顯示卡

顯示卡

顯示卡(Video card,Graphics card)全稱顯示接口卡,又稱顯示適配器,是電腦最基本配置、最重要的配件之一。顯示卡作為電腦主機裏的一個重要組成部分,是電腦進行數模信號轉換的設備,承擔輸出顯示圖形的任務。顯示卡接在電腦主機板上,它將電腦的數位信號轉換成模擬信號讓顯示器顯示出來,同時顯示卡還是有圖像處理能力,可協助CPU工作,提高整體的運行速度。對于從事專業圖形設計的人來說顯示卡非常重要。 民用和軍用顯示卡圖形晶片供應商主要包括AMD(超微半導體)和Nvidia(英偉達)2家。現在的top500電腦,都包含顯示卡計算核心。在科學計算中,顯示卡被稱為顯示加速卡

  • 中文名稱
    顯示卡
  • 外文名稱
    Video adapter
  • 生產廠家
    Intel,Amd,Nvidia
  • 重要資料
    核心,架構,頻寬

​基本簡介

顯示卡全稱顯示接口卡(Video card,Graphics card)又稱為顯示適配器(Video adapter),顯示器配置卡簡稱為顯示卡,是個人電腦最基本組成部分之一。

顯示卡顯示卡

顯示卡的用途是將電腦系統所需要的顯示信息進行轉換驅動,並向顯示器提供行掃描信號,控製顯示器的正確顯示,是連線顯示器和個人電腦主機板的重要元件,是“人機對話”的重要設備之一。

顯示卡作為電腦主機裏的一個重要組成部分,承擔輸出顯示圖形的任務,對于從事專業圖形設計的人來說顯示卡非常重要。民用顯示卡圖形晶片供應商主要包括AMD(超微半導體)和Nvidia(英偉達)2家。

顯示卡分類

集成顯示卡

集成顯示卡是將顯示晶片、顯存及其相關電路都做在主機板上,與主機板融為一體;集成顯示卡的顯示晶片有單獨的,但大部分都集成在主機板的北橋晶片中;一些主機板集成的顯示卡也在主機板上單獨安裝了顯存,但其容量較小,集成顯示卡的顯示效果與處理性能相對較弱,不能對顯示卡進行硬體升級,但可以通過CMOS調節頻率或刷入新BIOS檔案實現軟體升級來挖掘顯示晶片的潛能。

集成顯示卡的優點:是功耗低、發熱量小、部分集成顯示卡的性能已經可以媲美入門級的獨立顯示卡,所以不用花費額外的資金購買顯示卡。

集成顯示卡的缺點:性能相對略低,且固化在主機板或CPU上,本身無法更換,如需更換,隻能與主機板或顯示卡一次性更換。

目前運用于高端主機板(1000元到5000元甚至以上)上的集成顯示卡有些甚至可以堪比NVIDIA或者ATI的入門顯示卡(GT 730和r7 250)。

獨立顯示卡

獨立顯示卡是指將顯示晶片、顯存及其相關電路單獨做在一塊電路板上,自成一體而作為一塊獨立的板卡存在,它需佔用主機板的擴展插槽(ISA、PCI、AGP或PCI-E)。

獨立顯示卡的優點:單獨安裝有顯存,一般不佔用系統記憶體,在技術上也較集成顯示卡先進得多,比集成顯示卡能夠得到更好的顯示效果和性能,容易進行顯示卡的硬體升級。

獨立顯示卡的缺點:系統功耗有所加大,發熱量也較大,需額外花費購買顯示卡的資金,同時(特別是對手提電腦)佔用更多空間。

目前性能最強的獨立顯示卡是AMD的r9 395x2

核芯顯示卡

核芯顯示卡是Intel新一代圖形處理核心,和以往的顯示卡設計不同,Intel憑借其在處理器製程上的先進工藝以及新的架構設計,將圖形核心與處理核心整合在同一塊基板上,構成一顆完整的處理器。智慧型處理器架構這種設計上的整合大大縮減了處理核心、圖形核心、記憶體及記憶體控製器間的資料周轉時間,有效提升處理效能並大幅降低晶片組整體功耗,有助于縮小了核心組件的尺寸,為手提電腦、一體機等產品的設計提供了更大選擇空間。

顯示卡顯示卡

需要註意的是,核芯顯示卡和傳統意義上的集成顯示卡並不相同。目前手提電腦平台採用的圖形解決方案主要有“獨立”和“集成”兩種,前者擁有單獨的圖形核心和獨立的顯存,能夠滿足復雜龐大的圖形處理需求,並提供高效的影片編碼套用;集成顯示卡則將圖形核心以單獨晶片的方式集成在主機板上,並且動態共享部分系統記憶體作為顯存使用,因此能夠提供簡單的圖形處理能力,以及較為流暢的編碼套用。相對于前兩者,核芯顯示卡則將圖形核心整合在處理器當中,進一步加強了圖形處理的效率,並把集成顯示卡中的“處理器+南橋+北橋(圖形核心+記憶體控製+顯示輸出)”三晶片解決方案精簡為“處理器(處理核心+圖形核心+記憶體控製)+主機板晶片(顯示輸出)”的雙晶片模式,有效降低了核心組件的整體功耗,更利于延長手提電腦的續航時間。

核芯顯示卡的優點:低功耗是核芯顯示卡的最主要優勢,由于新的精簡架構及整合設計,核芯顯示卡對整體能耗的控製更加優異,高效的處理性能大幅縮短了運算時間,進一步縮減了系統平台的能耗。

高性能也是它的主要優勢:核芯顯示卡擁有諸多優勢技術,可以帶來充足的圖形處理能力,相較前一代產品其性能的進步十分明顯。核芯顯示卡可支持DX12、SM4.0、OpenGL2.0、以及全高清Full HD MPEG2/H.264/VC-1格式解碼等技術,即將加入的性能動態調節更可大幅提升核芯顯示卡的處理能力,令其完全滿足于普通使用者的需求。

核芯顯示卡的缺點:配置核芯顯示卡的CPU通常價格較高,同時其難以勝任大型遊戲

目前AMD推出的APU系列便是一款高性能高性價比的核顯cpu,可以駕馭較為強大的3d遊戲,a10系列甚至可以流暢運行戰地3。

常見品牌

顯示卡業的競爭也是日趨激烈。各類品牌名目繁多,以下目前比較常見的一線廠商和較為有名的廠商,僅供參考:藍寶石、華碩、迪蘭恆進、索泰、訊景、技嘉、映眾、微星、映泰、銘瑄、翔升、盈通、七彩虹、影馳、麗台

