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分类： 嵌入式
2011-12-08 14:39:15
圖形處理器（：Graphics Processing Unit，簡寫為GPU），是一種專門用來處理在、或上那些影像運算工作的。
GPU是公司在发布繪圖處理晶片时首先提出的概念，在此之前，電腦中處理影像輸出的顯示晶片，通常很少被視為是一個獨立的運算單元。而對手亦提出VPU（Visual Processing Unit）概念。GPU使减少了对的依赖，並分擔了部分原本是由CPU所擔當的工作，尤其是在進行图形处理时，功效更加明顯。GPU所采用的核心技术有、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。
GPU可以整合在上，或者直接集成到上。現在，90%以上的新型桌上型電腦和筆記型電腦擁有集成繪圖晶片，但是在效能上往往低於那些獨立顯示卡。
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和晶片為Atari-8位元電腦提供硬體控制的圖形和文字混合模式，以及其他視訊效果的支援。ANTIC晶片是一個特殊用途的處理器，用於映射文字和圖形數據到視訊輸出。ANTIC晶片的設計師，Jay Miner隨後為設計繪圖晶片。
[] 1980年代是第一個於市場上包含映像顯示功能在其視訊硬體上的電腦，而圖形系統是第一個植入2D顯示功能的PC顯示卡。
Amiga是獨一無二的，因為它是一個完整的圖形加速器，擁有幾乎所有的影像產生功能，包括線段繪畫，區域填充，塊圖像傳輸，以及擁有自己一套指令集（雖然原始）的輔助繪圖處理器。而在先前（和之後一段時間在大多數系統上），一般用途的是要處理各個方面的繪圖顯示的。
[] 1990年代初期，的崛起引發人們對高性能、高解析度2D運算（工作站和的Macintosh原本是此領域的領導者）的興趣。在個人電腦市場上，Windows的優勢地位意味著PC圖形廠商可以集中精力發展單一的編程介面，（GDI）。
，推出了第一款單晶片的2D圖像加速器，名為S3 86C911（設計師借的名字來命名，以表示它的高性能）。其後，86C911催生了大量的仿效者：到，所有主要的PC繪圖晶片製造商都於他們的晶片內增加2D加速的支援。到這個時候，固定功能的Windows 加速器的性能已超過昂貴的通用圖形，令這些輔助處理器續漸消失於PC市場。
在整個1990年代，2D圖形繼續加速發展。隨著製造能力的改善，繪圖晶片的集成水準也同樣提高。加上（API）的出現有助執行多樣工作，如供微軟使用的圖像程式庫，和他們後來的介面，提供和更高版本的2D遊戲硬體加速運算。
在1990年代初期和中期，CPU輔助的即時三維圖像越來越常見於電腦和電視遊戲上，從而導致大眾對由硬體加速的3D圖像要求增加。早期於大眾市場出現的3D圖像硬體的例子有第五代視訊遊戲機，如和。在電腦範疇，顯著的失敗首先嘗試低成本的3D繪圖晶片為，的，和的Mystique。這些晶片主要是在上一代的2D加速器上加入三維功能，有些晶片為了便於製造和花費最低成本，甚至使用與前代兼容的針腳。起初，高性能3D圖像只可經設有3D加速功能（和完全缺乏2D GUI加速功能）的獨立繪圖處理卡上運算，如的Voodoo。然而，由於製造技術再次取得進展，影像、2D GUI加速和3D功能都集成到一塊晶片上。Rendition的Verite是第一個能做到這樣的晶片組。
是出現於90年代初的專業圖像，並成為了在個人電腦領域上圖像發展的主導力量，和硬體發展的動力。雖然在OpenGL的影響下，帶起了廣泛的硬體支持，但在當時用軟體實現的OpenGL仍然普遍。隨著時間的推移，在 90年代末開始受到Windows遊戲開發商的歡迎。不同於OpenGL，微軟堅持提供嚴格的一對一硬體支持。這種做法使到DirectX身為單一的圖形 API方案並不得人心，因為許多的GPU也提供自己獨特的功能，而當時的OpenGL應用程序已經能滿足它們，導致DirectX往往落後於OpenGL 一代。
