显卡

2019-04-14 20:45发布

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一、显卡概述

显卡，是包括显示核心GPU、显存（显示内存）、外围电路、输出接口的一个整体，有点像一个更小的电脑系统，只不过显卡是专门用于做图形运算或通用加速的。
显卡上的GPU就相当于电脑中的CPU。
显卡上的显存就相当于电脑中的内存。
显卡的外围电路以及整个PCB板就相当于电脑中的主板。

二、显示核心（GPU图形处理器）

1、简介

即每秒钟显示芯片/卡能在显示器上画出的点的数量。像素填充率的最大值为3D时钟乘以渲染途径的数量。如NVIDIA的GeForce 2 GTS芯片，核心频率为200 MHz，4条渲染管道，每条渲染管道包含2个纹理单元。那么它的填充率就为4x2像素x2亿/秒=16亿像素/秒。 像素填充率是指图形处理单元在每秒内所渲染的像素数量，单位是MPixel/S（每秒百万像素），或者GPixel/S（每秒十亿像素），是用来度量当前显卡的像素处理性能的最常用指标。显卡的渲染管线是显示核心的重要组成部分，是显示核心中负责给图形配上颜 {MOD}的一组专门通道。渲染管线越多，每组管线工作的频率（一般就是显卡的核心频率）越高，那么所绘出的显卡的填充率就越高，显卡的性能就越高，因此可以从显卡的象素填充率上大致判断出显卡的性能。 一般情况下，显卡的像素填充率等于显示核心的渲染管线数量乘以核心频率。这里的像素填充率显然是理论最大值，实际效果还要受管线执行效率的影响。另外显卡的性能还要受核心架构、顶点数量、显存带宽的影响。例如较高的填充率渲染像素需要消耗大量的存储带宽来支持，因此如果显卡的显存带宽跟不上，显卡的像素填充率也会受影响。不过对大多数显卡而言，设计时总会让像素填充率、顶点生成率、显存带宽等几个显卡的重要指标大致匹配，因此从像素填充率可以大致反映出显卡的性能。 像素填充率的最大值为3D时钟乘以渲染途径的数量。如NVIDIA的GeForce 2 GTS芯片，核心频率为200 MHz，4条渲染管道，每条渲染管道包含2个纹理单元。那么它的填充率就为4x2像素x2亿/秒=16亿像素/秒。这里的像素组成了我们在显示屏上看到的画面，在800x600分辨率下一共就有800x600=480，000个像素，以此类推1024x768分辨率就有1024x768=786，432个像素。我们在玩游戏和用一些图形软件常设置分辨率，当分辨率越高时显示芯片就会渲染更多的像素，因此填充率的大小对衡量一块显卡的性能有重要的意义。刚才我们计算了GTS的填充率为16亿像素/秒，下面我们看看MX200。它的标准核心频率为175，渲染管道只有2条，那么它的填充率为2x2 像素x1.75亿/秒=7亿像素/秒，这是它比GTS的性能相差一半的一个重要原因。

2、应用

（1）概述

虽说大多数PC用户都并不把PC当作游戏平台，但市场是多元化的，PC游戏玩家在PC平台数量上是少数，但在DIY市场却是非常重要的一个组成部分。试想，没有了PC玩家，DIY市场会平淡很多，最起码显卡市场决不会像现在这么受重视。 对于游戏玩家来说，图形性能非常重要，显卡的重要程度甚至超过了CPU。这也导致了很多游戏玩家的配置预算中，显卡占去了很大一部分，有时玩家的显卡价格甚至超过了CPU价格的一倍。由此可见，图形性能对于游戏玩家的重要程度。 无论是DirectX9时代的渲染管线、顶点单元，还是DirectX10时代的统一渲染单元，像素填充率都是一款显卡图形性能最重要的衡量指标之一。 简单的说，一款显卡的性能由“像素填充率”和“显存带宽”两个部分构成。“像素填充率”衡量的是显卡的图形运算能力，“显存带宽”衡量的是显卡的数据传输能力。 像素填充率的公式是：像素填充率=渲染管线数量×核心频率

（2）像素填充率的计算公式

上面这个公式是DirectX9显卡的像素填充率计算方法，DirectX10显卡的像素填充率计算公式为： 像素填充率=SP数量×核心频率÷2÷1000单位：MPixel/S（每秒百万像素），或者GPixel/S（每秒十亿像素） 按照DirectX10显卡的像素填充率公式，可以算出当今DirectX10显卡的像素填充率都是多少。 这个表格是各显卡的像素填充率理论值，实际显卡的频率都和公版频率有出入，不能直接套用。而且决定一款显卡图形性能的还有其他因素，显存规格、纹理填充率等等。 在DirectX11来临的大趋势下，全新的Directx11显卡也降临于世，由于Directx11添加了对Tessellation(镶嵌）技术的支持使得显卡结构发生巨变，也使得像素填充率的计算公式又增加了，即像素填充率=核心频率X光栅单元数量/1000。单位：GPixel/S或billion/sec（每秒十亿像素）。

