簡(jiǎn)單說(shuō)GPU就是能夠從硬件上支持T&L(Transform and Lighting，多邊形轉(zhuǎn)換和光源處理)的顯示芯片，由于T&L是3D渲染中的一個(gè)重要部分，其作用是計(jì)算多邊形的3D位置與處理動(dòng)態(tài)光線效果，也能稱為“幾何處理”。一個(gè)好的T&L單元，能提供細(xì)致的3D物體和高級(jí)的光線特效;只不過(guò)大多數(shù)PC中，T&L的大部分運(yùn)算是交由CPU處理的(這就也就是所謂軟件T&L)，因?yàn)?/span>CPU的任務(wù)繁多，除了T&L之外，還要做內(nèi)存管理和輸入響應(yīng)等非3D圖形處理工作，所以在實(shí)際運(yùn)算的時(shí)候性能會(huì)大打折扣，一般出現(xiàn)顯卡等待CPU數(shù)據(jù)的情況，CPU運(yùn)算速度遠(yuǎn)跟不上時(shí)下復(fù)雜三維游戲的要求。即使CPU的工作頻率超出1GHz或更高，對(duì)它的幫助也不大，因?yàn)檫@是PC本身設(shè)計(jì)造成的問(wèn)題，與CPU的速度無(wú)太大關(guān)系。

圖形處理器功能作用

顯卡的處理器稱為圖形處理器(GPU)，它是顯卡的“心臟”，與CPU類似，只不過(guò)GPU是專為執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)和幾何計(jì)算而設(shè)計(jì)的，這些計(jì)算是圖形渲染所必需的。某些最快速的GPU集成的晶體管數(shù)甚至超過(guò)了普通CPU。

時(shí)下的GPU多數(shù)擁有2D或3D圖形加速功能。如果CPU想畫一個(gè)二維圖形，只需要發(fā)個(gè)指令給GPU，如“在坐標(biāo)位置(x, y)處畫個(gè)長(zhǎng)和寬為a×b大小的長(zhǎng)方形”，GPU就可以迅速計(jì)算出該圖形的所有像素，并在顯示器上指定位置畫出相應(yīng)的圖形，畫完后就通知CPU “我畫完了”，然后等待CPU發(fā)出下一條圖形指令。

有了GPU，CPU就從圖形處理的任務(wù)中解放出來(lái)，可以執(zhí)行其他更多的系統(tǒng)任務(wù)，這樣可以大大提高計(jì)算機(jī)的整體性能。

GPU會(huì)產(chǎn)生大量熱量，所以它的上方通常安裝有散熱器或風(fēng)扇。

GPU是顯示卡的“大腦”，GPU決定了該顯卡的檔次和大部分性能，同時(shí)GPU也是2D顯示卡和3D顯示卡的區(qū)別依據(jù)。2D顯示芯片在處理3D圖像與特效時(shí)主要依賴CPU的處理能力，稱為軟加速。3D顯示芯片是把三維圖像和特效處理功能集中在顯示芯片內(nèi)，也就是所謂的“硬件加速”功能。顯示芯片一般是顯示卡上最大的芯片(也是引腳最多的)。時(shí)下市場(chǎng)上的顯卡大多采用NVIDIA和 AMD-ATI 兩家公司的圖形處理芯片。

GPU已經(jīng)不再局限于3D圖形處理了，GPU通用計(jì)算技術(shù)發(fā)展已經(jīng)引起業(yè)界不少的關(guān)注，事實(shí)也證明在浮點(diǎn)運(yùn)算、并行計(jì)算等部分計(jì)算方面，GPU可以提供數(shù)十倍乃至于上百倍于CPU的性能，如此強(qiáng)悍的“新星”難免會(huì)讓CPU廠商老大英特爾為未來(lái)而緊張， NVIDIA和英特爾也經(jīng)常為CPU和GPU誰(shuí)更重要而展開(kāi)口水戰(zhàn)。GPU通用計(jì)算方面的標(biāo)準(zhǔn)目前有OpenCL、CUDA、ATI STREAM。其中，OpenCL(全稱Open Computing Language，開(kāi)放運(yùn)算語(yǔ)言)是第一個(gè)面向異構(gòu)系統(tǒng)通用目的并行編程的開(kāi)放式、免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，也是一個(gè)統(tǒng)一的編程環(huán)境，便于軟件開(kāi)發(fā)人員為高性能計(jì)算服務(wù)器、桌面計(jì)算系統(tǒng)、手持設(shè)備編寫高效輕便的代碼，而且廣泛適用于多核心處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、Cell類型架構(gòu)以及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等其他并行處理器，在游戲、娛樂(lè)、科研、醫(yī)療等各種領(lǐng)域都有廣闊的發(fā)展前景，AMD-ATI、NVIDIA時(shí)下的產(chǎn)品都支持OPEN CL。

