cpu gpu什么是GPU？与CPU有什么区别？终于有人明白了(2)

▲图24-5 Amega 500计算机中使用的图形卡

1988年，支持256色的第一代图形卡问世. 它是ATI生产的ATI VGA Wonder图形卡. 这是真正的第一代图形卡，而VGA一词在今天仍然是图形卡的代名词.

05 GPU前时代

1989年，许多芯片制造商共同创立了视频电子标准协会（VESA）. 在1994年底，VESA发布了64位VESA本地总线标准，并且大多数80486及更高版本的个人计算机都使用该标准图形卡.

1991年，英特尔推出了本地总线PCI（组件互连）. 就结构而言，PCI是插入CPU和原始系统总线之间的主要总线. 桥接电路管理该层并实现接口之间的协调数据传输. 该管理器提供信号缓冲以支持10种外部设备，同时在高时钟频率下保持高性能. PCI为图形卡，声卡和网卡等设备提供接口.

图形卡界面限制了图形技术的发展. 为了加快图形卡和总线之间的传输速度，必须使用高带宽接口总线. 在民用市场中，图形卡接口的起点是最常见的ISA接口. ISA接口包括ISA总线，EISA总线和VESA总线. ISA接口是一个通用术语.

当VGA标准流行时，ISA接口变得太弱，被PCI取代. 但是，PCI接口不久就被更高级的AGP（加速图形端口）淘汰了. 与PCI相比，AGP在带宽上有了突飞猛进的发展，可以有效地利用系统内存.

但是AGP的半开放式结构使其不断面临兼容性问题. 从最早的AGP 1×到AGP 8×，唯一真正的里程碑是AGP 4×. 现在，AGP 8X也开始被PCI Express×16取代.

1991年，支持Microsoft Windows操作系统图形加速的第二代图形卡（Graphics Card）问世.

VGA的唯一功能是输出图像，并且图形操作均取决于CPU. 当Microsoft Windows操作系统出现时，PC不堪重负. 1991年5月，ATI发布了Mach8，这是ATI的第一张针对Microsoft Windows操作系统的图形界面进行了优化的图形卡. ATI使用专用于图形处理的芯片，从而释放了CPU并使Windows操作系统的界面运行非常顺畅. 图形操作系统的资源消耗大大减少，实用性大大提高.

Mach8是ATI 38800-1芯片. Mach8图形卡由两块芯片组成，主芯片是VGA Wonder XL 24（ATI 28800-6），负责显示输出，辅助芯片是Mach8，专门用于加速Windows操作系统的图形界面. 双芯片设计增强了绘图能力.

为了与仅具有显示功能的VGA区别开来，具有图形处理能力的图形卡被称为图形卡，即图形加速卡，它加速了Windows的普及并加快了PC图形界面的步伐.

1991年6月，S3推出了二维图形加速卡S3 86C911. 它是最早的Windows加速卡之一，支持16位256色. 从那时起，二维图形卡进入了主导时代. 当时，三叉戟，S3和Matrox的三大制造商占据了主导地位.

这些2D图形卡的激烈竞争不亚于当今3D图形卡. 结果，生产了许多经典产品: Trident的9440，S3的Trio64V +，Matrox的Millennium等. 其中，性能最好的是Millennium及其后续产品，但是由于价格高昂，它们并未获得太多的市场份额. 当时，最成功的是S3的Trio 64V +. 在伏都教时代，它仍然是伏都教的理想之选.

第一个3D图形卡是3Dlabs制造的GLINT 300SX（请参见图24-6）. 它的功能，例如Gouraud阴影，深度缓冲，全屏抗锯齿以及3D图形的Aplha混合，今天仍在使用. 300SX正式打开了计算机三维显示的大门，但它也有许多缺点，例如，没有数模转换芯片（RAMDAC），并且需要数模转换芯片来输出内容显示.

▲图24-6 300SX GPU

06多媒体时代的图形卡

1994年，出现了支持视频加速的第三代图形卡.

这时，PC已进入多媒体时代. 二维图形处理不再是第二代图形卡的问题，但是越来越多的视频图形解码使CPU不堪重负，因此集成了简单的视频. 第三代图形卡出现了.

Mach64由ATI在1994年推出，是第一张著名的多媒体图形卡. 它的硬件支持YUVtoRGB颜色转换和硬件缩放. 有了它，PC可以应付基本的AVI和MPEG-1播放，而无需昂贵的专用硬件，这大大降低了多媒体PC的成本.

1994年，第四代图形卡3D加速图形卡出现.

在3D图形的早期，最令人难忘的是3Dfx Interactive（简称Dfx）. 1996年，由3Dfx推出的voodoo图形卡确立了3Dfx在图形显示领域的地位，但由于价格太贵而并不受欢迎. RAM当时非常昂贵，而voodoo需要大量RAM.

此外，伏都教必须卖出500美元才能赚钱. Voodoo没有2D输出功能. 用户必须添加约100美元的2D加速卡才能正常使用. 高昂的成本使个人计算机制造商远离了它. 据说3Dfx承诺提供免费伏都教芯片半年的承诺被拒绝了. 图24-7是3Dfx推出的第一张3D图形卡.

