顯卡的25年

Win7之家（ afsion.com.cn）：顯卡的25年

　　現(xiàn)在，提到顯卡，人們就會想到游戲和電影中精美的3D圖形。實(shí)際上，早期的顯卡不但不能處理3D圖形，甚至連2D圖形都無法處理，僅僅具備顯示的能力。

　　時(shí)至今日，顯卡不但能夠處理復(fù)雜的3D圖形，甚至還可以作為協(xié)處理器，運(yùn)用在通用計(jì)算之中。

　　實(shí)際上，顯卡只是一個(gè)概括的統(tǒng)稱。從圖形適配器到圖形加速器，再到GPU，顯卡的名稱一變再變，其功能也在不斷變化。未來，顯卡將承擔(dān)起更多計(jì)算任務(wù)。那時(shí)候，也許它就不能再叫做顯卡了。

　　從顯示適配器到圖形加速卡

　　從顯示適配器到圖形加速卡的轉(zhuǎn)變是顯卡歷史上一個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從那時(shí)開始，顯卡開始承擔(dān)計(jì)算機(jī)中的一部分計(jì)算任務(wù)，這奠定了其日后與CPU分庭抗禮的基礎(chǔ)。

　　追根溯源，早在1962年，在麻省理工學(xué)院就出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的雛形。青年博士生Ivan

　　Sutherland在一次會議中展示了利用計(jì)算機(jī)模擬的畫板程序，打開了一扇通往未來的窗戶。此后，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)開始不斷發(fā)展。

　　然而，進(jìn)行圖形處理需要計(jì)算機(jī)具備較強(qiáng)的并行計(jì)算能力，并對精度和運(yùn)行強(qiáng)度有很高的要求，這對當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)來說，是一項(xiàng)困難的任務(wù)。直到上世紀(jì)80年代末，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)一直受限于硬件，發(fā)展相對緩慢。

　　當(dāng)時(shí)，顯卡的作用僅僅是將CPU計(jì)算生成的圖形“翻譯”成顯示設(shè)備可以識別的信號，實(shí)現(xiàn)圖形的顯示，并不具備計(jì)算能力，被稱作圖形適配器(VGA Card)。

　　上世紀(jì)80年代早期出現(xiàn)的Commodore Amiga創(chuàng)造性地將圖像產(chǎn)生功能，包括線段繪畫、區(qū)域填充、塊圖像傳輸加入顯卡。它還擁有自己的一套指令集。但之后很多年，圖形處理依然未被普遍加入顯卡中。直到上世紀(jì)90年代初，在Windows系統(tǒng)的推動下，顯示芯片廠商才開始在產(chǎn)品中加入一定的圖形運(yùn)算功能，以減輕CPU的負(fù)擔(dān)。到了1993年，大部分顯卡已經(jīng)具備加速圖形處理的能力，并開始配備較高容量的顯存，性能進(jìn)一步提升，名稱也從圖形適配器改成了圖形加速卡(Graphics Card)。 

　　3D圖形芯片的誕生

　　到了上世紀(jì)90年代中期，傳統(tǒng)的2D顯示技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的需求了。當(dāng)時(shí)，PS等游戲機(jī)上已經(jīng)出現(xiàn)了3D游戲，并吸引了大量用戶。于是，眾多圖形廠商紛紛推出3D顯示卡，例如NVIDIA的NV1、Matrox的Mlennium、Mystique、PowerVR的PCX1以及S3的Virge3D等。從這個(gè)時(shí)候開始，為了解決3D圖形處理中的難題，“渲染管線”的概念開始出現(xiàn)，多邊形轉(zhuǎn)換與光源處理等功能開始被加入到顯卡中。

　　當(dāng)時(shí)，每家顯卡廠商都有各自不同的圖形應(yīng)用程序接口(API)，給3D程序開發(fā)者帶來了困難。其后不久，微軟的Direct3D和OpenGL等通用API開始被普遍采用，解決了這一難題。

　　GPU與GPGPU概念的提出

　　到了1999年，顯卡的處理能力已經(jīng)大大提升，開始成為計(jì)算機(jī)不可或缺的一部分。于是，NVIDIA在推出GeForce 256芯片時(shí)提出了GPU的概念，將顯示核心與CPU并列，成為計(jì)算機(jī)內(nèi)兩大運(yùn)算核心。

