显卡术语详解

显卡详解

常见的显卡参数表

像素渲染管线顶点着色引擎统一渲染架构RAMDAC显存·总线接口类型·DVI·HDMI接口·3DAPI·OpenGL·DirectX3DMark

常见的显卡参数表

芯片厂商我们常见的显示芯片厂商分别有ATI（）、nVIDIA、Intel、SIS、Matrox和3DLabs。其中Intel和SIS主要生产集成显示芯片，而Matrox和3DLabs则主要面向专业图形领域。目前主流的独立显卡芯片市场主要被两大派系占据，它们分别是ATi和nVIDIA，而由于ATi现在已经被AMD收购，以后显卡市场上的争夺战，将由AMD-ATi和nVIDIA主演。芯片代号核心代号就是显示芯片的开发代号。制造商在对显示芯片设计时，为了方便批量生产、销售、管理以及驱动程序的统一，对一个系列的显示芯片给出了相应的代号。相同的核心代号，可以根据不同的市场定位，再对核心的架构或核心频率、搭配的显存颗粒进行控制，不同型号的显示芯片因而产生，从而可以满足不同的性能、价格、市场，起到细分产品线的目的。芯片型号以芯片型号细分芯片代号这种做法，还可以将当初生产出来，体格较弱的显卡芯片，通过屏蔽核心管线或降低显卡核心频率等方法，将其处理成完全合格的、较为低端的产品。如nVIDIA的GeForce7300GT和7600GT为两个型号的显卡，它们同样采用了代号为G73的显示核心，而为了区分两者的级别，7600GT拥有12条渲染管线和5个顶点着色器，而7300GT则被缩减至8条渲染管线和4个顶点着色器。因此，虽然7300GT和7600GT虽然同样采用了代号为G73的显示芯片，但两者仍然是有区别的。ATi(ArrayTechnologyIndustry)是世界著名的显示芯片生产商，和NVIDIA齐名，中文名叫“冶天”。在1985年至2006年之间是全球重要的显示芯片公司，总部设在加拿大安大略省万锦，2006年被美国AMD公司以54亿美元的巨资收购后成为AMD的一部份。

NVIDIA（全称为NVIDIACorporation，NASDAQ：NVDA，官方中文名称英伟达），创立于1993年1月，是一家以设计智核芯片组为主的半导体公司。Nvidia是全球图形技术和数字媒体处理器行业领导厂商，总部位于美国圣克拉拉市，在20多个国家和地区拥有约5，700名员工。SIS矽统科技有限公司于1987年在台湾的新竹科学园区成立，并于1997年8月于台湾证券交易所正式挂牌上市（代号2363）。尽管SIS方面表示会继续对OEM客户供应芯片组产品到2011年，并非要马上完全退出芯片组市场。但许多主板及笔记本厂商均认为，估计在英特尔、AMD双重夹击之下，矽统在2009年上半年就会彻底退出第3方芯片组市场。核心架构：像素渲染管线在传统显卡的管线架构中，我们经常说道某张显卡拥有X条渲染管线和X个顶点着色单元。而像素渲染管线又称像素渲染流水线，这个称呼能够很生动的说明像素渲染流水线的工作流程。我们对于一条流水线定义是“PixelShader（像素着色器）+TMU（纹理单元）+ROP（光栅化引擎，ATI将其称为RenderBackEnd）。从功能上简单的说，PixelShader完成像素处理，TMU负责纹理渲染，而ROP则负责像素的最终输出，因此，一条完整的传统流水线意味着在一个时钟周期完成1个PixelShader运算，输出1个纹理和1个像素。像素渲染单元、纹理单元和ROP的比例通常为1:1:1，但是也不确定，如在ATi的RV580架构中，其像素渲染流水线就基于1:3的黄金渲染架构，每条像素渲染管线都有着3个像素着色器，因此一块X1900XT显卡中，具有48个像素渲染单元，16个TMU（纹理单元）和16个ROP。在过去的显卡核心体系中，像素渲染管线的数量是决定显示芯片性能和档次的最重要的参数之一，在相同的显卡核心频率下，更多的渲染管线也就意味着更大的像素填充率和纹理填充率，因而我们在判断两张不同核心规格的显卡时，并不能单一只看它的核心/显存频率，像素渲染管线亦相当重要。

