显卡基础知识讲座

科学技术协会计算机部徐悦心显示卡基本概念介绍性能评价标准桌面显卡介绍专业图形卡介绍显示卡游戏编程简介通用计算技术CUDA;TeslaDesktopSuperComputer显卡又称为图形卡、图形适配器等等。它是主机与显示器之间连接的“桥梁”，作用是控制电脑的图形输出，负责将CPU送来的的影象数据处理成显示器认识的格式，再送到显示器形成图象。显卡主要由显示芯片(即图形处理芯片GraphicProcessingUnit)、显存、数模转换器(RAMDAC)、VGABIOS、散热器和各方面接口等几部分组成。桌面游戏显卡：这种显卡最为常见，也最为廉价，一块顶级桌面显卡的售价也仅仅只是4000RMB左右而已，用途主要以个人用户的游戏为主，主流价位在300RMB-2000RMB之间.专业图形卡：这张显卡主要面向专业的渲染领域，比如图形工作站，做3dsmax或者Maya等等专业软体的渲染使用，通常都会具有非常优秀的OpenGL性能，售价较高，主流价格都在5000RMB-10000RMB作用，尤其是顶级型号的专业图形卡更是价格不菲，比如FireProV8700的售价达到了惊人的19900RMB，而FireGLV8650曾一度达到了29900RMB.2D显示卡：这种显示卡主要面向一些平面设计或者对色彩要求极其敏感的用户，他们不要求显卡有多么高的3D和游戏性能，但是要求显卡输出的色彩要极其的贴近现实，售价根据有高有低，比如VIA.S3公司的Chrome440GTX售价仅仅500RMB左右，但是来自Matrox公司的Parhelia幻日M9125显示卡售价达到了4900RMB.通用计算系列DesktopSuperComputer：这是近几年出现的一个新技术，因为统一架构的出现，使得GPU里面的执行单元被更加容易被利用，而且由于GPU具有极其强大的浮点运算能力，因此如何利用好GPU这如此强大的性能也日益被人类科学所重视.出现了一些新的技术，2005年，AMD公司提出了GPGPU和FileStream的概念，首次将通用计算展示给了世人。目前较为流行的技术为NVIDIA的CUDA和AMD公司的Stream技术.开放的统一标准OpenCL也已经发布（但是还没有编译器）.GPU图形处理器型号：GPU型号从本质上决定了一款的性能高低，GPU的型号至关重要.一般称呼某款显卡型号多以GPU型号来命名.显存运行频率：显存的工作频率同样决定着显卡性能的好坏，但是许多人认为会是显存大小直接决定显卡性能的高低，其实这是一个错误的观点.GPU运行频率：运行频率越高则代表该型号的显卡性能越好.显存大小：现在一般标配256MB或者512MB.显存大小对性能的影响尤其是高分辨率+高反锯齿环境下很大.流处理器StreamingProcessor/Shader数量:渲染执行单元，GPU架构不同情况下Shader数量不具有可比性.光栅处理单元ROP:完成像素读写，反锯齿等操作，GPU架构不同情况下Shader数量不具有可比性.显存位宽：显存在一个时钟周期内所能传送数据的位数，位数越大则瞬间所能传输的数据量越大.芯片制作工艺：指芯片晶圆间的距离，越低的距离则代表越高的集成度，越低的耗电量，发热量和成本.最早的显示卡为ISA接口，古老，早已淘汰.之后为PCI接口，带宽达到了133MB/s.AGP接口：PCI接口仍然满足不了显卡越来越高的需求，于是AGP接口出现了，AGP接口分为1x/2x,4x/8x等几种，8x可以达到2GB/s的带宽.PCI-E接口：目前主流接口之一，采用双向传输设计，带宽可以达到8GB/s.PCI-E2.0接口：PCI-E接口的升级版，带宽达到了16GB/s.目前主流仍然是采用DDR存储器规范，不过少数产品采用了XDR存储器规范（比如XBOX360游戏主机中的显示芯片Xeons）.目前主流的产品大多为GDDR3规范显存，是DDR存储器规范的第三代.