顯示卡顯示卡

國外比較不錯的顯示卡廠商有EVGA

a卡的一線品牌是迪蘭恆進和藍寶石,訊景相比差一點點;n卡的一線品牌是華碩 七彩虹 影馳  技嘉  盈通 銘瑄 索泰,其餘的是差一點口碑或者技術。

其中藍寶石、華碩是在自主研發方面做的不錯的品牌,藍寶石隻做A卡,華碩的A卡和N卡都是核心合作伙伴,相對于七彩虹這類的通路品牌來說,擁有自主研發的廠商在做工方面和特色技術上會更出色一些,而其他廠商的價格則要便宜一些,(一般來說一線的做工好 質量好 價格貴 二線的做工和質量差不到好多隻是口碑不如一線 所以有錢買一線顯示卡 沒錢買二線顯示卡 三線顯示卡基本上不用考慮了)每個廠商都有自己的品牌特色,像華碩的“為遊戲而生”,七彩虹的“遊戲顯示卡專家”,影馳的“至尊品牌”都是大家耳熟能詳的。

主要參數

1.顯示晶片(晶片廠商、晶片型號、製造工藝、核心代號、核心頻率、SP單元、渲染管線、版本級別)

2.顯示卡記憶體(顯存類型、顯存容量、顯存頻寬(顯存頻率×顯存位寬÷8)、顯存速度、顯存顆粒、最高解析度、顯存時鍾周期、顯存封裝)

3.技術支持(像素填充率、頂點著色引擎、3D API、RAMDAC頻率)

4.顯示卡PCB板(PCB層數、顯示卡接口、輸出接口、散熱裝置)

顯示晶片

又稱圖形處理器-GPU。

常見的生產顯示晶片的廠商:Intel、AMD(收購了ATI)、NVIDIA、VIA(S3)、SIS、Matrox、3D Labs。

Intel、VIA(S3)、SIS主要生產集成晶片。

ATI、NVIDIA以獨立晶片為主,是市場上的主流。

Matrox、3D Labs則主要面向專業圖形顯示卡市場。

型號

ATI公司的主要品牌Radeon(鐳龍)系列,其型號由早期的7000、8000、9000、X系列和HD2000、3000系列再到近期的Radeon HD 4000、5000、6000、7000系列。目前最新的是r5 r7 r9系列顯示卡。

NVIDIA公司的主要品牌GeForce(精視)系列,其型號由早期的GeForce 256.GeForce2、GeForce3、GeForce4到GeForceFX、再到GeForce6系列、Geforce7系列、GeForce8系列,GeForce9系列再到近期的GT200、300、400、500、600系列。目前最新的是gtx1000系列中的gtx1080顯示卡。

版本級別

除了上述標準版本之外,還有些特殊版,特殊版一般會在標準版的型號後面加個尾碼,從強到弱依次為XTX>XT>XL/GTO>Pro/GT>SE常見的有:

ATI:

SE(Simplify Edition 簡化版)通常隻有64bit記憶體介面,或者是像素流水線數量減少。

Radeon 9250 SE RadeonX300 SE

Pro(Professional Edition 專業版)高頻版,一般比標版在管線數量/頂點數量還有頻率這些方面都要稍微高一點。

Radeon 9700Pro

XT(eXTreme 高端版)是ATi系列中高端的,而NVIDIA用作低端型號。

Radeon 9800XT Radeon 2900XT

XT PE(eXTreme Premium Edition XT白金版)高端的型號。

XL(eXTremeLimited 高端系列中的較低端型號)ATI最新推出的R430中的高頻版。

Radeon X800XL Radeon X1800 XL

XTX(XT eXtreme 高端版)X1000系列發布之後的新的命名規則。

1800XTX 1900XTX

CF(crossfire)交叉火力(又名交火)

VIVO(VIDEO IN and VIDEO OUT)指顯示卡同時具備影片輸入與影片捕捉兩大功能。

HM(Hyper Memory)可以佔用記憶體的顯示卡。

Radeon X1300 HM

NVIDIA:  

自G200系列之後,NVIDIA重新命名顯示卡尾碼版本,使產品線更加整齊了。

ZT在XT基礎上再次降頻以降低價格。

XT降頻版,而在ATi中表示最高端。

顯示卡顯示卡

LE(Lower Edition 低端版)和XT基本一樣,ATi也用過。

GT 640M LE GeForce 6200 LE GeForce 6600LE

SE和LE相似基本是GS的簡化版最低端的幾個型號

MX平價版,大眾類。

GT 520MX

GS普通版或GT的簡化版。

6800 GS

GE也是簡化版不過略微強于GS一點點,影馳顯示卡用來表示"骨灰玩家版"的東東。

GT常見的遊戲晶片。比GS高一個檔次,因為GT沒有縮減管線和頂點單元。屬于入門產品線。

GT120 GT130 GT140 GT200 GT220 GT240 GeForce 7300GT 等

GTS介于GT和GTX之間的版本GT的加強版,屬于主流產品線。

GTS450 GTS250(9800GTX+ ) 8800 GTS等

GTX(GT eXtreme)代表著最強的版本簡化後成為GT,屬于高端/性能級顯示卡。

GTXGTX690 GTX680 GTX590 GTX580 GTX480 GTX295 GTX470 GTX285 GTX280 GTX460 GTX275 GTX260+ GTX260等

Ultra在GF8系列之前代表著最高端,但9系列最高端的命名就改為GTX 。

8800 Ultra 6800 Ultra GeForce2 Ultra

GT2 eXtreme雙GPU顯示卡。指兩塊顯示卡以SLI並組的方式整合為一塊顯示卡,不同于SLI的是隻有一個接口。

9800GX2 7950GX2

TI(Titanium 鈦)以前的用法一般就是代表了NVidia的高端版本。

GTX 560 Ti GeForce4 Ti GTX 550 Ti GeForce3 Ti 500

Go用于移動平台。

Go 7900 GS Go 7950 GTX Go 7700 Go 7200 Go 6100

TC(Turbo Cache)可以佔用記憶體的顯示卡。

G低端入門產品

G100 G110 G210 G310(9300GS 9400GT ) G102M等

M手提電腦顯示卡尾碼版本(AMD和NVIDIA) 。

Radeon HD 6990M GTX 580M HD 6970M HD 6870M HD 6490M GT 230M GT 555M GT630M GT540M等

SLI(Scalable Link Interface)速力(是NVIDIA的一項雙卡技術)

開發代號

所謂開發代號就是顯示晶片製造商為了便于顯示晶片在設計、生產、銷售方面的管理和驅動架構的統一而對一個系列的顯示晶片給出的相應基本代號。開發代號的作用是降低顯示晶片製造商的成本、豐富產品線以及實現驅動程式的統一。一般來說,顯示晶片製造商可以利用一個基本開發代號在通過控製渲染管線數量、頂點著色單元數量、顯存類型、顯存位寬、核心和顯存頻率、所支持的技術特徵等方面來衍生出一系列的顯示晶片從而滿足不同的性能、價格、市場等不同的定位,還可以把製造過程中具有部分瑕疵的高端顯示晶片產品通過禁止管線等方法處理成為完全合格的相應低端的顯示晶片產品出售,從而大幅度降低設計和製造的難度和成本,豐富自己的產品線。同一種開發代號的顯示晶片可以使用相同的驅動程式,這為顯示晶片製造商編寫驅動程式以及消費者使用顯示卡都提供了方便。