顶点着色引擎数我们可以将像素渲染管线理解成为一张3D图形的上色过程，而这个3D图形的构建，则是由顶点着色引擎(VertexShader)来执行的。顶点着色引擎主要负责描绘图形，也就是建立几何模形，每一个顶点将对3D图形的各种数据清楚地定义，其中包括每一顶点的x、y、z坐标，每一点顶点可能包函的数据有颜色、最初的径路、材质、光线特征等。顶点着色引擎数目越多就能更快的处理更多的几何图形，目前许多新的大型3D游戏中，许多独立渲染的草丛和树叶由大量多边形组成，对GPU的VertexShader（顶点着色器）要求很大，在这个情况下，更多顶点着色引擎的优势就被体现出来。统一渲染架构

可以理解为将VertexShader、PixelShader以及DirectX10新引入的GeometryShader进行统一封装。显卡中的GPU将不会开辟独立的管线，而是所有的运算单元都可以任意处理任何一种Shader运算。这使得GPU的利用率更加高，也避免了传统架构中由于资源分配不合理引起的资源浪费现象。这种运算单元就是现在我们经常提到的统一渲染单元（unifiedShader），大体上说，unifiedShader的数目越多，显卡的3D渲染执行能力就越高RAMDAC频率和支持最大分辨率RAMDAC(RandomAccessMemoryDigital-to-AnalogConverter随机数模转换记忆体)。它的作用是将接收到的图像信号转化为相应的模拟信号。RAMDAC的转换速率以MHz表示，它决定了刷新频率的高低。其工作速度越高，高分辨率时的画面质量越好。该数值决定了在足够的显存下，显卡最高支持的分辨率和刷新率。如果要在1024×768的分辨率下达到85Hz的刷新率，RAMDAC的速率至少是1024×768×85×1.344（折算系数）÷106≈90MHz。目前主流的显卡RAMDAC都能达到350MHz和400MHz，已足以满足和超过目前大多数显示器所能提供的分辨率和刷新率。显存显存位宽显存位宽是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。常见的显存位宽有64bit，128bit，256bit，320bit和512bit一张显卡的显存位宽，一般是由显卡核心的显存位宽控制器决定的，因此就算搭配了8颗16M*32bit的GDDR3显存颗粒的GeForce8600GTS显卡，其显存位宽也仅是128bit，这是因为GeForce8600GTS的核心已经规定了显存位宽的规格为128bit。显存容量显存容量越大，所能存储的数据就越多。需要指出的是，并不是所有的显卡，显存容量越大就越好，现在有许多中低端显卡，如GeForce8500GT、GeForce7300GT都配备了512MB的显存容量，其实这对中低端显卡的性能是没有任何影响的。打一个简单的比喻，你拿一个水缸到一个湖里打水，你打到多少的水不取决于这个湖的水量有多大，而是取决于你的水缸有多大。

显存速度我们常见的显卡参数中，还可以看见如DDR3:1.4ns这类参数，这里的DDR3表示的则是显存类型，而后面的1.4ns表示的则为显存速度，显存速度一般以ns（纳秒）为单位，越小表示显存的速度越快，显存的性能越好。现在常见的显存类型中，GDDR2显存速度由4.0ns~2.0ns，GDDR3显存速度由2.0ns~0.8ns，而目前最新的GDDR4技术，显存速度则由0.9ns开始起跳。显存频率显存频率亦为最常见的显卡参数之一，它一定程度上反应着该显存的速度，以MHz（兆赫兹）为单位。DDR显存的理论工作频率计算公式是：显存理论工作频率（MHz）＝1000/显存速度*2。

如何计算显存的极限频率值？理论显存理论频率＝（1000/时钟周期）×2。而其中的时钟周期，就是大家常常会听到的1.4ns、1.2ns或者是0.9ns这个数值。而这个显存时钟周期，同样也可以换算成我们较为容易理解的数值。

