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显卡调研报告 By MarkHRoman08 2013 目录 一 显卡基本知识二 显卡市场概况 显卡基本知识 一 显卡简介二 显卡分类三 显卡主要工作原理四 显卡结构五 主要参数 显卡基本知识 一 显卡简介显卡全称显示接口卡 Videocard Graphicscard 又称为显示适配器 Videoadapter 显示器配置卡 是个人电脑最基本的组成部分之一 显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动 并向显示器提供行扫描信号 控制显示器的正确显示 是连接显示器和个人电脑主板的重要元件 是 人机对话 的重要设备之一 显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分 承担输出显示图形的任务 尤其对于从事专业图形设计的人来说显卡更为重要 二 显卡分类1 按芯片是否整合 集成显卡和独立显卡集成显卡是将显示芯片 显存及相关电路都集成在主板上 由主板北桥芯片集成显示芯片的主板称为整合主板 该北桥集成的显示芯片为集成显卡的核心 该核心和显存组成了集成显卡 集成显卡又分为独立显存集成显卡 内存划分集成显卡 混合式集成显卡 独立显卡是指将显示芯片 显存及其相关电路单独做在一块电路板上 自成一体而作为一块独立的板卡存在 需占用主板的扩展插槽 ISA PCI AGP或PCI E 显卡基本知识 二 显卡分类2 按应用领域 普通显卡和专业图形卡普通显卡 普通家庭用户 游戏发烧友和商业用户使用的显卡 与专业显卡相对 注重民用级应用 强调在用户能接受的价位下提供更强大的娱乐 办公 游戏 多媒体等方面的性能 专业图形卡 应用于图形工作站上的显卡 是图形工作站的核心 从某种程度上来说 在图形工作站上它的重要性甚至超过了CPU 专业显卡主要针对的是三维动画软件 渲染软件 CAD软件 模型设计以及部分科学应用等专业应用市场 会针对这些方向进行必要的优化 显卡基本知识 显卡基本知识 二 显卡分类3 按总线接口总线接口类型指显卡与主板连接所采用的接口种类 显卡总线接口有PCI AGP PCI E MXM等 目前以PCI E最为常见4 按显卡芯片厂商 N卡和A卡显示芯片的质量决定了显卡的性能和档次 目前 显示芯片制造厂商主要有Nvidia和AMD两大家 N卡产品系列 GeForce Quadro Tegra Tesla GRID NVS A卡产品系列 AMDRadeon ATIFirePro 显卡基本知识 三 显卡主要工作原理数据从CPU到显示器 会经过4个步骤 1 从总线进入GPU 将CPU送来的数据送到北桥 再送到GPU里面进行处理2 从GPU进入显存 将GPU芯片处理完的数据送到显存 3 从显存进入RAMDAC 从显存读取数据再送到RAMDAC进行数模转换 4 从DAC进入显示器 将转换完的模拟信号送到显示屏 显卡基本知识 四 显卡结构一块显卡主要包括PCB板 显示芯片 显存 总线接口 输出接口 散热片等 显卡基本知识 四 显卡结构1 显示芯片GPU GraphicProcessingUnit 图形处理单元或图形处理器 是显卡的核心芯片 它的性能直接决定了显卡的性能 它的主要任务是把通过总线传输过来的显示数据在GPU中进行构建 渲染等工作 最后通过显卡的输出接口显示在显示器上 目前国际显示芯片主要有Nvidia和AMD两家 四 显卡结构2 显存显存 也被叫做帧缓存 它的作用是用来存储显卡芯片处理过或者即将提取的渲染数据 在屏幕上看到的图像数据都存放在显存中 在高级的图形加速卡中 显存不仅用来存储图形数据 而且还被显示芯片用来进行3D函数运算 显存的速度和带宽会直接影响到显卡的整体速度 显存的类型 容量 频率 位宽等参数共同决定了显存的性能 显卡基本知识 显卡基本知识 四 显卡结构3 总线接口显卡的总线接口是指显卡与主板连接所采用的接口种类 显卡的接口决定着显卡与系统之间数据传输的最大带宽 也就是瞬间所能传输的最大数据量 不同的接口能为显卡带来不同的性能 而且也决定着主板是否能够使用此显卡 显卡发展至今共出现ISA PCI AGP PCI E等几种接口 所能提供的数据带宽依次增加 另外 还有MXM接口在笔记本中使用较多 显卡基本知识 四 显卡结构3 总线接口 PCI E接口PCI E的接口根据总线位宽不同而有所差异 包括X1 X4 X8以及X16 较短的PCI E卡可以插入较长的PCI E插槽中使用 PCI E接口能够支持热拔插 PCI E卡支持的三种电压分别为 3 3V 3 3Vaux以及 12V PCI E3 0单信道单向带宽可接近1GB s X16双向带宽可高达32GB s 而目前AGP8X只有2 1GB s的带宽 2012年1月9日 世界上首块PCI E3 0显卡RadeonHD7970问世 目前普通显卡多使用PCI E2 0接口 高端显卡使用3 0版本接口较多 显卡基本知识 四 显卡结构3 总线接口 MXM接口MXM接口 即MobilePCIExpressModule 是基于PCI E界面的 为图形处理器设计的设备接口 定位于笔记本产品 采用和PCI E兼容的通讯协议 因此可使用于所有支持PCI