分原本CPU的工�,更加是�3D圖形處理�。GPU所采用的核心技�(shù)有硬體T&L、立方環(huán)境材�(zhì)貼圖與頂點混�、紋理壓縮及凹凸映射貼圖、雙重紋理四像素256位渲染引擎等,而硬體T&L技�(shù)能夠說是GPU的標��
簡單說GPU就是能夠從硬件上支持T&L(Transform and Lighting,多邊形�(zhuǎn)換和光源處理)的顯示芯片,由于T&L�3D渲染中的一個重要部分,其作用是計算多邊形的3D位置與處理動�(tài)光線效果,也能稱為“幾何處理”。一個好的T&L單元,能提供細致�3D物體和的光線特效;只不過大多�(shù)PC�,T&L的大部分運算是交由CPU處理�(這就也就是所謂軟件T&L),因為CPU的任務繁�,除了T&L之外,還要做�(nèi)存管理和輸入響應等非3D圖形處理工作,所以在實際運算的時候性能會大打折扣,一般出�(xiàn)顯卡等待CPU�(shù)�(jù)的情�,CPU運算速度遠跟不上時下復雜三維游戲的要�。即使CPU的工作頻率超�1GHz或更�,對它的幫助也不大,因為這是PC本身設計造成的問�,與CPU的速度無太大關(guān)��
GPU在幾個主要方面有別于DSP(DigitalSignalProcessing,簡稱DSP,數(shù)字信號處�)架構(gòu)。其所有計算均使用浮點算法,而且此刻還沒有位或整�(shù)運算指令。此�,由于GPU專為圖像處理設計,因此存儲系�(tǒng)實際上是一個二維的分段存儲空間,包括一個區(qū)段號(從中讀取圖像)和二維地址(圖像中的X、Y坐標�。此�,沒有任何間接寫指令。輸出寫地址由光柵處理器確定,而且不能由程序改�。這對于自然分布在存儲器之中的算法而言是極大的挑戰(zhàn)。一�,不同碎片的處理過程間不允許通信。實際上,碎片處理器是一個SIMD�(shù)�(jù)并行�(zhí)行單�,在所有碎片中獨立�(zhí)行代��
盡管有上述約束,但是GPU還是可以有效地執(zhí)行多種運�,從線性代�(shù)和信號處理到�(shù)值仿�。雖然概念簡單,但新用戶在使用GPU計算時還是會感到迷惑,因為GPU需要專有的圖形知識。這種情況�,一些軟件工具可以提供幫�。兩種描影語言CG和HLSL能夠讓用戶編寫類似C的代�,隨后編譯成碎片程序匯編語言。Brook是專為GPU計算設計,且不需要圖形知識的語言。因此對次使用GPU進行開發(fā)的工作人員而言,它可以算是一個很好的起點。Brook是C語言的延�,整合了可以直接映射到GPU的簡單數(shù)�(jù)并行編程�(gòu)�。經(jīng)GPU存儲和操作的�(shù)�(jù)被形象地比喻成“流”(stream�,類似于標準C中的�(shù)�。核心(Kernel)是在流上操作的函數(shù)。在一系列輸入流上�(diào)用一個核心函�(shù)意味著在流元素上實施了隱含的循環(huán),即對每一個流元素�(diào)用核心體。Brook還提供了約簡機制,例如對一個流中所有的元素進行�、值或乘積計算。Brook還完全隱藏了圖形API的所有細節(jié),并把GPU中類似二維存儲器系統(tǒng)這樣許多用戶不熟悉的部分進行了虛擬化處理。用Brook編寫的應用程序包括線性代�(shù)子程�、快速傅立葉�(zhuǎn)�、光線追蹤和圖像處理。利用ATI的X800XT和Nvidia的GeForce6800Ultra型GPU,在相同高速緩存、SSE匯編�(yōu)化Pentium4�(zhí)行條件下,許多此類應用的速度提升高達7倍之��
對GPU計算感興趣的用戶努力將算法映射到圖形基本元素。類似Brook這樣的編程語言的問世使編程新手也能夠很容易就掌握GPU的性能�(yōu)�。訪問GPU計算功能的便利性也使得GPU的演變將繼續(xù)下去,不僅僅作為繪制引擎,而是會成為個人電腦的主要計算引擎�
說起處理器識別工具CPU-Z,其知名度和必備度無需贅言。硬件網(wǎng)站時下又給我們提供了一個類似的工具,用于顯卡識別的“GPU-Z�。這是TechPowerUp�(fā)布的顯卡識別工具�
322 GPU有非常多的廠商都生產(chǎn),和CPU一�,生�(chǎn)的廠商比較多,但大家熟悉的卻只有INA,以至于大家以為GPU只有三大廠商�
英特�
英特爾的GPU基本為集成顯卡芯�,用于英特爾的主板和英特爾的CPU??赡苣阆氩坏?,要是只按市場占有率計算,英特爾隨著他主板及CPU�(fā)售的集成GPU占據(jù)了整個GPU市場�60%以上�
他的GPU主要有:一款獨立顯卡芯片Intel740(i740)。ExtremeGraphics系列、GMA系列(集成于芯片組中�?,F(xiàn)在的HDGraphics系列、Iris?Graphics系列、Iris?ProGraphics系列等(集成于CPU中)�
NVIDIA
NVIDIA是現(xiàn)在的獨立顯卡芯片生產(chǎn)銷售商�
他的GPU包括大家熟悉的Geforce系列,包括GTX、GTS、GT等。工作站的Quadro系列,超級計算的Tesla系列,多顯示器商用的NVS系列,移動設備的Tegra系列�
以前也銷售集成在主板上的集成顯卡芯片,這些隨著主板芯片組一起發(fā)售,但是由于AMD收購ATI后自身主板芯片組GPU能力提高,NVIDIA芯片組如日中天的景象已經(jīng)消失了�
曾經(jīng)為游戲機Xbox、PS3供應GPU�
AMD(ATI)
AMD是世界上第二大的獨立顯卡芯片生產(chǎn)銷售�,他的前身就是ATI�2006年AMD�54億美元收購ATI�
他的GPU主要是大家熟悉的Radeon系列,包括以前的X、HD系列,近幾年的R9、R7、R5、R3,現(xiàn)在的RX系列�。工作站的FireGL系列,超級計算的FireStream系列,多顯示器商用的FireMV系列,現(xiàn)在前三者已合并為FirePro系列[9]�
早期ATI還生�(chǎn)過Wonder系列、Mach系列、Rage系列芯片�
除了獨立顯卡之外AMD還擁有集成顯卡芯�,集成于芯片�、APU��
由于AMD收購ATI�,其主板市場迅速擴�,已�(jīng)奪取了NVIDIA在AMD處理器主板芯片組的半壁江��
就現(xiàn)在的�(fā)售量和發(fā)售盈利方面,AMD的GPU市場占有率方面仍然略輸于NVIDIA�
AMD也是游戲機Xbox360、Wii、WiiU、PS4、XboxOne的GPU供應��
3dfx
3dfx是一家于1994年成立的生產(chǎn)3DGPU及顯卡的公司�
曾經(jīng)生產(chǎn)了Voodoo系列顯卡,并且研�(fā)了SLI技�(shù)�
由于�(jīng)營不善等問題�2002年被NVIDIA收購�
Matrox
Matrox當年和NVIDIA,ATI一起爭奪獨立顯卡芯片市場份額的一家公�,在曾經(jīng)的一個時期Matrox的顯卡和NVIDIA,ATI曾經(jīng)在性能上比肩過。但由于后來其開�(fā)能力日漸衰退,在GF5時期,也就是ATI�9000系列時期,Matrox由于性能上整整落后了GF5900和Raden9800一個世代而逐漸被淘�,淡出了民用獨立顯卡市場�
但時下Matrox仍然在工程用顯卡方面有自己的地位。這些顯卡用于工程主圖和多頭輸出仍然很強力。與NVIDIA和AMD的顯卡不�,NVIDIA,ATI的顯卡涉足的�3D領域,而Matrox得顯卡涉足的�2D領域,也就是CAD�
但由于OpenCL、CUDA的日漸普�,DX10以上顯卡將在所有支持CUDA的程序上表現(xiàn)出驚人的性能,也就是說當CUDA在各種運用軟件普及的那天,Matrox也必將退�2D卡的市場�
SiS和VIA
矽統(tǒng)和威盛時下是對孿生兄弟,但他們曾�(jīng)也是分開的兩家公�,并且都生產(chǎn)自己主板的集成顯卡芯�。但這可憐的兩兄弟已�(jīng)逐步在淡出主板市場了,也就必定將淡出GPU市場�
獨立顯卡
顯卡是通過PCI-Express、PCI或AGP等擴展槽界面與主板連接�,而通常它們可以相對容易地被取代或升級(假設主板能支持升級�?,F(xiàn)在,仍然有少�(shù)顯卡采用帶寬有限的PCI插槽作連接,但它們通常只會在主板沒有提供PCI-Express和AGP插槽的情況下才會使用�
在現(xiàn)今的定義�,獨立繪圖處理器不一定需�,是可以被移除的,也不一定要直接與主板連接。所謂的“專用”即是指獨立顯卡(或稱專用顯卡)�(nèi)的RAM只會被該卡專�,而不是指顯卡是否可從主板上獨立移�。基于體積和重量的限�,供筆記本電腦使用的獨立繪圖處理器通常會通過非標準或獨特的接口作連接。然�,由于邏輯接口相�,這些端口仍會被視為PCI-Express或AGP,即使它們在物理上是不可與其他顯卡互換的�
一些特別的技�(shù),如NVIDIA的SLI和ATI的CrossFire允許多個繪圖處理器共同處理一個單一的視頻輸�,可令電腦的圖像處理能力增加�
