顯卡調(diào)研報(bào)告.ppt

1、顯卡調(diào)研報(bào)告,By：Mark H Roman 08/2013,目錄,一、顯卡基本知識(shí) 二、顯卡市場(chǎng)概況,顯卡基本知識(shí),一、顯卡簡(jiǎn)介 二、顯卡分類 三、顯卡主要工作原理 四、顯卡結(jié)構(gòu) 五、主要參數(shù),顯卡基本知識(shí),一、顯卡簡(jiǎn)介 顯卡全稱顯示接口卡（Video card，Graphics card），又稱為顯示適配器（Video adapter)、顯示器配置卡，是個(gè)人電腦最基本的組成部分之一。 顯卡的用途是將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所需要的顯示信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)，并向顯示器提供行掃描信號(hào)，控制顯示器的正確顯示，是連接顯示器和個(gè)人電腦主板的重要元件，是“人機(jī)對(duì)話”的重要設(shè)備之一。顯卡作為電腦主機(jī)里的一個(gè)重要組成部分，

2、承擔(dān)輸出顯示圖形的任務(wù)，尤其對(duì)于從事專業(yè)圖形設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō)顯卡更為重要。,二、顯卡分類 1、按芯片是否整合集成顯卡和獨(dú)立顯卡 集成顯卡是將顯示芯片、顯存及相關(guān)電路都集成在主板上。 由主板北橋芯片集成顯示芯片的主板稱為整合主板，該北橋集成的顯示芯片為集成顯卡的核心，該核心和顯存組成了集成顯卡。集成顯卡又分為獨(dú)立顯存集成顯卡、內(nèi)存劃分集成顯卡、混合式集成顯卡。 獨(dú)立顯卡是指將顯示芯片、顯存及其相關(guān)電路單獨(dú)做在一塊電路板上，自成一體而作為一塊獨(dú)立的板卡存在，需占用主板的擴(kuò)展插槽（ISA、PCI、AGP或PCI-E)。,顯卡基本知識(shí),二、顯卡分類 2、按應(yīng)用領(lǐng)域普通顯卡和專業(yè)圖形卡 普通顯卡：普通家庭用

3、戶、游戲發(fā)燒友和商業(yè)用戶使用的顯卡，與專業(yè)顯卡相對(duì)。注重民用級(jí)應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)在用戶能接受的價(jià)位下提供更強(qiáng)大的娛樂(lè)、辦公、游戲、多媒體等方面的性能。 專業(yè)圖形卡：應(yīng)用于圖形工作站上的顯卡，是圖形工作站的核心。從某種程度上來(lái)說(shuō)，在圖形工作站上它的重要性甚至超過(guò)了CPU。專業(yè)顯卡主要針對(duì)的是三維動(dòng)畫軟件、渲染軟件、CAD軟件、模型設(shè)計(jì)以及部分科學(xué)應(yīng)用等專業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)，會(huì)針對(duì)這些方向進(jìn)行必要的優(yōu)化。,顯卡基本知識(shí),顯卡基本知識(shí),二、顯卡分類 3、按總線接口 總線接口類型指顯卡與主板連接所采用的接口種類。 顯卡總線接口有PCI、AGP、PCI-E、 MXM等，目前以PCI-E最為常見(jiàn) 4、按顯卡芯片廠商N(yùn)卡和

4、A卡 顯示芯片的質(zhì)量決定了顯卡的性能和檔次。 目前，顯示芯片制造廠商主要有Nvidia和AMD兩大家。 N卡產(chǎn)品系列：GeForce、Quadro、Tegra、Tesla、GRID、NVS。 A卡產(chǎn)品系列：AMD Radeon、ATI FirePro,顯卡基本知識(shí),三、顯卡主要工作原理 數(shù)據(jù)從CPU到顯示器，會(huì)經(jīng)過(guò)4個(gè)步驟： 1、從總線進(jìn)入GPU：將CPU送來(lái)的數(shù)據(jù)送到北橋，再送到GPU里面進(jìn)行處理 2、從 GPU進(jìn)入顯存：將GPU芯片處理完的數(shù)據(jù)送到顯存。 3、從顯存進(jìn)入RAM DAC：從顯存讀取數(shù)據(jù)再送到RAM DAC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。 4、從DAC 進(jìn)入顯示器：將轉(zhuǎn)換完的模擬信號(hào)送到顯示屏。

