显卡入门知识教程

tails · 发表于 2008-5-30 15:09:22

显卡入门知识教程

现在的显卡新技术层出不穷，各项参数重多，刚接触硬件的朋友们往往想了解一款显卡好坏而无从看起，在此特介绍一下显卡的相关属性参数，孰好孰坏，各位自己定夺吧。合适的，才是最好的。

显卡的主要构成（极其参数）
1、显示芯片（型号、版本级别、开发代号、制造工艺、核心频率）
2、显存（类型、位宽、容量、封装类型、速度、频率）
3、技术（象素渲染管线、顶点着色引擎数、3D API、RAMDAC频率及支持MAX分辨率）
4、PCB板（PCB层数、显卡接口、输出接口、散热装置）
5、品牌
1、显示芯片
显示芯片，又称图型处理器 - GPU，它在显卡中的作用，就如同CPU在电脑中的作用一样。更直接的比喻就是大脑在人身体里的作用。
先简要介绍一下常见的生产显示芯片的厂商：Intel、ATI、nVidia、VIA（S3）、SIS、Matrox、3D Labs。
Intel、VIA（S3）、SIS 主要生产集成芯片；
ATI、nVidia 以独立芯片为主，是目前市场上的主流，但由于ATi现在已经被AMD收购，以后是否会继续出独立显示芯片很难说了；
Matrox、3D Labs 则主要面向专业图形市场。
由于ATI和nVidia基本占据了主流显卡市场，下面主要将主要针对这两家公司的产品做介绍。
型号
ATi公司的主要品牌 Radeon(镭) 系列，其型号由早其的 Radeon Xpress 200 到 Radeon (X300、X550、X600、X700、X800、X850) 到近期的
Radeon (X1300、X1600、X1800、X1900、X1950)　性能依次由低到高。
nVIDIA公司的主要品牌 GeForce 系列，其型号由早其的 GeForce 256、GeForce2 (100/200/400)、GeForce3(200/500)、GeForce4
(420/440/460/4000/4200/4400/4600/4800) 到 GeForce FX(5200/5500/5600/5700/5800/5900/5950)、GeForce
(6100/6150/6200/6400/6500/6600/6800/)　再到近其的 GeForce (7300/7600/7800/7900/7950)　性能依次由低到高。
版本级别
除了上述标准版本之外，还有些特殊版，特殊版一般会在标准版的型号后面加个后缀，常见的有：
ATi:
SE (Simplify Edition 简化版) 通常只有64bit内存界面,或者是像素流水线数量减少。
Pro (Professional Edition 专业版) 高频版，一般比标版在管线数量/顶点数量还有频率这些方面都要稍微高一点。
XT (eXTreme 高端版) 是ATi系列中高端的，而nVIDIA用作低端型号。
XT PE (eXTreme Premium Edition XT白金版) 高端的型号。
XL (eXtreme Limited 高端系列中的较低端型号)ATI最新推出的R430中的高频版
XTX (XT eXtreme 高端版) X1000系列发布之后的新的命名规则。
CE (Crossfire Edition 交叉火力版) 交叉火力。
VIVO (VIDEO IN and VIDEO OUT) 指显卡同时具备视频输入与视频捕捉两大功能。
HM (Hyper Memory)可以占用内存的显卡
nVIDIA:
ZT 在XT基础上再次降频以降低价格。
XT 降频版，而在ATi中表示最高端。
LE (Lower Edition 低端版) 和XT基本一样，ATi也用过。
MX 平价版，大众类。
GTS/GS 低频版。
GE 比GS稍强点，其实就是超了频的GS。
GT 高频版。比GS高一个档次因为GT没有缩减管线和顶点单元。
GTO 比GT稍强点,有点汽车中GTO的味道。
Ultra 在GF7系列之前代表着最高端，但7系列最高端的命名就改为GTX 。
GTX (GT eXtreme)加强版，降频或者缩减流水管道后成为GT，再继续缩水成为GS版本。
GT2 双GPU显卡。
TI (Titanium 钛) 一般就是代表了nVidia的高端版本。
Go 多用语移动平台。
TC (Turbo Cache)可以占用内存的显卡
开发代号
所谓开发代号就是显示芯片制造商为了便于显示芯片在设计、生产、销售方面的管理和驱动架构的统一而对一个系列的显示芯片给出的相应的基本的代号。开发代号作用是降低显示芯片制造商的成本、丰富产品线以及实现驱动程序的统一。一般来说，显示芯片制造商可以利用一个基本开发代号再通过控制渲染管线数量、顶点着色单元数量、显存类型、显存位宽、核心和显存频率、所支持的技术特性等方面来衍生出一系列的显示芯片来满足不同的性能、价格、市场等不同的定位，还可以把制造过程中具有部分瑕疵的高端显示芯片产品通过屏蔽管线等方法处理成为完全合格的相应低端的显示芯片产品出售，从而大幅度降低设计和制造的难度和成本，丰富自己的产品线。同一种开发代号的显示芯片可以使用相同的驱动程序，这为显示芯片制造商编写驱动程序以及消费者使用显卡都提供了方便。
