概述
顯示卡又稱
顯示卡( Video card),是計算機中一個重要的組成部分,承擔輸出顯示圖形的任務,對喜歡玩遊戲和從事專業圖形設計的人來說,顯示卡非常重要。主流顯示卡的顯示晶片主要由
NVIDIA(英偉達)和
AMD(超微半導體)兩大廠商製造,通常將採用NVIDIA顯示晶片的顯示卡稱為N卡,而將採用AMD顯示晶片的顯示卡稱為A卡。
配置較高的
計算機,都包和頁提含顯示卡計算核心。在科學計算中,顯示卡被稱為顯示加速卡。
顯示晶片( Video chipset)是顯示卡的主要處理單元,因此又稱為
圖形處理器(Graphic Processing Unit,GPU),GPU是NVIDIA公司在發布GeForce 256圖形處理晶片時首先提出的概念。尤其是在處理3D圖形時,
GPU使顯示卡減少了對CPU的依賴,並完成部分原本屬於CPU的工作。GPU所採用的核心技術有硬體
T&L(幾何轉換和光照處理)、立方環境材質貼圖和頂點混合、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,而硬體T&L技術可以說是GPU的標誌。
衡量一個顯示卡好壞的方法有很多,除了使用測試軟體測試比較外,還有很多指標可供用戶比較顯示卡的性能,影響顯示卡性能的高低主要有
顯示卡頻率、
顯示存儲器等性能指標。
工作原理及模式
顯示卡是插在主機板上的擴展槽里的(一般是
PCI-E插槽,此前還有
AGP、
PCI、
ISA等插槽)。它主要負責把主機向顯示器發出的顯示信號轉化為一般電器信號,使得顯示器能明白個人計算機在讓它做什麼。顯示卡主要由顯示卡主機板、顯示晶片、顯示存儲器、散熱器(散熱片、風扇)等部分組成。顯示卡的主要晶片叫“
顯示晶片”(Video chipset,也叫
GPU或
VPU,圖形處理器或視覺處理器),是顯示卡的主要處理單元。顯示卡上也有和
計算機存儲器相似的存儲器,稱為“顯示存儲器”,簡稱
顯存。
早期的顯示卡只是單純意義的顯示卡,只起到信號轉換的作用;我們一般使用的顯示卡都帶有
3D畫面運算和圖形加速功能,所以也叫做“圖形加速卡”或“
3D加速卡”。PC上最早的顯示卡是
IBM在1981年推出的5150個人計算機上所搭載的
MDA和
CGA兩款2D加速卡。
分類
集成顯示卡
配置核芯顯示卡的
CPU通常價格不高,同時低端核顯難以勝任大型遊戲。
集成顯示卡是將顯示晶片、顯存及其相關電路都集成在主機板上,與其融為一體的元件;
集成顯示卡的顯示晶片有單獨的,但大部分都集成在主機板的北橋晶片中;一些主機板集成的顯示卡也在主機板上單獨安裝了顯存,但其容量較小。
集成顯示卡的顯示效果與處理性能相對較弱,不能對顯示卡進行硬體升級,但可以通過
CMOS調節頻率狼判棄或刷入新
BIOS檔案實現軟體升級來挖掘
顯示晶片的潛能。
集成顯示卡的優點是功耗低、發熱量小,部分集成顯示卡的性能已經可以媲美入門級的
獨立顯示卡,所以很多喜歡棵良歡自己動手組裝計算機的人不用花費額外的資金來購買
獨立顯示卡,便能得到自己滿意的性能。
集成顯示卡的缺點是性能鴉擊欠相對略低,且固化在主機板或CPU上,本身無法更換,如果必須換,就只能換主機板。
獨立顯示卡
獨立顯示卡是指將
顯示晶片、顯存及其相關電路單獨做在一塊電路板上,自成一體而作為一塊獨立的板卡存在,它需占用主機板的
擴展插槽(
ISA、 PCI、AGP或PCI-E)。
