圖形卡:計算機電子科學技術産品-中文百科頻道

基本内容

工作原理

經過CPU處理後的數據（data）必須經曆以下4個步驟，才會到達顯示屏：　　n1．從總線（bus）進入GPU（GraphicsProcessingUnit，圖形處理器）：将CPU送來的數據送到北橋（主橋）再送到GPU（圖形處理器）裡面進行處理。　n2．從VIdeochipset（顯卡芯片組）進入videoRAM（顯存）：将芯片處理完的數據送到顯存。　n3．從顯存進入DigitalAnalogConverter（=RAMDAC，随機讀寫存儲數—模轉換器）：從顯存讀取出數據再送到RAMDAC進行數據轉換的工作（數字信号轉模拟信号）。　n4．從DAC進入顯示器（Monitor）：将轉換完的模拟信号送到顯示屏。　n　顯示效能是系統效能的一部份，其效能的高低由以上四步所決定，它與顯示卡的效能（videoperformance）不太一樣，如要嚴格區分，n顯示卡的效能應該受中間兩步所決定，因為這兩步的資料傳輸都是在顯示卡的内部。n第一步是由CPU（運算器和控制器一起組成的計算機的核心，稱為微處理器或中央處理器）進入到顯示卡裡面，最後一步是由顯示卡直接送資料到顯示屏上。

顯卡區分

集成顯卡是将顯示芯片、顯存及其相關電路都做在主闆上，與主闆融為一體；集成顯卡的顯示芯片有單獨的，但現在大部分都集成在主闆的北橋芯片中；一些主闆集成的顯卡也在主闆上單獨安裝了顯存，但其容量較小，集成顯卡的顯示效果與處理性能相對較弱，不能對顯卡進行硬件升級，但可以通過CMOS調節頻率或刷入新BIOS文件實現軟件升級來挖掘顯示芯片的潛能；集成顯卡的優點是功耗低、發熱量小、部分集成顯卡的性能已經可以媲美入門級的獨立顯卡，所以不用花費額外的資金購買顯卡。

獨立顯卡是指将顯示芯片、顯存及其相關電路單獨做在一塊電路闆上，自成一體而作為一塊獨立的闆卡存在，它需占用主闆的擴展插槽（ISA、PCI、AGP或PCI-E。獨立顯卡單獨安裝有顯存，一般不占用系統内存，在技術上也較集成顯卡先進得多，比集成顯卡能夠得到更好的顯示效果和性能，容易進行顯卡的硬件升級；其缺點是系統功耗有所加大，發熱量也較大，需額外花費購買顯卡的資金。獨立顯卡成獨立的闆卡存在，需要插在主闆的相應接口上，獨立顯卡具備單獨的顯存，不占用系統内存，而且技術上領先于集成顯卡，能夠提供更好的顯示效果和運行性能。

基本結構

GPU

全稱是GraphicProcessingUnit，中文翻譯為"圖形處理器"。NVIDIA公司在發布GeForce256圖形處理芯片時首先提出的概念。GPU使顯卡減少了對CPU的依賴，并進行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時。GPU所采用的核心技術有硬件T&L(幾何轉換和光照處理)、立方環境材質貼圖和頂點混合、紋理壓縮和凹凸映射貼圖、雙重紋理四像素256位渲染引擎等，而硬件T&L技術可以說是GPU的标志。GPU的生産主要由nVidia與ATI兩家廠商生産。

顯存

顯示内存的簡稱。顧名思義，其主要功能就是暫時将儲存顯示芯片要處理的數據和處理完畢的數據。圖形核心的性能愈強，需要的顯存也就越多。以前的顯存主要是SDR的，容量也不大。而現在市面上基本采用的都是DDR3規格的，在某些高端卡上更是采用了性能更為出色的DDR4或DDR5代内存。顯存主要由傳統的内存制造商提供，比如三星、現代、Kingston等。