同一種開發代號的顯示晶片的渲染架構以及所支持的技術特徵是基本相同的,而且所採用的製程也相同,所以開發代號是判斷顯示卡性能和檔次的重要參數。同一類型號的不同版本可以是一個代號,例如:GeForce(GTX260、GTX280、GTX295)代號都是GT200;而Radeon(HD4850、HD4870)代號都是RV770等,但也有其他的情況,如:GeForce(9800GTX、9800GT)代號是G92;而GeForce(9600GT、9600GSO)代號都是G94等。

製造工藝

製造工藝指得是在生產GPU過程中,要進行加工各種電路和電子元件,製造導線連線各個元器件。通常其生產的精度以nm(納米)來表示(1mm=1000000nm),精度越高,生產工藝越先進。在同樣的材料中可以製造更多的電子元件,連線線也越細,提高晶片的集成度,晶片的功耗也越小。

製造工藝的微米是指IC(integrated circuit 積體電路)內電路與電路之間的距離。製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,意味著在同樣大小面積的IC中,可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。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。晶片製造工藝在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、0.09微米,再到主流的32納米、22納米。

核心頻率

顯示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,但顯示卡的性能是由核心頻率、流處理器單元、顯存頻率、顯存位寬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,核心頻率高並不代表此顯示卡性能強勁。比如GTS250的核心頻率達到了750MHz,要比GTX260+的576MHz高,但在性能上GTX260+絕對要強于GTS250。在同樣級別的晶片中,核心頻率高的則性能要強一些,提高核心頻率就是顯示卡超頻的方法之一。顯示晶片主流的隻有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,部分廠商會適當提高其產品的顯示核心頻率,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。

顯存簡介

顯示卡上採用的顯存類型主要有SDR、DDR SDRAM、DDR SGRAM、DDR2.GDDR2.DDR3.GDDR3.GDDR4.GDDR5。

DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫(雙倍資料速率),它能提供較高的工作頻率,帶來優異的資料處理性能。

DDR SGRAM是顯示卡廠商特別針對繪圖者需求,為了加強圖形的存取處理以及繪圖控製效率,從同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)所改良而得的產品。SGRAM允許以方塊(Blocks)為單位個別修改或者存取記憶體中的資料,它能夠與中央處理器(CPU)同步工作,可以減少記憶體讀取次數,增加繪圖控製器的效率,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。

目前的主流是GDDR3和GDDR5。(其中GDDR4由于失敗沒有流行于市場)

XDR2 DRAM:XDR2的系統架構源于XDR,而不像XDR相對于RDRAM那樣有著巨大的差異,這從它們之間的系統架構的比較中就可以體現出來。XDR2與XDR系統整體在架構上的差別並不大,主要的不同體現在相關匯流排的速度設計上。首先,XDR2將系統時鍾的頻率從XDR的400MHz提高到500MHz;其次,在用于傳輸定址與控製命令的RQ匯流排上,傳輸頻率從800MHz提升至2GHz,即XDR2系統時鍾的4倍;最後,資料傳輸頻率由XDR的3.2GHz提高到8GHz,即XDR2系統時鍾頻率的16倍,而XDR則為8倍,因此,Rambus將XDR2的資料傳輸技術稱為16位資料速率(Hex Data Rate,HDR)。Rambus表示,XDR2記憶體晶片的標準設計位寬為16bit(它可以像XDR那樣動態調整位寬),按每個資料引腳的傳輸率為8GHz,即8Gbps計算,一枚XDR2晶片的資料頻寬就將達到16GB/s,與之相比,目前速度最快的GDDR3-800的晶片位寬為32bit,資料傳輸率為1.6Gbps,單晶片傳輸頻寬為6.4GB/s,隻是XDR2的40%,差距十分明顯。

頻寬

顯存位寬是顯存在一個時鍾周期內所能傳送資料的位數,位數越大則相同頻率下所能傳輸的資料量越大。2010年市場上的顯示卡顯存位寬主要有128位、192位、256位幾種。而顯存頻寬=顯存頻率X顯存位寬/8,它代表顯存的資料傳輸速度。在顯存頻率相當的情況下,顯存位寬將決定顯存頻寬的大小。例如:同樣顯存頻率為500MHz的128位和256位顯存,它們的顯存頻寬分別為:128位=500MHz*128/8=8GB/s;而256位=500MHz*256/8=16GB/s,是128位的2倍。顯示卡的顯存是由一塊塊的顯存晶片構成的,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記憶體編號,可以去網上查找其編號,就能了解其位寬,再乘以顯存顆粒數,就能得到顯示卡的位寬。其他規格相同的顯示卡,位寬越大性能越好。

容量

其他參數相同的情況下容量越大越好,但比較顯示卡時不能隻註意到顯存(很多js會以低性能核心配大顯存作為賣點)。比如說384M的9600GT就遠強于512M的9600GSO,因為核心和顯存頻寬上有差距。選擇顯示卡時顯存容量隻是參考之一,核心和頻寬等因素更為重要,這些決定顯示卡的性能優先于顯存容量。但必要容量的顯存是必須的,因為在高解析度高抗鋸齒的情況下可能會出現顯存不足的情況。目前市面顯示卡顯存容量從256MB-4GB不等。

封裝類型

TSOP (Thin Small Out-Line Package)薄型小尺寸封裝

QFP (Quad Flat Package)小型方塊平面封裝

MicroBGA (Micro Ball Grid Array)微型球閘陣列封裝,又稱FBGA(Fine-pitch Ball Grid Array)

2004年前的主流顯示卡基本上是用TSOP和MBGA封裝,TSOP封裝居多。但是由于nvidia的gf3.4系的出現,MBGA成為主流,mbga封裝可以達到更快的顯存速度,遠超TSOP的極限400MHZ。

速度

顯存速度一般以ns(納秒)為單位。常見的顯存速度有1.2ns、1.0ns、0.8ns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:等效工作頻率(MHz)=1000×n/(顯存速度)(n因顯存類型不同而不同,如果是GDDR3顯存則n=2;GDDR5顯存則n=4)。

頻率

顯存頻率一定程度上反應著該顯存的速度,以MHz(兆赫茲)為單位。顯存頻率的高低和顯存類型有非常大的關系:

SDRAM顯存一般都工作在較低的頻率上,此種頻率早已無法滿足顯示卡的需求。

DDR SDRAM顯存則能提供較高的顯存頻率,所以目前顯示卡基本都採用DDR SDRAM,其所能提供的顯存頻率也差異很大。目前已經發展到GDDR5,默認等效工作頻率最高已經達到4800MHZ,而且提高的潛力還非常大。

