你是我的眼 - 認識顯示卡入門

現在的顯示卡新技術層出不窮，各項參數越來越多，剛接觸硬體的朋友們往往想瞭解一款顯卡好壞而無從看起，只能依靠論壇人云亦云或媒體雜誌追求流行盲從，花了冤枉錢得不到需要的效能或完全不知道還有更多的功能，筆者在此特介紹一下顯示卡的相關屬性參數，孰好孰壞，各位自己定奪吧。貴的不一定合用，唯有合適的，才是最好的！


顯示卡的主要構成（極其參數）


1、顯示芯片（型號、版本級別、開發代號、製造工藝、核心頻率）
2、顯存（類型、位寬、容量、封裝類型、速度、頻率）
3、技術（像素渲染管線、頂點著色引擎數、3D API、RAMDAC 頻率及支持 MAX 分辨率）
4、PCB 板（PCB 層數、顯卡接口、輸出接口、散熱裝置）
5、品牌


1、顯示芯片
顯示芯片，又稱圖型處理器 GPU，它在顯卡中的作用，就如同 CPU 在電腦中的作用一樣。更直接的比喻就是大腦在人身體裡的作用。


先簡要介紹一下常見的生產顯示芯片的廠商：Intel、ATI（已被 AMD 收購，品牌改為 AMD ）、nVidia、VIA（ S3 ）、SIS、Matrox、3D Labs。


Intel、VIA（ S3 ）、SIS 主要生產集成芯片。


ATI（ AMD ）、nVidia 以獨立芯片為主，是目前市場上的主流，但由於 ATi 已經被 AMD 收購，仍然繼續研發獨立顯示芯片；


Matrox、3D Labs 則主要面向專業圖形市場。由於 ATI 和 nVidia 基本佔據了主流顯卡市場，下面主要將主要針對這兩家公司的產品做介紹。


型號


ATi 公司的主要品牌 Radeon 系列，其型號由早其的 Radeon Xpress 200 到 Radeon ( X300、X550、X600、X700、X800、X850 ) 到 Radeon ( X1300、X1600、X1800、X1900、X1950 )，到最新的 HD 系列（ HD3650 / 3850 / 4850 / 4870 等等 ）。


nVIDIA 公司的主要品牌 GeForce 系列，其型號由早其的 GeForce 256、GeForce2 (100 / 200 / 400 )、GeForce3 ( 200 / 500 )、GeForce4 ( 420 / 440 / 460 / 4000 / 4200 / 4400 / 4600 / 4800 ) 到 GeForceFX ( 5200 / 5500 / 5600 / 5700 / 5800 / 5900 / 5950 )、GeForce ( 6100 / 6150 / 6200 / 6400 / 6500 / 6600 / 6800 )、GeForce ( 7300 / 7600 / 7800 / 7900 / 7950 )、GeForce 8 系列、GeForce 9 系列到最新的 GTS / GTX 2XX 高端系列。


版本級別


除了上述標準版本之外，還有些特殊版，特殊版一般會在標準版的型號後面加個備註，常見的有：

ATi

SE ( Simplify Edition 入門版) 通常只有 64bit 內存界面，或者是像素流水線數量減少。
Pro ( Professional Edition 專業版) 超頻版，一般比標準版在管線數量 / 頂點數量還有頻率這些方面都要稍微高一點。
XT ( eXTreme 高階版) 是 ATi 系列中高階的，而 nVIDIA 用作低階型號。
XT PE ( eXTreme Premium Edition XT 白金版) 高階的型號。
XL ( eXtreme Limited 高階系列中的較低階型號) ATI 最新推出的 R430 中的高階版
XTX (XT eXtreme 高階版) X1000 系列發佈之後的新的命名規則。
CE ( Crossfire Edition 交火版) 交火版。
VIVO ( VIDEO IN and VIDEO OUT ) 指顯卡同時具備視訊輸入與視訊捕捉兩大功能。
HM ( Hyper Memory ) 可以佔用內存的顯卡