集成繪圖處理�
集成繪圖處理器(或稱�(nèi)置顯示核心)是設在主板或CPU上的繪圖處理�,運作時會借用電腦�(nèi)部分的系�(tǒng)存儲器�2007年裝設集成顯示的個人電腦約占總出貨量�90%,相比起使用獨立顯卡的方案,這種方案可能較為便宜,但性能也許相對較低。從�,集成繪圖處理器往往會被認為是不適合于運�3D游戲或精密的圖形型運算。然�,如IntelGMAX3000(IntelG965芯片組)、AMD的RadeonHD4290(AMD890GX芯片組)和NVIDIA的GeForce8200(NVIDIAnForce730a芯片組)已有能力處理對系�(tǒng)需求不是太高的3D圖像。當時較舊的集成圖形處理器組缺乏如硬件T&L等功�,只有較新型號才會包��
影響集成繪圖處理器的性能,其中一個原因是由于�(nèi)置顯示核心的運算速度。同時,圖形處理器在運作時會消耗一定數(shù)量的存儲�。系�(tǒng)存儲器的速度比獨立繪圖存儲器來得�,系�(tǒng)存儲器的�(fā)送速度可能�10GB/s�20GB/s左右,獨立繪圖存儲器則至少有50GB/s,甚至超�150GB/s,取決于型號而定�
不過�2009年開�,圖形處理器已經(jīng)從主板移去處理器�,如Intel的Westmere架構(gòu)至目前的KabyLake架構(gòu)。不過版并沒有集成圖形處理器。集成至處理器的好處是由于繪圖及處理器芯片工藝為相同(Westmere除外,CPU�32nm而GPU�45nm),可以減低熱功�。隨著內(nèi)顯技�(shù)的成熟,目前的內(nèi)顯已�(jīng)足夠應付基本3D的需�,不過仍然依賴主板本身的存儲��
個問�
GPU的競爭遠比CPU的競爭來得激�。通用PC的CPU就只有英特爾和AMD兩家大廠。而在GPU方面的是N記和A記兩家廠�,但能生�(chǎn)中低端產(chǎn)品的還有英特爾、S3等好幾家廠商。它們的�(chǎn)品雖然不如前兩家,但在很多應用方面也能滿足用戶的需�,所以N記和A記只有拼命往前跑才不會死掉。CPU廠商沒有采用GPU的先進工藝是因為CPU廠商都有自己投資的生�(chǎn)�,不可能一下把原來的生�(chǎn)線都淘汰了上新的生產(chǎn)線,那樣做可能連當初投入的資金都難以收�。而GPU廠商由于種種原因,一般都是自己設計由別人代工�,比如找臺積電代工。代工廠商為了能接到�(yè)�,只有不停升級自己的生產(chǎn)設備,這樣才能生存下來。所以造成以上原因�
第二個問�
就如你所說的一�,CPU除了處理游戲的AI,情節(jié)等方面的�(shù)�(jù)�,對于有些圖像方面也是由它完成的。當微軟每次�(fā)布新的DX�,并不是每款GPU都能支持DX新的特性,所以有些圖像方面的任務還得由CPU來完�。還有有些特性比如重力特性以前是由CPU來完成,時下有些GPU也能支持�,這些任務就由GPU來完成了�
第三個問�
GPU相當于專用于圖像處理的CPU,正因為它專,所以它強,在處理圖像時它的工作效率遠高于CPU,但是CPU是通用的數(shù)�(jù)處理�,在處理�(shù)值計算時是它的強�,它能完成的任務是GPU無法代替的,所以不能用GPU來代替CPU�
另外
時下AMD收購了A記顯卡芯片的設計廠商,AMD看到今后CPU和GPU只有走一條融合的道路才能在競爭中占得先機。CPU和GPU如何配合默契才能地提高工作效率是AMD時下考慮的問�,也是英特爾的問題�
第四個問�
微軟�(fā)布windows7其中一個顯著特性就是聯(lián)合GPU和CPU的強大實�,提升GPU在硬件使用的價�,在Windows7中,CPU與GPU組成了協(xié)同處理環(huán)�。CPU運算非常復雜的序列代碼,而GPU則運行大�(guī)模并行應用程�。微軟利用DirectXCompute將GPU作為操作系統(tǒng)的核心組成部分之一。DirectXCompute。它讓開�(fā)人員能夠利用GPU的大�(guī)模并行計算能�,創(chuàng)造出引人入勝的消費級和級計算應用程序。簡單的�,DirectXCompute就是微軟開發(fā)的GPU通用計算接口,欲�(tǒng)一GPU通用計算標準。也就是說windows7以后GPU的硬件地位將僅次于CPU,發(fā)揮出更大的效��
維庫電子�,電子知�,一查百��
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