5、,顯卡基本知識(shí),四、顯卡結(jié)構(gòu) 一塊顯卡主要包括PCB板、顯示芯片、顯存、總線接口、輸出接口、散熱片等。,顯卡基本知識(shí),四、顯卡結(jié)構(gòu) 1、顯示芯片 GPU（Graphic Processing Unit，圖形處理單元或圖形處理器），是顯卡的核心芯片，它的性能直接決定了顯卡的性能，它的主要任務(wù)是把通過(guò)總線傳輸過(guò)來(lái)的顯示數(shù)據(jù)在GPU中進(jìn)行構(gòu)建、渲染等工作，最后通過(guò)顯卡的輸出接口顯示在顯示器上。 目前國(guó)際顯示芯片主要有Nvidia和AMD兩家。,四、顯卡結(jié)構(gòu) 2、顯存 顯存，也被叫做幀緩存，它的作用是用來(lái)存儲(chǔ)顯卡芯片處理過(guò)或者即將提取的渲染數(shù)據(jù)。在屏幕上看到的圖像數(shù)據(jù)都存放在顯存中。在高級(jí)的圖形加速卡

6、中，顯存不僅用來(lái)存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)，而且還被顯示芯片用來(lái)進(jìn)行3D函數(shù)運(yùn)算。 顯存的速度和帶寬會(huì)直接影響到顯卡的整體速度。顯存的類型、容量、頻率、位寬等參數(shù)共同決定了顯存的性能。,顯卡基本知識(shí),顯卡基本知識(shí),四、顯卡結(jié)構(gòu) 3、總線接口 顯卡的總線接口是指顯卡與主板連接所采用的接口種類。顯卡的接口決定著顯卡與系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲髱挘簿褪撬查g所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。不同的接口能為顯卡帶來(lái)不同的性能。，而且也決定著主板是否能夠使用此顯卡。顯卡發(fā)展至今共出現(xiàn)ISA、PCI、AGP、PCI-E等幾種接口，所能提供的數(shù)據(jù)帶寬依次增加。另外，還有MXM接口在筆記本中使用較多。,顯卡基本知識(shí),四、顯卡結(jié)構(gòu) 3、總

7、線接口PCI-E接口 PCI-E的接口根據(jù)總線位寬不同而有所差異，包括X1、X4、X8以及X16。較短的PCI-E卡可以插入較長(zhǎng)的PCI-E插槽中使用。PCI-E接口能夠支持熱拔插。PCI-E卡支持的三種電壓分別為+3.3V、3.3Vaux以及+12V。 PCI-E3.0 單信道單向帶寬可接近1GB/s，X16雙向帶寬可高達(dá)32GB/s。而目前AGP 8X只有2.1GB/s的帶寬， 2012年1月9日，世界上首塊PCI-E 3.0顯卡Radeon HD 7970問(wèn)世。目前普通顯卡多使用PCI-E2.0接口，高端顯卡使用3.0版本接口較多。,顯卡基本知識(shí),四、顯卡結(jié)構(gòu) 3、總線接口MXM接口 M

8、XM接口，即Mobile PCI Express Module，是基于PCI-E界面的、為圖形處理器設(shè)計(jì)的設(shè)備接口，定位于筆記本產(chǎn)品，采用和PCI-E兼容的通訊協(xié)議，因此可使用于所有支持PCI-E規(guī)格的繪圖核心及支持PCI-E繪圖接口的芯片組。 該接口可縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，用戶可根據(jù)需要在日后自行升級(jí)MXM顯卡而無(wú)需更換整臺(tái)筆記本電腦。 MXM模塊根據(jù)PCB板尺寸的大小與Pin數(shù)的不同，共分為四種，分別是MXM-I、MXM-、MXM-與MXM-HE，其中MXM-I、MXM-、MXM-的大小并不相同，而MXM-與MXM-HE在PCB尺寸方面完全相同，后者多出前者2個(gè)Pin腳，能夠覆蓋PCI-E