顯存頻率與顯存時鍾周期是相關的,二者成倒數關系,也就是顯存頻率(MHz)=1/顯存時鍾周期(NS)X1000。如果是SDRAM顯存,其時鍾周期為6ns,那麽它的顯存頻率就為1/6ns=166 MHz;而對于DDR SDRAM,其時鍾周期為6ns,那麽它的顯存頻率就為1/6ns=166 MHz,但要了解的是這是DDR SDRAM的實際頻率,而不是平時所說的DDR顯存頻率。因為DDR在時鍾上升期和下降期都進行資料傳輸,一個周期傳輸兩次資料,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的等效頻率。因此6ns的DDR顯存,其顯存頻率為1/6ns*2=333 MHz。但要明白的是顯示卡製造時,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,此類情況較為常見。不過也有顯存無法在標稱的最大工作頻率下穩定工作的情況。

流處理器單元

在DX10顯示卡出來以前,並沒有“流處理器”這個說法。GPU內部由“管線”構成,分為像素管線和頂點管線,它們的數目是固定的。簡單來說,頂點管線主要負責3D建模,像素管線負責3D渲染。由于它們的數量是固定的,這就出現了一個問題,當某個遊戲場景需要大量的3D建模而不需要太多的像素處理,就會造成頂點管線資源緊張而像素管線大量閒置,當然也有截然相反的另一種情況。這都會造成某些資源的不夠和另一些資源的閒置浪費。

在這樣的情況下,人們在DX10時代首次提出了“統一渲染架構”,顯示卡取消了傳統的“像素管線”和“頂點管線”,統一改為流處理器單元,它既可以進行頂點運算也可以進行像素運算,這樣在不同的場景中,顯示卡就可以動態地分配進行頂點運算和像素運算的流處理器數量,達到資源的充分利用。

現在,流處理器的數量的多少已經成為了決定顯示卡性能高低的一個很重要的指標,Nvidia和AMD-ATI也在不斷地增加顯示卡的流處理器數量使顯示卡的性能達到跳躍式成長,例如AMD-ATI的顯示卡HD3870擁有320個流處理器,HD4870達到800個,HD5870更是達到1600個!

值得一提的是,N卡和A卡GPU架構並不一樣,對于流處理器數的分配也不一樣。雙方沒有可比性。N卡每個流處理器單元隻包含1個流處理器,而A卡相當于每個流處理器單元裏面含有5個流處理器,(A卡流處理器/5)例如HD4850雖然是800個流處理器,其實隻相當于160個流處理器單元,另外A卡流處理器頻率與核心頻率一致,這是為什麽9800GTX+隻有128個流處理器,性能卻與HD4850相當(N卡流處理器頻率約是核心頻率的2.16倍)。

3D API

API是Application Programming Interface的縮寫,是應用程式接口的意思,而3D API則是指顯示卡與應用程式直接的接口。

3D API能讓編程人員所設計的3D軟體隻要調用其API內的程式,從而讓API自動和硬體的驅動程式溝通,啓動3D晶片內強大的3D圖形處理功能,從而大幅度地提高了3D程式的設計效率。如果沒有3D API,在開發程式時程式員必須要了解全部的顯示卡特徵,才能編寫出與顯示卡完全匹配的程式,發揮出全部的顯示卡性能。而有了3D API這個顯示卡與軟體直接的接口,程式員隻需要編寫符合接口的程式代碼,就可以充分發揮顯示卡的性能,不必再去了解硬體的具體性能和參數,這樣就大大簡化了程式開發的效率。同樣,顯示晶片廠商根據標準來設計自己的硬體產品,以達到在API調用硬體資源時最最佳化,獲得更好的性能。有了3D API,便可實現不同廠家的硬體、軟體最大範圍兼容。比如在最能體現3D API的遊戲方面,遊戲設計人員設計時,不必去考慮具體某款顯示卡的特徵,而隻是按照3D API的接口標準來開發遊戲,當遊戲運行時則直接通過3D API來調用顯示卡的硬體資源。

個人電腦中主要套用的3D API有:DirectX和OpenGL。

RAMDAC頻率

RAMDAC是Random Access Memory Digital/Analog Convertor的縮寫,即隨機存取記憶體數位~模擬轉換器。

RAMDAC作用是將顯存中的數位信號轉換為顯示器能夠顯示出來的模擬信號,其轉換速率以MHz表示。電腦中處理資料的過程其實就是將事物數位化的過程,所有的事物將被處理成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對每一個象素進行顏色、深度、亮度等各種處理。顯示卡生成的信號都是以數位來表示的,但是所有的CRT顯示器都是以模擬方式進行工作的,數位信號無法被識別,這就必須有相應的設備將數位信號轉換為模擬信號。而RAMDAC就是顯示卡中將數位信號轉換為模擬信號的設備。RAMDAC的轉換速率以MHz表示,它決定了重新整理頻率的高低(與顯示器的“頻寬”意義近似)。其工作速度越高,頻帶越寬,高解析度時的畫面質量越好。該數值決定了在足夠的顯存下,顯示卡最高支持的解析度和重新整理率。如果要在1024×768的解析度下達到85Hz的重新整理率,RAMDAC的速率至少是1024×768×85Hz×1.344(折算系數)≈90MHz。2009年主流的顯示卡RAMDAC都能達到350MHz和400MHz,現在市面上大多顯示卡都是400MHz,已足以滿足和超過大多數顯示器所能提供的解析度和重新整理率。

散熱設備

顯示卡所需要的電力與150瓦特燈具所需要的電力相同,由于運作積體電路(integrated circuits)需要相當多的電力,因此內部電流所產生的溫度也相對的提高,所以,假如這些溫度不能適時的被降低,那麽上述所提到的硬設備就很可能遭受損害,而冷卻系統就是在確保這些設備能穩定、適時的運轉,沒有散熱器或散熱片,GPU或記憶體會過熱,就會進而損害電腦或造成當機,或甚至完全不能使用。這些冷卻設備由導熱材質所製成,它們有些被視為被動組件,默默安靜地進行散熱的動作,有些則很難不發出噪音,如風扇。

散熱片通常被視為被動散熱,但不論所安裝的區塊是導熱區,或是內部其它區塊,散熱片都能發揮它的效能,進而幫助其它裝置降低溫度。散熱片通常與風扇一同被安裝至GPU或記憶體上,有時小型風扇甚至會直接安裝在顯示卡溫度最高的地方。

散熱片的表面積愈大,所進行之散熱效能就愈大(通常必須與風扇一起運作),但有時卻因空間的限製,大型散熱片無法安裝于需要散熱的裝置上;有時又因為裝置的體積太小,以至于體積大的散熱片無法與這些裝置連結而進行散熱。因此,熱管就必須在這個時候將熱能從散熱處傳送至散熱片中進行散熱。一般而言,GPU外殼由高熱能的傳導金屬所製成,熱管會直接連結至由金屬製成的晶片上,如此一來,熱能就能被輕松的傳導至另一端的散熱片。

市面上有許多處理器的冷卻裝置都附有熱管,由此可知,許多熱管已被研發成可靈活運用于顯示卡冷卻系統中的設備了。

大部分的散熱器隻是由散熱片跟風扇組合而成,在散熱片的表面上由風扇吹散熱能,由于GPU是顯示卡上溫度最高的部分,因此顯示卡散熱器通常可以運用于GPU上,同時,市面上有許多零售的配件可供消費者進行更換或升級,其中最常見的就是VGA散熱器。