少数注重成本或者其他原因可能会使用低速的GDDR2显存.一些注重性能的产品可能会使用高频率GDDR4/GDDR5显存.NVIDIA公司目前还没有使用性能出色的GDDR5显存的产品.在中央处理器CPU中，Cache缓存大小一直是衡量处理器性能的重要指标之一，但是在GPU图形处理器中却很少提起，那么，GPU有缓存么？答案是肯定的，只不过不常被人关注.在NVIDIAGeForce8800Ultra(G80)芯片中，有32KB的寄存器RegisterFiles空间，64KB的共享存储器SharedMemory空间，而在GT200芯片中，寄存器和共享存储器空间分别达到了64KB和128KB，此外还有固定存储器、纹理存储器等等存储器内置于GPU中.NVIDIA英伟达美国游戏卡，专业图形卡，通用计算AMD(ATI)超微/冶天美国游戏卡，专业图形卡，通用计算3DLabs美国专业图形卡MatroParhelia幻日美国2D卡，专业图形卡Intel英特尔美国集成显卡VIA.S3威盛台湾游戏卡，2D卡SiS矽统台湾集成显卡曾经的3DFX美国曾经的王者，后被NVIDIA收购曾经的XGI美国后被AMD(当时的ATI)收购Andsoon…RadeonHD5970HD58704870X2顶级RadeonHD4890顶级RadeonHD5850HD5830HD4870高端RadeonHD5770/5750HD4850/HD4830主流RadeonHD5670HD4750主流RadeonHD5550HD4670/HD4650主流RadeonHD5450HD3850/3870主流不宜购买的:RadeonHD3650RadeonHD3450/3470GeForceGTX295顶级GeForceGTX285/GTX280次顶级GeForceGTX260+高端GeForceGTS250/9800GTX+/8800GTS512MB主流GeForce9800GT/8800GT主流GeForce9600GT主流GeForce9600GSO主流不宜购买的：GeForce9500GT/8600GTGeForce9400GT/8500GTGeForce9300GS/8400GS1.HD58502.GT4453.HD58304.HD57305.GT4356.HD5650HD565x(HD4670)7.GT425GT3358.HD5165HD560x9.GT420GT330GT24010.GT230GT32511.GT130GT32012.HD5145HD545x(HD4570)13.HD5450GMAHD20014.HD5430HD540x蓝宝石(AIB)迪兰恒进(AIB)HIS希仕(AIB)Inno3D映众(AIC)LeadTek丽台(AIC)BFG(AIC)EVGA(AIC)XFX讯景(AIC)索泰(AIC)影驰(AIC)同德耕升(AIC)同德ASL翔升(AIC)ASUS华硕(AIC,AIB)GigaByte技嘉(AIC,AIB)MSI微星(AIC,AIB)同德或者启亨系(七彩虹(AIC)，盈通，双敏，铭瑄，昂达)TRIPLEX启亨(AIB,AIC)Jetway捷波(AIC)andsoon…目的：在一套平台中使用多块显示卡同时对画面进行并行渲染，从而提升性能（多为游戏）.技术名称：NVIDIA公司称为SLI/HybridSLI技术.AMD公司称为CrossFire/HybridCrossFire技术.交替帧渲染模式(AlternateFrameRendering，AFR)：将奇数帧交给GPU0渲染，而偶数帧交给GPU1渲染.分割帧渲染模式(ScissorFrameRendering，SFR)：将同一帧画面分成1/GPU_NUM部分，每个部分交给一个GPU渲染.