显卡(Video card、Display card、Graphics card、Video adapter)是个人
计算机基础的组成部分之一,将
计算机系统需要的
显示信息进行
转换驱动显示器,并向显示器提供逐行或
隔行扫描信号,控制
显示器的正确显示,是连接
显示器和
个人计算机主板的重要组件,是“人机”的
重要设备之一,其内置的
并行计算能力现阶段也用于
深度学习等运算。
产品介绍
显卡又称显示卡( Video card),是计算机中一个重要的组成部分,承担输出显示图形的任务,对喜欢玩
游戏和从事专业图形设计的人来说,显卡非常重要。主流显卡的显示芯片主要由
NVIDIA(英伟达)和
AMD(超威半导体)两大厂商
制造,通常将采用NVIDIA显示芯片的显卡称为N卡,而将采用AMD显示芯片的显卡称为A卡。
配置较高的
计算机,都包含显卡计算
核心。在
科学计算中,显卡被称为显示
加速卡。
显示芯片( Video
chipset)是显卡的主要
处理单元,因此又称为
图形处理器(Graphic Processing Unit,
GPU),
GPU是
NVIDIA公司在发布
GeForce 256图形处理芯片时首先提出的概念。尤其是在处理3D图形时,
GPU使显卡减少了对
CPU的依赖,并完成部分原本属于
CPU的工作。GPU所采用的
核心技术有硬件
T&L(几何转换和
光照处理)、立方环境
材质贴图和顶点混合、纹理压缩和
凹凸映射贴图、双重纹理四像素256位
渲染引擎等,而硬件T&L技术可以说是GPU的标志。
显卡所支持的各种
3D特效由
显示芯片的性能决定,采用什么样的显示芯片大致决定了这块显卡的档次和基本
性能,比如
NVIDIA的GT系列和
AMD的HD系列。
衡量一个显卡好坏的方法有很多,除了使用测试
软件测试比较外,还有很多
指标可供用户比较显卡的
性能,影响显卡性能的高低主要有
显卡频率、
显示存储器等性能指标。
工作原理及模式
显卡是插在
主板上的
扩展槽里的(一般是
PCI-E插槽,此前还有
AGP、
PCI、ISA等
插槽)。它主要负责把
主机向
显示器发出的显示信号转化为一般电气信号,使得显示器能明白
个人计算机在让它做什么。显卡主要由显卡主板、
显示芯片、
显示存储器、
散热器(
散热片、
风扇)等部分组成。显卡的主要芯片叫“
显示芯片”(Video chipset,也叫
GPU或
VPU,
图形处理器或视觉处理器),是显卡的主要处理单元。显卡上也有和
计算机存储器相似的存储器,称为“
显示存储器”,简称
显存。
早期的显卡只是单纯意义的显卡,只起到信号转换的作用;我们一般使用的显卡都带有
3D画面运算和图形加速功能,所以也叫做“
图形加速卡”或“
3D加速卡”。PC上最早的显卡是
IBM在1981年推出的5150个人计算机上所搭载的MDA和CGA两款2D加速卡。
分类
集成显卡
配置
核芯显卡的
CPU通常价格不高,同时低端
核显难以胜任
大型游戏。
集成显卡是将
显示芯片、
显存及其相关
电路都集成在
主板上,与其融为一体的
元件;
集成显卡的显示芯片有单独的,但大部分都集成在主板的
北桥芯片中;一些主板集成的显卡也在主板上单独安装了显存,但其容量较小。
集成显卡的显示效果与处理性能相对较弱,不能对显卡进行硬件升级,但可以通过
CMOS调节频率或刷入新
BIOS文件实现
软件升级来挖掘
显示芯片的潜能。
集成显卡的优点是
功耗低、
发热量小,部分集成显卡的性能已经可以媲美入门级的
独立显卡,所以很多喜欢
自己动手组装计算机的人不用花费额外的资金来购买独立显卡,便能得到自己满意的性能。
集成显卡的缺点是性能相对略低,且固化在主板或CPU上,本身无法更换,如果必须换,就只能换主板。
独立显卡
独立显卡是指将
显示芯片、
显存及其相关
电路单独做在一块
电路板上,自成一体而作为一块独立的
板卡存在,它需占用主板的
扩展插槽(ISA、
PCI、
AGP或
PCI-E)。
独立显卡的优点是单独安装有显存,一般不占用
系统内存,在技术上也较
集成显卡先进得多,但性能肯定不差于
集成显卡,容易进行显卡的
硬件升级。独立显卡的缺点是
功耗有所加大,
发热量也较大,需额外花费购买显卡的资金,同时(特别是对