套用以上公式，我们来算算主流规格显存的理论频率是多少：

2.0ns＝1000÷2.0×2＝1000MHz＝1.00GHz

1.6ns＝1000÷1.6×2＝1250MHz＝1.25GHz

1.4ns＝1000÷1.4×2＝1429MHz≈1.40GHz

1.2ns＝1000÷1.2×2＝1667MHz≈1.65GHz

1.1ns＝1000÷1.1×2＝1818MHz≈1.80GHz

1.0ns＝1000÷1.0×2＝2000MHz＝2.00GHz

0.9ns＝1000÷

0.9×2＝2222MHz≈2.20GHz

显存位宽＝单颗显存数据位宽×显存数量

显存位宽的计算公式就更加直观而来，譬如说，一张GeForce8600GT显卡，采用了4颗16Mbitx32Bit的GDDR3显存，那么他的显存位宽即为32bitx4=128bit。当然，值得大家注意的是，对一张显卡的显存位宽其决定性作为的依然是GPU显存控制器本身在位宽上的限制。就好像不少的GeForce8400GS，采用的也是4颗的16Mbitx32bitGDDR2显存，但该显卡的核心带宽却仅为64bit。

显存带宽＝（显存位宽x显存工作频率）/8

单纯的显存位宽意义并不大，在显卡性能中起关键性作用的还有显存带宽。我们可以把带宽比作是马路的车流量，显然马路越宽（显存位宽），车速越高（显存频率），相同时间段内所跑过的车辆就自然多了。也就是说，显卡的显存带宽越大，就表示在相同的时间段内，核心与显存间数据的交换量就越大。

公版的GeForce8600GT为例，核心及显存频率为540MHz/1400MHz，显存位宽为128bit，那么该显卡的显存带宽=（128bitx1400）/8=224000B/s=22.4GB/s

·总线接口类型

PCI是PeripheralComponentInterconnect（外设部件互连标准）PCI是由Intel公司1991年推出的一种局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能，它为显卡，声卡，网卡，MODEM等设备提供了连接接口最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下，传输带宽达到了133MB/s(33MHzX32bit/8)，基本上满足了当时处理器的发展需要。随着对更高性能的要求，1993年又提出了64bit的PCI总线，后来又提出把PCI总线的频率提升到66MHz。AGP接口

AGP（AccelerateGraphicalPort），加速图形接口随着显示芯片的发展，PCI总线日益无法满足其需求。英特尔于1996年7月正式推出了AGP接口，它是一种显示卡专用的局部总线。严格的说，AGP不能称为总线，它与PCI总线不同，因为它是点对点连接，即连接控制芯片和AGP显示卡，但在习惯上我们依然称其为AGP总线。AGP接口是基于PCI2.1版规范并进行扩充修改而成，工作频率为66MHz。AGP1.0（AGP1X、AGP2X）1996年7月AGP1.0图形标准问世，分为1X和2X两种模式，数据传输带宽分别达到了266MB/s和533MB/s。

AGP2.0(AGP4X)1998年5月份，AGP2.0规范正式发布，工作频率依然是66MHz，但工作电压降低到了1.5v，并且增加了4x模式，这样它的数据传输带宽达到了1066MB/sec

AGP3.0(AGP8X)2000年8月，Intel推出AGP3.0规范，工作电压降到0.8V,并增加了8x模式，这样它的数据传输带宽达到了2133MB/sec

PCIExpress接口

相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI-E的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。PCI-EX1的250MB/秒传输速度已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求，但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。因此，用于取代AGP接口的PCI-E接口位宽为X16，能够提供5GB/s的带宽，即便有编码上的损耗但仍能够提供约为4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP8X的2.1GB/s的带宽。显示接口

DVI接口

HDMI接口

VGA接口

TV-Out

Video-in

HDCP协议

DVI接口

DVI的接口定义如下图

HDMI接口

2002年岁末，高清晰数字多媒体接口(High-definitionDigitalMultimediaInterface)HDMI1.0标准颁布，到2006底已经颁布了1.3版本，主要变化在于近一步加大带宽，以便传输更高分辨率和色深HDMI接口可以提供高达5Gbps的数据传输带宽，可以传送无压缩的音频信号及高分辨率视频信号。同时无需在信号传送前进行数/模或者模/数转换，可以保证最高质量的影音信号传送。HDMI在针脚上和DVI兼容，只是采用了不同的封装。与DVI相比，HDMI可以传输数字音频信号，并增加了对HDCP的支持。3DAPI