顯卡bios

顯卡BIOS主要用于存放顯示芯片與驅動程序之間的控制程序，另外還存有顯示卡的型号、規格、生産廠家及出廠時間等信息。打開計算機時，通過顯示BIOS内的一段控制程序，将這些信息反饋到屏幕上。早期顯示BIOS是固化在ROM中的，不可以修改，而現在的多數顯示卡則采用了大容量的EPROM，即所謂的FlashBIOS，可以通過專用的程序進行改寫或升級。

顯卡PCB闆

就是顯卡的電路闆，它把顯卡上的其它部件連接起來。功能類似主闆。

其它

比如GPU風扇等等。

産品分類

AGP接口

AccelerateGraphicalPort是Intel公司開發的一個視頻接口技術标準,是為了解決PCI總線的低帶寬而開發的接口技術。它通過将圖形卡與系統主内存連接起來，在CPU和圖形處理器之間直接開辟了更快的總線。

其發展經曆了AGP1.0(AGP1X/2X)、AGP2.0(AGP4X)、AGP3.0(AGP8X)。最新的AGP8X其理論帶寬為2.1Gbit/秒。目前已經被PCI-E接口基本取代（2006年大部分廠家已經停止生産）。

PCIExpress接口

PCIExpress是新一代的總線接口，而采用此類接口的顯卡産品，已經在2004年正式面世。早在2001年的春季“英特爾開發者論壇”上，英特爾公司就提出了要用新一代的技術取代PCI總線和多種芯片的内部連接，并稱之為第三代I/O總線技術。随後在2001年底，包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家業界主導公司開始起草新技術的規範，并在2002年完成，對其正式命名為PCIExpress。

雙卡技術

SLI和CrossFire分别是Nvidia和ATI兩家的雙卡或多卡互連工作組模式.其本質是差不多的.隻是叫法不同

SLIScanLineInterlace（掃描線交錯）技術是3dfx公司應用于Voodoo上的技術，它通過把2塊Voodoo卡用SLI線物理連接起來，工作的時候一塊Voodoo卡負責渲染屏幕奇數行掃描，另一塊負責渲染偶數行掃描，從而達到将兩塊顯卡“連接”在一起獲得“雙倍”的性能。SLI中文名速力，目前的SLI工作模式與早期Voodoo有所不同，現在改為屏幕分區渲染。

CrossFire，中文名交叉火力，簡稱交火，是ATI的一款多重GPU技術，可讓多張顯示卡同時在一部電腦上并排使用，增加運算效能，與NVIDIA的SLI技術競争。CrossFire技術于2005年6月1日，在ComputexTaipei2005正式發布，比SLI遲一年。從首度公開至今，CrossFire經過了一次修訂。

如何組建：

組建SLI和Crossfire，需要幾個方面。

1、需要2個以上的顯卡，必須是PCI-E，不要求必須是相同核心，混合SLI可以用于不同核心顯卡。

2、需要主闆支持，目前SLI授權已開放，支持SLI的主闆有NV自家的主闆和Intel的主闆，如570SLI(AMD)、680iSLI(Intel)。Crossfire開放授權，目前INTEL平台較高芯片組，945、965、P35、P31、P43、P45、X38、X48.。AMD自家的770X790X790FX790GX均可進行crossfire。

3、系統支持。

4、驅動支持。

顯卡并行

無論是Nvidia還是ATi，目前均可用自己最新的集成顯卡和獨立顯卡進行混合并行使用，但是由于驅動原因，目前Nvidia的MCP78隻能和低端的8400GS,8500GT混合SLI，ATi的780G,790GX隻能和低端的2400PRO/XT，3450進行混合Crossfire。

顯卡進行Crossfire

ATI目前的部分新産品支持不同型号顯卡之間進行交火，比如HD3870X2與HD3870組建交火系統，或者HD4870與HD4850之間組建交火系統。這種交火需要硬件以及驅動的支持，并不是所有型号之間都可以。目前的HD4870與HD4850交火已取得不錯的成績。