nVIDIA

ZT 在 XT 基礎上再次降頻以降低價格。
XT 降頻版，而在 ATi 中表示最高端。
LE ( Lower Edition 低頻版 ) 和 XT 基本一樣，ATi 也用過。
MX 平價版，大眾類。
GTS / GS 低頻版。
GE 比 GS 稍強點，其實就是超頻的 GS。
GT 高頻版，比 GS 高一個檔次，因為 GT 沒有縮減管線和頂點單元。
GTO 比 GT 稍強點,有點汽車中 GTO（性能款小鋼砲） 的味道。
Ultra 在 GF7 系列之前代表著最高階，但 7 系列最高階的命名就改為 GTX 。
GTX ( GT eXtreme )加強版，降頻或者縮減流水管道後成為 GT，再繼續縮水成為 GS 版本。
GT2 雙 GPU 顯卡。
TI ( Titanium ) 一般就是代表了 nVidia 的高階版本。
Go 多用語移動平台。
TC ( Turbo Cache ) 可以佔用內存的顯卡


開發代號


所謂開發代號就是顯示芯片製造商為了便於顯示芯片在設計、生產、銷售方面的管理和驅動架構的統一而對一個系列的顯示芯片給出的相應的基本的代號。開發代號作用是降低顯示芯片製造商的成本、豐富產品線以及實現驅動程序的統一。一般來說，顯示芯片製造商可以利用一個基本開發代號再通過控制渲染管線數量、頂點著色單元數量、顯存類型、顯存位寬、核心和顯存頻率、所支持的技術特性等方面來衍生出一系列的顯示芯片來滿足不同的性能、價格、市場等不同的定位，還可以把製造過程中具有部分瑕疵的高階顯示芯片產品通過屏蔽管線等方法處理成為完全合格的相應低階的顯示芯片產品出售，從而大幅度降低設計和製造的難度和成本，豐富自己的產品線。同一種開發代號的顯示芯片可以使用相同的驅動程序，這為顯示芯片製造商編寫驅動程序以及消費者使用顯示卡都提供了方便。


同一種開發代號的顯示芯片的渲染架構以及所支持的技術特性是基本上相同的，而且改採用的製程也相同，所以開發代號是判斷顯卡性能和檔次的重要參數。同一類型號的不同版本可以是一個代號，例如：GeForce ( X700、X700 Pro、X700 XT ) 代號都是 RV410；而 Radeon ( X1900、X1900XT、X1900XTX ) 代號都是 R580　等，但也有其他的情況，如：GeForce ( 7300 LE、7300GS ) 代號是 G72 ；而 GeForce ( 7300GT、7600GS、7600GT ) 代號都是 G73　等。


製造工藝


製造工藝指的是在生產 GPU 過程中，要進行加工各種電路和電子元件，製造導線連接各個元件。通常其生產的精度以 um (微米)來表示，未來有向 nm (納米) 發展的趨勢（ 1mm = 1000um　1um = 1000nm ），密度越高，生產工藝越先進。在同樣的材料中可以製造更多的電子元件，連接線也越細，提高芯片的集成度，芯片的功耗也越小。


製造工藝的微米是指 IC 內電路與電路之間的距離。製造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展。密度愈高的 IC 電路設計，意味著在同樣大小面積的 IC 中，可以擁有密度更高、功能更複雜的電路設計。微電子技術的發展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進，使得器件的特徵尺寸不斷縮小，從而集成度不斷提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片製造工藝在 1995 年以後，從 0.5 微米、0.35 微米、0.25 微米、0.18 微米、 0.15 微米、0.13 微米，再到目前主流的 90 納米 ( 0.09 納米 ) 、65  納米、45 納米等。