同一种开发代号的显示芯片的渲染架构以及所支持的技术特性是基本上相同的，而且所采用的制程也相同，所以开发代号是判断显卡性能和档次的重要参数。同一类型号的不同版本可以是一个代号，例如：GeForce (X700、X700 Pro、X700 XT) 代号都是 RV410；而Radeon (X1900、X1900XT、X1900XTX) 代号都是 R580　等，但也有其他的情况，如：GeForce (7300 LE、7300 GS) 代号是 G72 ；而 GeForce (7300 GT、7600 GS、7600 GT) 代号都是 G73　等。

制造工艺
制造工艺指得是在生产GPU过程中，要进行加工各种电路和电子元件，制造导线连接各个元器件。通常其生产的精度以um(微米)来表示，未来有向nm(纳米)发展的趋势（1mm=1000um　1um=1000nm），精度越高，生产工艺越先进。在同样的材料中可以制造更多的电子元件，连接线也越细，提高芯片的集成度，芯片的功耗也越小。
制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米，再到目前主流的 90 纳米(0.09纳米) 、65 纳米等。
核心频率
显卡的核心频率是指显示核心的工作频率，其工作频率在一定程度上可以反映出显示核心的性能，但显卡的性能是由核心频率、显存、像素管线、像素填充率等等多方面的情况所决定的，因此在显示核心不同的情况下，核心频率高并不代表此显卡性能强劲。比如9600PRO的核心频率达到了400MHz，要比9800PRO的380MHz高，但在性能上9800PRO绝对要强于9600PRO。在同样级别的芯片中，核心频率高的则性能要强一些，提高核心频率就是显卡超频的方法之一。显示芯片主流的只有ATI和NVIDIA两家，两家都提供显示核心给第三方的厂商，在同样的显示核心下，部分厂商会适当提高其产品的显示核心频率，使其工作在高于显示核心固定的频率上以达到更高的性能。
2、显存
类型
目前市场中所采用的显存类型主要有SDRAM，DDR SDRAM，DDR SGRAM三种。
SDRAM颗粒目前主要应用在低端显卡上，频率一般不超过200MHz，在价格和性能上它比DDR都没有什么优势，因此逐渐被DDR取代。
DDR SDRAM 是Double Data Rate SDRAM的缩写(双倍数据速率) ，它能提供较高的工作频率，带来优异的数据处理性能。
DDR SGRAM 是显卡厂商特别针对绘图者需求，为了加强图形的存取处理以及绘图控制效率，从同步动态随机存取内存（SDRAM）所改良而得的产品。SGRAM允许以方块 (Blocks) 为单位个别修改或者存取内存中的资料，它能够与中央处理器(CPU)同步工作，可以减少内存读取次数，增加绘图控制器的效率，尽管它稳定性不错，而且性能表现也很好，但是它的超频性能很差。
目前市场上的主流是DDR2和DDR3,。
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，这是显存的重要参数之一。目前市场上的显存位宽有64位、128位、256位和512位几种，人们习惯上叫的64位显卡、128位显卡和256位显卡就是指其相应的显存位宽。显存位宽越高，性能越好价格也就越高，因此512位宽的显存更多应用于高端显卡，而主流显卡基本都采用128和256位显存。
显存带宽＝显存频率X显存位宽/8，在显存频率相当的情况下，显存位宽将决定显存带宽的大小。例如：同样显存频率为500MHz的128位和256位显存，那么它俩的显存带宽将分别为：128位＝500MHz*128∕8=8GB/s，而256位＝500MHz*256∕8=16GB/s，是128位的2倍，可见显存位宽在显存数据中的重要性。显卡的显存是由一块块的显存芯片构成的，显存总位宽同样也是由显存颗粒的位宽组成。显存位宽＝显存颗粒位宽×显存颗粒数。显存颗粒上都带有相关厂家的内存编号，可以去网上查找其编号，就能了解其位宽，再乘以显存颗粒数，就能得到显卡的位宽。
容量
这个就比较好理解了，容量越大，存的东西就越多，当然也就越好。
目前主流的显存容量，64MB、128MB、256MB、512MB等。
封装类型
显存封装形式主要有:
TSOP (Thin Small Out－Line Package) 薄型小尺寸封装
QFP (Quad Flat Package) 小型方块平面封装
MicroBGA (Micro Ball Grid Array) 微型球闸阵列封装，又称FBGA(Fine-pitch Ball Grid Array)
目前的主流显卡基本上是用TSOP和MBGA封装，其中又以TSOP封装居多.