工作原理

資料(data)一旦離開CPU,必須通過4個步驟,最後才會到達顯示屏:

顯示卡顯示卡

1.從匯流排(bus)進入GPU(Graphics Processing Unit,圖形處理器):將CPU送來的資料送到北橋(主橋)再送到GPU(圖形處理器)裏面進行處理。

2.從 video chipset(顯示卡晶片組)進入video RAM(顯存):將晶片處理完的資料送到顯存。

3.從顯存進入Digital Analog Converter(= RAM DAC,隨機讀寫存儲數—模轉換器):從顯存讀取出資料再送到RAM DAC進行資料轉換的工作(數位信號轉模擬信號)。但是如果是DVI接口類型的顯示卡,則不需要經過數位信號轉模擬信號。而直接輸出數位信號。

4.從DAC 進入顯示器(Monitor):將轉換完的模擬信號送到顯示屏。

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(video performance)不太一樣,如要嚴格區分,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內部。第一步是由CPU(運算器和控製器一起組成的電腦的核心,稱為微處理器或中央處理器)進入到顯示卡裏面,最後一步是由顯示卡直接送資料到顯示屏上。

顯示卡常見故障

1、開機無顯示

此類故障一般是因為顯示卡與主機板接觸不良或主機板插槽有問題。對于一些集成顯示卡的主機板,如果顯存共用主記憶體,則需註意記憶體條的位置,一般在第一個記憶體條插槽上應插有記憶體條。由于顯示卡原因造成的開機無顯示故障,開機後一般會發出一長兩短的蜂鳴聲(對于AWARD BIOS顯示卡而言)。

2、顏色顯示不正常

此類故障一般有以下原因:1. 顯示卡與顯示器信號線接觸不良;2. 顯示器自身故障;3. 在某些軟體裏運行時顏色不正常,一般常見于老式機,在BIOS裏有一項校驗顏色的選項,將其開啓即可;4. 顯示卡損壞;5. 顯示器被磁化,此類現象一般是由于與有磁性的物體過分接近所致,磁化後還可能會引起顯示畫面出現偏轉的現象。

3、當機

出現此類故障一般多見于主機板與顯示卡的不兼容或主機板與顯示卡接觸不良;顯示卡與其它擴展卡不兼容也會造成當機。

4、花屏

顯示花屏,看不清字跡此類故障一般是由于顯示器或顯示卡不支持高解析度而造成的。花屏時可切換啓動模式到安全模式,然後再在Windows 98下進入顯示設定,在16色狀態下點選“套用”、“確定”按鈕。重新啓動,在Windows98系統正常模式下刪掉顯示卡驅動程式,重新啓動電腦即可。也可不進入安全模式,在純DOS環境下,編輯SYSTEM.INI檔案,將display.drv=pnpdrver改為display.drv=vga.drv後,存檔退出,再在Windows 裏更新驅動程式。

5、顯示卡驅動程式丟失

顯示卡驅動程式載入後,運行一段時間驅動程式就自動丟失,此類故障一般是由于顯示卡質量不佳或顯示卡與主機板不兼容,使得顯示卡溫度太高,從而導致系統運行不穩定或出現當機,此時隻有更換顯示卡。

6、螢幕出現異常雜點或圖案

此類故障一般是由于顯示卡的顯存出現問題或顯示卡與主機板接觸不良造成。需清潔顯示卡金手指部位或更換顯示卡。

發展簡史

CGA顯示卡

民用顯示卡的起源可以追溯到上個世紀的八十年代了。在1981年,IBM推出了個人電腦時,它提供了兩種顯示卡,一種是"單色顯示卡(簡稱MDA),一種是“彩色繪圖卡”(簡稱 CGA),從名字上就可以看出,MDA是與單色顯示器配合使用的,它可以顯示80行x25列的文數位,CGA則可以用在RGB的顯示屏上,它可以繪製圖形和文數位資料。在當時來講,電腦的用途主要是文字資料處理,雖然MDA解析度為寬752點,高504點,不足以滿足較大的顯示要求,不過對于文字資料處理還是綽綽有餘的了。而CGA就具有彩色和圖形能力,能勝任一般的顯示圖形資料的需要了,不過其解析度隻有640x350,自然不能與彩色顯示同日而語。

MGA/MCGA顯示卡

1982年,IBM又推出了MGA(Monochrome Graphic Adapter),又稱Hercules Card(大力士卡),除了能顯示圖形外,還保留了原來MDA的功能。當年不少遊戲都需要這款卡才能顯示動畫效果。而當時風行市場的還有Genoa公司做的EGA(Enhanced Graphics Adapter),即加強型繪圖卡,可以模擬MDA和CGA,而且可以在單色螢幕上一點一點畫成的圖形。EGA解析度為640x350,可以產生16色的圖形和文字。不過這些顯示卡都是採用數位方式的,直到MCGA(Multi-Color Graphics Array)的出現,才揭開了採用模擬方式的顯示卡的序幕。MCGA是整合在PS/2 Model 25和30上的影像系統。它採用了Analog RGA影像信號,解析度可高達640x480,數位RGB和類比RGB不同的地方就像是ON-OFF式切換和微調式切換之間的差別。用類比RGB訊號的顯示屏,會將每一個訊號的電壓值轉換成符合色彩明暗的範圍。隻有類比顯示屏可以和MCGA一起使用,才可以提供最多的256種顏色,另外IBM尚提供了一個類比單色顯示屏,在此顯示屏上可以顯示出64種明暗度。

VGA接口顯示卡

VGA(Video Graphic Array)即顯示繪圖陣列,它是IBM在其PS/2的Model 50,60和80內建的影像系統。它的數位模式可以達到720x400色,繪圖模式則可以達到640x480x16色,以及320x200x256色,這是顯示卡首次可以同時最高顯示256種色彩。而這些模式更成為其後所有顯示卡的共同標準。VGA顯示卡的盛行把電腦帶進了2D顯示卡顯示的輝煌時代。在以後一段時期裏,許多VGA顯示卡設計的公司不斷推陳出新,追求更高的解析度和位色。與此同時,IBM 推出了8514/A的Monitor顯示屏規格,主要用來支持1024x768的解析度。

在2D時代向3D時代推進的過程中,有一款不能忽略的顯示卡就是Trident 8900/9000顯示卡,它第一次使顯示卡成為一個獨立的配件出現于電腦裏,而不再是集成的一塊晶片。而後其推出的Trident 9685更是第一代3D顯示卡的代表。不過真正稱得上開啓3D顯示卡大門的卻應該是GLINT 300SX,雖然其3D功能極其簡單,但卻具有裏程碑的意義。