隨著時間的推移，微軟開始與硬體開發商有更緊密的合作，並開始針對的發佈與圖形硬體的支持。 5.0是第一個增長迅速的API版本，而且在遊戲市場中獲得迅速普及，並直接與一些專有圖形庫競爭，而OpenGL仍保持重要的地位。Direct3D 7.0支持硬體加速（T&L）。此時，3D加速器由原本只是簡單的發展到另一個重要的階段，並加入3D渲染。的（也稱為NV10）是第一個在市場上有這種能力的顯示卡。硬件（兩者已經是OpenGL擁有的功能）於90年代在硬體出現，為往後更為靈活和可編程的和設置先例。
[] 2000年到現在隨著 API和類似功能的出現，GPU增加了可編程的能力。現在，每個像素可以經由獨立的小程序處理，當中可以包含額外的圖像紋理輸入，而每個幾何頂點同樣可以在投影到屏幕上之前被獨立的小程序處理。是首家能生產支援可編程著色晶片的公司，即（代號為NV20）。10月，發表了（代號為）。它是世界上首個Direct3D 9.0加速器，而像素和頂點著色引擎可以執行循環和長時間的浮點運算，就如CPU般靈活，和達到更快的圖像陣列運算。像素著色通常被用於，使物件透過增加紋理令它們看起來更明亮、陰暗、粗糙、或是偏圓及被擠壓。
隨著繪圖處理器的處理能力增加，所以他們的電力需求也增加。高性能繪圖處理器往往比目前的中央處理器消耗更多的電源。
[] 繪圖處理器公司現時有許多公司生產繪圖晶片，如、和都是目前市場的領導者，分別擁有54.4%、24.8%和20.%的市場佔有率。然而，這些數字包括英特爾的低成本，低效能集成圖像處理器。扣除這些數字，和控制將近100%的市場佔有率。另外，/和也生產圖像晶片。
[] 類型 [] 獨立顯示卡效能最高的一類繪圖處理器是透過、或等擴展槽界面與連接的，而通常它們可以相對容易地被取代或升級（假設主機板能支援升級）。現在，仍然有少數採用頻寬有限的插槽作連接，但它們通常只會在主機板沒有提供和插槽的情況下才會使用。
在現今的定義裡，獨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機板連接。所謂的“專用”即是指獨立顯示卡（或稱專用顯示卡）內的只會被該卡專用，而不是指顯示卡是否可從主機板上獨立移除。基於體積和重量的限制，供筆記本電腦使用的獨立繪圖處理器通常會透過非標準或獨特的介面作連接。然而，由於邏輯介面相同，這些端口仍會被視為或，即使它們在物理上是不可與其他顯示卡互換的。
一些特別的技術，如的和的允許多個繪圖處理器共同處理一個單一的影像輸出，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（或稱內建顯示核心）是設在上的繪圖處理器，運作時會借用內部分的系統記憶體，而沒有自己獨立的圖形記憶體。裝設集成顯示的個人電腦約佔總出貨量的90%，相比起使用獨立顯示卡的方案，這種方案較為便宜，但效能相對較低。從前，集成繪圖處理器往往會被認為是不適合於執行3D遊戲或精密的圖形型運算。然而，今天的集成繪圖顯示方案，如（）、AMD的Radeon HD 4290（）和NVIDIA的GeForce 8200（NVIDIA 晶片組）已有能力處理對系統需求不是太高的3D圖像。因為較舊的集成繪圖晶片組缺乏如硬體等功能，只有較新型號才會包含。
集成繪圖處理器的效能較低，其中一個原因是由於內建顯示核心的運算速度較低所致。同時，圖形處理器在運作時會消耗一定數量的記憶體，但自己本身卻沒 有獨立的繪圖記憶體，而要與CPU共同分享原本已經緩慢的系統記憶體。可是，系統記憶體的速度比獨立繪圖記憶體來得慢，如系統記憶體的傳送速度可能是2 Gb/s至12.8 Gb/s左右，獨立繪圖記憶體則可能至少有10 Gb/s，甚至超過100 GB/s以上，取決於型號而定。這不單令集成繪圖處理器的效能降低，甚至減慢整台電腦速度。
另外，現時一些集成繪圖主機板往往在包含集成繪圖處理器的同時，提供額外的顯示卡擴展槽，以方便日後升級。
[] 參考資料