軟件配置

DirectX

DirectX并不是一個單純的圖形API，它是由微軟公司開發的用途廣泛的API，它包含有DirectGraphics(Direct3D+DirectDraw)、DirectInput、DirectPlay、DirectSound、DirectShow、DirectSetup、DirectMediaObjects等多個組件，它提供了一整套的多媒體接口方案。隻是其在3D圖形方面的優秀表現，讓它的其它方面顯得暗淡無光。DirectX開發之初是為了彌補Windows3.1系統對圖形、聲音處理能力的不足，而今已發展成為對整個多媒體系統的各個方面都有決定性影響的接口。最新版本為DirectX11。

DirectX是微軟開發并發布的多媒體開發軟件包，其中有一部分叫做Direct3D。大概因為是微軟的手筆，有的人就說它将成為3D圖形的标準。

OpenGL

OpenGL是OpenGraphicsLib的縮寫，是一套三維圖形處理庫，也是該領域的工業标準。計算機三維圖形是指将用數據描述的三維空間通過計算轉換成二維圖像并顯示或打印出來的技術。OpenGL就是支持這種轉換的程序庫，它源于SGI公司為其圖形工作站開發的IRISGL，在跨平台移植過程中發展成為OpenGL。SGI在1992年7月發布1.0版，後成為工業标準，由成立于1992年的獨立财團OpenGLArchitectureReviewBoard(ARB)控制。SGI等ARB成員以投票方式産生标準，并制成規範文檔(Specification)公布，各軟硬件廠商據此開發自己系統上的實現。隻有通過了ARB規範全部測試的實現才能稱為OpenGL。1995年12月ARB批準了1.1版本，最新版規範是在SIGGRAPH2007公布的OpenGL3.0。

【主要參數】

1.顯示芯片（型号、版本級别、開發代号、制造工藝、核心頻率）

2.顯存（類型、位寬、容量、封裝類型、速度、頻率）

3.技術（象素渲染管線、頂點着色引擎數、3DAPI、RAMDAC頻率及支持MAX分辨率）

4.PCB闆（PCB層數、顯卡接口、輸出接口、散熱裝置）

顯示芯片

又稱圖型處理器-GPU，它在顯卡中的作用，就如同CPU在電腦中的作用一樣。更直接的比喻就是大腦在人身體裡的作用。

先簡要介紹一下常見的生産顯示芯片的廠商：Intel、ATI、nVidia、VIA（S3）、SIS、Matrox、3DLabs。

Intel、VIA（S3）、SIS主要生産集成芯片；

ATI、nVidia以獨立芯片為主，是目前市場上的主流。

Matrox、3DLabs則主要面向專業圖形市場。

開發代号

所謂開發代号就是顯示芯片制造商為了便于顯示芯片在設計、生産、銷售方面的管理和驅動架構的統一而對一個系列的顯示芯片給出的相應的基本的代号。開發代号作用是降低顯示芯片制造商的成本、豐富産品線以及實現驅動程序的統一。

一般來說，顯示芯片制造商可以利用一個基本開發代号再通過控制渲染管線數量、頂點着色單元數量、顯存類型、顯存位寬、核心和顯存頻率、所支持的技術特性等方面來衍生出一系列的顯示芯片來滿足不同的性能、價格、市場等不同的定位，還可以把制造過程中具有部分瑕疵的高端顯示芯片産品通過屏蔽管線等方法處理成為完全合格的相應低端的顯示芯片産品出售，從而大幅度降低設計和制造的難度和成本，豐富自己的産品線。同一種開發代号的顯示芯片可以使用相同的驅動程序，這為顯示芯片制造商編寫驅動程序以及消費者使用顯卡都提供了方便。

同一種開發代号的顯示芯片的渲染架構以及所支持的技術特性是基本上相同的，而且所采用的制程也相同，所以開發代号是判斷顯卡性能和檔次的重要參數。同一類型号的不同版本可以是一個代号，例如：GeForce(X700、X700Pro、X700XT)代号都是RV410；而Radeon(X1900、X1900XT、X1900XTX)代号都是R580等，但也有其他的情況，如：GeForce(7300LE、7300GS)代号是G72；而GeForce(7300GT、7600GS、7600GT)代号都是G73等。

