顯卡

顯卡又稱顯示卡( 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，顯卡非常重要。主流顯卡的顯示晶元主要由NVIDIA（英偉達）和AMD（超微半導體）兩大廠商製造，通常將採用NVIDIA顯示晶元的顯卡稱為N卡，而將採用AMD顯示晶元的顯卡稱為A卡。

配置較高的計算機，都包含顯卡計算核心。在科學計算中，顯卡被稱為顯示加速卡。

顯示晶元( Video chipset)是顯卡的主要處理單元，因此又稱為圖形處理器(Graphic Processing Unit，GPU)，GPU是NVIDIA公司在發布GeForce 256圖形處理晶元時首先提出的概念。尤其是在處理3D圖形時，GPU使顯卡減少了對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。

顯卡所支持的各種3D特效由顯示晶元的性能決定，採用什麼樣的顯示晶元大致決定了這塊顯卡的檔次和基本性能，比如NVIDIA的GT系列和AMD的HD系列。

衡量一個顯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卡的性能，影響顯卡性能的高低主要有顯卡頻率、顯示存儲器等性能指標。

顯卡是插在主板上的擴展槽里的（現在一般是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。顯卡的主要晶元叫“顯示晶元”（Video chipset，也叫GPU或VPU，圖形處理器或視覺處理器），是顯卡的主要處理單元。顯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。

早期的顯卡只是單純意義的顯卡，只起到信號轉換的作用；目前我們一般使用的顯卡都帶有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。

顯卡通常由匯流排介面、PCB板、顯示晶元、顯存、RAMDAC、VGA BIOS、VGA功能插針、D-sub插座及其他外圍組件構成，現在的顯卡大多還具有VGA、DVI顯示器介面或者HDMI介面及S-Video端子和Display Port介面。

配置核芯顯卡的CPU通常價格不高，同時低端核顯難以勝任大型遊戲。集成顯卡是將顯示晶元、顯存及其相關電路都集成在主板上，與其融為一體的元件；集成顯卡的顯示晶元有單獨的，但大部分都集成在主板的北橋晶元中；一些主板集成的顯卡也在主板上單獨安裝了顯存，但其容量較小。集成顯卡的顯示效果與處理性能相對較弱，不能對顯卡進行硬體升級，但可以通過CMOS調節頻率或刷入新BIOS文件實現軟體升級來挖掘顯示晶元的潛能。集成顯卡的優點是功耗低、發熱量小，部分集成顯卡的性能已經可以媲美入門級的獨立顯卡，所以很多喜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卡，便能得到自己滿意的性能。

集成顯卡的缺點是性能相對略低，且固化在主板或CPU上，本身無法更換，如果必須換，就只能換主板。

獨立顯卡是指將顯示晶元、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，它需佔用主板的擴展插槽(ISA、 PCI、AGP或PCI-E)。獨立顯卡的優點是單獨安裝有顯存，一般不佔用系統內存，在技術上也較集成顯卡先進得多，但性能肯定不差於集成顯卡，容易進行顯卡的硬體升級。獨立顯卡的缺點是系統功耗有所加大，發熱量也較大，需額外花費購買顯卡的資金，同時(特別是對筆記本電腦)佔用更多空間。由於顯卡性能的不同對於顯卡要求也不一樣，獨立顯卡實際分為兩類，一類專門為遊戲設計的娛樂顯卡，一類則是用於繪圖和3D渲染的專業顯卡。

核芯顯卡是Intel產品新一代圖形處理核心，和以往的顯卡設計不同，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。智能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、內存及內存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元組整體功耗，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，核芯顯卡和傳統意義上的集成顯卡並不相同。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應用；集成顯卡則將圖形核心以單獨晶元的方式集成在主板上，並且動態共享部分系統內存作為顯存使用，因此能夠提供簡單的圖形處理能力，以及較為流暢的編碼應用。

相對於前兩者，核芯顯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，並把集成顯卡中的“處理器+南橋+北橋(圖形核心+內存控制+顯示輸出)”三晶元解決方案精簡為“處理器(處理核心+圖形核心十內存控制)十主板晶元(顯示輸出)”的雙晶元模式，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。