笔记本电脑)占用更多空间。由于显卡性能的不同对于显卡要求也不一样,独立显卡实际分为两类,一类专门为
游戏设计的娱乐显卡,一类则是用于绘图和3D渲染的专业显卡。
核芯显卡
核芯显卡是
Intel产品新一代
图形处理核心,和以往的显卡设计不同,
Intel凭借其在处理器制程上的先进工艺以及新的架构设计,将图形核心与处理核心整合在同一块
基板上,构成一个完整的
处理器。
智能处理器架构这种设计上的整合大大缩减了处理核心、图形核心、
内存及
内存控制器间的数据
周转时间,有效提升处理效能并大幅降低
芯片组整体功耗,有助于缩小核心组件的尺寸,为
笔记本、
一体机等产品的设计提供了更大选择空间。
需要注意的是,
核芯显卡和传统意义上的
集成显卡并不相同。笔记本平台采用的图形解决方案主要有“独立”和“集成”两种,前者拥有单独的图形核心和独立的显存,能够满足复杂庞大的
图形处理需求,并提供高效的
视频编码应用;
集成显卡则将图形核心以单独芯片的方式集成在主板上,并且动态共享部分系统内存作为显存使用,因此能够提供简单的图形处理能力,以及较为流畅的
编码应用。
相对于前两者,核芯显卡则将图形核心整合在处理器当中,进一步加强了
图形处理的效率,并把
集成显卡中的“处理器+
南桥+
北桥(图形核心+内存控制+
显示输出)”三芯片解决方案精简为“处理器(处理核心+图形核心十内存控制)十主板芯片(显示输出)”的双芯片模式,有效降低了核心组件的整体功耗,更利于延长笔记本的
续航时间。
低功耗是核芯显卡的最主要优势,由于新的精简架构及
整合设计,核芯显卡对整体能耗的控制更加优异,高效的处理性能大幅缩短了
运算时间,进一步缩减了
系统平台的能耗。高性能也是它的主要优势:核芯显卡拥有诸多优势技术,可以带来充足的
图形处理能力,相较前一代产品其性能的进步十分明显。
核芯显卡可支持
DX10/DX11、SM4.0、
OpenGL2.0,以及全高清Full
HD MPEG2 /
H.264 /
VC-1格式解码等技术,即将加入的性能动态调节更可大幅提升核芯显卡的处理能力,令其完全满足于普通用户的需求。
结构
一般显卡的结构如下:
总线接口类型
ISA显卡
ISA显卡是以前最普遍使用的
VGA显示器所能支持的古老显卡。
VESA显卡
VESA是“VideoElectronicStandardsAssociation”(视频电子工程标准协会)的缩写,由多家
计算机芯片制造商于1989年联合创立。1994年底,VESA发表了64位架构的“VESA Local Bus”标准,
80486的个人计算机大多采用这一标准的显卡。
PCI显卡
PCI(Peripheral Component Interconnect)显卡,通常被使用于较早期或精简型的计算机中,此类计算机由于将
AGP标准插槽移除而必须仰赖
PCI接口的显卡。已知被多数的使用于486到
PentiumII早期的时代。但直到显示芯片无法直接支持AGP之前,仍有部分厂商持续制造以AGP转PCI为基底的显卡。已知最新型的PCI接口显卡,是GeForce GT 610 PCI(SPARKLE制)型号为 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 产品编号 H545H512P。
AGP显卡
AGP(AcceleratedGraphicsPort)是
英特尔(Intel)公司在1996年开发的32位总线接口,用以增进
计算机系统中的
显示性能。分有AGP 1X、AGP 2X、AGP 4X及最后的
AGP 8X,带宽分别为266MB/s、533MB/s、1066MB/s、以及2133 MB/s。其中AGP 4X以后已跟之前电压不兼容。其中
3DLABS的“Wildcat4 7210”是最强的专业级AGP图形加速卡,而
ATI公司的
RadeonHD4670、HD3850,是2007年性能最强的
消费级AGP图形加速卡。
PCI Express显卡
PCI Express(亦称PCI-E)是显卡最新的图形接口,用来取代
AGP显卡,面对日后
3D显示技术的不断进步,AGP的带宽已经不足以应付庞大的
数据运算。性能最高的
PCI-Express显卡是
NVIDIA公司的“NVIDIA Titan V ”和