3D AGP接口顯示卡時代

1995年,對于顯示卡來說,絕對是裏程碑的一年,3D圖形加速卡正式走入玩家的視野。那個時候遊戲剛剛步入3D時代,大量的3D遊戲的出現,也迫使顯示卡發展到真正的3D加速卡。而這一年也成就了一家公司,不用說大家也知道,沒錯,就是3Dfx。1995年,3Dfx還是一家小公司,不過作為一家老資格的3D技術公司,他推出了業界的第一塊真正意義的3D圖形加速卡:Voodoo。在當時最為流行的遊戲摩托英豪裏,Voodoo在速度以及色彩方面的表現都讓喜歡遊戲的使用者為之瘋狂,不少遊戲狂熱份子都有過拿一千多塊大洋到電腦城買上一塊雜牌的Voodoo顯示卡的經歷。3Dfx的專利技術Glide引擎接口一度稱霸了整個3D世界,直至D3D和OpenGL的出現才改變了這種局面。Voodoo標配為4Mb顯存,能夠提供在640×480解析度下3D顯示速度和最華麗的畫面,當然,Voodoo也有硬傷,它隻是一塊具有3D加速功能的子卡,使用時需搭配一塊具有2D功能的顯示卡,相信不少老EDO資格的玩家都還記得S3 765+Voodoo這個為人津津樂道的黃金組合。講到S3 765,就不得不提到昔日王者S3顯示卡了。

S3 765顯示卡是當時兼容機的標準配置,最高支持2MB EDO顯存,能夠實現高解析度顯示,這在當時屬于高端顯示卡的功效,這一晶片真正將SVGA發揚光大。能夠支持1024×768的解析度,並且在低解析度下支持最高32Bit真彩色,而且性價比也較強。因此,S3 765實際上為S3顯示卡帶來了第一次的輝煌。

而後在96年又推出了S3 Virge,它是一塊融合了3D加速的顯示卡,支持DirectX,並包含的許多先進的3D加速功能,如Z-buffering、Doubling buffering、Shading、Atmospheric effect、Lighting,實際成為3D顯示卡的開路先鋒,成就了S3顯示卡的第二次輝煌,可惜後來在3Dfx的追趕下,S3的Virge系列沒有再繼輝煌,被市場最終拋棄。

此後,為了修復Voodoo沒有2D顯示這個硬傷,3Dfx繼而推出了VoodooRush,在其中加入了Z-Buffer技術,可惜相對于Voodoo,VoodooRush的3D性能卻沒有任何提升,更可怕的是帶來不少兼容性的問題,而且價格居高不下的因素也製約了VoodooRush顯示卡的推廣。

當然,當時的3D圖形加速卡市場也不是3Dfx一手遮天,高高在上的價格給其他廠商留下了不少生存空間,像勘稱當時性價比之王的Trident 9750/9850,以及提供了Mpeg-II硬體解碼技術的SIS6326,還有在顯示卡發展史上第一次出場的nVidia推出的Riva128/128zx,都得到不少玩家的寵愛,這也促進了顯示卡技術的發展和市場的成熟。1997年是3D顯示卡初露頭腳的一年,而1998年則是3D顯示卡如雨後春筍激烈競爭的一年。九八年的3D遊戲市場風起去涌,大量更加精美的3D遊戲集體上市,從而讓使用者和廠商都期待出現更快更強的顯示卡。

在Voodoo帶來的巨大榮譽和耀眼的光環下,3Dfx以高屋建瓴之勢推出了又一劃時代的產品:Voodoo2。Voodoo2自帶8Mb/12Mb EDO顯存,PCI接口,卡上有雙晶片,可以做到單周期多紋理運算。當然Voodoo2也有缺點,它的卡身很長,並且晶片發熱量非常大,也成為一個煩惱,而且Voodoo2依然作為一塊3D加速子卡,需要一塊2D顯示卡的支持。但是不可否認,Voodoo2的推出已經使得3D加速又到達了一個新的裏程碑,憑借Voodoo2的效果、畫面和速度,征服了不少當時盛行一時的3D遊戲,比如Fifa98,NBA98,Quake2等等。也許不少使用者還不知道,2009年最為流行的SLI技術也是當時Voodoo2的一個新技術,Voodoo2第一次支持雙顯示卡技術,讓兩塊Voodoo2並聯協同工作獲得雙倍的性能。

1998年雖然是Voodoo2大放異彩的一年,但其他廠商也有一些經典之作。Matrox MGA G200在繼承了自己超一流的2D水準以外,3D方面有了革命性的提高,不但可以提供和Voodoo2差不多的處理速度和特技效果,另外還支持DVD硬解碼和影片輸出,並且獨一無二的首創了128位獨立雙重匯流排技術,大大提高了性能,配合當時相當走紅的AGP匯流排技術,G200也贏得了不少使用者的喜愛。

Intel的I740是搭配Intel當時的440BX晶片組推出的,它支持的AGP 2X技術,標配8Mb顯存,可惜I740的性能並不好,2D性能隻能和S3 Virge看齊,而3D方面也隻有Riva128的水準,不過價格方面就有明顯優勢,讓它在低端市場站住了腳。

Riva TNT是nVidia推出的意在阻擊Voodoo2的產品,它標配16Mb的大顯存,完全支持AGP技術,首次支持32位色彩渲染、還有快于Voodoo2的D3D性能和低于Voodoo2的價格,讓其成為不少玩家的新寵。而一直在蘋果世界闖蕩的ATI也出品了一款名為Rage Pro的顯示卡,速度比Voodoo稍快。

PCI Express顯示卡接口

2001年春季的IDF上Intel正式公布PCI Express,是取代PCI匯流排的第三代I/O技術,也稱為3GIO。該匯流排的規範由Intel支持的AWG(Arapahoe Working Group)負責製定。2002 年4月17日,AWG正式宣布3GIO 1.0規範草稿製定完畢,並移交PCI-SIG進行審核。開始的時候大家都以為它會被命名為Serial PCI(受到串列ATA的影響),但最後卻被正式命名為PCI Express。2006年正式推出Spec2.0(2.0規範)。

PCI Express匯流排技術的演進過程,實際上是計算系統I/O接口速率演進的過程。PCI匯流排是一種33MHz@32bit或者66MHz@64bit的並行匯流排,匯流排頻寬為133MB/s到最大533MB/s,連線在PCI匯流排上的所有設備共享133MB/s~533MB/s頻寬。這種匯流排用來應付音效卡、10/100M網卡以及USB 1.1等接口基本不成問題。隨著電腦和通信技術的進一步發展,新一代的I/O接口大量涌現,比如千兆(GE)、萬兆(10GE)的乙太網技術、4G/8G的FC技術,使得PCI匯流排的頻寬已經無力應付計算系統內部大量高頻寬並行讀寫的要求,PCI匯流排也成為系統性能提升的瓶頸,于是就出現了PCI Express匯流排。PCI Express匯流排技術在新一代的存儲系統已經普遍的套用。PCI Express匯流排能夠提供極高的頻寬,來滿足系統的需求。

截至2009年,PCI-E 3.0規範也已經確定,其編碼資料速率,比同等情況下的PCI-E 2.0規範提高了一倍,X32連線埠的雙向速率高達320Gbps。

PCI Express匯流排的技術優勢

PCI匯流排的最大優點是匯流排結構簡單、成本低、設計簡單,但是缺點也比較明顯:

1)並行匯流排無法連線太多設備,匯流排擴展性比較差,線間幹擾將導致系統無法正常工作

2)當連線多個設備時,匯流排有效頻寬將大幅降低,傳輸速率變慢

3)為了降低成本和盡可能減少相互間的幹擾,需要減少匯流排頻寬,或者地址匯流排和資料匯流排採用復用方式設計,這樣降低了頻寬利用率。PCI Express匯流排是為將來的電腦和通訊平台定義的一種高性能,通用I/O互連匯流排。

與PCI匯流排相比,PCI Express匯流排主要有下面的技術優勢:

1)是串列匯流排,進行點對點傳輸,每個傳輸通道獨享頻寬。

2)PCI Express匯流排支持雙向傳輸模式和資料分通道傳輸模式。其中資料分通道傳輸模式即PCI Express匯流排的x1.x2.x4.x8.x12.x16和x32多通道連線,x1單向傳輸頻寬即可達到250MB/s,雙向傳輸頻寬更能夠達到500MB/s,這個已經不是普通PCI匯流排所能夠相比的了。

3)PCI Express匯流排充分利用先進的點到點互連、基于交換的技術、基于包的協定來實現新的匯流排性能和特征。電源管理、服務質量(QoS)、熱插拔支持、資料完整性、錯誤處理機製等也是PCI Express匯流排所支持的高級特征。

4)與PCI匯流排良好的繼承性,可以保持軟體的繼承和可靠性。PCI Express匯流排關鍵的PCI特征,比如套用模型、存儲結構、軟體接口等與傳統PCI匯流排保持一致,但是並行的PCI匯流排被一種具有高度擴展性的、完全串列的匯流排所替代。

5)PCI Express匯流排充分利用先進的點到點互連,降低了系統硬體平台設計的復雜性和難度,從而大大降低了系統的開發製造設計成本,極大地提高系統的性價比和健壯性。從下面表格可以看出,系統匯流排頻寬提高同時,減少了硬體PIN的數量,硬體的成本直接下降。

至2008年,PCI-E接口仍然在顯示卡中使用。

NVIDIA的崛起

1999年,世紀末的顯示卡市場出現了百花齊開的局面,而且這一年也讓市場擺脫了3Dfx的一家獨霸局面,由于戰略的失誤,讓3Dfx失去了市場,它推出了Voodoo3,配備了16Mb顯存,支持16色渲染。雖然在畫質上無可挑剔,但是高昂的價格以及與市場格格不入的標準讓它難掩頹勢。世紀末的這一年,顯示卡的輝煌留給了NVidia。

在1999年,NVidia挾TNT之餘威推出TNT2 Ultra、TNT2和TNT2 M64三個版本的晶片,後來又有PRO和VANTA兩個版本。這種分類方式也促使後來各個生產廠家對同一晶片進行高中低端的劃分,以滿足不同層次的消費需要。TNT系列配備了8Mb到32Mb的顯存,支持AGP2X/4X,支持32位渲染等等眾多技術,雖然16位色下畫面大大遜色于Voodoo3,但是在32位色下,表現卻可圈可點,還有在16位色下,TNT2的性能已經略微超過Voodoo3了,不過客觀的說,在32位色下,TNT系列顯示卡性能損失相當多,速度上跟不上Voodoo3了。當然,NVidia能戰勝Voodoo3,與3Dfx公司推行的策略迫使許多廠商投奔NVidia也不無關系,促進了TNT系列的推廣。顯示卡市場上出現了NVidia與3Dfx兩家爭霸的局面。

1999年的顯示卡市場不可遺忘的還有來自Matrox MGA G400,它擁有16Mb/32Mb的顯存容量,支持AGP 2X/4X,還有支持大紋理以及32位渲染等等,都是當時業界非常流行和肯定的技術,除此之外,獨特、漂亮的EMBM硬體凹凸貼圖技術,營造出的完美凹凸感並能實現動態光影效果的技術確實讓無數遊戲玩家為之瘋狂,在3D方面,其速度和畫面基本都是介于Voodoo3和TNT2之間,並且G400擁有優秀的DVD回放能力,不過由于價格以及它註重于OEM和專業市場,因此,在民用顯示卡市場所佔的比例並不大!

從1999年到2000年,NVidia終于爆發了。它在1999年末推出了一款革命性的顯示卡---Geforce 256,徹底打敗了3Dfx。代號NV10的GeForce 256支持Cube-Environment Mapping,完全的硬體T&L(Transform & Lighting),把原來有CPU計算的資料直接交給顯示晶片處理,大大解放了CPU,也提高了晶片的使用效率。GeForce256擁有4條圖形紋理信道,單周期每條信道處理兩個象素紋理,工作頻率120MHz,全速可以達到480Mpixels/Sec,支持SDRAM和DDR RAM,使用DDR的產品能更好的發揮GeForce256的性能。其不足之處就在于採用了0.22微米的工藝技術,發熱量比較高。

2000年,NVidia開發出了第五代的3D圖形加速卡---Geforce 2,採用了0.18微米的工藝技術,不僅大大降低了發熱量,而且使得GeForce2的工作頻率可以提高到200MHz。Geforce 2擁有四條圖形紋理信道,單周期每條信道處理兩個象素紋理,並且使用DDR RAM解決顯存頻寬不足的問題。在Geforce 256的基礎上,GeForce2還擁有NSR(NVIDIA Shading Rasterizer),支持Per-Pixel Shading技術,同時支持S3TC、FSAA、Dot-3 Bump Mapping以及硬體MPEG-2動態補償功能,完全支持微軟的DirectX 7。而面對不同的市場分級,它相繼推出了低端的GF2 MX系列以及面向高端市場的GF2 Pro和GF GTS,全線的產品線讓nVidia當之無愧地成為顯示卡的霸主。

3Dfx在被NVidia收購之前還推出了Voodoo4/5,VooDoo4 4500使用一顆VSA-100晶片,VooDoo5 5500使用兩顆VSA-100晶片,而VooDoo5 6000使用四顆VSA-100晶片,可惜由于各方面的原因,Voodoo4/5並不能讓沒落的3Dfx有一絲絲起色,最終難逃被NVidia收購的命運。

而作為NVidia主要競爭對手的ATI,也在兩千年憑借T&L技術開啟市場。在經歷“曙光女神”的失敗後,ATI也推出了自己的T&L晶片RADEON 256,RADEON也和NVIDIA一樣具有高低端的版本,完全硬體T&L,Dot3和環境對應凹凸貼圖,還有兩條紋理流水線,可以同時處理三種紋理。但最出彩的是HYPER-Z技術,大大提高了RADEON顯示卡的3D速度,拉近了與GEFORCE 2系列的距離,ATI的顯示卡也開始在市場佔據主導地位。