速度
显存速度一般以ns（纳秒）为单位。常见的显存速度有7ns、6ns、5.5ns、5ns、4ns，3.6ns、2.8ns、2.2ns、1.1ns等，越小表示速度越快\越好。
显存的理论工作频率计算公式是：额定工作频率（MHz）＝1000/显存速度×n得到（n因显存类型不同而不同，如果是SDRAM显存，则n=1；DDR显存则n=2；DDRII显存则n=4）。
频率
显存频率一定程度上反应着该显存的速度，以MHz（兆赫兹）为单位。
显存频率随着显存的类型、性能的不同而不同：
SDRAM显存一般都工作在较低的频率上，一般就是133MHz和166MHz，此种频率早已无法满足现在显卡的需求。
DDR SDRAM显存则能提供较高的显存频率，因此是目前采用最为广泛的显存类型，目前无论中、低端显卡，还是高端显卡大部分都采用DDR SDRAM，其所能提供的显存频率也差异很大，主要有400MHz、500MHz、600MHz、650MHz等，高端产品中还有800MHz或900MHz，乃至更高。
显存频率与显存时钟周期是相关的，二者成倒数关系，也就是显存频率＝1/显存时钟周期。如果是SDRAM显存，其时钟周期为6ns，那么它的显存频率就为1/6ns=166 MHz；而对于DDR SDRAM，其时钟周期为6ns，那么它的显存频率就为1/6ns=166 MHz，但要了解的是这是DDR SDRAM的实际频率，而不是我们平时所说的DDR显存频率。因为DDR在时钟上升期和下降期都进行数据传输，其一个周期传输两次数据，相当于SDRAM频率的二倍。习惯上称呼的DDR频率是其等效频率，是在其实际工作频率上乘以2，就得到了等效频率。因此6ns的DDR显存，其显存频率为1/6ns*2=333 MHz。但要明白的是显卡制造时，厂商设定了显存实际工作频率，而实际工作频率不一定等于显存最大频率。此类情况现在较为常见，如显存最大能工作在650 MHz，而制造时显卡工作频率被设定为550 MHz，此时显存就存在一定的超频空间。这也就是目前厂商惯用的方法，显卡以超频为卖点。
3、技术
象素渲染管线
渲染管线也称为渲染流水线，是显示芯片内部处理图形信号相互独立的的并行处理单元。
在某种程度上可以把渲染管线比喻为工厂里面常见的各种生产流水线，工厂里的生产流水线是为了提高产品的生产能力和效率，而渲染管线则是提高显卡的工作能力和效率。渲染管线的数量一般是以像素渲染流水线的数量×每管线的纹理单元数量来表示。例如，GeForce 6800Ultra的渲染管线是16×1，就表示其具有16条像素渲染流水线，每管线具有1个纹理单元；GeForce4 MX440的渲染管线是2×2，就表示其具有2条像素渲染流水线，每管线具有2个纹理单元等等，其余表示方式以此类推。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，从显卡的渲染管线数量上可以大致判断出显卡的性能高低档次。但显卡性能并不仅仅只是取决于渲染管线的数量，同时还取决于显示核心架构、渲染管线的的执行效率、顶点着色单元的数量以及显卡的核心频率和显存频率等等方面。
一般来说在相同的显示核心架构下，渲染管线越多也就意味着性能越高，例如16×1架构的GeForce 6800GT其性能要强于12×1架构的GeForce 6800，就象工厂里的采用相同技术的2条生产流水线的生产能力和效率要强于1条生产流水线那样；而在不同的显示核心架构下，渲染管线的数量多就并不意味着性能更好，例如4×2架构的GeForce2 GTS其性能就不如2×2架构的GeForce4 MX440，就象工厂里的采用了先进技术的1条流水线的生产能力和效率反而还要强于只采用了老技术的2条生产流水线那样。
顶点着色引擎数
顶点着色引擎(Vertex Shader)，也称为顶点遮蔽器，根据官方规格，顶点着色引擎是一种增加各式特效在3D场影中的处理单元，顶点着色引擎
的可程式化特性允许开发者靠加载新的软件指令来调整各式的特效，每一个顶点将被各种的数据变素清楚地定义，至少包括每一顶点的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。顶点着色引擎数越多速度越快。
3D API
API是Application Programming Interface的缩写，是应用程序接口的意思，而3D API则是指显卡与应用程序直接的接口。