1985年 8月20日 ATi公司成立，同年10月ATi使用ASIC技術(shù)開(kāi)發(fā)出了第一款圖形芯片和圖形卡，1992年 4月 ATi發(fā)布了 Mach32 圖形卡集成了圖形加速功能，1998年 4月 ATi被IDC評(píng)選為圖形芯片工業(yè)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，但那時(shí)候這種芯片還沒(méi)有GPU的稱號(hào)，很長(zhǎng)的一段時(shí)間ATI都是把圖形處理器稱為VPU，直到AMD收購(gòu)ATI之后其圖形芯片才正式采用GPU的名字。

NVIDIA公司在1999年發(fā)布GeForce 256圖形處理芯片時(shí)首先提出GPU的概念。從此NV顯卡的芯就用這個(gè)新名字GPU來(lái)稱呼。GPU使顯卡削減了對(duì)CPU的依賴，并實(shí)行部分原本CPU的工作，更加是在3D圖形處理時(shí)。GPU所采用的核心技術(shù)有硬體T&L、立方環(huán)境材質(zhì)貼圖與頂點(diǎn)混合、紋理壓縮及凹凸映射貼圖、雙重紋理四像素256位渲染引擎等，而硬體T&L技術(shù)能夠說(shuō)是GPU的標(biāo)志。

圖形處理器識(shí)別軟件

說(shuō)起處理器識(shí)別工具CPU-Z，其知名度和必備度無(wú)需贅言。硬件網(wǎng)站時(shí)下又給我們提供了一個(gè)類似的工具，用于顯卡識(shí)別的“GPU-Z”。這是TechPowerUp發(fā)布的專業(yè)顯卡識(shí)別工具。

圖形處理器產(chǎn)品區(qū)別

GPU在幾個(gè)主要方面有別于DSP(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP，數(shù)字信號(hào)處理)架構(gòu)。其所有計(jì)算均使用浮點(diǎn)算法，而且此刻還沒(méi)有位或整數(shù)運(yùn)算指令。此外，由于GPU專為圖像處理設(shè)計(jì)，因此存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)二維的分段存儲(chǔ)空間，包括一個(gè)區(qū)段號(hào)(從中讀取圖像)和二維地址(圖像中的X、Y坐標(biāo))。此外，沒(méi)有任何間接寫指令。輸出寫地址由光柵處理器確定，而且不能由程序改變。這對(duì)于自然分布在存儲(chǔ)器之中的算法而言是極大的挑戰(zhàn)。最后一點(diǎn)，不同碎片的處理過(guò)程間不允許通信。實(shí)際上，碎片處理器是一個(gè)SIMD數(shù)據(jù)并行執(zhí)行單元，在所有碎片中獨(dú)立執(zhí)行代碼。

盡管有上述約束，但是GPU還是可以有效地執(zhí)行多種運(yùn)算，從線性代數(shù)和信號(hào)處理到數(shù)值仿真。雖然概念簡(jiǎn)單，但新用戶在使用GPU計(jì)算時(shí)還是會(huì)感到迷惑，因?yàn)?/span>GPU需要專有的圖形知識(shí)。這種情況下，一些軟件工具可以提供幫助。兩種高級(jí)描影語(yǔ)言CG和HLSL能夠讓用戶編寫類似C的代碼，隨后編譯成碎片程序匯編語(yǔ)言。Brook是專為GPU計(jì)算設(shè)計(jì)，且不需要圖形知識(shí)的高級(jí)語(yǔ)言。因此對(duì)第一次使用GPU進(jìn)行開(kāi)發(fā)的工作人員而言，它可以算是一個(gè)很好的起點(diǎn)。Brook是C語(yǔ)言的延伸，整合了可以直接映射到GPU的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)并行編程構(gòu)造。經(jīng) GPU存儲(chǔ)和操作的數(shù)據(jù)被形象地比喻成“流”(stream)，類似于標(biāo)準(zhǔn)C中的數(shù)組。核心(Kernel)是在流上操作的函數(shù)。在一系列輸入流上調(diào)用一個(gè)核心函數(shù)意味著在流元素上實(shí)施了隱含的循環(huán)，即對(duì)每一個(gè)流元素調(diào)用核心體。Brook還提供了約簡(jiǎn)機(jī)制，例如對(duì)一個(gè)流中所有的元素進(jìn)行和、最大值或乘積計(jì)算。Brook還完全隱藏了圖形API的所有細(xì)節(jié)，并把GPU中類似二維存儲(chǔ)器系統(tǒng)這樣許多用戶不熟悉的部分進(jìn)行了虛擬化處理。用Brook編寫的應(yīng)用程序包括線性代數(shù)子程序、快速傅立葉轉(zhuǎn)換、光線追蹤和圖像處理。利用ATI的X800XT和Nvidia的GeForce 6800 Ultra型GPU，在相同高速緩存、SSE匯編優(yōu)化Pentium 4執(zhí)行條件下，許多此類應(yīng)用的速度提升高達(dá)7倍之多。