低功耗是核芯顯卡的最主要優勢，由於新的精簡架構及整合設計，核芯顯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卡的處理能力，令其完全滿足於普通用戶的需求。

一般顯卡的結構如下：

● 電容：電容是顯卡中非常重要的組成部件，因為顯示畫質的優劣主要取決於電容的質量，而電容的好壞直接影響到顯卡電路的質襞。

● 顯存：顯存負責存儲顯示晶元需要處理的各種數據，其容量的大小，性能的高低，直接影響著電腦的顯示效果。新顯卡均採用DDR6/DDR5的顯存， 主流顯存容量一般為2GB ~ 4GB。

● GPU及風扇：GPU即顯卡晶元，它負責顯卡絕大部分的計算工作，相當干CPU在電腦中的作用。GPU風扇的作用是給GPU散熱。

● 顯卡介面：通常被叫做金手指，可分為PCI、 AGP和PCI Express三種，PCI和AGP顯長介面都基本被淘汰， 市面上主流顯卡採用PCI Express的顯卡。

● 外設介面：顯卡外設介面擔負著顯卡的輸出任務，新顯卡包括一個傳統VGA模擬介面和一個或多個數字介面(DVI、HDMI和DP)。

● 橋接介面：中高端顯卡可支持多塊同時工作，它們之間就是通過橋接器連接橋介面。

顯卡頻率主要指顯卡的核心頻率和顯存頻率，均以MHz（兆赫茲）為單位。

(1)核心頻率

顯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。在同樣級別的晶元中，核心頻率高的則性能要強一些。主流顯示晶元只有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

顯存頻率一定程度上反應著該顯存的速度，顯存頻率的高低和顯存類型有非常大的關係。

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。

顯示存儲器簡稱顯存，也稱為幀緩存，顧名思義，其主要功能就是暫時儲存顯示晶元處理過或即將提取的渲染數據，類似於主板的內存，是衡量顯卡的主要性能指標之一。

顯存與系統內存一樣，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。

主流顯卡基本上具備的是6GB容量，一些中高端顯卡則配備了6GB、8GB的顯存容量。

顯存類型即顯卡存儲器採用的存儲技術類型，市場上主要的顯存類型有SDDR2、GDDR2、GDDR3和GDDR5幾種，但主流的顯卡大都採用了GDDR3的顯存類型，也有一些中高端顯卡採用的是GDDR5，與DDR3相比，DDR5類型的顯卡擁有更高的頻率，性能也更加強大。

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元之間交換數據的速度。位寬越大，顯存與顯示晶元之間數據的交換就越順暢。通常說的某個顯卡的規格是2GB 128bit，其中128bit指的就是這塊顯卡的顯存位寬。

在DX10顯卡出來以前，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閑置，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閑置浪費。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也在不斷地增加顯卡的流處理器數量使顯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。

以下為常用的顯示器介面：

● ADC - 蘋果顯示器端子

● D-sub-大多數人都稱呼VGA端子，但多數的顯示卡已經取消此介面，只保留DVI及HDMI

● 13W3- 類比視訊介面，在早期圖形工作站中普遍使用。

● DVI- 數字視訊介面，與D-sub接頭共存於現時市場中，可以轉接成D-sub接頭

● mini-DVI- 蘋果所使用，就是DVI的縮小版，可以轉成DVI或D-sub

● HDMI- 新型影音家電介面，顯卡普遍使用，可以轉為DVI接頭

● DisplayPort- 與HDMI競爭的新型介面

● Mini DisplayPort-DisplayPort的演進版本

● LFH-DMS-59介面前身

● DMS-59- 一種可同時輸出兩組類比與兩組數字信號的介面

● Thunderbolt-一種由蘋果和英特爾共同開發的高速數據介面，向下兼容Mini DisplayPort設備，新一代使用USB 3.1 Type C。

最高端顯卡：當前最高端顯卡為30系列顯卡。

主流：由於30系列顯卡剛推出不久，目前大多數玩家主流顯卡仍為16系列與20系列顯卡。

中端顯卡：中端顯卡目前為第九代顯卡及10系列顯卡。

低端顯卡：7代及以下顯卡

ISA顯卡是以前最普遍使用的VGA顯示器所能支持的古老顯卡。

VESA是“VideoElectronicStandardsAssociation”（視頻電子工程標準協會）的縮寫，由多家計算機晶元製造商於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卡。

