图形处理器(gpu)的发展历史简介

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1、图形处理器(GPU)的发展历史简介20世纪六、七十年代，受硬件条件的限制，图形显示器只是计算机输出的一种工具。限于硬件发展水平，人们只是纯粹从软件实现的角度来考虑图形用户界血的规范14题。图形用户界面国际标准GKS(GKS3D),PHIGS就是其屮的典型代农。20世纪80年代初期，出现GE(GeometryEngine)为标志的图形处理器。GE芯片的出现使得计算机阁形学的发展进入阁形处理器引导其发展的年代。GE的核心足四位向毡的浮点运算。它可由一个寄存器定制码定制岀不同功能，分别用于阁形渲染流水线中，实

2、现糾阵，裁剪，投影等运算。12个这样的GE中•元可以完整地实现三维阁形流水线的功能。芯片设计者JamesClark以此力核心技术建立的SGI公司，基于SGI阁形处理器功能的阁形界面GL及其后的OpenGL,成为图形用户界曲事实上的工、Ik标淮。20世纪80年代和90年代，GE及其图形处理器功能不断增强和完善，使得图形处理功能逐渐从CPU向GPU转移。现代阉形处理的流水线主要功能分为顺序处理的两个部分：第一部分对图元实施几何变化以及对图元诚性进行处理(含部分光照计算)：第二部分则是扫描转换进行光栅化以后完

3、成一系列的图形绘制处理，包含各种光照效果和合成、纹理映射、遮挡处理、反混淆处理等。20世纪90年代，NVIDIA进入个人电脑3D市场，并于1999年推出具有标志意义的阁形处理器一一GeForce256,第一次在阁形芯片上实现了3D儿何变换和光照计算。此后GPU进入高速发展时期，平均付隔6个月就出现性能翻番的新的GPU。从SGI的GE到NVIDIA的GeForce,GPU经历了20年，芯片的线宽从3pm缩小到90nm(2007年的GeForce8800集成了6.81亿晶体管)，集成电路的逻辑设汁能力提髙儿

4、千倍，但处理器数据通道接口带宽仅提卨十儿倍。同时对图形处理器计算能力的需求不断增长，出现丫讨编程的阁形处理器，以NVIDIA和ATI为代农的GPU技术正是适应这种趋势。而到0前为止，GPU已经过了六代的发展，付一代都拥打比前一代更强的性能和更完善的可编程架构。第一代GPU(到1998为止)包括NVIDIA的TNT2,ATI的Rage和3dfx的Voodoo3。这些GPU拥奋硬件三角形处理引擎，能处理•奋1成2个纹理的像素，能够人人提高CPU处理3D图形的速度。但这一代图形硬件没宥硬件T&L引擎，更多只是

5、起到3D加速的作用，而且没有被冠以"GPU"的名字。第二代GPU(1999-2000)包括NVIDIA的Geforce256和Geforce2,ATI的Radeon7500,S3的Savage3D。它们将T&L功能从CPU分离岀来，实现了髙速的顶点变换。相应的图形AH即OpenGL和DirectX7都丌始支持硬件顶点变换功能。这一代GPU的可配置性得到了加强，但不兵各真正的可编程能力。策三GPU(2001)包拈NVIDIA的Geforce3和Geforce4Ti,微软的Xbox,及ATI的Radeon8

6、500o这一代GPU首次引入了可编程性，即顶点级操作的可操作性，允许应用程序调用一纟I旧定义指令序列来处理顶点数拋，并可以将图形硬件的流水线作为流处理器来解释。也正姑这个时候，基子GPU的通用计算开始出现。但足片段操作阶段仍然不各可编程架构，只提供了更多的配S选项。开发人员可以利用DirectX8以及OpenGL扩展(ARB-vertex-program,NV-texture-shader和NV-register-combiner)來开发简单的顶点及片段着色程序。第四代GPU(2003)fe括NVIDI

7、A的GeforceFX(fl侖CineFX架构),ATI的Radeon9700。相比上一代GPU，它们的象素级和顶点级操作的可编程性得到了大大的扩展，可以包禽上千条指令，访问纹理的方乂更为灵活，可以川做索引查找。最東要的是具备了对浮点格忒的纹理的支持，不在限制在［0，1］范围内，从而吋以做任意数组，这对于通用计算而言是一个重要突破。Di「ectX9和各种OpenGL扩展(ARB-vertex-program、ARB-fragment-program、NV-vertex-prog「am2、NV-fragm

8、ent-p「og「am)可以帮助开发人员利川这种特性來完成原木只能在GPU上进行的复杂顶点像素操作：Cg语言等其他商级语言在这一代GPU开始得到极用。第五代GPU(2004)主耍以NVIDIAGeForce6800为代表。NVIDIAGeForce6800集成了2亿2千2百万晶体管，具有超标量的16条管线架构。功能相对以前更加丰富、灵活。顶点程序吋以直接访问纹理，支持动态分支：象索着色器开始支持分支操作，括循环和了函数调用，TMU支持64位