核心頻率


顯示卡的核心頻率是指顯示核心的工作頻率，其工作頻率在一定程度上可以反映出顯示核心的性能，但顯示卡的性能是由核心頻率、顯存、像素管線、像素填充率等等多方面的情況所決定的，因此在顯示核心不同的情況下，核心頻率高並不代表此顯示卡性能強勁。比如 9600PRO 的核心頻率達到了 400MHz，要比 9800PRO 的 380MHz 高，但在性能上 9800PRO 絕對要強於 9600PRO。在同樣級別的芯片中，核心頻率高的則性能要強一些，提高核心頻率就是顯示卡超頻的方法之一。顯示芯片主流的只有 ATI 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，部分廠商會適當提高其產品的顯示核心頻率，使其工作在高於顯示核心固定的頻率上以達到更高的性能。


2、顯存


類型：目前市場中改採用的顯存類型主要有 SDRAM，DDR SDRAM，DDR SGRAM 三種。


SDRAM 顆粒目前主要應用在低端顯卡上，頻率一般不超過 200MHz，在價格和性能上它比 DDR 都沒有什麼優勢，因此逐漸被 DDR 取代。


DDR SDRAM 是 Double Data Rate SDRAM 的縮寫 ( 雙倍數據速率 )，它能提供較高的工作頻率，帶來優異的數據處理性能。


DDRSGRAM 是顯卡廠商特別針對繪圖者需求，為了加強圖形的存取處理以及繪圖控制效率，從同步動態隨機存取內存（ SDRAM ）所改良而得的產品。 SGRAM 允許以方塊 ( Blocks ) 為單位個別修改或者存取內存中的資料，它能夠與中央處理器 ( CPU ) 同步工作，可以減少內存讀取次數，增加繪圖控制器的效率，儘管它穩定性不錯，而且性能表現也很好，但是它的超頻性能很差。


目前市場上的主流是 DDR2 和 DDR3。


位寬


顯存位寬是顯存在一個時鐘週期內所能傳送數據的位數，位數越大則瞬間所能傳輸的數據量越大，這是顯存的重要參數之一。目前市場上的顯存位寬有 64 位、 128 位、256 位和 512 位幾種，人們習慣上叫的 64 位顯卡、128 位顯卡和 256 位顯卡就是指其相應的顯存位寬。顯存位寬越高，性能越好價格也就越高，因此 512 位寬的顯存更多應用於高端顯卡，而主流顯卡基本都採用 128 和 256 位顯存。


顯存帶寬 ＝ 顯存頻率 X 顯存位寬 / 8，在顯存頻率相當的情況下，顯存位寬將決定顯存帶寬的大小。例如：同樣顯存頻率為 500MHz 的 128 位和 256 位顯存，那麼它倆的顯存帶寬將分別為：128 位 ＝ 500MHz * 128 ∕ 8 = 8GB / s，而 256 位 ＝ 500MHz * 256 ∕ 8 = 16GB / s，是 128 位的 2 倍，可見顯存位寬在顯存數據中的重要性。顯示卡的顯存是由一塊塊的顯存芯片構成的，顯存總位寬同樣也是由顯存顆粒的位寬組成。顯存位寬 ＝ 顯存顆粒位寬 × 顯存顆粒數。顯存顆粒上都帶有相關廠家的內存編號，可以去網上查找其編號，就能瞭解其位寬，再乘以顯存顆粒數，就能得到顯示卡的位寬。


容量


這個就比較好理解了，容量越大，存的東西就越多，當然也就越好。
目前主流的顯存容量，64MB、128MB、256MB、512MB 等。


封裝類型


顯存封裝形式主要有:


TSOP ( Thin Small Out － Line Package ) 薄型小尺寸封裝
QFP ( Quad Flat Package ) 小型方塊平面封裝
MicroBGA ( Micro Ball Grid Array ) 微型球閘陣列封裝，又稱 FBGA ( Fine-pitch Ball Grid Array )


目前的主流顯示卡基本上是用 TSOP 和M BGA 封裝，其中又以 TSOP 封裝居多.