▲图24-7 3Dfx的第一张3D图形卡

3Dfx祝你好运. 1996年夏天，芯片技术的更新导致RAM的价格暴跌，3Dfx借此机会进行了推广，各种游戏和个人计算机制造商也改变了态度，开始使用voodoo. 当Voodoo以300美元的价格上市时，市场被引爆了. Voodoo支持DVD和OpenGL，但是两者相对较粗糙，这会抑制voodoo的性能. 3Dfx必须开发图形API-Glide.

在20世纪末，3Dfx的兴起宣布3D图形卡已进入竞争激烈的时代. S3，Matrox，3Dlabs等供应商都参加了比赛，但他们输给了voodoo. 伏都教之外的3D图形卡的杰作是ATI的3DRage II + DVD.

此显卡于1996年秋季发布，具有来自Mach64的2D引擎. 它具有MPEG-2硬件动态补偿功能，在播放DVD时可以起到补充作用，这是非常先进的. 借助ImpacTV芯片，它还可以广播电视节目. 3DRage II的驱动程序支持也非常好. 游戏用户和用户都可以获取相应的驱动程序. 只是ATI专注于OEM市场，而不是零售市场.

为了解决伏都教没有二维加速功能的问题，1997年3Dfx开发了具有二维加速功能的伏都教冲. 但是它的性能非常差. 它通过添加主卡和辅助卡来实现二维加速，并且二维芯片来自第三方. 与Voodoo相比，Voodoo rush已成为2D显示效果较差，3D性能更差的图形卡. 它对Glide的支持也很差，通常无法加速.

不久，ATI开发了3D Rage Pro. 由于其强大的DVD播放功能，它成为OEM多媒体计算机的首选. ATI试图进入零售市场，但由于驱动力不佳而失败. 当ATI驱动程序正常时，Rage Pro已过时. 3D Rage Pro是最早支持AGP接口的图形卡之一.

在被AMD收购之前，ATI一直是计算机图形领域的领导者之一. 这是一家计算机图形公司，由来自中国香港的三名中国人于1984年在加拿大成立. 它的主要创始人何国元，1950年出生于中国广东省.

何国元12岁时来到香港. 由于家庭贫困，在他20岁那年，他独自一人来到台湾，在学费和生活费用较低的大学学习. 1984年，已经在计算机领域拥有丰富工作经验的何国元移居加拿大，创立了一家计算机图形公司ATI.

1998年，3Dfx推出了voodoo2. voodoo2的性能是voodoo的2到3倍，它还增加了许多新的图像质量增强技术. Voodoo2减少了对CPU的依赖，许多低端CPU也可以流畅地运行大型3D游戏.

voodoo2还引入了SLI技术，该技术允许两个voodoo2图形卡同时计算相同的屏幕. 超过1/3的voodoo2用户是双卡用户. Voodoo2使3Dfx成为3D图形早期阶段的绝对老板.

1998年，3Dfx犯了两个致命错误: 一个是收购了一家名为STB的公司，该公司自己生产GPU，并放弃了第三方合作伙戏制造商将其拒之门外. 表面上，由于voodoo2，3Dfx是无限的，但这也是其下降的开始.

3Dfx在1998年犯的错误并没有使其面临危机，因为没有竞争对手. 在1999年，情况有所不同. 几件事使3Dfx面临灭绝. 首先，DX7带来了硬件T＆L. 硬件T＆L的出现完全解放了CPU. 甚至低端的CPU也可以使用支持硬件T＆L的图形卡流畅地玩游戏. 大量的视觉技术的加入使格莱德（Glide）的优势丧失了.

3Dfx在1999年发布的voodoo3不支持新的AGP4x，仅支持2x，但仅支持接口，不支持AGP的功能. 面对32位的普遍趋势，voodoo3的16位渲染没有竞争力.

同时，NVIDIA的TNT2以其强大的性能击败了voodoo3. 与同年发布的Gefroce 256相比，它只是TNT的改进产品，但这并没有阻止TNT2成为经典.

1998年2月，英特尔发布了与Real 3D合作设计的i740显卡（见图24-8）. 这是英特尔迄今为止发布的唯一独立显卡. i740支持2X AGP规范，核心频率为80MHz，像素填充速率为55MT / s，并支持DVD解压缩，并行信息处理，精确的图像草图插值等技术.

i740的2D效果不尽人意，但其三维性能也不错. 它首次在民用图形卡中使用冷却风扇. 后来，英特尔改进了i740并将其集成到810芯片组中.

▲图24-8英特尔的i740显卡

关于作者: 钱刚，现任美国德州仪器（TI）从事半导体器件和半导体工艺的开发和研究工作. Science.com的热门作者，其作品已经被超过1000万人观看. 钱刚的作品主要是散文和涉及历史和技术的散文. 主要著作有《美国历史与人物志》《美国的过去》，《硅谷历史》《硅谷简史》等.

本文摘录自“ Chips Change the World”，并在发行者的授权下发布.

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