E规格的绘图核心及支持PCI E绘图接口的芯片组 该接口可缩短产品设计的周期 用户可根据需要在日后自行升级MXM显卡而无需更换整台笔记本电脑 MXM模块根据PCB板尺寸的大小与Pin数的不同 共分为四种 分别是MXM I MXM MXM 与MXM HE 其中MXM I MXM MXM 的大小并不相同 而MXM 与MXM HE在PCB尺寸方面完全相同 后者多出前者2个Pin脚 能够覆盖PCI E16X所有的I O输出信号 显卡基本知识 四 显卡结构4 输出接口显卡输出接口目前主要有VGA DVI HDMI DisplayPort 四 显卡结构4 输出接口 VGA接口也叫D Sub接口 VGA接口是1987年IBM推出的一种使用模拟信号的视频传输标准 现在使用的一般都是SVGA模式 在VGA基础上加以扩充如将显提高而使其支持高分辨率 显卡基本知识 VGA接口虽然已经成为一个低标准 但仍是使用最为广泛的一种显示接口 多数显卡都带有此接口 有些不带VGA接口而带有DVI接口的显卡 可以通过转接头将DVI接口转成VGA接口 四 显卡结构4 输出接口 DVI接口DVI DigitalVisualInterface 数字视频接口 一种高速传输数字信号的技术 有DVI A DVI D和DVI I三种不同的接口形式 DVI A只有模拟接口 DVI D只有数字接口 DVI I有数字和模拟接口 DVI D和DVI I有单双通道两种 目前应用主要以DVI I为主 显卡基本知识 四 显卡结构4 输出接口 HDMI接口高清晰度多媒体接口 HighDefinitionMultimediaInterface HDMI 是一种数字化视频 音频接口技术 是适合影像传输的专用型数字化接口 可同时传送音频和影音信号 同时无需在信号传送前进行数 模或者模 数转换 目前最新版本为HDMI1 4版 带宽高达21 8Gbps 支持3D传输 能满足更高的分辨率 刷新率和色彩深度 能支持1080P以上的高清播放 HDMI接口类型分别有HDMIATYPE BTYPE CTYPE DTYPE 常用的为HDMIATYPE 显卡基本知识 四 显卡结构4 输出接口 DP接口DisplayPort接口 一种高清晰音视频流的传输接口 目前最新版本为1 2版 传输带宽为10 8Gbps DP接口的外接型接头有两种 一种是标准型 类似USB HDMI等接头 另一种是mini型 主要针对连接面积有限的应用 两种接头的最长外接距离都可以达到15米 虽然这个距离比HDMI要逊色一些 不过接头和接线的相关规格已为日后升级做好了准备 即便未来DP接口采用新的2X速率标准 接头和接线也不必重新进行设计 除实现设备与设备之间的连接外 DP接口还可用作设备内部的接口 甚至是芯片与芯片之间的数据接口 显卡基本知识 五 显卡主要参数 显卡基本知识 显示芯片 显存 显卡基本知识 五 显卡主要参数1 核心频率指显示核心的工作频率 在一定程度上 核心频率可以反映出显卡的性能 但不能代表显卡性能 提高核心频率是显卡超频的方法之一 显示芯片主流的只有AMD和NVIDIA两家 两家都提供显示核心给第三方的厂商 在同样的显示核心下 部分厂商会适当提高其产品的显示核心频率 使其工作在高于显示核心固定的频率上以达到更高的性能 显卡基本知识 五 显卡主要参数2 制造工艺制造工艺指在生产GPU过程中 要进行加工各种电路和电子元件 制造导线连接各个元器件 通常其生产的精度以nm 纳米 来表示 精度越高 生产工艺越先进 在同样的材料中可以制造更多的电子元件 连接线也越细 提高芯片的集成度 芯片的功耗也越小 目前制造工艺 Nvidia AMD为28nm Intel为22nm更好的制造工艺的好处 可以使芯片实现更高的性能 支持更多特效因为单位面积上的集成电路更多 可以降低显示芯片的生产成本降低显示芯片的功耗 更加节能 显卡基本知识 五 显卡主要参数3 流处理器 StreamingProcessor SP单元 现在 流处理器数量的多少是决定显卡性能高低的一个很重要的指标 GeForceGTXTitan有2688个流处理器 GeForce8000系列只有8个流处理器 流处理器的实际效果 去除物体边缘的锯齿现象 提高各种特效的渲染速度流处理器的分配 A卡和N卡架构不同 N卡每个流处理器单元包含1个流处理器 A卡每个流处理器单元包含4 5个流处理器 显卡基本知识 五 显卡主要参数4 3DAPI指显卡与应用程序之间的直接接口 3DAPI能让编程人员所设计的3D软件只要调用其API内的程序 从而让API自动和硬件的驱动程序沟通 启动3D芯片内强大的3D图形处理功能 从而大幅度地提高了3D程序的设计效率 有了3DAPI 便可实现不同厂家的硬件 软件最大范围兼容 显卡基本知识 五 显卡主要参数4 3DAPI目前PC中主要应用的3DAPI有DirectX和OpenGL DirectX主要包括DirectDraw Direct3D DirectSound DirectInput DirectPlay等几个部分 最新版本为Directx11 2 Alpha版 OpenGL OpenGraphicsLibrary 是定义了一个跨编程语言 跨平台的编程接口的规格 它用于三维图象 二维的亦可 OpenGL是个专业的图形程序接口 是一个功能强大 调用方便的底层图形库 