獨立顯示卡的優點是單獨安裝有顯存,一般不占用系統記憶體,在技術上也較集成顯示卡先進得多,但性能肯定不差於集成顯示卡,容易進行顯示卡的硬體升級。獨立顯示卡的缺點是系統功耗有所加大,發熱量也較大,需額外花費購買顯示卡的資金,同時(特別是對筆記本妹講電腦)占用更多空間。由於顯示卡性能的不同對於顯示卡要求也不一樣,
獨立顯示卡實際分為兩類,一類專門為遊戲設計的娛樂顯示卡,一類則是用於繪圖和3D渲染的專業顯示卡。
核芯顯示卡
核芯顯示卡是
Intel產品新一代圖形處理核心,和以往的顯示卡設計不同,Intel 憑藉其在處理器製程上的先進工藝以及新的架構設計,將圖形核心與處理核心整合在同一塊基板上,構成一個完整的危主勸墊
處理器。智慧型
處理器架構這種設計上的整合大大縮減了處理核心、圖形核心、
記憶體及
記憶體控制器間的數據周轉時間,有效提升處理效能並大幅降低晶片組整體功耗,有助於縮小核心組件的尺寸,為
筆記本、
一體機等產品的設計提供了更大選擇空間。
需要注意的是,
核芯顯示卡和傳統意義上的
集成顯示卡並不相同。筆記本平台採用的圖形解決方案訂擔頌贈主要有“獨立”和“集成”兩種,前者擁有單獨的圖形核心和獨立的顯存,能夠滿足複雜龐大的
圖形處理需求,並提供高效的視頻編碼套用;
集成顯示卡則將圖形核心以單獨晶片的方式集成在主機板上,並且動態共享部分系統記憶體作為顯存使用,因此能夠提供簡單的圖形處理能力,以及較為流暢的編碼套用。
相對於前兩者,核芯顯示卡則將圖形核心整合在
處理器當中,進一步加強了
圖形處理的效率,並把
集成顯示卡中的“
處理器+
南橋+
北橋(圖形核心+記憶體控制+顯示輸出)”三晶片解決方案精簡為“
處理器(處理核心+圖形核心十記憶體控制)十主機板晶片(顯示輸出)”的雙晶片模式,有效降低了核心組件的整體功耗,更利於延長筆記本的續航時間。
低功耗是核芯顯示卡的最主要優勢,由於新的精簡架構及
整合設計,核芯顯示卡對整體
能耗的控制更加優異,高效的處理性能大幅縮短了運算時間,進一步縮減了系統平台的能耗。高性能也是它的主要優勢:核芯顯示卡擁有諸多優勢技術,可以帶來充足的
圖形處理能力,相較前一代產品其性能的進步十分明顯。
核芯顯示卡可支持
DX10/DX11、SM4. 0、
OpenGL 2.0,以及全高清Full HD MPEG2 /
H.264 /
VC-1格式解碼等技術,即將加入的性能動態調節更可大幅提升核芯顯示卡的處理能力,令其完全滿足於普通用戶的需求。
結構
一般顯示卡的結構如下:
匯流排接口類型
ISA顯示卡
ISA顯示卡是以前最普遍使用的
VGA顯示器所能支持的古老顯示卡。
VESA顯示卡
VESA是“
Video
Electronic
Standards
Association”(視頻電子工程標準協會)的縮寫,由多家計算機晶片製造商於1989年聯合創立。1994年底,VESA發表了
64位架構的“VESA Local Bus”標準,
80486的個人計算機大多採用這一標準的顯示卡。
PCI顯示卡
PCI(Peripheral Component Interconnect)顯示卡,通常被使用於較早期或精簡型的計算機中,此類計算機由於將AGP標準插槽移除而必須仰賴PCI接口的顯示卡。已知被多數的使用於
486到