速度


顯存速度一般以 ns（ 納秒）為單位。常見的顯存速度有 7ns、6ns、5.5ns、5ns、4ns、3.6ns、2.8ns、2.2ns、1.1ns 等，越小表示速度越快 \ 越好。


顯存的理論工作頻率計算公式是：額定工作頻率（ MHz ）＝ 1000 / 顯存速度 × n 得到（ n因顯存類型不同而不同，如果是 SDRAM 顯存，則 n = 1；DDR 顯存則 n = 2；DDR2 顯存則 n = 4 ）。


頻率


顯存頻率一定程度上反應著該顯存的速度，以 MHz（ 兆赫茲 ）為單位。


顯存頻率隨著顯存的類型、性能的不同而不同：
SDRAM 顯存一般都工作在較低的頻率上，一般就是 133MHz 和 166MHz，此種頻率早已無法滿足現在顯示卡的需求。
DDRSDRAM 顯存則能提供較高的顯存頻率，因此是目前採用最為廣泛的顯存類型，目前無中、低階顯示卡，還是高階顯示卡大部分都採用 DDRSDRAM，其所能提供的顯存頻率也差異很大，主要有 400MHz、500MHz、600MHz、650MHz 等，高階產品中還有 800MHz 或 900MHz，乃至更高。


顯存頻率與顯存時鐘週期是相關的，二者成倒數關係，也就是顯存頻率 ＝ 1 / 顯存時鐘週期。如果是 SDRAM 顯存，其時鐘週期為 6ns，那麼它的顯存頻率就為 1 / 6ns = 166MHz；而對於 DDRSDRAM，其時鐘週期為 6ns，那麼它的顯存頻率就為 1 / 6ns = 166MHz，但要瞭解的是這是 DDRSDRAM 的實際頻率，而不是我們平時所說的 DDR 顯存頻率。因為 DDR 在時鐘上升期和下降期都進行數據傳輸，其一個週期傳輸兩次數據，相當於 SDRAM 頻率的二倍。習慣上稱呼的 DDR 頻率是其等效頻率，是在其實際工作頻率上乘以 2，就得到了等效頻率。因此 6ns 的 DDR 顯存，其顯存頻率為 1 / 6ns * 2 = 333MHz。但要明白的是顯卡製造時，廠商設定了顯存實際工作頻率，而實際工作頻率不一定等於顯存最大頻率。此類情況現在較為常見，如顯存最大能工作在 650MHz，而製造時顯卡工作頻率被設定為 550MHz，此時顯存就存在一定的超頻空間。這也就是目前廠商慣用的方法，顯卡以超頻為賣點。




3、技術


像素渲染管線


渲染管線也稱為渲染流水線，是顯示芯片內部處理圖形信號相互獨立的的並行處理單元。


在某種程度上可以把渲染管線比喻為工廠裡面常見的各種生產流水線，工廠裡的生產流水線是為了提高產品的生產能力和效率，而渲染管線則是提高顯卡的工作能力和效率。 渲染管線的數量一般是以像素渲染流水線的數量 x 每管線的紋理單元數量來表示。例如，GeForce 6800 Ultra 的渲染管線是 16 x 1，就表示其具有 16 條像素渲染流水線，每管線具有 1 個紋理單元；GeForce 4MX440 的渲染管線是 2 x 2，就表示其具有 2 條像素渲染流水線，每管線具有 2 個紋理單元等等，其餘表示方式以此類推。渲染管線的數量是決定顯示芯片性能和檔次的最重要的參數之一，在相同的顯卡核心頻率下，更多的渲染管線也就意味著更大的像素填充率和紋理填充率，從顯卡的渲染管線數量上可以大致判斷出顯卡的性能高低檔次。但顯卡性能並不僅僅只是取決於渲染管線的數量，同時還取決於顯示核心架構、渲染管線的的執行效率、頂點著色單元的數量以及顯卡的核心頻率和顯存頻率等等方面。