對(duì)GPU計(jì)算感興趣的用戶努力將算法映射到圖形基本元素。類似Brook這樣的高級(jí)編程語(yǔ)言的問(wèn)世使編程新手也能夠很容易就掌握GPU的性能優(yōu)勢(shì)。訪問(wèn)GPU計(jì)算功能的便利性也使得GPU的演變將繼續(xù)下去，不僅僅作為繪制引擎，而是會(huì)成為個(gè)人電腦的主要計(jì)算引擎。

圖形處理器類型

獨(dú)立顯卡

顯卡是通過(guò)PCI-Express、PCI或AGP等擴(kuò)展槽界面與主板連接的，而通常它們可以相對(duì)容易地被取代或升級(jí)(假設(shè)主板能支持升級(jí))?，F(xiàn)在，仍然有少數(shù)顯卡采用帶寬有限的PCI插槽作連接，但它們通常只會(huì)在主板沒(méi)有提供PCI-Express和AGP插槽的情況下才會(huì)使用。

在現(xiàn)今的定義里，獨(dú)立繪圖處理器不一定需要，是可以被移除的，也不一定要直接與主板連接。所謂的“專用”即是指獨(dú)立顯卡(或稱專用顯卡)內(nèi)的RAM只會(huì)被該卡專用，而不是指顯卡是否可從主板上獨(dú)立移除?；隗w積和重量的限制，供筆記本電腦使用的獨(dú)立繪圖處理器通常會(huì)通過(guò)非標(biāo)準(zhǔn)或獨(dú)特的接口作連接。然而，由于邏輯接口相同，這些端口仍會(huì)被視為PCI-Express或AGP，即使它們?cè)谖锢砩鲜遣豢膳c其他顯卡互換的。

一些特別的技術(shù)，如NVIDIA的SLI和ATI的CrossFire允許多個(gè)繪圖處理器共同處理一個(gè)單一的視頻輸出，可令電腦的圖像處理能力增加。

集成繪圖處理器

集成繪圖處理器(或稱內(nèi)置顯示核心)是設(shè)在主板或CPU上的繪圖處理器，運(yùn)作時(shí)會(huì)借用電腦內(nèi)部分的系統(tǒng)存儲(chǔ)器。2007年裝設(shè)集成顯示的個(gè)人電腦約占總出貨量的90%，相比起使用獨(dú)立顯卡的方案，這種方案可能較為便宜，但性能也許相對(duì)較低。從前，集成繪圖處理器往往會(huì)被認(rèn)為是不適合于運(yùn)行3D游戲或精密的圖形型運(yùn)算。然而，如Intel GMA X3000(Intel G965 芯片組)、AMD的Radeon HD 4290(AMD 890GX 芯片組)和NVIDIA的GeForce 8200(NVIDIAnForce 730a芯片組)已有能力處理對(duì)系統(tǒng)需求不是太高的3D圖像。當(dāng)時(shí)較舊的集成圖形處理器組缺乏如硬件T&L等功能，只有較新型號(hào)才會(huì)包含。

影響集成繪圖處理器的性能，其中一個(gè)原因是由于內(nèi)置顯示核心的運(yùn)算速度。同時(shí)，圖形處理器在運(yùn)作時(shí)會(huì)消耗一定數(shù)量的存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器的速度比高級(jí)獨(dú)立繪圖存儲(chǔ)器來(lái)得慢，系統(tǒng)存儲(chǔ)器的發(fā)送速度可能是10GB/s至20GB/s左右，獨(dú)立繪圖存儲(chǔ)器則至少有50GB/s，甚至超過(guò)150GB/s，取決于型號(hào)而定。

不過(guò)從2009年開(kāi)始，圖形處理器已經(jīng)從主板移去處理器了，如Intel的Westmere架構(gòu)至目前的Kaby Lake架構(gòu)。不過(guò)極致版并沒(méi)有集成圖形處理器。集成至處理器的好處是由于繪圖及處理器芯片工藝為相同(Westmere除外，CPU為32nm而GPU為45nm)，可以減低熱功耗。隨著內(nèi)顯技術(shù)的成熟，目前的內(nèi)顯已經(jīng)足夠應(yīng)付基本3D的需求，不過(guò)仍然依賴主板本身的存儲(chǔ)器。