采用多显卡的系统对开发人员来说都是隐藏的，开发者不必关心目标系统中采用了多少的GPU，GPU的分工都是有驱动程式Driver来完成的.设计：布线的设计和PCB层数，目前PCB层数从低端卡的4层-6层到高端卡的8层-14层不等.层数越多则代表成本越高.布线方式：好的布线不仅保证了每颗显存到显示芯片的距离都一致，而且还应具有良好的抗电磁干扰性和极少的电磁辐射。反映到显卡外观上，应看到从显存到显示芯片用了大量的蛇行线以保证每条线的长度一致，从而增强显卡的稳定性。蛇行线还有消除长直布线在电流通过时产生的电感现象，大大减轻了线与线之间的串扰问题，当然通过减小布线的密度也能起到相同的作用。大量采用贴片元件，胆质电容和金属贴片电阻。好的元件保证了这些显卡品质的优良和性能的稳定，在产品的外观上也显得整洁，漂亮。采用固态电容能够增加显卡的时间稳定性和更加抗拒恶劣使用环境，同时也能增加美观.现在的显卡大厂都是用机器摆料和焊接，所以板上的元器件排列一般都很整齐，但这仅局限于贴片元件，电解电容这些插入式元件难免会东倒西歪，影响外观的整洁。在这一点上全贴片设计的显卡的优势就被充分体现了出来。另外，一些显卡厂商生产的显卡都采用类似于铣床的方法来切割PCB板，使显卡边缘十分光滑，美观。采用切割、折板的方法生产的显卡PCB板，虽不影响性能，但外观却显得要粗糙一些。在制造工艺上还有一个能明显看出做工好坏的地方，就是金手指的镀金厚度。优质的PCB板应该能看到金手指有一定的厚度，能经受反复的插拔，以保证显卡与插槽接触良好。简单来说，判定显卡的做工精良的标准是显卡PCB板上的元件应排列整齐，焊点干净均匀，电解电容双脚能否插到低，而不会东倒西歪，金手指镀得厚，不易驳落。用料优秀。ATIRadeonHD5970FutureMark公司的3DMark系列软体：从3DMark98发布至今，3DMark测试软体得出的分数已经成为衡量游戏显卡性能的重要标杆之一.最新版本3DMarkVantage，基于DirectX10API创建，只能运行在WindowsVistaSP1下.较常用的版本3DMark06，主要考察的是DiretcX9.0cAPI性能，运行在Windows2000以上操作系统.此外也有AQMark等等测试软件.FutureMark公司专门设立了3DMark得分世界排行榜，来对来自世界各地的成绩进行排名.其3DMark得分的世界纪录也是目前超频界最富挑战的竞技项目之一.性能测试原理：测试软体通过实时渲染一定数量的3D场景，根据帧数来评定显示卡的性能的高低，最终依靠帧数和固定的公式得出最后的得分.GPU-Z：一个识别显卡信息的免费的小工具。EVEREST：一个不仅仅可以识别显卡信息的共享软件，可以识别系统中几乎所有信息。其他还有好多～但是常用的基本就这两个.面向的对象为图形工作站，专业软件领域，比如3dsmax,Maya等等软件用户.主流的为NVIDIA公司的Quadro系列.之后为AMD公司的FirePro/FireMV系列.也有Maxtro公司和3DLabs公司的产品.目前两大主流游戏开发API：来自微软的DirectX和来自开放组织的OpenGL.OpenGL：起初是图形界的霸者，但是后来因为组织的管理不善（官僚主义），导致OpenGL进展非常不顺利，直到被微软的Direct3D在桌面领域完全超越，目前退居到专业图形领域。目前最新技术标准版本为OpenGL3.0版本.Direct3D：起初微软也是OpenGL组织成员之一，但是后来微软的叛变，并且带来直接的DirectXAPI,目前已经是桌面图形游戏界绝对主流，最新版本DirectX11已经和Windows7同步发布.目的：模拟真实世界中的物体运动轨迹，使物体的运动更加具有真实感，减轻CPU的负担.技术名称：NVIDIA得益于收购AGEIA公司从而得到了其PhysX技术，目前已经在兄弟连：地狱公路，Mirror’sEdge镜之边缘等少部分