API是ApplicationProgrammingInterface的缩写，是应用程序接口的意思，而3DAPI则是指显卡与应用程序直接的接口。3DAPI能让编程人员所设计的3D软件只要调用其API内的程序，从而让API自动和硬件的驱动程序沟通，启动3D芯片内强大的3D图形处理功能，从而大幅度地提高了3D程序的设计效率。3DAPI:DirectX和OpenGL。DirectX目前已经成为游戏的主流，市售的绝大部分主流游戏均基于DirectX开发，例如《帝国时代3》、《孤岛惊魂》、《使命召唤2》、《HalfLife2》等流行的优秀游戏。OpenGL目前则主要应用于专业的图形工作站，在游戏方面历史上也曾经和DirectX分庭抗礼，产生了一大批的优秀游戏，例如《Quake3》、《HalfLife》、《荣誉勋章》的前几部、《反恐精英》等，目前在DirectX的步步进逼之下，采用OpenGL的游戏已经越来越少，但也不乏经典大作，例如基于OpenGL的《DOOM3》以及采用DOOM3引擎的《Quake4》等等，无论过去还是现在，OpenGL在游戏方面的主要代表都是著名的idSoftware。DirectX

DirectX并不是一个单纯的图形API，它是由微软公司开发的用途广泛的API，它包含有DirectGraphics(Direct3D+DirectDraw)、DirectInput、DirectPlay、DirectSound、DirectShow、DirectSetup、DirectMediaObjects等多个组件，它提供了一整套的多媒体接口方案。DirectX9.0c

ShaderModel3.0(包括PixelShader3.0和VertexShader3.0两个着色语言规范),ShaderModel3.0中，VertexShader和PixelShader的最大指令数都大幅上升至65535个,全新的动态程序流控制、位移贴图、多渲染目标（MRT）、次表面散射Subsurfacescattering、柔和阴影Softshadows、环境和地面阴影Environmentalandgroundshadows、全局照明（Globalillumination）等新技术特性DirectX10.01.ShaderModel4.02.统一渲染架构

3.Physics(物理加速)技术

4.GeometryShader技术DirectX10.01.ShaderModel4.0SM4.0规格令游戏程序开发员有更大的空间，相比原先的ShaderModel3.0自然继续有所提升，特别是对于最大指令数从512条增加到了64000条;暂存器数量也从原先的32个增加到惊人的4096个，而同时Texture由SM3.0的16个提升至128个，并硬件支持RGBE，令HDR不再需要特别的Decoding处理也能实现，HDR+AA将不再有这么多的麻烦。对于2D的纹理尺寸支持来看，DirectX10也有惊人的提升，8192x8192的最高纹理分辩率比原先最高2048x2048的分辩率要高出许多2.统一渲染架构

DirectX10中引入了统一渲染架，通过一个整合VertexShader、PixelShader的可编程整合光影处理器来完成目前VertexShader、PixelShader所有的工作。而调配哪几组Shader单元负责处理什么数据或者进行什么样子类型的计算，则由一个被称为SmallSetsofInstructions（SSI）的部分来控制。

3.Physics(物理加速)技术最近热门的技术就是物理加速及其应用，物理计算是下一代游戏体验当中的关键部分，它将增加游戏的真实感、沉浸感和带来更加有趣的体验。NVIDIA同样对物理加速非常感兴趣，在未来的DX10产品中会加入物理加速的支持。4.GeometryShader技术

DirectX10还带来了一个被称为GeometryShader的新版“Shader”，可以处理PixelShaders和VertexShaders不能完成的任务。OpenGL

OpenGL的英文全称是“OpenGraphicsLibrary”，顾名思义，OpenGL便是“开放的图形程序接口”。OpenGL是个定义了一个跨程序语言、跨平台的编程接口的规格，它用于三维图象（二维的亦可）。这个接口由近二百五十个不同的函数调用组成，用来从简单的图元绘制复杂的三维景象。1992年7月，SGI公司发布了OpenGL的1.0版本1995年OpenGL的1.1版本面市OpenGL是个与硬件无关的软件接口，可以在不同的平台如Windows95、WindowsNT、Unix、Linux、MacOS、OS／2之间进行移植。因此，支持OpenGL的软件具有很好的移植性OpenGL2.0标准的主要制订者并非原来的SGI，而是逐渐在ARB中占据主动地位的3Dlabs。随着DirectX的不断发展和完善，OpenGL的优势逐渐丧失，至今虽然已有3Dlabs提倡开发的2.0版本面世，在其中加入了很多类似于DirectX中可编程单元的设计，但厂商的用户的认知程度并不高，未来的OpenGL发展前景迷茫。3DMark3DMark06提供的新测试内容