制造工藝

制造工藝指得是在生産GPU過程中，要進行加工各種電路和電子元件，制造導線連接各個元器件。通常其生産的精度以um(微米)來表示，未來有向nm(納米)發展的趨勢（1mm=1000um1um=1000nm），精度越高，生産工藝越先進。在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線也越細，提高芯片的集成度，芯片的功耗也越小。

制造工藝的微米是指IC(integratedcircuit集成電路)内電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展。密度愈高的IC電路設計，意味着在同樣大小面積的IC中，可以擁有密度更高、功能更複雜的電路設計。微電子技術的發展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進，使得器件的特征尺寸不斷縮小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工藝在1995年以後，從0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米，再到目前主流的90納米(0.09微米)、65納米、55nm等。

核心頻率

顯卡的核心頻率是指顯示核心的工作頻率，其工作頻率在一定程度上可以反映出顯示核心的性能，但顯卡的性能是由核心頻率、顯存頻率、顯存位寬、像素管線顯存容量、像素填充率等等多方面的情況所決定的，因此在顯示核心不同的情況下，核心頻率高并不代表此顯卡性能強勁。比如9600PRO的核心頻率達到了400MHz，要比9800PRO的380MHz高，但在性能上9800PRO絕對要強于9600PRO。在同樣級别的芯片中，核心頻率高的則性能要強一些，提高核心頻率就是顯卡超頻的方法之一。

顯示芯片主流的隻有ATI和NVIDIA兩家，兩家都提供顯示核心給第三方的廠商，在同樣的顯示核心下，部分廠商會适當提高其産品的顯示核心頻率，使其工作在高于顯示核心固定的頻率上以達到更高的性能。

顯卡上采用的顯存類型主要有SDRDDRSDRAM，DDRSGRAM、DDR2、DDR3、DDR4、DDR5。

DDRSDRAM是DoubleDataRateSDRAM的縮寫(雙倍數據速率)，它能提供較高的工作頻率，帶來優異的數據處理性能。

DDRSGRAM是顯卡廠商特别針對繪圖者需求，為了加強圖形的存取處理以及繪圖控制效率，從同步動态随機存取内存（SDRAM）所改良而得的産品。SGRAM允許以方塊(Blocks)為單位個别修改或者存取内存中的資料，它能夠與中央處理器(CPU)同步工作，可以減少内存讀取次數，增加繪圖控制器的效率，盡管它穩定性不錯，而且性能表現也很好，但是它的超頻性能很差。

目前市場上的主流是DDR2DDR3。(ATi則有部分顯卡是GDDR4，GDDR5)

位寬

顯存位寬是顯存在一個時鐘周期内所能傳送數據的位數，位數越大則瞬間所能傳輸的數據量越大，這是顯存的重要參數之一。目前市場上的顯存位寬有64位、128位、256位和512位幾種，人們習慣上叫的64位顯卡、128位顯卡和256位顯卡就是指其相應的顯存位寬。顯存位寬越高，性能越好價格也就越高，因此512位寬的顯存更多應用于高端顯卡，而主流顯卡基本都采用128和256位顯存。

顯存帶寬=顯存頻率X顯存位寬/8，在顯存頻率相當的情況下，顯存位寬将決定顯存帶寬的大小。例如：同樣顯存頻率為500MHz的128位和256位顯存，那麼它倆的顯存帶寬将分别為：128位=500MHz*128∕8=8GB/s，而256位=500MHz*256∕8=16GB/s，是128位的2倍，可見顯存位寬在顯存數據中的重要性。

顯卡的顯存是由一塊塊的顯存芯片構成的，顯存總位寬同樣也是由顯存顆粒的位寬組成。顯存位寬=顯存顆粒位寬×顯存顆粒數。顯存顆粒上都帶有相關廠家的内存編号，可以去網上查找其編号，就能了解其位寬，再乘以顯存顆粒數，就能得到顯卡的位寬。

容量

這個就比較好理解了，容量越大，存的東西就越多，當然也就越好。

目前主流的顯存容量128MB、256MB、512MB，1024MB等。

封裝類型

顯存封裝形式主要有:

TSOP(ThinSmallOut－LinePackage)薄型小尺寸封裝；

QFP(QuadFlatPackage)小型方塊平面封裝；

MicroBGA(MicroBallGridArray)微型球閘陣列封裝，又稱FBGA(Fine-pitchBallGridArray)；

目前的主流顯卡基本上是用TSOP和MBGA封裝，其中又以TSOP封裝居多。

速度

顯存速度一般以ns（納秒）為單位。常見的顯存速度有7ns、6ns、5.5ns、5ns、4ns，3.6ns、2.8ns、2.2ns、1.1ns等，越小表示速度越快越好。

顯存的理論工作頻率計算公式是：額定工作頻率（MHz）=1000/顯存速度×n得到（n因顯存類型不同而不同，如果是SDRAM顯存，則n=1；DDR顯存則n=2；DDRII顯存則n=4）。

頻率

顯存頻率一定程度上反應着該顯存的速度，以MHz（兆赫茲）為單位。

顯存頻率随着顯存的類型、性能的不同而不同：

SDRAM顯存一般都工作在較低的頻率上，一般就是133MHz和166MHz，此種頻率早已無法滿足現在顯卡的需求。

DDRSDRAM顯存則能提供較高的顯存頻率，因此是目前采用最為廣泛的顯存類型，目前無論中、低端顯卡，還是高端顯卡大部分都采用DDRSDRAM，其所能提供的顯存頻率也差異很大，主要有400MHz、500MHz、600MHz、650MHz等，高端産品中還有800MHz或900MHz，乃至更高。

顯存頻率與顯存時鐘周期是相關的，二者成倒數關系，也就是顯存頻率=1/顯存時鐘周期。如果是SDRAM顯存，其時鐘周期為6ns，那麼它的顯存頻率就為1/6ns=166MHz；而對于DDRSDRAM，其時鐘周期為6ns，那麼它的顯存頻率就為1/6ns=166MHz，但要了解的是這是DDRSDRAM的實際頻率，而不是我們平時所說的DDR顯存頻率。

因為DDR在時鐘上升期和下降期都進行數據傳輸，其一個周期傳輸兩次數據，相當于SDRAM頻率的二倍。習慣上稱呼的DDR頻率是其等效頻率，是在其實際工作頻率上乘以2，就得到了等效頻率。因此6ns的DDR顯存，其顯存頻率為1/6ns*2=333MHz。但要明白的是顯卡制造時，廠商設定了顯存實際工作頻率，而實際工作頻率不一定等于顯存最大頻率。此類情況現在較為常見，如顯存最大能工作在650MHz，而制造時顯卡工作頻率被設定為550MHz，此時顯存就存在一定的超頻空間。這也就是目前廠商慣用的方法，顯卡以超頻為賣點。

技術

象素渲染管線：渲染管線也稱為渲染流水線，是顯示芯片内部處理圖形信号相互獨立的的并行處理單元。

在某種程度上可以把渲染管線比喻為工廠裡面常見的各種生産流水線，工廠裡的生産流水線是為了提高産品的生産能力和效率，而渲染管線則是提高顯卡的工作能力和效率。渲染管線的數量一般是以像素渲染流水線的數量×每管線的紋理單元數量來表示。

渲染管線的數量是決定顯示芯片性能和檔次的最重要的參數之一，在相同的顯卡核心頻率下，更多的渲染管線也就意味着更大的像素填充率和紋理填充率，從顯卡的渲染管線數量上可以大緻判斷出顯卡的性能高低檔次。但顯卡性能并不僅僅隻是取決于渲染管線的數量，同時還取決于顯示核心架構、渲染管線的的執行效率、頂點着色單元的數量以及顯卡的核心頻率和顯存頻率等等方面。

一般來說在相同的顯示核心架構下，渲染管線越多也就意味着性能越高，但是在不同的顯示核心架構下，渲染管線的數量多就并不意味着性能更好，例如4×2架構的GeForce2GTS其性能就不如2×2架構的GeForce4MX440。