PCI（Peripheral Component Interconnect）顯卡，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介面的顯卡。目前已知被多數的使用於486到PentiumII早期的時代。但直到顯示晶元無法直接支持AGP之前，仍有部分廠商持續製造以AGP轉PCI為基底的顯卡。目前已知最新型的PCI介面顯卡，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（AcceleratedGraphicsPort）是英特爾（Intel）公司在1996年開發的32位匯流排介面，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，帶寬分別為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）是顯卡最新的圖形介面，用來取代AGP顯卡，面對日後3D顯示技術的不斷進步，AGP的帶寬已經不足以應付龐大的數據運算。目前性能最高的PCI-Express顯卡是nVidia公司的“NVIDIA Titan V ”和AMD公司的“Radeon Pro Duo(Fiji)”。現時，2007年後出產的顯卡可支持雙顯卡技術（nVIDIA的SLi及nvlink和AMD的CrossFire）。

用USB或Thunderbolt高帶寬線材連接到外接PCI Express顯卡盒，需要用獨立電源供應。

以下為常用的顯示器介面：

• ADC - 蘋果顯示器端子

• D-sub-大多數人都稱呼VGA端子，但目前多數的顯示卡已經取消此介面，只保留DVI及HDMI

• 13W3- 類比視訊介面，在早期圖形工作站中普遍使用。

• DVI- 數字視訊介面，與D-sub接頭共存於現時市場中，可以轉接成D-sub接頭

• mini-DVI- 蘋果所使用，就是DVI的縮小版，可以轉成DVI或D-sub

• HDMI- 新型影音家電介面，現在的顯卡普遍使用，可以轉為DVI接頭

• DisplayPort- 與HDMI競爭的新型介面

• Mini DisplayPort-DisplayPort的演進版本

• LFH-DMS-59介面前身

• DMS-59- 一種可同時輸出兩組類比與兩組數字信號的介面

• Thunderbolt-一種由蘋果和英特爾共同開發的高速數據介面，向下兼容Mini DisplayPort設備，新一代使用USB 3.1 Type C。

以下公司曾經或正在生產顯示晶元或顯卡；包含已經倒閉、退出顯卡市場或被併購的公司。

•3dfx（已被NVIDIA收購）

• 3DLABS

• Accel Graphics

• Avance Logic

• AMD（超微）

• Appian

• Artist Graphics

• Ark Logic

• ATI（冶天，已被AMD收購）

• Canopus（康能普視）

• Cirrus Logic（凌雲邏輯）

• Colorgraphic（彩圖）

• Creative（創新）

• DEC（迪吉多）

• Diamond Multimedia（帝盟）

• Dynamic Pictures

• Everex

• Genoa（熱那亞）

• Headland

• Hercules（大力神）

• I-O DATA

• Intel（英特爾）

• Intense3D

• IXMicro

• Kasan

• Lung Hwa（隴華）

• Macronix（旺宏）

• Matrox（邁創）

• Matsushita（松下）

• Motorola（摩托羅拉）

• Mpact

• NEC（日本電氣）

• Number Nine

• NVIDIA（英偉達）

• Orchid（蘭花）

• OAK

• PowerVR

• Quantum3D（昆騰3D）

• Realtek（瑞昱）

• RealVision

• Rendition

• S3 Graphics

• Sigma Designs

• SiS（矽統）

• STB Systems

• STMicroelectronics（意法半導體）

• Tandy（坦迪）

• Tech Source

• Trident（泰鼎）

• Tseng Labs（曾氏）

• Western Design Center（西方設計中心）

• Weitek

• XGI（圖誠）

• ASUS（華碩）

• GIGABYTE（技嘉）

• MSI（微星）

• EVGA（艾維克）

• PowerColoer（撼訊）

• Galaxy（影馳）

• Zotac

• 顯示器

• GPU