HDR（高动态范围）渲染

复杂的HDR后处理

针对所有物体的动态柔和阴影（SoftShadows）

水面着色（有HDR折射,HDR反射,雾化深度和GerstnerWave——斯托克斯波功能）

异类雾化

大气光线散射

真实天空模型（添加云层混合）

针对大多数材质的施特劳斯（Strauss）光照模型

针对部分物体的表面下散射

纹理和法线贴图（NormalMap）尺寸:1024×1024到2048×2048

大约540万三角形和880万顶点

1.SM2.0GraphicsTest1：ReturntoProxycon它和3DMark05的第一个场景非常类似，甚至可以说就是一个图像强化的相同场景。这一场景主要用于测试FPS游戏性能，包含很多这类游戏常遇到的特性，例如大量的室内战斗，数量较多的动态模型（机器人或玩家），较多的光源和曳光、大型爆炸效果、物体互动等。与3DMark05中的对应场景相比，新的ReturntoProxycon有了本质的变化，例如登陆艇和太空船码头的光源数量和效果就明显强于3DMark05。

登陆艇内部的光影效果差别很大，3DMark05中昏暗得让人难以辨别细节

2.SM2.0GraphicsTest2：FireflyForest

同样是来自3DMark05的升级版场景，这一场景比较突出复杂的动态光影效果。在新的场景中，两个不同颜色的小精灵（光源）同时在森林中飞舞。因为森林中的反射物比较复杂，各种叶片、岩石和树木采用了漫发射、镜面贴图等。

3.HDR/SM3.0GraphicsTest1：CanyonFlight

这是3DMARK05中的最后一个场景，在当时被认为是最考验显卡能力，也是DirectX9技术体现最明显的一个场景，在3DMark06中，它又成为考验显卡SM3.0能力的场景。这是一个室外飞行场景，在强烈的日光下，HDR成为场景中普遍应用的技术，其水面大量采用了HDR的反射和折射效果，而且有明显的雾化效果。水的表面采用了2个卷曲的贴图和4个波浪效果的函数，雾气采用了复合光照散射运算。

4.HDR/SM3.0GraphicsTest2：DeepFreeze这是一全新的场景，似乎是一个无人的极地考察站。在冰天雪地之中，HDR效果得到了充分体现，到处是强烈的漫反射和镜面反射表面，同时在场景中使用一个动态阴影处理展示了从白天到黑夜各种物体的效果。

5.CPUTest：RedValley

这个场景是一个外星基地外围的山谷，画面中荒凉的大地上吹起的浮尘遍布整个场景，对这些效果的渲染大量消耗处理器资源，即使在640×480分辨率下，Pentium4XE3.73GHz也只能提供不到1fps的速度。对这一场景感到无奈的用户可以尝试运行3DMark06的游戏，它同样基于这一场景，但在显卡的参与下，图像精细度和流畅度都完全不能同日而语。

新的处理器测试场景支持多线程、多核心处理器，不过同样需要显卡支持DirectX9，完全支持SM2.0。在3DMark06中，总成绩的计算将考虑到CPU测试成绩，其中3个分项成绩的计算方式如下：SM2.0测试得分＝120×0.5×(第一个SM2.0测试帧数＋第二个SM2.0测试帧数)HDR/SM3.0测试得分=100×0.5×(第一个HDR/SM3.0测试帧数＋第二个HDR/SM3.0测试帧数)CPU测试得分=2500×Sqrt(第一个CPU测试帧数×第二个SM2.0测试帧数)

在计算总分时，需要明确这款显卡在SM2.0和SM3.0测试中的总体表现，因此还要对显示部分得分进行加权计算，而得到的显示部分测试总分才会被用于计算3DMark06的总体分数。对于仅支持SM2.0的显卡来说，因为无法执行后两个显卡测试项目，因此其显卡部分测试得分为0.75×SM2.0测试得分。对于支持SM3.0的显卡来说，其显示部分得分为0.5×(SM2.0测试得分＋HDR/SM3.0测试得分)最后3DMark06总分=2.5×1.0/[(1.7/显示测试总分＋0.3/CPU测试得分)/2]

3DMark的变迁

3DMark系列测试程序是FutureMark（原Madonion）公司的当家软件之一。3DMark系列的第一个产品是3DMark99，它在1998年10月推出，正逢1998/1999年度NVIDIA的TNT/TNT2/GeForce256显示芯片向3dfx发起挑战，微软的Direct3D逐渐成熟，开始取代其