显卡各种参数

显卡各种参数
2011年04月10日
　　
常见的显卡参数分为以下三部分：
　　　　　　一、显示核心（芯片厂商、代号、型号、架构、频率、象素渲染管线、顶点着色引擎数、3D API、RAMDAC频率及支持MAX分辨率等）。
　　　　　　二、显存颗粒（类型、封装类型、位宽、容量、速度、频率）
　　　　　　三、PCB板（PCB层数、接口、供电位、散热器）
　　一、显示核心
　　显示核心就是所说的GPU，它在显卡中的作用，就像电脑整机中CPU的一样，GPU主要负责处理视频信息和3D渲染工作。很大程度上GPU对一张显卡的性能好坏起到决定性的作用。常见的显示芯片厂商分别有ATI、nVIDIA、Intel、SIS、Matrox和3D Labs。其中Intel和SIS主要生产集成显示芯片，而Matrox和3D Labs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GeForce 7300GT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。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。
　　核心架构：
　　　　像素渲染管线
　　　　　　在传统显卡的管线架构中，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，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，是显示核心中负责给图形配上颜色的一组专门通道，是显示核心中单独设计的一组电路，拥有单独的晶体管。一条流水线定义是“Pixel Shader（像素着色器）+TMU（纹理单元）+ROP（光栅化引擎，ATI将其称为Render Back End）。从功能上简单的说，Pixel Shader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Pixel Shader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。过去的显卡核心架构中，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，渲染管线越多也就意味着更大的像素填充率和纹理填充率，那么所绘出的图形它的填充效率就越高，自然我们看到的画面也就越流畅越精美。这就是为什么渲染管线越多越好的原因。
　　　　顶点着色引擎
　　　　　　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(Vertex Shader)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Vertex Shader（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。
　　举个例子吧：现在要显卡绘出一个茶壶。当这个茶壶的顶点信息从显存传到顶点着色单元后，顶点着色单元就会依据这些信息绘出这个茶壶的轮廓。接下来像素渲染管线就会依据这个轮廓，把从显存中的有关这个茶壶的颜色等信息读出来，给这个茶壶上色，如果这个茶壶是白色的，就上白色的。然后再由纹理贴图单元贴上精美的图案，最后这个精美的茶壶就出来了。
　　　　统一渲染架构
　　　　　　这一概念的出现，其初衷就如前面说到，在目前许多新的大型3D游戏中，许多独立渲染的场景由大量多边形组成，对GPU的Vertex Shader（顶点着色器）要求很大，而这时相对来说，并不需要太多的像素渲染操作，这样便会出现像素渲染单元被闲置，而顶点着色引擎却处于不堪重荷的状态，统一渲染架构的出现，有助于降低Shader单元的闲置状态，大大提高了GPU的利用率。统一渲染架构可以理解为将Vertex Shader、Pixel Shader以及DirectX 10新引入的Geometry Shader进行统一封装。此时，显卡中的GPU将不再开辟独立的管线，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（unified Shader），大体上说，unified Shader的数目越多，显卡的3D渲染执行能力就越高，因此，现在unified Shader的数目成为了判断一张显卡性能的重要标准。
　　核心频率：
　　　　　　显示核心的核心频率在一定程度上反映出核心的运行性能，就像CPU的运行频率一样。我们前边已经说过显卡在核心架构上的差异，而如果在相同核心架构的前提下，核心频率越高的显卡其运行性能就越好，此一说法可以针对于传统渲染流水线体系的GPU。而nVIDIA在最新的8系列显卡中，提出了核心频率与Shader频率异步的概念。由于DX10采用了统一渲染架构，它将Vertex Shader、Pixel Shader和Geometry Shader进行了统一封装，称为统一渲染单元（unified Shader），核心渲染频率就是这些unified Shader的运行频率，通常核心频率和Shader频率的比值为1:2。而在显示核心中，Unified Shader以外的工作单元，如texture单元和负责最终输出的ROP单元还是受到核心频率的影响的。在nVIDIA的DX10显卡中，除了核心频率现在还多了Shader频率。在DX10显卡中，ATi的Radeon HD 2000系列和NV的8系列不同，ATi依然沿用了核心频率同步的工作方式，因此Radeon HD 2000系列核心频率的高低，对一张显卡3D性能仍然起到了至关重要的作用。
　　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实际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。目前主要应用的3D API有：DirectX和OpenGL。
　　RAMDAC频率和支持最大分辨率
　　　　　　RAMDAC(Random Access Memory Digital-to-Analog Converter 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。
　　二、显存颗粒
　　显存与系统内存一样，也是多多益善。显存越大，可以储存的图像数据就越多，支持的分辨率与颜色数也就越高。以下计算显存容量与分辨率关系的公式： 所需显存=图形分辨率×色彩精度/8。 例如要上16bit真彩的1024×768，则需要1024×768×16/8=1.5M，即2M显存。 对于三维图形，由于需要同时对Front buffer、Back buffer和Z buffer进行处理，因此公式为：所需显存（帧存）=图形分辨率×3×色彩精度/8。 例如一帧16bit、1024×768的三维场景，所需的帧缓存为1024×768×3×16bit/8=4.71M，即需要8M显存。 显卡本身拥有存储图形、图像数据的存储器，这样，计算机内存就不必存储相关的图形数据，因此可以节约大量的空间。显存的大小决定了显示器分辨率的大小及显示器上能够显示的颜色数。一般地说，显存越大，渲染及 2D 和 3D 图形的显示性能就越高
　　显存封装：
　　　　　　显存封装是指显存颗粒采用的封装技术类型，封装的目的就是避免显存芯片与空气中的杂质和具有腐蚀性的气体接触，防止外界对芯片的损害，进而造成显存性能的下降。不同的封装技术在制造工序和工艺方面差异很大，封装后对显存芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。一般来说，现在常见的封装类型有TSOP(Thin Small Out－Line Package) 薄型小尺寸封装和MicroBGA (Micro Ball Grid Array) 微型球闸阵列封装、又称FBGA(Fine-pitch Ball Grid Array)。其中TSOP封装类型的显存，其特征为有这类封装类型的显存颗粒，有两侧的脚针裸露在外，而形状一般呈长方形。TSOP封装现在的制造工艺比较成熟，可靠性也比较高。同时这类封装显存具有成品率高、价格便宜等优势。对比TSOP封装的显存产品来说，mBGA封装类型的显存在功耗方面有所增加，但其采用的可控塌陷芯片焊接方法使得产品有着更佳的电气性能。同时由于这类显存在厚度和重量上都比TSOP封装有所改善，因此产品的产品的附加参数减少 、信号传输延迟也更小，产品的工作频率及超频性能都有了显著的提高。而mBGA/FBGA封装的特征为看不到针脚，形状亦没有TSOP封装类型那么长。目前，我们见到的显存颗粒都是使用这种mBGA的封装类型。
　　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。显存位宽＝显存颗粒位宽×显存颗粒数，常见的显存位宽有64bit，128bit，256bit，320bit和512bit，从显存位宽上可以判断一张显卡的级别，通常来说，显存位宽越高的显卡级别越高。而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GeForce 8600GTS显卡，其显存位宽也仅是128bit，这是因为GeForce 8600GTS的核心已经规定了显存位宽的规格为128bit。
　　显存容量：
　　　　　　显存容量很好理解，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GeForce 8500GT、GeForce 7300GT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。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。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。
　　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。显存带宽=显存位宽X显存频率X显存颗粒数/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