AMD公司的“Radeon Pro Duo(Fiji)”。现时,2007年后出产的显卡可支持双显卡技术(
NVIDIA的
SLi及
nvlink和
AMD的
CrossFire)。
外接PCI Express显卡
用
USB或
Thunderbolt高带宽线材连接到外接PCI Express显卡盒,需要用
独立电源供应。
性能指标
显卡频率
显卡频率主要指显卡的
核心频率和
显存频率,均以
MHz(兆赫兹)为单位。
(1)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、
流处理器单元、显存频率、显存
位宽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
GTS250的核心频率达到了750MHz,要比GTX260+的576MHz高,但在性能上
GTX260+绝对要强于
GTS250。在同样级别的芯片中,
核心频率高的则性能要强一些。主流显示芯片只有
AMD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)显存频率
显存频率一定程度上反应着该显存的速度,
显存频率的高低和
显存类型有非常大的关系。
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( MHz)=1/
显存时钟周期(NS)Xl000。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,此类情况较为常见。
显示存储器
显示存储器简称显存,也称为
帧缓存,顾名思义,其主要功能就是暂时储存
显示芯片处理过或即将提取的渲染数据,类似于主板的内存,是衡量显卡的主要
性能指标之一。
显存与
系统内存一样,其容量也是越多越好,图形核心的性能越强,需要的显存也就越大,因为显存越大,可以存储的
图像数据就越多,支持的分辨率与
颜色数也就越高,游戏运行起来就更加流畅。
主流显卡基本上具备的是6GB容量,一些中高端显卡则配备了6GB、8GB的
显存容量。
显存类型
显存类型即显卡
存储器采用的
存储技术类型,市场上主要的显存类型有SDDR2、GDDR2、
GDDR3和
GDDR5几种,但主流的显卡大都采用了
GDDR3的显存类型,也有一些中高端显卡采用的是
GDDR5,与
DDR3相比,
DDR5类型的显卡拥有更高的
频率,性能也更加强大。
显存位宽
显存
位宽指的是一次可以读入的数据量,即表示显存与
显示芯片之间交换数据的速度。位宽越大,显存与显示芯片之间数据的交换就越顺畅。通常说的某个显卡的规格是2GB 128bit,其中128bit指的就是这块显卡的显存位宽。
流处理器单元
在
DX10显卡出来以前,并没有“
流处理器”这个说法。GPU内部由“
管线”构成,分为像素管线和顶点管线,它们的数目是固定的。简单来说,顶点管线主要负责
3D建模,像素管线负责3D渲染。由于它们的数量是固定的,这就出现了一个问题,当某个游戏场景需要大量的
3D建模而不需要太多的像素处理,就会造成顶点管线资源紧张而像素管线大量闲置,当然也有截然相反的另一种情况。这都会造成某些资源的不够和另一些资源的闲置浪费。在这样的情况下,人们在DX10时代首次提出了“
统一渲染架构”,显卡取消了传统的“像素管线”和“顶点管线”,统一改为
流处理器单元,它既可以进行顶点运算也可以进行像素运算,这样在不同的场景中,显卡就可以动态地分配进行顶点运算和像素运算的
流处理器数量,达到资源的充分利用。
流处理器的数量的多少已经成为了决定显卡性能高低的一个很重要的指标,
NVIDIA和
AMD也在不断地增加显卡的
流处理器数量使显卡的性能达到跳跃式增长,值得一提的是,N卡和A卡GPU架构并不一样,对于流处理器数的分配也不一样。双方没有
可比性。
显示器接口
著名公司
以下公司曾经或正在生产
显示芯片或显卡;包含已经倒闭、退出显卡市场或被并购的公司。
当前主流显卡等级划分
最高端显卡:截至2023年1月3日,最高端显卡为40系列显卡。
主流:由于30系列显卡刚推出不久,大多数玩家主流显卡仍为16系列与20系列显卡。
中端显卡:第九代显卡及10系列显卡。