9、16X所有的I/O輸出信號(hào)。,顯卡基本知識(shí),四、顯卡結(jié)構(gòu) 4、輸出接口 顯卡輸出接口目前主要有VGA、DVI、HDMI、DisplayPort。,四、顯卡結(jié)構(gòu) 4、輸出接口VGA接口 也叫D-Sub接口。VGA接口是1987年IBM推出的一種使用模擬信號(hào)的視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在使用的一般都是SVGA模式（在VGA基礎(chǔ)上加以擴(kuò)充如將顯提高而使其支持高分辨率）。,顯卡基本知識(shí),VGA接口雖然已經(jīng)成為一個(gè)低標(biāo)準(zhǔn)，但仍是使用最為廣泛的一種顯示接口。多數(shù)顯卡都帶有此接口。有些不帶VGA接口而帶有DVI接口的顯卡，可以通過(guò)轉(zhuǎn)接頭將DVI接口轉(zhuǎn)成VGA接口。,四、顯卡結(jié)構(gòu) 4、輸出接口DVI接口 DVI，Dig

10、ital Visual Interface，數(shù)字視頻接口，一種高速傳輸數(shù)字信號(hào)的技術(shù)，有DVI-A、DVI-D和DVI-I三種不同的接口形式。DVI-A只有模擬接口，DVI-D只有數(shù)字接口，DVI-I有數(shù)字和模擬接口，DVI-D和DVI-I有單雙通道兩種，目前應(yīng)用主要以DVI-I為主。,顯卡基本知識(shí),四、顯卡結(jié)構(gòu) 4、輸出接口HDMI接口 高清晰度多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）是一種數(shù)字化視頻/音頻接口技術(shù)，是適合影像傳輸?shù)膶Ｓ眯蛿?shù)字化接口，可同時(shí)傳送音頻和影音信號(hào)，同時(shí)無(wú)需在信號(hào)傳送前進(jìn)行數(shù)/模或者模/數(shù)轉(zhuǎn)換。 目前最新版本為

11、HDMI 1.4版，帶寬高達(dá)21.8Gbps，支持3D傳輸，能滿足更高的分辨率、刷新率和色彩深度，能支持1080P以上的高清播放。 HDMI接口類型分別有HDMI A TYPE 、B TYPE、C TYPE、D TYPE。常用的為HDMI A TYPE。,顯卡基本知識(shí),四、顯卡結(jié)構(gòu) 4、輸出接口DP接口 DisplayPort 接口，一種高清晰音視頻流的傳輸接口。目前最新版本為1.2版。傳輸帶寬為10.8Gbps。 DP接口的外接型接頭有兩種:一種是標(biāo)準(zhǔn)型，類似USB、HDMI等接頭;另一種是mini型，主要針對(duì)連接面積有限的應(yīng)用。兩種接頭的最長(zhǎng)外接距離都可以達(dá)到15米，雖然這個(gè)距離比HDMI

12、要遜色一些，不過(guò)接頭和接線的相關(guān)規(guī)格已為日后升級(jí)做好了準(zhǔn)備，即便未來(lái)DP接口采用新的2X速率標(biāo)準(zhǔn)，接頭和接線也不必重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。除實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的連接外，DP接口還可用作設(shè)備內(nèi)部的接口，甚至是芯片與芯片之間的數(shù)據(jù)接口。,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù),顯卡基本知識(shí),顯示芯片,顯存,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù) 1、核心頻率 指顯示核心的工作頻率，在一定程度上，核心頻率可以反映出顯卡的性能，但不能代表顯卡性能。 提高核心頻率是顯卡超頻的方法之一。 顯示芯片主流的只有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(huì)適當(dāng)提高其產(chǎn)品的顯示核心頻率，使其工

