??當今半導體領域，只有一種芯片能以3倍于摩爾定律的速度發展，只有一種芯片能夠在PC領域挑戰甚至超越同時期生產的CPU產品，只有一種芯片讓圖形業界的創作者和無數游戲玩家為之瘋狂，這就是GPU（Graphic PRocessing Unit），中文名稱圖形處理器。 ??從電子工程領域來講，GPU一種專門設計，主要用于圖形信號處理的單芯片處理器。在獨立顯卡中， 一般位于PCB板的中心。圖中銀色部分就是GPU的正面，和CPU差不多。

圖1- 1 NVIDIA GF110核心的GPU

??要了解GPU，我們需要回顧一下它的發展歷程，從中我們可以深刻體會到它誕生到壯大的前因后果。

GPU的前世

??1962年麻省理工學院的博士伊凡?蘇澤蘭發表的論文以及他的畫板程序奠定了計算機圖形學的基礎。在隨后的近20年里，計算機圖形學在不斷發展，但是當時的計算機卻沒有配備專門的圖形處理芯片，圖形處理任務都是CPU來完成的。 ??1984年，SGI公司推出了面向專業領域的高端圖形工作站，才有了專門的圖形處理硬件，俗稱圖形加速器。它們開發的圖形系統引入了許多經典的概念，比如頂點變換和紋理映射。在隨后的10年里，SGI又不斷研發出了一系列性能更好的圖形工作站。但是，由于價格非常的昂貴，在消費級市場很難獲得普及，用戶非常小眾化。而這段時期，在消費級領域，還沒有專門的圖形處理硬件推出，只有一些2D加速卡。 ??1995年，3dfx公司發布了消費級領域史上第一款3D圖形加速卡voodoo，這也是第一款真正意義上的消費級3D顯卡。隨后的幾年，AMD公司和ATI（2006年被AMD公司收購）公司分別發布了自己的TNT系列與Rage系列顯卡。它們已經從硬件上實現了Z緩存和雙緩存，可以進行光柵化之類的操作，同時也實現了DirectX 6的特征集。CPU終于從繁重的像素填充任務中解脫出來。當然，由于當時的技術不成熟，頂點變換還是必須在CPU中完成，光柵化之后的像素操作也很有限。

GPU的今生

??1999年8月，NVIDIA公司發布了一款代號為NV10的圖形芯片Geforce 256。Geforce 256是圖形芯片領域開天辟地的產品，因為它是第一款提出GPU概念的產品。Geforce 256所采用的核心技術有“T&L”硬件、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?！癟&L”硬件的出現，讓顯示芯片具備了以前只有高端工作站才有的頂點變換能力，同時期的OpenGL和DirectX 7都提供了硬件頂點變換的編程接口。GPU的概念因此而出現。 ??2001年微軟公司發布DirectX 8，在這一版本中包含了Shader Model（優化渲染引擎模式）1.0標準。遵循Shader Model的GPU可以具備頂點和像素的可編程性，從此微軟開始引領圖形硬件標準。同年，NVIDIA發布了Geforce3，ATI發布了Radeon 8500，這兩種GPU都支持頂點編程，可以通過應用程序指定指令序列來處理頂點。不過遺憾的是，這一時期的GPU都不支持像素編程，只是提供了簡單的配置功能。 ??2002年底，微軟發布了DirectX9.0b,Shader Model更新到2.0版本，讓shader成為了其標準配置。2003年，發布的OpenGL1.4中也正式提供了對GPU的編程接口規范。從2003年開始，NVIDIA和ATI發布的新產品都同時具備了可編程頂點處理和可編程像素處理器，具備了良好的可編程性。從此，開發人員可以根據自己的需要靈活的控制渲染過程，編程時無需再過度關注于GPU的其他硬件特性，重點關注可編程性即可。從此，GPU又多了一個可編程的屬性，也叫做可編程圖形處理單元。 ??2006年，包含與DirectX10的 Shader Model4.0發布，這一版本的Shader Model采用了統一渲染架構，不再提供單獨的可編程頂點處理器和可編程像素處理器，而是使用統一的流處理器。傳統的架構中，兩類處理器很難實現負載均衡，工作效率不高。在統一渲染架構下，流處理器可以執行不同的渲染指令，工作效率大幅提升，同時便于GPU開始由單純的渲染轉向通用計算領域。Shader Model4.0還擴充了幾何編程這一概念，主要用于快速處理幾何圖元創造新的多邊形。這一時期，比較有代表性的GPU有NVIDIA的Geforce 9600和ATI的Radeon 3850。 ??2009年10月22日，微軟最新的DirectX11伴隨Windows7發布。DirectX11相對于之前的版本沒有較大提升，只是對DirectX10進行了一種增強性的補充。其中包含的Shader Model5.0將統一渲染架構進行了發揚光大，可編程性方面增加了對計算、Hull和Domain方面的支持。目前支持Shader Model5.0的代表性GPU有NVIDIA的Geforce GTX 580和AMD的Radeon 6970。 ??到今天，GPU已經逐漸發展到的性能過剩的時代，只有在極少數顯卡殺手級的游戲的最高畫質下才能感覺到力不從心。我想這應該是游戲開發人員最高興的事，制約他們的不再是硬件，而是他們的思想。