圖形處理器供應(yīng)商

GPU有非常多的廠商都生產(chǎn)，和CPU一樣，生產(chǎn)的廠商比較多，但大家熟悉的卻只有INA，以至于大家以為GPU只有三大廠商。

英特爾

英特爾的GPU基本為集成顯卡芯片，用于英特爾的主板和英特爾的CPU?？赡苣阆氩坏剑侵话词袌?chǎng)占有率計(jì)算，英特爾隨著他主板及CPU發(fā)售的集成GPU占據(jù)了整個(gè)GPU市場(chǎng)的60%以上。

他的GPU主要有：唯一一款獨(dú)立顯卡芯片Intel 740(i740)。Extreme Graphics系列、GMA系列(集成于芯片組中)。現(xiàn)在的HD Graphics系列[1] 、Iris? Graphics系列[2] 、Iris? Pro Graphics[2] 系列等(集成于CPU中)。

NVIDIA

NVIDIA是現(xiàn)在最大的獨(dú)立顯卡芯片生產(chǎn)銷售商。

他的GPU包括大家熟悉的Geforce系列[3] ，包括GTX、GTS、GT等。專業(yè)工作站的Quadro系列[4] ，超級(jí)計(jì)算的Tesla系列[5] ，多顯示器商用的NVS系列[6] ，移動(dòng)設(shè)備的Tegra系列[7] 。

以前也銷售集成在主板上的集成顯卡芯片，這些隨著主板芯片組一起發(fā)售，但是由于AMD收購(gòu)ATI后自身主板芯片組GPU能力提高，NVIDIA芯片組如日中天的景象已經(jīng)消失了。

曾經(jīng)為游戲機(jī)Xbox、PS3供應(yīng)GPU。

AMD(ATI)

AMD是世界上第二大的獨(dú)立顯卡芯片生產(chǎn)銷售商，他的前身就是ATI，2006年AMD以54億美元收購(gòu)ATI。

他的GPU主要是大家熟悉的Radeon系列[8] ，包括以前的X、HD系列，近幾年的R9、R7、R5、R3，現(xiàn)在的RX系列等。專業(yè)工作站的FireGL系列，超級(jí)計(jì)算的FireStream系列，多顯示器商用的FireMV系列，現(xiàn)在前三者已合并為FirePro系列[9] 。

早期ATI還生產(chǎn)過(guò)Wonder系列、Mach系列、Rage系列芯片。

除了獨(dú)立顯卡之外AMD還擁有集成顯卡芯片，集成于芯片組、APU中。

由于AMD收購(gòu)ATI后，其主板市場(chǎng)迅速擴(kuò)大，已經(jīng)奪取了NVIDIA在AMD處理器主板芯片組的半壁江山。

就現(xiàn)在的發(fā)售量和發(fā)售盈利方面，AMD的GPU市場(chǎng)占有率方面仍然略輸于NVIDIA。

AMD也是游戲機(jī)Xbox 360、Wii、Wii U、PS4、Xbox One的GPU供應(yīng)商。

3dfx

3dfx是一家于1994年成立的生產(chǎn)3D GPU及顯卡的公司。

曾經(jīng)生產(chǎn)了Voodoo系列顯卡，并且研發(fā)了SLI技術(shù)。

由于經(jīng)營(yíng)不善等問(wèn)題于2002年被NVIDIA收購(gòu)。

Matrox

Matrox當(dāng)年和NVIDIA，ATI一起爭(zhēng)奪獨(dú)立顯卡芯片市場(chǎng)份額的一家公司，在曾經(jīng)的一個(gè)時(shí)期Matrox的顯卡和NVIDIA，ATI曾經(jīng)在性能上比肩過(guò)。但由于后來(lái)其開(kāi)發(fā)能力日漸衰退，在GF5時(shí)期，也就是ATI的9000系列時(shí)期，Matrox由于性能上整整落后了GF5900和Raden9800一個(gè)世代而逐漸被淘汰，淡出了民用獨(dú)立顯卡市場(chǎng)。

但時(shí)下Matrox仍然在工程用專業(yè)顯卡方面有自己的地位。這些顯卡用于工程主圖和多頭輸出仍然很強(qiáng)力。與NVIDIA和AMD的專業(yè)顯卡不同，NVIDIA，ATI的專業(yè)顯卡涉足的是3D領(lǐng)域，而Matrox得專業(yè)顯卡涉足的是2D領(lǐng)域，也就是CAD。