13、作在高于顯示核心固定的頻率上以達(dá)到更高的性能。,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù) 2、制造工藝 制造工藝指在生產(chǎn)GPU過(guò)程中，要進(jìn)行加工各種電路和電子元件，制造導(dǎo)線連接各個(gè)元器件。通常其生產(chǎn)的精度以nm(納米)來(lái)表示。精度越高，生產(chǎn)工藝越先進(jìn)，在同樣的材料中可以制造更多的電子元件，連接線也越細(xì)，提高芯片的集成度，芯片的功耗也越小。 目前制造工藝：Nvidia、AMD為28nm，Intel為22nm 更好的制造工藝的好處： 可以使芯片實(shí)現(xiàn)更高的性能，支持更多特效 因?yàn)閱挝幻娣e上的集成電路更多，可以降低顯示芯片的生產(chǎn)成本 降低顯示芯片的功耗，更加節(jié)能,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù) 3、流處理器，S

14、treaming Processor（SP單元） 現(xiàn)在，流處理器數(shù)量的多少是決定顯卡性能高低的一個(gè)很重要的指標(biāo)。 GeForce GTX Titan有2688個(gè)流處理器， GeForce 8000系列只有8個(gè)流處理器。 流處理器的實(shí)際效果：去除物體邊緣的鋸齒現(xiàn)象；提高各種特效的渲染速度 流處理器的分配：A卡和N卡架構(gòu)不同，N卡每個(gè)流處理器單元包含1個(gè)流處理器，A卡每個(gè)流處理器單元包含45個(gè)流處理器,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù) 4、3D API 指顯卡與應(yīng)用程序之間的直接接口。 3D API能讓編程人員所設(shè)計(jì)的3D軟件只要調(diào)用其API內(nèi)的程序，從而讓API自動(dòng)和硬件的驅(qū)動(dòng)程序溝通，啟動(dòng)3D芯

15、片內(nèi)強(qiáng)大的3D圖形處理功能，從而大幅度地提高了3D程序的設(shè)計(jì)效率。 有了3D API，便可實(shí)現(xiàn)不同廠家的硬件、軟件最大范圍兼容。,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù) 4、3D API 目前PC中主要應(yīng)用的3D API有DirectX和OpenGL。 DirectX主要包括DirectDraw、Direct3D、DirectSound、DirectInput、DirectPlay等幾個(gè)部分。最新版本為Directx11.2（Alpha版）。 OpenGL（Open Graphics Library）是定義了一個(gè)跨編程語(yǔ)言、跨平臺(tái)的編程接口的規(guī)格，它用于三維圖象（二維的亦可）。OpenGL是個(gè)專業(yè)的圖

16、形程序接口，是一個(gè)功能強(qiáng)大，調(diào)用方便的底層圖形庫(kù)。,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù) 5、顯存類型、容量 作為顯卡的重要組成部分，顯存一直隨著顯示芯片的發(fā)展而逐步改變著。從早期的EDORAM、MDRAM、SDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM等到今天廣泛采用的DDR SDRAM，顯存經(jīng)歷了很多代的進(jìn)步。目前市場(chǎng)中所采用的顯存類型主要為DDR SDRAM。主流顯存為DDR3、GDDR5。 顯存容量是顯卡上本地顯存的容量，這是選擇顯卡的關(guān)鍵參數(shù)之一。顯存容量的大小決定著顯存臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，在一定程度上也會(huì)影響顯卡的性能。顯卡最大分辨率在一定程度上跟顯存有著直接關(guān)系，因?yàn)檫@些像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)最初都

17、要存儲(chǔ)于顯存內(nèi)，因此顯存容量會(huì)影響到最大分辨率。,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù) 6、顯存頻率 顯存頻率是指默認(rèn)情況下，該顯存在顯卡上工作時(shí)的頻率。顯存頻率一定程度上反應(yīng)該顯存的速度。顯存頻率隨著顯存的類型、性能的不同而不同。 顯存頻率與顯存時(shí)鐘周期是相關(guān)的，二者成倒數(shù)關(guān)系，也就是顯存頻率=1/顯存時(shí)鐘周期。注意：對(duì)于DDR SDRAM或者DDR2、DDR3，一個(gè)周期傳輸兩次數(shù)據(jù)，其顯存頻率等于工作頻率乘以2,顯卡基本知識(shí),五、顯卡主要參數(shù) 7、顯存位寬 顯存位寬是顯存在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所能傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，位數(shù)越大則瞬間所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大，這是顯存的重要參數(shù)之一。目前市場(chǎng)上的常見(jiàn)顯存位寬有64