（3）综合

综合来说，NVIDIA显卡的特点是SP数量较多、SP频率较高，而且NVIDIA显卡的纹理单元普遍比AMD显卡的纹理单元多了一倍，9800GX2比HD3870X2的纹理单元更是多了3倍，因此这个像素填充率排名只是衡量指标之一而已。 9800GX2的像素填充率高于HD3870X2，这可以解释9800GX2略占优势的原因，但9800GX2和HD3870X2的显存规格基本相当，可以说是显存规格限制了它们的差距进一步拉大。但从市场的角度来说，9800GX2的价格是HD3870X2的1.6倍，9800GX2的性价比反而较低。 9800GTX、8800GTS、8800GT的像素填充率都明显高于HD3870，甚至8800GS的像素填充率也高于HD3870，但8800GS的显存规格很弱，这使得HD3870的实际性能要高于8800GS。9600GT的像素填充率虽然较低，但9600GT的显存规格很高，这使得9600GT的性能和HD3870非常接近。 8600GT的像素填充率虽然高于HD3650，但市场上499元的8600GT的频率普遍都比较低，甚至只有450MHz，如此的话8600GT的实际填充率就降到了7.2 GPixel/S，明显低于HD3650。

（4）像素填充率规格的决定因素

像素填充率由显示核心的规格决定，也就是显示核心的运算能力，但要把GPU的运算能力全部发挥出来，还需要良好的传输通道，也就是搭配合理、不至于形成瓶颈的显存规格来决定，最重要的衡量指标就是显存带宽。 显存带宽的计算公式：显存带宽=显存频率×显存位宽÷8 影响显存带宽的因素是显存位宽和显存频率，显存容量的价值体现在容纳运算数据的容量上，最典型的体现就是高频率、低显存容量的显卡在低分辨率时会优于低频率、高显存容量的显卡。显存频率越高越好，显存容量越大越好，但毕竟有个限度，它们的最佳搭配是：显存容量=显存位宽×2

（5）分析

显存带宽由显存位宽决定，显存位宽由显存颗粒决定。一般的显存颗粒封装模式有3种：TSOP、QFP和BGA。其中TSOP和QFP的封装模式是每颗显存颗粒都是32bit位宽，BGA封装的显存颗粒都是16bit位宽。如果是4颗TSOP封装显存颗粒，那么显存位宽就是4×32bit=128bit，如果是4颗BGA封装显存颗粒的话就只有4×16bit=64bit了。 不言而喻，BGA封装的显存颗粒比较便宜一些。 显存带宽要跟的上GPU的运算能力，如此才能保持快速车道的畅通，显卡的实际性能才能发挥至最大。如果像素填充率高、而显存带宽低的话，那么显卡的实际性能会被显存带宽所拖累，最典型的例子就是HD3690，像素填充率和HD3850相当，但显存带宽只有HD3850的一半，实际性能自然是天差地远。 相对来说，NVIDIA显卡的显存频率较高，AMD显卡的显存频率较低，这主要是由于各自的像素填充率导致的。AMD显卡的显存带宽和像素填充率的比例大体接近2：1，而9800GX2、9800GTX、8800GTS、8800GT和8800GS的这个比例却低于2：1，因此NVIDIA在高端显卡的显存频率上要求很高。

三、显示内存（显存）

显存是显卡的一部分，正如内存是电脑的一部分一样。
显存主要是用于保存显示数据，进行各种3D图形运算时的一些纹理贴图、3D模型等素材，还有保存一些GPU运算出来的临时数据等等，以及最终要显示到屏幕上的最终光栅化数据。

如今商家的宣传有很大误导倾向，会让很多人认为显存越大的显卡性能越强，实际上完全不是这么回事。
就像电脑一样，内存大小只是影响性能的一个因素而已，更重要的往往是CPU。
显卡也是一样，更重要的是显示核心，也就是GPU的类型，显存是其次。
比如，1G显存的HD4570性能还不到256M显存的9600M GT的一半，就是因为GPU差距太大了。
如今笔记本常见的GPU类型有：
NV的：GT445M、GT425M、GT335M、GT420M、GT330M、GT325M、GT240M等，性能从高到低，更弱的因为不适合游戏我没再写了。
AMD的：HD5730、HD5650、HD4650等。

然后是显存，显存也有很多参数，显存大小其实反倒是相对次要的因素，显存的速度（频率和位宽）才是最重要的，而显存大小，对于笔记本那么小分辨率的屏幕来说，一般512M就足够了，更大的显存容量只是噱头，浪费而已（除非你整天把笔记本外接在高清显示器上面玩游戏，那样的话1G或更高的显存才有意义）。

你如果想流畅运行剑网3和使命召唤系列，采用上述我写出来的GPU的显卡，搭配较高速的显存（128bit或以上位宽，DDR3或以上显存类型），大小能有512M就足够了。

一定要注意，GPU类型最重要，显存速度其次，显存大小再次。

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