PentiumII早期的時代。但直到顯示晶片無法直接支持AGP之前,仍有部分廠商持續製造以AGP轉PCI為基底的顯示卡。已知最新型的PCI接口顯示卡,是GeForce GT 610 PCI(SPARKLE制)型號為 GRSP610L1024LC 以及 ATI HD 4350 PCI(HIS制)和HIS HD 5450 PCI(HIS制)HIS 5450 Silence 512MB DDR3 PCI DVI/HDMI/VGA 產品編號 H545H512P。
AGP顯示卡
AGP(
Accelerated
Graphics
Port)是
英特爾(Intel)公司在1996年開發的32位
匯流排接口,用以增進計算機系統中的顯示性能。分有AGP 1X、AGP 2X、AGP 4X及最後的AGP 8X,頻寬分別為266MB/s、533MB/s、1066MB/s、以及2133 MB/s。其中AGP 4X以後已跟之前電壓不兼容。其中
3DLABS的“Wildcat4 7210”是最強的專業級AGP圖形加速卡,而
ATI公司的
RadeonHD 4670、HD3850,是當年 (2007) 性能最強的消費級AGP圖形加速卡。
PCI Express顯示卡
PCI Express(亦稱PCI-E)是顯示卡最新的圖形接口,用來取代
AGP顯示卡,面對日後
3D顯示技術的不斷進步,AGP的頻寬已經不足以應付龐大的數據運算。性能最高的PCI-Express顯示卡是
nVidia公司的“NVIDIA Titan V ”和
AMD公司的“Radeon Pro Duo(Fiji)”。現時,2007年後出產的顯示卡可支持雙顯示卡技術(nVIDIA的
SLi及nvlink和AMD的
CrossFire)。
外接PCI Express顯示卡
性能指標
顯示卡頻率
(1)核心頻率
顯示卡的
核心頻率是指顯示核心的工作頻率,其工作頻率在一定程度上可以反映出顯示核心的性能,但顯示卡的性能是由核心頻率、流處理器單元、顯存頻率、顯存位寬等多方面的情況所決定的,因此在顯示核心不同的情況下,核心頻率高並不代表此顯示卡性能強勁。比如
GTS250的核心頻率達到了750MHz,要比GTX260+的576MHz高,但在性能上
GTX260+絕對要強於
GTS250。在同樣級別的晶片中,
核心頻率高的則性能要強一些。主流顯示晶片只有AMD和NVIDIA兩家,兩家都提供顯示核心給第三方的廠商,在同樣的顯示核心下,部分廠商會適當提高其產品的顯示核心頻率,使其工作在高於顯示核心固定的頻率上以達到更高的性能。
(2)顯存頻率
顯存頻率與顯存時鐘周期是相關的,二者成倒數關係,也就是
顯存頻率( MHz)=1/
顯存時鐘周期(NS)Xl000。但要明白的是,顯示卡製造時,廠商設定了顯存實際工作頻率,而實際工作頻率不一定等於顯存最大頻率,此類情況較為常見。
顯示存儲器
顯示存儲器簡稱顯存,也稱為幀快取,顧名思義,其主要功能就是暫時儲存
顯示晶片處理過或即將提取的渲染數據,類似於主機板的記憶體,是衡量顯示卡的主要性能指標之一。
顯存與
系統記憶體一樣,其容量也是越多越好,圖形核心的性能越強,需要的顯存也就越大,因為顯存越大,可以存儲的圖像數據就越多,支持的解析度與顏色數也就越高,遊戲運行起來就更加流暢。
主流顯示卡基本上具備的是6GB容量,一些中高端顯示卡則配備了6GB、8GB的
顯存容量。
顯存類型
顯存位寬
顯存位寬指的是一次可以讀入的數據量,即表示顯存與
顯示晶片之間交換數據的速度。位寬越大,顯存與顯示晶片之間數據的交換就越順暢。通常說的某個顯示卡的規格是2GB 128bit,其中128bit指的就是這塊顯示卡的