显卡基本知识 五 显卡主要参数5 显存类型 容量作为显卡的重要组成部分 显存一直随着显示芯片的发展而逐步改变着 从早期的EDORAM MDRAM SDRAM SGRAM VRAM WRAM等到今天广泛采用的DDRSDRAM 显存经历了很多代的进步 目前市场中所采用的显存类型主要为DDRSDRAM 主流显存为DDR3 GDDR5 显存容量是显卡上本地显存的容量 这是选择显卡的关键参数之一 显存容量的大小决定着显存临时存储数据的能力 在一定程度上也会影响显卡的性能 显卡最大分辨率在一定程度上跟显存有着直接关系 因为这些像素点的数据最初都要存储于显存内 因此显存容量会影响到最大分辨率 显卡基本知识 五 显卡主要参数6 显存频率显存频率是指默认情况下 该显存在显卡上工作时的频率 显存频率一定程度上反应该显存的速度 显存频率随着显存的类型 性能的不同而不同 显存频率与显存时钟周期是相关的 二者成倒数关系 也就是显存频率 1 显存时钟周期 注意 对于DDRSDRAM或者DDR2 DDR3 一个周期传输两次数据 其显存频率等于工作频率乘以2 显卡基本知识 五 显卡主要参数7 显存位宽显存位宽是显存在一个时钟周期内所能传送数据的位数 位数越大则瞬间所能传输的数据量越大 这是显存的重要参数之一 目前市场上的常见显存位宽有64位 128位 256位 384位和512位等几种 显存带宽 显存频率X显存位宽 8 也就是说显存频率相当的情况下 显存位宽将决定显存带宽的大小 小结从上述内容可知 显卡是计算机上不可或缺的一部分 根据显示芯片类型 应用领域 板卡形式 总线接口等可以分为各种不同类型的显卡 一块显卡主要由PCB板 显示芯片 显存 总线接口 输出接口 散热系统等构成其实体 目前主流的总线接口是PCI E 输出接口有VGA DVI HDMI DP口等 对于显卡 核心频率 制造工艺 流处理器数量 显存类型 容量 显存频率和位宽是我们关注的重点 这些参数共同决定了一块显卡性能的好坏 显卡基本知识 显卡市场概况 一 显卡发展历程二 显卡概况三 显卡厂商概况 显卡市场概况 一 显卡发展历程在显卡的整个发展过程内 经历了下面几个时代的转变 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia芯片产品系列Nvidia产品系列 GeForce 普通卡 大众消费 Quadro 专业图形卡 Tegra 移动设备应用 Tesla 完全针对并行计算而设计 GRID 多用户网络共享 NVS 多显示器 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia普通卡芯片 GeForce系列 NvidiaGeForceTitan系列GeForce700 600 500 400 300 200 100系列GeForce9 8 7 6 5 FX 4 3 2 256系列 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia普通卡芯片 GeForce系列 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia普通卡芯片 GeForce系列 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia普通卡芯片 GeForce系列 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia专业卡芯片 Quadro系列 Quadro 基于GeForce256 1999年11月Quadro2 基于GeForce2 2000年7月QuadroDCC 基于GeForce3 2001年5月Quadro4 基于GeForce4 2002年2月QuadroFX 基于GeForceFX 2003年QuadroQ K QuadroNVS 基于GeForce4 多显示功能 2002年QuadroPlex 针对最复杂的重度绘图和运算问题的专业级图形处理器 产品由多个QuadroFX系列显卡组成 可多屏显示 2006年8月另 QuadroCX专为AdobeCreativeSuite设计 可看成一个特殊版本的QuadroFX4800 QuadroVX是专为满足AutoCAD专业人士需求设计的产品 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia专业卡芯片 Quadro系列 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia专业卡芯片 Quadro系列 显卡市场概况 二 显卡概况 Nvidia专业卡芯片 Quadro系列 显卡市场概况 二 显卡概况 AMD芯片产品系列AMD产品系列 AMDRadeon 普通显卡 ATIFirePro 专业图形卡 二 显卡概况 AMD普通卡芯片 Radeon系列 AMDRadeonHD8000 7000 6000系列ATIRadeonHD5000 4000 3000 2000系列ATIRadeonX系列 ATIRadeon系列 显卡市场概况 显卡市场概况 二 显卡概况 AMD普通卡芯片 Radeon系列 显卡市场概况 二 显卡概况 AM