3D API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。如果没有3D API在开发程序时，程序员必须要了解全部的显卡特性，才能编写出与显卡完全匹配的程序，发挥出全部的显卡性能。而有了3D API这个显卡与软件直接的接口，程序员只需要编写符合接口的程序代码，就可以充分发挥显卡的不必再去了解硬件的具体性能和参数，这样就大大简化了程序开发的效率。同样，显示芯片厂商根据标准来设计自己的硬件产品，以达到在API调用硬件资源时最优化，获得更好的性能。有了3D API，便可实现不同厂家的硬件、软件最大范围兼容。比如在最能体现3D API的游戏方面，游戏设计人员设计时，不必去考虑具体某款显卡的特性，而只是按照3D API的接口标准来开发游戏，当游戏运行时则直接通过3D API来调用显卡的硬件资源。
目前个人电脑中主要应用的3D API有：DirectX和OpenGL。
RAMDAC频率和支持最大分辨率
RAMDAC是Random Access Memory Digital/Analog Convertor的缩写，即随机存取内存数字～模拟转换器。
RAMDAC作用是将显存中的数字信号转换为显示器能够显示出来的模拟信号，其转换速率以MHz表示。计算机中处理数据的过程其实就是将事物数字化的过程，所有的事物将被处理成0和1两个数，而后不断进行累加计算。图形加速卡也是靠这些0和1对每一个象素进行颜色、深度、亮度等各种处理。显卡生成的都是信号都是以数字来表示的，但是所有的CRT显示器都是以模拟方式进行工作的，数字信号无法被识别，这就必须有相应的设备将数字信号转换为模拟信号。而RAMDAC就是显卡中将数字信号转换为模拟信号的设备。RAMDAC的转换速率以MHz表示，它决定了刷新频率的高低（与显示器的“带宽”意义近似）。其工作速度越高，频带越宽，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的分辨率，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。
4、PCB板
PCB是Printed Circuit Block的缩写，也称为印制电路板。就是显卡的躯体（绿色的板子），显卡一切元器件都是放在PCB板上的，因此PCB板的好坏，直接决定着显卡电气性能的好坏和稳定。
层数
目前的PCB板一般都是采用4层、6层、或8层，理论上来说层数多的比少的好，但前提是在设计合理的基础上。
PCB的各个层一般可分为信号层（Signal），电源层（Power）或是地线层（Ground）。每一层PCB版上的电路是相互独立的。在4层PCB的主板中，信号层一般分布在PCB的最上面一层和最下面一层，而中间两层则是电源与地线层。相对来说6层PCB就复杂了，其信号层一般分布在1、3、5层，而电源层则有2层。至于判断PCB的优劣，主要是观察其印刷电路部分是否清晰明了，PCB是否平整无变形等等。
显卡接口
常见的有PCI、AGP 2X/4X/8X （目前已经淘汰），最新的是PCI-Express X16接口，是目前的主流。
输出接口
现在最常见的输出接口主要有：
VGA (Video Graphics Array) 视频图形阵列接口，作用是将转换好的模拟信号输出到CRT或者LCD显示器中
DVI (Digital Visual Interface) 数字视频接口接口，视频信号无需转换，信号无衰减或失真，未来VGA接口的替代者。
S-Video (Separate Video) S端子，也叫二分量视频接口，一般采用五线接头，它是用来将亮度和色度分离输出的设备，主要功能是为了克服
视频节目复合输出时的亮度跟色度的互相干扰。
散热装置
散热装置的好坏也能影响到显卡的运行稳定性，常见的散热装置有：
被动散热：既只安装了铝合金或铜等金属的散热片。
风冷散热：在散热片上加装了风扇，目前多数采用这种方法。
水冷散热：通过热管液体把GPU和水泵相连，一般在高端顶级显卡中采用。
颜色
很多人认为红色显卡的比绿色的好、绿色的比黄舌的好，显卡的好坏和其颜色并没有什么关系，有的厂家喜用红色，有的喜用绿色，这是完全由生产商决定的。一些名牌大厂，那是早就形成了一定的风格的。因此，其PCB的颜色一般也不会有太大的变动。
品牌
目前显卡业的竞争也是日趋激烈。各类品牌名目繁多，以下是我自认为一些比较不错的牌子，仅供参考请不要太迷信了：
迈创(MATROX) 、3Dlabs 、蓝宝石(SAPPHIRE) 、华硕（ASUS）、鸿海（Foxconn）、撼迅/迪兰恒进（PowerColor/Dataland）、丽台（Leadtek）、讯景（XFX）、映众(Inno3D)
微星（MSI）、艾尔莎（ELSA）、富彩(FORSA)、同德（Palit）、捷波（Jetway）、升技（Abit）、磐正(EPOX) 、映泰(Biostar) 、耕昇(Gainward)、旌宇(SPARKLE) 、影驰(GALAXY) 、天扬(GRANDMARS) 、超卓天彩（SuperGrece）、铭瑄(MAXSUN)、翔升(ASL)、盈通(YESTON)

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