顯存位寬。
流處理器單元
在
DX10顯示卡出來以前,並沒有“
流處理器”這個說法。GPU內部由“
管線”構成,分為像素管線和頂點管線,它們的數目是固定的。簡單來說,頂點管線主要負責
3D建模,像素管線負責
3D渲染。由於它們的數量是固定的,這就出現了一個問題,當某個遊戲場景需要大量的
3D建模而不需要太多的像素處理,就會造成頂點管線資源緊張而像素管線大量閒置,當然也有截然相反的另一種情況。這都會造成某些資源的不夠和另一些資源的閒置浪費。在這樣的情況下,人們在
DX10時代首次提出了“
統一渲染架構”,顯示卡取消了傳統的“像素管線”和“頂點管線”,統一改為流處理器單元,它既可以進行頂點運算也可以進行像素運算,這樣在不同的場景中,顯示卡就可以動態地分配進行頂點運算和像素運算的
流處理器數量,達到資源的充分利用。
流處理器的數量的多少已經成為了決定顯示卡性能高低的一個很重要的指標,
NVIDIA和
AMD也在不斷地增加顯示卡的
流處理器數量使顯示卡的性能達到跳躍式增長,值得一提的是,N卡和A卡GPU架構並不一樣,對於流處理器數的分配也不一樣。雙方沒有可比性。
顯示器接口
以下為常用的顯示器接口:
著名公司
以下公司曾經或正在生產顯示晶片或顯示卡;包含已經倒閉、退出顯示卡市場或被併購的公司。
當前主流顯示卡等級劃分
最高端顯示卡:當前最高端顯示卡為30系列顯示卡。
主流:由於30系列顯示卡剛推出不久,目前大多數玩家主流顯示卡仍為16系列與20系列顯示卡。
中端顯示卡:中端顯示卡目前為第九代顯示卡及10系列顯示卡。
低端顯示卡:7代及以下顯示卡
集成顯示卡的缺點是性能相對略低,且固化在主機板或CPU上,本身無法更換,如果必須換,就只能換主機板。
獨立顯示卡
獨立顯示卡是指將
顯示晶片、顯存及其相關電路單獨做在一塊電路板上,自成一體而作為一塊獨立的板卡存在,它需占用主機板的
擴展插槽(
ISA、 PCI、AGP或PCI-E)。
獨立顯示卡的優點是單獨安裝有顯存,一般不占用系統記憶體,在技術上也較集成顯示卡先進得多,但性能肯定不差於集成顯示卡,容易進行顯示卡的硬體升級。獨立顯示卡的缺點是系統功耗有所加大,發熱量也較大,需額外花費購買顯示卡的資金,同時(特別是對筆記本電腦)占用更多空間。由於顯示卡性能的不同對於顯示卡要求也不一樣,
獨立顯示卡實際分為兩類,一類專門為遊戲設計的娛樂顯示卡,一類則是用於繪圖和3D渲染的專業顯示卡。
核芯顯示卡
核芯顯示卡是
Intel產品新一代圖形處理核心,和以往的顯示卡設計不同,Intel 憑藉其在處理器製程上的先進工藝以及新的架構設計,將圖形核心與處理核心整合在同一塊基板上,構成一個完整的
處理器。智慧型
處理器架構這種設計上的整合大大縮減了處理核心、圖形核心、
記憶體及
記憶體控制器間的數據周轉時間,有效提升處理效能並大幅降低晶片組整體功耗,有助於縮小核心組件的尺寸,為
筆記本、
一體機等產品的設計提供了更大選擇空間。
需要注意的是,
核芯顯示卡和傳統意義上的
集成顯示卡並不相同。筆記本平台採用的圖形解決方案主要有“獨立”和“集成”兩種,前者擁有單獨的圖形核心和獨立的顯存,能夠滿足複雜龐大的
圖形處理需求,並提供高效的視頻編碼套用;
集成顯示卡則將圖形核心以單獨晶片的方式集成在主機板上,並且動態共享部分系統記憶體作為顯存使用,因此能夠提供簡單的圖形處理能力,以及較為流暢的編碼套用。
相對於前兩者,核芯顯示卡則將圖形核心整合在
