圖形處理器

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　　圖形處理器（英語：Graphics Processing Unit，縮寫：GPU），又稱顯示核心、視覺處理器、顯示晶元，是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設備（如平板電腦、智能手機等）上圖像運算工作的微處理器。

　　用途是將電腦系統所需要的顯示信息進行轉換驅動，並向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個人電腦主板的重要元件，也是“人機對話”的重要設備之一。顯卡作為電腦主機里的一個重要組成部分，承擔輸出顯示圖形的任務，對於從事專業圖形設計的人來說顯卡非常重要。

　　GPU使顯卡減少了對CPU的依賴，併進行部分原本CPU的工作，尤其是在3D圖形處理時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。GPU的生產商主要有NVIDIA和ATI。

　　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是專為執行複雜的數學和幾何計算而設計的，這些計算是圖形渲染所必需的。某些最快速的GPU集成的晶體管數甚至超過了普通CPU。

　　時下的GPU多數擁有2D或3D圖形加速功能。如果CPU想畫一個二維圖形，只需要發個指令給GPU，如“在坐標位置（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，併在顯示器上指定位置畫出相應的圖形，畫完後就通知CPU “我畫完了”，然後等待CPU發出下一條圖形指令。

　　有了GPU，CPU就從圖形處理的任務中解放出來，可以執行其他更多的系統任務，這樣可以大大提高電腦的整體性能。

　　GPU會產生大量熱量，所以它的上方通常安裝有散熱器或風扇。

　　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顯示卡的區別依據。2D顯示晶元在處理3D圖像與特效時主要依賴CPU的處理能力，稱為軟加速。3D顯示晶元是把三維圖像和特效處理功能集中在顯示晶元內，也就是所謂的“硬體加速”功能。顯示晶元一般是顯示卡上最大的晶元（也是引腳最多的）。時下市場上的顯卡大多採用NVIDIA和 AMD-ATI 兩家公司的圖形處理晶元。

　　GPU已經不再局限於3D圖形處理了，GPU通用計算技術發展已經引起業界不少的關註，事實也證明在浮點運算、並行計算等部分計算方面，GPU可以提供數十倍乃至於上百倍於CPU的性能，如此強悍的“新星”難免會讓CPU廠商老大英特爾為未來而緊張， NVIDIA和英特爾也經常為CPU和GPU誰更重要而展開口水戰。GPU通用計算方面的標準目前有OpenCL、CUDA、ATI STREAM。其中，OpenCL(全稱Open Computing Language，開放運算語言)是第一個面向異構系統通用目的並行編程的開放式、免費標準，也是一個統一的編程環境，便於軟體開發人員為高性能計算伺服器、桌面計算系統、手持設備編寫高效輕便的代碼，而且廣泛適用於多核心處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、Cell類型架構以及數字信號處理器(DSP)等其他並行處理器，在游戲、娛樂、科研、醫療等各種領域都有廣闊的發展前景，AMD-ATI、NVIDIA時下的產品都支持OPEN CL。

　　1985年 8月20日 ATi公司成立，同年10月ATi使用ASIC技術開發出了第一款圖形晶元和圖形卡，1992年 4月 ATi發佈了 Mach32 圖形卡集成了圖形加速功能，1998年 4月 ATi被IDC評選為圖形晶元工業的市場領導者，但那時候這種晶元還沒有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之後其圖形晶元才正式採用GPU的名字。

　　NVIDIA公司在1999年發佈GeForce 256圖形處理晶元時首先提出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，並實行部分原本CPU的工作，更加是在3D圖形處理時。GPU所採用的核心技術有硬體T&L、立方環境材質貼圖與頂點混合、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技術能夠說是GPU的標誌。

　　簡單說GPU就是能夠從硬體上支持T&L（Transform and Lighting，多邊形轉換和光源處理）的顯示晶元，由於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位置與處理動態光線效果，也能稱為“幾何處理”。一個好的T&L單元，能提供細緻的3D物體和高級的光線特效；只不過大多數PC中，T&L的大部分運算是交由CPU處理的(這就也就是所謂軟體T&L)，因為CPU的任務繁多，除了T&L之外，還要做記憶體管理和輸入響應等非3D圖形處理工作，所以在實際運算的時候性能會大打折扣，一般出現顯卡等待CPU數據的情況，CPU運算速度遠跟不上時下複雜三維游戲的要求。即使CPU的工作頻率超出1GHz或更高，對它的幫助也不大，因為這是PC本身設計造成的問題，與CPU的速度無太大關係。

　　顯卡是通過PCI-Express、PCI或AGP等擴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（假設主板能支持升級）。現在，仍然有少數顯卡採用帶寬有限的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。

　　在現今的定義里，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板連接。所謂的“專用”即是指獨立顯卡（或稱專用顯卡）內的RAM只會被該卡專用，而不是指顯卡是否可從主板上獨立移除。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通過非標準或獨特的介面作連接。然而，由於邏輯介面相同，這些埠仍會被視為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，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（或稱內置顯示核心）是設在主板或CPU上的繪圖處理器，運作時會借用電腦內部分的系統存儲器。2007年裝設集成顯示的個人電腦約占總出貨量的90%，相比起使用獨立顯卡的方案，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為是不適合於運行3D游戲或精密的圖形型運算。然而，如Intel GMA X3000（Intel G965 晶元組）、AMD的Radeon HD 4290（AMD 890GX 晶元組）和NVIDIA的GeForce 8200（NVIDIAnForce 730a晶元組）已有能力處理對系統需求不是太高的3D圖像。當時較舊的集成圖形處理器組缺乏如硬體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，其中一個原因是由於內置顯示核心的運算速度。同時，圖形處理器在運作時會消耗一定數量的存儲器。系統存儲器的速度比高級獨立繪圖存儲器來得慢，系統存儲器的發送速度可能是10GB/s至20GB/s左右，獨立繪圖存儲器則至少有50GB/s，甚至超過150GB/s，取決於型號而定。

　　不過從2009年開始，圖形處理器已經從主板移去處理器了，如Intel的Westmere架構至目前的Kaby Lake架構。不過極致版並沒有集成圖形處理器。集成至處理器的好處是由於繪圖及處理器晶元工藝為相同(Westmere除外，CPU為32nm而GPU為45nm)，可以減低熱功耗。隨著內顯技術的成熟，目前的內顯已經足夠應付基本3D的需求，不過仍然依賴主板本身的存儲器。