一般來說在相同的顯示核心架構下，渲染管線越多也就意味著性能越高，例如 16 × 1 架構的 GeForce 6800GT 其性能要強於 12 × 1 架構的 GeForce 6800，就像工廠裡的採用相同技術的 2 條生產流水線的生產能力和效率要強於 1 條生產流水線那樣；而在不同的顯示核心架構下，渲染管線的數量多就並不意味著性能更好，例如 4 × 2 架構的 GeForce 2GTS 其性能就不如 2 × 2 架構的 GeForce 4MX440，就像工廠裡的採用了先進技術的 1 條流水線的生產能力和效率反而還要強於只採用了老技術的 2 條生產流水線那樣。


頂點著色引擎數


頂點著色引擎 ( Vertex Shader )，也稱為頂點遮蔽器，根據官方規格，頂點著色引擎是一種增加各式特效在 3D 場影中的處理單元，頂點著色引擎的可程式化特性允許開發者靠加載新的軟件指令來調整各式的特效，每一個頂點將被各種的數據變素清楚地定義，至少包括每一頂點的 x、y、z 坐標，每一點頂點可能包涵的數據有顏色、最初的徑路、材質、光線特徵等。頂點著色引擎數越多速度越快。


3D API


API 是 Application Programming Interface 的縮寫，是應用程序接口的意思，而 3D API 則是指顯卡與應用程序直接的接口。


3D API 能讓編程人員所設計的 3D 軟件只要調用其 API 內的程序，從而讓 API 自動和硬件的驅動程序溝通，啟動 3D 芯片內強大的 3D 圖形處理功能，從而大幅度地提高了 3D 程序的設計效率。如果沒有 3D API 在開發程序時，程序員必須要瞭解全部的顯卡特性，才能編寫出與顯卡完全匹配的程序，發揮出全部的顯卡性能。而有了 3DAPI 這個顯卡與軟件直接的接口，程序員只需要編寫符合接口的程序代碼，就可以充分發揮顯卡的不必再去瞭解硬件的具體性能和參數，這樣就大大簡化了程序開發的效率。同樣，顯示芯片廠商根據標準來設計自己的硬件產品，以達到在 API 調用硬件資源時最優化，獲得更好的性能。有了 3DAPI，便可實現不同廠家的硬件、軟件最大範圍兼容。比如在最能體現 3D API 的遊戲方面，遊戲設計人員設計時，不必去考慮具體某款顯卡的特性，而只是按照 3D API 的接口標準來開發遊戲，當遊戲運行時則直接通過 3D API 來調用顯卡的硬件資源。


目前個人電腦中主要應用的 3D API 有：DirectX 和 OpenGL。


RAMDAC 頻率和支持最大分辨率


RAMDAC 是 Random Access Memory Digital / Analog Convertor 的縮寫，即隨機存取內存數字模擬轉換器。


RAMDAC 作用是將顯存中的數字信號轉換為顯示器能夠顯示出來的模擬信號，其轉換速率以 MHz 表示。計算機中處理數據的過程其實就是將事物數字化的過程，所有的事物將被處理成 0 和 1 兩個數，而後不斷進行累加計算。圖形加速卡也是靠這些 0 和 1 對每一個像素進行顏色、深度、亮度等各種處理。顯卡生成的都是信號都是以數字來表示的，但是所有的 CRT 顯示器都是以模擬方式進行工作的，數字信號無法被識別，這就必須有相應的設備將數字信號轉換為模擬信號。而 RAMDAC 就是顯卡中將數字信號轉換為模擬信號的設備。RAMDAC 的轉換速率以 MHz 表示，它決定了刷新頻率的高低（ 與顯示器的「帶寬」意義近似 ）。其工作速度越高，頻帶越寬，高分辨率時的畫面質量越好，該數值決定了在足夠的顯存下，顯卡最高支持的分辨率和刷新率。如果要在 1024 × 768 的分辨率下達到 85Hz 的分辨率，RAMDAC 的速率至少是 1024 × 768 × 85 × 1.344（折算係數）÷ 106 ≒ 90MHz。目前主流的顯卡 RAMDAC 都能達到 350MHz 和 400MHz，已足以滿足和超過目前大多數顯示器所能提供的分辨率和刷新率。