處理器當中,進一步加強了
圖形處理的效率,並把
集成顯示卡中的“
處理器+
南橋+
北橋(圖形核心+記憶體控制+顯示輸出)”三晶片解決方案精簡為“
處理器(處理核心+圖形核心十記憶體控制)十主機板晶片(顯示輸出)”的雙晶片模式,有效降低了核心組件的整體功耗,更利於延長筆記本的續航時間。
低功耗是核芯顯示卡的最主要優勢,由於新的精簡架構及
整合設計,核芯顯示卡對整體
能耗的控制更加優異,高效的處理性能大幅縮短了運算時間,進一步縮減了系統平台的能耗。高性能也是它的主要優勢:核芯顯示卡擁有諸多優勢技術,可以帶來充足的
圖形處理能力,相較前一代產品其性能的進步十分明顯。
核芯顯示卡可支持
DX10/DX11、SM4. 0、
OpenGL 2.0,以及全高清Full HD MPEG2 /
H.264 /
VC-1格式解碼等技術,即將加入的性能動態調節更可大幅提升核芯顯示卡的處理能力,令其完全滿足於普通用戶的需求。
結構
一般顯示卡的結構如下:
ISA顯示卡是以前最普遍使用的
VGA顯示器所能支持的古老顯示卡。
VESA是“
Video
Electronic
Standards
Association”(視頻電子工程標準協會)的縮寫,由多家計算機晶片製造商於1989年聯合創立。1994年底,VESA發表了
64位架構的“VESA Local Bus”標準,
80486的個人計算機大多採用這一標準的顯示卡。
PCI(Peripheral Component Interconnect)顯示卡,通常被使用於較早期或精簡型的計算機中,此類計算機由於將AGP標準插槽移除而必須仰賴PCI接口的顯示卡。已知被多數的使用於
486到
PentiumII早期的時代。但直到顯示晶片無法直接支持AGP之前,仍有部分廠商持續製造以AGP轉PCI為基底的顯示卡。已知最新型的PCI接口顯示卡,是GeForce GT 610 PCI(SPARKLE制)型號為 GRSP610L1024LC 以及 ATI HD 4350 PCI(HIS制)和HIS HD 5450 PCI(HIS制)HIS 5450 Silence 512MB DDR3 PCI DVI/HDMI/VGA 產品編號 H545H512P。
AGP(
Accelerated
Graphics
Port)是
英特爾(Intel)公司在1996年開發的32位
匯流排接口,用以增進計算機系統中的顯示性能。分有AGP 1X、AGP 2X、AGP 4X及最後的AGP 8X,頻寬分別為266MB/s、533MB/s、1066MB/s、以及2133 MB/s。其中AGP 4X以後已跟之前電壓不兼容。其中
3DLABS的“Wildcat4 7210”是最強的專業級AGP圖形加速卡,而
ATI公司的
RadeonHD 4670、HD3850,是當年 (2007) 性能最強的消費級AGP圖形加速卡。
PCI Express(亦稱PCI-E)是顯示卡最新的圖形接口,用來取代
AGP顯示卡,面對日後
3D顯示技術的不斷進步,AGP的頻寬已經不足以應付龐大的數據運算。性能最高的PCI-Express顯示卡是
nVidia公司的“NVIDIA Titan V ”和
AMD公司的“Radeon Pro Duo(Fiji)”。現時,2007年後出產的顯示卡可支持雙顯示卡技術(nVIDIA的
SLi及nvlink和AMD的
CrossFire)。