但由于OpenCL、CUDA的日漸普及，DX10以上顯卡將在所有支持CUDA的程序上表現(xiàn)出驚人的性能，也就是說(shuō)當(dāng)CUDA在各種運(yùn)用軟件普及的那天，Matrox也必將退出2D專業(yè)卡的市場(chǎng)。

SiS和VIA

矽統(tǒng)和威盛時(shí)下是對(duì)孿生兄弟，但他們?cè)?jīng)也是分開(kāi)的兩家公司，并且都生產(chǎn)自己主板的集成顯卡芯片。但這可憐的兩兄弟已經(jīng)逐步在淡出主板市場(chǎng)了，也就必定將淡出GPU市場(chǎng)。

圖形處理器相關(guān)問(wèn)題

第一個(gè)問(wèn)題

GPU的競(jìng)爭(zhēng)遠(yuǎn)比CPU的競(jìng)爭(zhēng)來(lái)得激烈。通用PC的CPU就只有英特爾和AMD兩家大廠。而在GPU方面領(lǐng)先的是N記和A記兩家廠商，但能生產(chǎn)中低端產(chǎn)品的還有英特爾、S3等好幾家廠商。它們的產(chǎn)品雖然不如前兩家，但在很多應(yīng)用方面也能滿足用戶的需要，所以N記和A記只有拼命往前跑才不會(huì)死掉。CPU廠商沒(méi)有采用GPU的先進(jìn)工藝是因?yàn)?/span>CPU廠商都有自己投資的生產(chǎn)線，不可能一下把原來(lái)的生產(chǎn)線都淘汰了上新的生產(chǎn)線，那樣做可能連當(dāng)初投入的資金都難以收回。而GPU廠商由于種種原因，一般都是自己設(shè)計(jì)由別人代工的，比如找臺(tái)積電代工。代工廠商為了能接到業(yè)務(wù)，只有不停升級(jí)自己的生產(chǎn)設(shè)備，這樣才能生存下來(lái)。所以造成以上原因。

第二個(gè)問(wèn)題

就如你所說(shuō)的一樣，CPU除了處理游戲的AI，情節(jié)等方面的數(shù)據(jù)外，對(duì)于有些圖像方面也是由它完成的。當(dāng)微軟每次發(fā)布新的DX時(shí)，并不是每款GPU都能支持DX新的特性，所以有些圖像方面的任務(wù)還得由CPU來(lái)完成。還有有些特性比如重力特性以前是由CPU來(lái)完成，時(shí)下有些GPU也能支持了，這些任務(wù)就由GPU來(lái)完成了。

第三個(gè)問(wèn)題

GPU相當(dāng)于專用于圖像處理的CPU，正因?yàn)樗鼘?，所以它?qiáng)，在處理圖像時(shí)它的工作效率遠(yuǎn)高于CPU，但是CPU是通用的數(shù)據(jù)處理器，在處理數(shù)值計(jì)算時(shí)是它的強(qiáng)項(xiàng)，它能完成的任務(wù)是GPU無(wú)法代替的，所以不能用GPU來(lái)代替CPU。

另外

時(shí)下AMD收購(gòu)了A記顯卡芯片的設(shè)計(jì)廠商，AMD看到今后CPU和GPU只有走一條融合的道路才能在競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。CPU和GPU如何配合默契才能最大地提高工作效率是AMD時(shí)下考慮的問(wèn)題，也是英特爾的問(wèn)題。

第四個(gè)問(wèn)題

微軟發(fā)布windows7 其中一個(gè)顯著特性就是 聯(lián)合GPU和CPU的強(qiáng)大實(shí)力，提升GPU在硬件使用的價(jià)值，在Windows7中，CPU與GPU組成了協(xié)同處理環(huán)境。CPU運(yùn)算非常復(fù)雜的序列代碼，而GPU則運(yùn)行大規(guī)模并行應(yīng)用程序。微軟利用DirectX Compute將GPU作為操作系統(tǒng)的核心組成部分之一。DirectX Compute。它讓開(kāi)發(fā)人員能夠利用 GPU的大規(guī)模并行計(jì)算能力，創(chuàng)造出引人入勝的消費(fèi)級(jí)和專業(yè)級(jí)計(jì)算應(yīng)用程序。簡(jiǎn)單的說(shuō)，DirectX Compute就是微軟開(kāi)發(fā)的GPU通用計(jì)算接口，欲統(tǒng)一GPU通用計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。也就是說(shuō)windows7 以后GPU的硬件地位將僅次于CPU，發(fā)揮出更大的效用。