簡單說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渲染中的一個重要部分，其作用是計算多邊形的3D位置與處理動態(tài)光線效果，也能稱為“幾何處理”。一個好的T&L單元，能提供細(xì)致的3D物體和高級的光線特效;只不過大多數(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)算的時候性能會大打折扣，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，對它的幫助也不大，因?yàn)檫@是PC本身設(shè)計造成的問題，與CPU的速度無太大關(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GPU是專為執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)和幾何計算而設(shè)計的，這些計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)甚至超過了普通CPU。

時下的GPU多數(shù)擁有2D或3D圖形加速功能。如果CPU想畫一個二維圖形，只需要發(fā)個指令給GPU，如“在坐標(biāo)位置(x, y)處畫個長和寬為a×b大小的長方形”，GPU就可以迅速計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，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算機(jī)的整體性能。

GPU會產(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)。時下市場上的顯卡大多采用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、并行計算等部分計算方面，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”難免會讓CPU廠商老大英特爾為未來而緊張， NVIDIA和英特爾也經(jīng)常為CPU和GPU誰更重要而展開口水戰(zhàn)。GPU通用計算方面的標(biāo)準(zhǔn)目前有OpenCL、CUDA、ATI STREAM。其中，OpenCL(全稱Open Computing Language，開放運(yùn)算語言)是第一個面向異構(gòu)系統(tǒng)通用目的并行編程的開放式、免費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，也是一個統(tǒng)一的編程環(huán)境，便于軟件開發(fā)人員為高性能計算服務(wù)器、桌面計算系統(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)字信號處理器(DSP)等其他并行處理器，在游戲、娛樂、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評選為圖形芯片工業(yè)的市場領(lǐng)導(dǎo)者，但那時候這種芯片還沒有GPU的稱號，很長的一段時間ATI都是把圖形處理器稱為VPU，直到AMD收購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圖形處理芯片時首先提出GPU的概念。從此NV顯卡的芯就用這個新名字GPU來稱呼。GPU使顯卡削減了對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。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)能夠說是GPU的標(biāo)志。

圖形處理器識別軟件

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

圖形處理器產(chǎn)品區(qū)別

GPU在幾個主要方面有別于DSP(Digital Signal Processing，簡稱DSP，數(shù)字信號處理)架構(gòu)。其所有計算均使用浮點(diǎn)算法，而且此刻還沒有位或整數(shù)運(yùn)算指令。此外，由于GPU專為圖像處理設(shè)計，因此存儲系統(tǒng)實(shí)際上是一個二維的分段存儲空間，包括一個區(qū)段號(從中讀取圖像)和二維地址(圖像中的X、Y坐標(biāo))。此外，沒有任何間接寫指令。輸出寫地址由光柵處理器確定，而且不能由程序改變。這對于自然分布在存儲器之中的算法而言是極大的挑戰(zhàn)。最后一點(diǎn)，不同碎片的處理過程間不允許通信。實(shí)際上，碎片處理器是一個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)和信號處理到數(shù)值仿真。雖然概念簡單，但新用戶在使用GPU計算時還是會感到迷惑，因?yàn)?/span>GPU需要專有的圖形知識。這種情況下，一些軟件工具可以提供幫助。兩種高級描影語言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言。Brook是專為GPU計算設(shè)計，且不需要圖形知識的高級語言。因此對第一次使用GPU進(jìn)行開發(fā)的工作人員而言，它可以算是一個很好的起點(diǎn)。Brook是C語言的延伸，整合了可以直接映射到GPU的簡單數(shù)據(jù)并行編程構(gòu)造。經(jīng) GPU存儲和操作的數(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)，即對每一個流元素調(diào)用核心體。Brook還提供了約簡機(jī)制，例如對一個流中所有的元素進(jìn)行和、最大值或乘積計算。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GPU計算感興趣的用戶努力將算法映射到圖形基本元素。類似Brook這樣的高級編程語言的問世使編程新手也能夠很容易就掌握GPU的性能優(yōu)勢。訪問GPU計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，而是會成為個人電腦的主要計算引擎。

圖形處理器類型

獨(dú)立顯卡

顯卡是通過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容易地被取代或升級(假設(shè)主板能支持升級)?，F(xiàn)在，仍然有少數(shù)顯卡采用帶寬有限的PCI插槽作連接，但它們通常只會在主板沒有提供PCI-Express和AGP插槽的情況下才會使用。

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通過非標(biāo)準(zhǔn)或獨(dú)特的接口作連接。然而，由于邏輯接口相同，這些端口仍會被視為PCI-Express或AGP，即使它們在物理上是不可與其他顯卡互換的。

一些特別的技術(shù)，如NVIDIA的SLI和ATI的CrossFire允許多個繪圖處理器共同處理一個單一的視頻輸出，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)作時會借用電腦內(nèi)部分的系統(tǒng)存儲器。2007年裝設(shè)集成顯示的個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，但性能也許相對較低。從前，集成繪圖處理器往往會被認(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)已有能力處理對系統(tǒng)需求不是太高的3D圖像。當(dāng)時較舊的集成圖形處理器組缺乏如硬件T&L等功能，只有較新型號才會包含。

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

不過從2009年開始，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)。不過極致版并沒有集成圖形處理器。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，不過仍然依賴主板本身的存儲器。

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?，要是只按市場占有率計算，英特爾隨著他主板及CPU發(fā)售的集成GPU占據(jù)了整個GPU市場的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)?，F(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] ，超級計算的Tesla系列[5] ，多顯示器商用的NVS系列[6] ，移動設(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，超級計算的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ATI后，其主板市場迅速擴(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)營不善等問題于2002年被NVIDIA收購。

Matrox

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

但時下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。

SiS和VIA

矽統(tǒng)和威盛時下是對孿生兄弟，但他們曾經(jīng)也是分開的兩家公司，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了，也就必定將淡出GPU市場。

圖形處理器相關(guān)問題

第一個問題

GPU的競爭遠(yuǎn)比CPU的競爭來得激烈。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死掉。CPU廠商沒有采用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)計由別人代工的，比如找臺積電代工。代工廠商為了能接到業(yè)務(wù)，只有不停升級自己的生產(chǎn)設(shè)備，這樣才能生存下來。所以造成以上原因。

第二個問題

就如你所說的一樣，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，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來完成。還有有些特性比如重力特性以前是由CPU來完成，時下有些GPU也能支持了，這些任務(wù)就由GPU來完成了。

第三個問題

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)值計算時是它的強(qiáng)項(xiàng)，它能完成的任務(wù)是GPU無法代替的，所以不能用GPU來代替CPU。

另外

時下AMD收購了A記顯卡芯片的設(shè)計廠商，AMD看到今后CPU和GPU只有走一條融合的道路才能在競爭中占得先機(jī)。CPU和GPU如何配合默契才能最大地提高工作效率是AMD時下考慮的問題，也是英特爾的問題。

第四個問題

微軟發(fā)布windows7 其中一個顯著特性就是 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。它讓開發(fā)人員能夠利用 GPU的大規(guī)模并行計算能力，創(chuàng)造出引人入勝的消費(fèi)級和專業(yè)級計算應(yīng)用程序。簡單的說，DirectX Compute就是微軟開發(fā)的GPU通用計算接口，欲統(tǒng)一GPU通用計算標(biāo)準(zhǔn)。也就是說windows7 以后GPU的硬件地位將僅次于CPU，發(fā)揮出更大的效用。