(1)核心頻率
顯示卡的
核心頻率是指顯示核心的工作頻率,其工作頻率在一定程度上可以反映出顯示核心的性能,但顯示卡的性能是由核心頻率、流處理器單元、顯存頻率、顯存位寬等多方面的情況所決定的,因此在顯示核心不同的情況下,核心頻率高並不代表此顯示卡性能強勁。比如
GTS250的核心頻率達到了750MHz,要比GTX260+的576MHz高,但在性能上
GTX260+絕對要強於
GTS250。在同樣級別的晶片中,
核心頻率高的則性能要強一些。主流顯示晶片只有AMD和NVIDIA兩家,兩家都提供顯示核心給第三方的廠商,在同樣的顯示核心下,部分廠商會適當提高其產品的顯示核心頻率,使其工作在高於顯示核心固定的頻率上以達到更高的性能。
(2)顯存頻率
顯存頻率與顯存時鐘周期是相關的,二者成倒數關係,也就是
顯存頻率( MHz)=1/
顯存時鐘周期(NS)Xl000。但要明白的是,顯示卡製造時,廠商設定了顯存實際工作頻率,而實際工作頻率不一定等於顯存最大頻率,此類情況較為常見。
顯示存儲器
顯示存儲器簡稱顯存,也稱為幀快取,顧名思義,其主要功能就是暫時儲存
顯示晶片處理過或即將提取的渲染數據,類似於主機板的記憶體,是衡量顯示卡的主要性能指標之一。
顯存與
系統記憶體一樣,其容量也是越多越好,圖形核心的性能越強,需要的顯存也就越大,因為顯存越大,可以存儲的圖像數據就越多,支持的解析度與顏色數也就越高,遊戲運行起來就更加流暢。
主流顯示卡基本上具備的是6GB容量,一些中高端顯示卡則配備了6GB、8GB的
顯存容量。
顯存類型
顯存位寬
顯存位寬指的是一次可以讀入的數據量,即表示顯存與
顯示晶片之間交換數據的速度。位寬越大,顯存與顯示晶片之間數據的交換就越順暢。通常說的某個顯示卡的規格是2GB 128bit,其中128bit指的就是這塊顯示卡的
顯存位寬。
流處理器單元
在
DX10顯示卡出來以前,並沒有“
流處理器”這個說法。GPU內部由“
管線”構成,分為像素管線和頂點管線,它們的數目是固定的。簡單來說,頂點管線主要負責
3D建模,像素管線負責
3D渲染。由於它們的數量是固定的,這就出現了一個問題,當某個遊戲場景需要大量的
3D建模而不需要太多的像素處理,就會造成頂點管線資源緊張而像素管線大量閒置,當然也有截然相反的另一種情況。這都會造成某些資源的不夠和另一些資源的閒置浪費。在這樣的情況下,人們在
DX10時代首次提出了“
統一渲染架構”,顯示卡取消了傳統的“像素管線”和“頂點管線”,統一改為流處理器單元,它既可以進行頂點運算也可以進行像素運算,這樣在不同的場景中,顯示卡就可以動態地分配進行頂點運算和像素運算的
流處理器數量,達到資源的充分利用。
流處理器的數量的多少已經成為了決定顯示卡性能高低的一個很重要的指標,
NVIDIA和
AMD也在不斷地增加顯示卡的
流處理器數量使顯示卡的性能達到跳躍式增長,值得一提的是,N卡和A卡GPU架構並不一樣,對於流處理器數的分配也不一樣。雙方沒有可比性。
顯示器接口
以下為常用的顯示器接口:
著名公司
以下公司曾經或正在生產顯示晶片或顯示卡;包含已經倒閉、退出顯示卡市場或被併購的公司。
當前主流顯示卡等級劃分
最高端顯示卡:當前最高端顯示卡為30系列顯示卡。
主流:由於30系列顯示卡剛推出不久,目前大多數玩家主流顯示卡仍為16系列與20系列顯示卡。
中端顯示卡:中端顯示卡目前為第九代顯示卡及10系列顯示卡。
低端顯示卡:7代及以下顯示卡