4、PCB 板


PCB 是 Printed Circuit Block 的縮寫，也稱為印製電路板。就是顯示卡的身體（綠色的板子 ），顯示卡一切元器件都是放在 PCB 板上的，因此 PCB 板的好壞，直接決定著顯卡電氣性能的好壞和穩定。


層數


目前的 PCB 板一般都是採用 4 層、6 層、或 8 層，理論上來說層數多的比少的好，但前提是在設計合理的基礎上。


PCB 的各個層一般可分為信號層（ Signal ），電源層（ Power ）或是地線層（ Ground ）。每一層 PCB 版上的電路是相互獨立的。在 4 層 PCB 的主板中，信號層一般分佈在 PCB 的最上面一層和最下面一層，而中間兩層則是電源與地線層。相對來說 6 層 PCB 就複雜了，其信號層一般分佈在 1、 3、5 層，而電源層則有 2 層。至於判斷 PCB 的優劣，主要是觀察其印刷電路部分是否清晰明了，PCB 是否平整無變形等等。


顯卡接口


常見的有 PCI、AGP 2X / 4X / 8X（目前已經淘汰），最新的是 PCI-Express X 16 接口，是目前的主流。


輸出接口


現在最常見的輸出接口主要有：

VGA

VGA ( Video Graphics Array ) 視頻圖形陣列接口，作用是將轉換好的模擬信號輸出到 CRT 或者 LCD 顯示器中

DVI

DVI ( Digital Visual Interface ) 數位視頻接口，視頻信號無需轉換，信號無衰減或失真，未來 VGA 接口的替代者。

S-Video

S-Video ( Separate Video ) S 端子，也叫二份量視頻接口，一般採用五線接頭，它是用來將亮度和色度分離輸出的設備，主要功能是為了克服視頻節目複合輸出時的亮度跟色度的互相干擾。

散熱裝置


散熱裝置的好壞也能影響到顯卡的運行穩定性，常見的散熱裝置有：

被動散熱：既只安裝了鋁合金或銅等金屬的散熱片

風冷散熱：在散熱片上加裝了風扇，目前多數採用這種方法

水冷散熱：通過熱管液體把 GPU 和水幫浦相連，一般在高階頂級顯卡中採用

顏色


很多人認為紅色顯卡的比綠色的好、綠色的比黃色的好，顯示卡的好壞和顏色並沒有什麼關係，有的廠家喜用紅色，有的喜用綠色，這是完全由生產商決定的。一些名牌大廠，那是早就形成了一定的風格的。因此，其 PCB 的顏色一般也不會有太大的變動。




5、品牌


目前顯示卡的競爭日趨激烈。各類品牌名目繁多，以下是筆者認為一些比較不錯的牌子，僅供參考，不要道聽塗說相信一些小道消息而買了不適用的產品。


藍寶 SAPPHIRE、華碩 ASUS、鴻海 Foxconn、撼迅 / 迪蘭恆進 PowerColor / Dataland、麗台 Leadtek、訊景 XFX、映眾 Inno3D
微星 MSI、艾爾莎 ELSA、富彩 FORSA、同德 Palit、捷波 Jetway、陞技 Abit、磐正 EPOX 、映泰 Biostar、耕昇 Gainward、旌宇 SPARKLE、影馳 GALAXY、天揚 GRANDMARS、超卓天彩 SuperGrece、銘瑄 MAXSUN、翔升 ASL、盈通 YESTON