　　早期GPU具備的核心技術(shù)有硬件T&L、立方環(huán)境材質(zhì)貼圖和頂點(diǎn)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。其后，頂點(diǎn)著色器和像素著色器的引入讓GPU的可編程性大大提升了。

　　到了2002年，GPU的可編程性已經(jīng)達(dá)到了一定水平。隨之，一場革命到來的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。SIGGRAPH 2003大會上，許多業(yè)界泰斗開始共同探討利用GPU進(jìn)行各種通用運(yùn)算的設(shè)想和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，奠定了GPGPU的發(fā)展基礎(chǔ)。其后3年，用統(tǒng)一的流處理器取代GPU中原有的不同著色單元的設(shè)計(jì)大大釋放了GPU的計(jì)算能力，為今天的異構(gòu)計(jì)算打下了基礎(chǔ)。

　　圖形領(lǐng)域的兩位華人英雄

　　1950年，何國源在中國廣東省出生。12歲的時(shí)候，他離開廣東來到香港。由于家庭貧困，他在20歲的時(shí)候只身到學(xué)費(fèi)和生活費(fèi)都較低的臺灣就讀大學(xué)，這成為他人生的第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。1984年，已經(jīng)在電腦領(lǐng)域有了豐富工作經(jīng)驗(yàn)的何國源移居加拿大。由于創(chuàng)建電腦公司需要較多的資本，他與另兩位香港移民Benny

　　Lau和Lee Lau最終決定進(jìn)入創(chuàng)業(yè)成本較低的計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域，這一決定成為ATI傳奇的開始。

　　1963年，黃仁勛出生于中國臺灣省。他在幼年時(shí)就跟隨父母和哥哥移居美國。從小，黃仁勛就展現(xiàn)出了他的冒險(xiǎn)精神，他曾經(jīng)往游泳池水面上倒上汽油并點(diǎn)燃，再躍入表面燃著一層火焰的水中。

　　20歲的時(shí)候，黃仁勛結(jié)識了現(xiàn)在的妻子Lori。他對Lori承諾會在30歲的時(shí)候擁有一家自己的公司。1993年，剛好在30歲的時(shí)候，黃仁勛創(chuàng)建了NVIDIA，兌現(xiàn)了這一諾言，也迎來了人生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 

　　歷史上的幾款經(jīng)典顯示卡

　　在2D時(shí)代，S3是顯卡領(lǐng)域當(dāng)之無愧的王者。S3 Virge是S3推出的第一款融合3D加速技術(shù)的顯卡，也是第一款同時(shí)擁有2D和3D圖形處理能力的顯卡(之前3dfx推出的Voodoo不具備2D輸出能力，僅能作為子卡使用)。這款顯卡支持微軟DirectX和Atmospheric

　　effect、Z-buffering、Lighting、Shading等眾多先進(jìn)的加速功能。可惜的是，過分注重2D效果使得它的3D性能并不突出，在3D潮流下它很快被市場拋棄了。

　　1998年2月12日，英特爾發(fā)布了和Real 3D合作設(shè)計(jì)的i740圖形芯片。這是迄今為止英特爾推出過的唯一一款獨(dú)立顯卡。i740支持2X AGP規(guī)格，核心頻率80MHz，像素填充率為55MT/s，支持DVD解壓、平行資訊處理、精準(zhǔn)像素描插補(bǔ)等技術(shù)。i740的2D效果不太令人滿意，但它的3D性能在當(dāng)時(shí)還算不錯(cuò)。它做工精美，并且首次在民用級顯卡中采用散熱風(fēng)扇，也取得了不錯(cuò)的成績。后來，英特爾將i740改進(jìn)后集成進(jìn)了810芯片組。

　　3dfx在被NVIDIA收購前推出的Voodoo5 6000顯卡就像一顆流星，雖然生命短暫但卻光彩奪目。將其視作最后的賭注的3dfx為其采用了4顆VSA-100核心的豪華配置。這款顯卡的像素填充率達(dá)到了1464MT/s，不考慮對新版本DirectX的支持的話，這款顯卡的實(shí)測性能甚至與4年后的主流產(chǎn)品不相上下。可惜的是，它巨大的功耗和高昂的價(jià)格注定它無法挽救3dfx。值得一提的是，3dfx不僅在處理技術(shù)上領(lǐng)先，在理念上也非常超前。Voodoo5 6000的多核心并行的架構(gòu)是NVIDIA SLI技術(shù)的前身。