兩千年的低端市場還有來自Trident的這款Blade T64,Blade XP核心屬于Trident第一款256位的繪圖處理器,採用0.18微米的製造工藝,核心時鍾頻率為200 MHz,像素填充率達到1.6G,與Geforce2GTS處于同一等級,支持Direct X7.0等等。可惜由于驅動程式以及性能等方面的原因,得不到使用者的支持。

NV/ATI上演鐵面雙雄

踏入2001年以後,如同桌面處理器市場的Intel和AMD一樣,顯示卡市場演變為nVidia與ATI兩雄爭霸的局勢。nVidia方面,憑借剛剛推出的Geforce 3系列佔據了不少市場,Geforce 3 Ti 500,Geforce 2 Ti和Geforce 3Ti,Geforce MX分別定位于高中低三線市場。與GeForce 2系列顯示卡相比,GeForce 3顯示卡最主要的改進之處就是增加了可程式T&L功能,能夠對幾乎所有的畫面效果提供硬體支持。GeForce 3總共具有4條像素通路,填充速率最高可以達到每秒鍾800 Mpixels。Geforce 3系列還擁有nfiniteFX頂點處理器、nfiniteFX像素處理器以及Quincunx抗鋸齒系統等技術。

而作為與之相抗衡的ATI Radeon 8500/7500系列,採用0.15微米工藝製造,包括6000萬個電晶體,採用了不少新技術(如Truform、Smartshader等)。並根據顯示卡的核心/顯存工作頻率分成不同的檔次——核心/顯存分別為275/550MHz的標準版,核心/顯存為250/500MHz的RADEON 8500LE,核心/顯存頻率分別為300/600MHz的Ultra版,以及中端的Radeon 7500,低端的Radeon 7200,7000等產品。值得一提的是Radeon 8500還支持雙頭顯示技術。

2002年,nVidia與ATI的競爭更加白熱化。為鞏固其圖形晶片市場霸主地位,nVidia推出了Geforce 4系列,分別為GeForce4 Ti4800,GeForce4 Ti 4600, GeForce4 Ti4400, GeForce4 Ti4200,GeForce4 MX 460, GeForce4 MX 440 和GeForce4 MX 420。GeForce4 Ti系列無疑是最具性價比的,其代號是NV25,它主要針對當時的高端圖形市場,是DirectX 8時代下最強勁的GPU圖形處理器。晶片內部包含的電晶體數量高達6千3百萬,使用0.15微米工藝生產,採用了新的PBGA封裝,運行頻率達到了300MHz,配合頻率為650MHz DDR顯存,可以實現每秒49億次的採樣。GeForce4 Ti核心內建4條渲染流水線,每條流水線包含2個TMU(材質貼圖單元)。Geforce 4系列從高到低,橫掃了整個顯示卡市場。

作為反擊,ATI出品了R9700/9000/9500系列,首次支持DirectX 9,使其在與NVidia的競爭中搶得先機。而R9700更是在速度與性能方面首次超越NVidia。R9700支持AGP 8X、DirectX 9,核心頻率是300MHz,顯存時鍾是550MHz。RADEON 9700,實現了可程式化的革命性硬體架構。符合繪圖回事商品AGP 8X最新標準,配有8個平等處理的彩繪管線,每秒可處理25億個像素,4個並列的幾何處理引擎更能處理每秒3億個形跡及光效多邊形。而R9000是面向低端的產品,R9500則直挑Ti4200。

同年,SiS發布了Xabre系列。它是第一款AGP 8×顯示卡,全面支持DirectX 8.1,在發布之時是相當搶眼的。Xabre系列圖形晶片採用0.15微米工藝,具備4條像素渲染流水線,並且每條流水線擁有兩個貼圖單元。理論上可提供高達1200M Pixels/s的像素填充率和2400M Texels/s的材質填充率。隨後發布的Xabre600,採用0.13微米工藝,主頻和顯存頻率都提高了不少,性能與GeForce4 Ti4200差不多。

2003年的顯示卡市場依舊為N系與A系所統治。nVidia的Gf FX 5800(NV30)系列擁有32位著色,顏色畫面有質的提高,在基礎上推出的GeForce FX 5900,提高了電晶體數,降低了核心頻率與顯存頻率,改用了256B99v DDR以提高了顯存頻寬。後半年還推出了GF FX 5950/5700系列,以取代GF FX 5900/5600。而ATI推出了RADEON 9800/pro/SE/XT,憑借其超強的性能以及較價的售價,再次打敗GF GX 5800。這一年市場上的主流產品還有GF FX5600,GF FX5200和RADEON 9600和RADEON 9200。

2004年也是ATI大放異彩的一年,不過其最大的功臣卻是來自于面向中低端的Radeon 9550。這款2004年最具性價比的顯示卡,讓ATI在低端市場呼風喚雨。R9550基于RV350核心,採用0.13微米製程,核心頻率為250MHz,顯存頻率為400MHz,4條渲染通路,1個紋理單元,同時兼容64bit和128bit。這款產品是9600的降頻版,但是通過改造,都可以變成R9600,性價比極強。而老對手的N卡方面,卻隻推出了一款新品GF FX 5900XT/SE,而與R9550處于同一競爭線的5200,5500與5700LE系列,雖然性能不錯,可惜價格卻沒有優勢,被R9550徹底打敗。2004年讓nVidia鬱悶了一整年。

ATI從2005年開始就一直被Nvidia壓製,無論是1950XTX對抗7900GTX,2900XT對抗8800GTX,3870X2對抗9800GX2,在旗艦產品上,ATi一直屬于劣勢,但在2008年6月發生了轉機,ATi發布了RV770,無論是從市場定價還是從性能上都是十分讓人滿意的,特別是改善了A卡在AA上的性能不足,RV770的中端4850的價格更是讓Nvidia措手不及,無奈在一周內9800GTX降價1000元,但無論是性能還是價格依舊擋不住4850的攻勢,4870緊接著發布,採用DDR5顯存的RV770浮點運算能力更是達到了1TB/S,Nvidia發布的新核心GT200的旗艦版本GTX280雖然在性能上暫時取得了暫時的領先,但是和4870相比隻有10%的性能差距,而且由于工藝較落後,導致成本過高,沒有性價比,就在人們以為ATi放棄旗艦,準備走性價比路線時,ATi推出了R700,也就是4870X2,並且大幅度改良了橋接晶片的性能,領先GTX280高達50-80%,而GTX280的核心面積已經大的恐怖,不可能衍生出單卡雙芯,所以ATi依靠單卡雙芯重新奪得了性能之王。

但在2009年初,Nvidia憑借其新推出的GTX295,重新奪回顯示卡性能之王寶座。2009年9月22日,AMD正式發布了業界第一款DirectX 11顯示卡:ATI Radeon HD 5800系列:HD5870/5850,其中HD5870是ATI最新單核心旗艦顯示卡,HD5870顯示卡採用RV870核心,其主要競爭對手是GTX295。在NVIDIA最新GT300顯示卡發布之後,AMD和NVIDIA在DX 11的新一輪競爭又會開始。 

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