18、位、128位、256位、384位和512位等幾種。 顯存帶寬=顯存頻率X顯存位寬/8。也就是說(shuō)顯存頻率相當(dāng)?shù)那闆r下，顯存位寬將決定顯存帶寬的大小。,小結(jié) 從上述內(nèi)容可知，顯卡是計(jì)算機(jī)上不可或缺的一部分。根據(jù)顯示芯片類型、應(yīng)用領(lǐng)域、板卡形式、總線接口等可以分為各種不同類型的顯卡。 一塊顯卡主要由PCB板、顯示芯片、顯存、總線接口、輸出接口、散熱系統(tǒng)等構(gòu)成其實(shí)體。目前主流的總線接口是PCI-E，輸出接口有VGA、DVI、HDMI、DP口等。 對(duì)于顯卡，核心頻率、制造工藝、流處理器數(shù)量、顯存類型、容量、顯存頻率和位寬是我們關(guān)注的重點(diǎn)，這些參數(shù)共同決定了一塊顯卡性能的好壞。,顯卡基本知識(shí),顯卡市場(chǎng)概況

19、,一、顯卡發(fā)展歷程 二、顯卡概況 三、顯卡廠商概況,顯卡市場(chǎng)概況,一、顯卡發(fā)展歷程 在顯卡的整個(gè)發(fā)展過(guò)程內(nèi), 經(jīng)歷了下面幾個(gè)時(shí)代的轉(zhuǎn)變：,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia芯片產(chǎn)品系列 Nvidia產(chǎn)品系列：GeForce（普通卡，大眾消費(fèi)） Quadro（專業(yè)圖形卡） Tegra（移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用） Tesla（完全針對(duì)并行計(jì)算而設(shè)計(jì)） GRID（多用戶網(wǎng)絡(luò)共享） NVS（多顯示器）,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia普通卡芯片（GeForce系列） Nvidia GeForce Titan系列 GeForce700、600、500、400、300、200、100系列 GeForce 9

20、、8、7、6、5（FX）、4、3、2、256系列,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia普通卡芯片（GeForce系列）,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia普通卡芯片（GeForce系列）,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia普通卡芯片（GeForce系列）,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia專業(yè)卡芯片（Quadro系列） Quadro：基于GeForce 256。1999年11月 Quadro 2：基于GeForce 2。2000年7月 Quadro DCC：基于GeForce 3。2001年5月 Quadro 4：基于GeForce 4。2002年2月 Quadro FX：基于G

21、eForce FX。2003年 Quadro Q/K： Quadro NVS：基于GeForce 4，多顯示功能。2002年 Quadro Plex：針對(duì)最復(fù)雜的重度繪圖和運(yùn)算問(wèn)題的專業(yè)級(jí)圖形處理器。產(chǎn)品由 多個(gè)QuadroFX系列顯卡組成，可多屏顯示。2006年8月 另：Quadro CX專為Adobe Creative Suite設(shè)計(jì)，可看成一個(gè)特殊版本的Quadro FX 4800。Quadro VX是專為滿足AutoCAD專業(yè)人士需求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia專業(yè)卡芯片（Quadro系列）,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia專業(yè)卡芯片（Quadro系列）,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況Nvidia專業(yè)卡芯片（Quadro系列）,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況AMD芯片產(chǎn)品系列 AMD產(chǎn)品系列：AMD Radeon（普通顯卡） ATI FirePro（專業(yè)圖形卡）,二、顯卡概況AMD普通卡芯片（Radeon系列） AMD Radeon HD8000、7000、6000系列 ATI Radeon HD 5000、4000、3000、2000系列 ATI Radeon X系列、 ATI Radeon系列,顯卡市場(chǎng)概況,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況AMD普通卡芯片（Radeon系列）,顯卡市場(chǎng)概況,二、顯卡概況AMD普通卡芯片（Radeon系列）