頂點着色引擎(VertexShader)，也稱為頂點遮蔽器，根據官方規格，頂點着色引擎是一種增加各式特效在3D場影中的處理單元，頂點着色引擎的可程式化特性允許開發者靠加載新的軟件指令來調整各式的特效，每一個頂點将被各種的數據變素清楚地定義，至少包括每一頂點的x、y、z坐标，每一點頂點可能包函的數據有顔色、最初的徑路、材質、光線特征等。頂點着色引擎數越多速度越快。

3DAPI：API是ApplicationProgrammingInterface的縮寫，是應用程序接口的意思，而3DAPI則是指顯卡與應用程序直接的接口。

3DAPI能讓編程人員所設計的3D軟件隻要調用其API内的程序，從而讓API自動和硬件的驅動程序溝通，啟動3D芯片内強大的3D圖形處理功能，從而大幅度地提高了3D程序的設計效率。如果沒有3DAPI，在開發程序時程序員必須要了解全部的顯卡特性，才能編寫出與顯卡完全匹配的程序，發揮出全部的顯卡性能。

而有了3DAPI這個顯卡與軟件直接的接口，程序員隻需要編寫符合接口的程序代碼，就可以充分發揮顯卡的性能，不必再去了解硬件的具體性能和參數，這樣就大大簡化了程序開發的效率。同樣，顯示芯片廠商根據标準來設計自己的硬件産品，以達到在API調用硬件資源時最優化，獲得更好的性能。有了3DAPI，便可實現不同廠家的硬件、軟件最大範圍兼容。比如在最能體現3DAPI的遊戲方面，遊戲設計人員設計時，不必去考慮具體某款顯卡的特性，而隻是按照3DAPI的接口标準來開發遊戲，當遊戲運行時則直接通過3DAPI來調用顯卡的硬件資源。

目前個人電腦中主要應用的3DAPI有：DirectX和OpenGL。

RAMDAC頻率和支持最大分辨率：

RAMDAC是RandomAccessMemoryDigital/AnalogConvertor的縮寫，即随機存取内存數字～模拟轉換器。

RAMDAC作用是将顯存中的數字信号轉換為顯示器能夠顯示出來的模拟信号，其轉換速率以MHz表示。計算機中處理數據的過程其實就是将事物數字化的過程，所有的事物将被處理成0和1兩個數，而後不斷進行累加計算。圖形加速卡也是靠這些0和1對每一個象素進行顔色、深度、亮度等各種處理。

顯卡生成的都是信号都是以數字來表示的，但是所有的CRT顯示器都是以模拟方式進行工作的，數字信号無法被識别，這就必須有相應的設備将數字信号轉換為模拟信号。而RAMDAC就是顯卡中将數字信号轉換為模拟信号的設備。RAMDAC的轉換速率以MHz表示，它決定了刷新頻率的高低（與顯示器的“帶寬”意義近似）。

其工作速度越高，頻帶越寬，高分辨率時的畫面質量越好.該數值決定了在足夠的顯存下，顯卡最高支持的分辨率和刷新率。如果要在1024×768的分辨率下達到85Hz的分辨率，RAMDAC的速率至少是1024×768×85Hz×1.344（折算系數）≈90MHz。目前主流的顯卡RAMDAC都能達到350MHz和400MHz，已足以滿足和超過目前大多數顯示器所能提供的分辨率和刷新率。

PCB是PrintedCircuitBlock的縮寫，也稱為印制電路闆。就是顯卡的軀體（綠色的闆子），顯卡一切元器件都是放在PCB闆上的，因此PCB闆的好壞，直接決定着顯卡電氣性能的好壞和穩定。

層數

目前的PCB闆一般都是采用4層、6層、或8層，理論上來說層數多的比少的好，但前提是在設計合理的基礎上。

PCB的各個層一般可分為信号層（Signal），電源層（Power）或是地線層（Ground）。每一層PCB版上的電路是相互獨立的。在4層PCB的主闆中，信号層一般分布在PCB的最上面一層和最下面一層，而中間兩層則是電源與地線層。相對來說6層PCB就複雜了，其信号層一般分布在1、3、5層，而電源層則有2層。至于判斷PCB的優劣，主要是觀察其印刷電路部分是否清晰明了，PCB是否平整無變形等等。