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显卡基础知识汇总

本主题由 possecat 于 2007-9-18 09:54 解除置顶

显卡基础知识汇总

    显卡由PCB板、显示芯片、显存、电容、MOS管、电感、电阻、PWM芯片、BIOS芯片组成。一款显卡的性能主要取决于显示芯片和显存,显示芯片和显存规格可以从显卡型号得知,所以很容易得知某款显卡的基本效能。显卡的超频性能则取决于整体做工,主要是芯片体质、供电设计、PCB层数。



如何判断GPU性能


    同一架构的GPU性能可以从核心频率、渲染频率、流处理器数量来判定,其中流处理器数量是决定因素,频率则受到工艺制程的影响很难提升。


    GPU的理论浮点运算能力=流处理器数量×流处理器频率×2Flops例如Radeon HD 2900XT的理论浮点运算能力=320×742×2Flops=474.8GFlops,理论性能很难反映出游戏效能的高低。


    DirectX 10时代很难从规格来判定NvidiaATI两者GPU的性能优劣,两者的架构不同,最直观的方法是测试软件3DMark的成绩,TMU和ROP性能在DirectX 10时代也显得愈发重要。


如何判断显存性能


    显存的性能主要由位宽和显存颗粒的时钟周期决定。显存颗粒的时钟周期决定了它能达到的频率,DDR显存频率计算公式为1/显存时钟周期×1000,从DDR2开始则使用4bit预读,所以GDDR2GDDR3GDDR4的计算公式为1/显存时钟周期×2000



    显存带宽=显存频率×显存位宽÷8


    例如一款显卡使用464bit1NS GDDR3显存,那么这款显卡的理论带宽为(2000/1ns)×(64bit×4)×2÷8=64GB/s


    显存频率和显存位宽的提升都可以提升显存带宽,频率提升一倍可以带来100%的效能增长,带宽增加一倍则不是100%。如果把显存带宽比作显存和GPU之间的道路车流量,显存的频率就是这条路允许的最大车速,显存位宽就好比这条路的宽度。


显卡做工


    G80
R600的功耗让人震惊,NvidiaATI均表示以后将不再设计如此高功耗的产品,由此我们可以得知显卡功耗到了怎样的程度,PCI-E插槽早已不能满足显卡的需求,6Pin外接电源已成为大多数显卡的标准配置,显卡上的电力无论是通过PCI-E插槽还是直接由PC电源引入,这些电源的电压不可能正好符合显卡正常工作的电压值,需要转化为GPU和显存所需的电压,这就是显卡供电模组所做的。




    显卡的开关电源模块一般由PWM芯片、MOS管、电感、电容组成的滤波回路构成。工作原理是:PWM芯片产生一个宽度可调的脉冲波形,使得Q1Q2两只MOS管轮流导通。当负载两端的电压Vout需要降低时,MOSFET场效应管Q2导通,MOSFET场效应管Q1截止,外部电源供电断开,电容释放出能量 ,这时的电容就变成了电源继续对负载供电。

    随着电容上存储能量的消耗,负载两端的电压开始逐渐降低;当负载两端的电压Vout需要升高时,MOSFET场效应 Q1导通,MOSFET场效应管Q2截止,外部电源通过MOSFET场效应管Q1对电容进行充电并达到所需的电压值。


    供电模组用数个电容进行滤波,电容的ESR值越低滤波的效果就越好。



    衡量供电模组优劣的关键是PWM芯片是否优秀、MOS管的电阻、电容的ESR值和容量。


    目前大多显卡使用的是6PCB板,可以保证良好的超频潜力,不过还有相当一部分使用的是4PCB板,这种显卡很难保证高频下的稳定。相对于直观的供电模组,PCB很容易被人忽略。

显卡工作原理

    显卡:Display Card,又称为显示适配器,是主机与显示器之间连接的桥梁,主要任务是把3D程序载入到展现在屏幕上,大致的流程可以分为:应用程序载入——几何变换——设定——光栅化

1
应用程序载入

    当某一个应用程序提出一个制图请求时,这个请求首先要被送到操作系统中,通过DirectX3D图形API对所要使用得函数进行选择,然后显卡驱动程序把函数送到显卡进行加速。这一步决定在游戏中有哪些对象,它们的模型、纹理、在什么动画帧、在游戏世界里的位置。

2
几何变换



    大家知道,3D物体是由三角形组成的,每个三角形有三个顶点,只要把这三个顶点的位置移动了,那么这个三角形也就自然跟着移动了,所以几何变换就是对顶点的处理。最基本的应该有:平移,旋转,缩放,扭曲,投影等等,在这个过程中并没有贴图,只有模型的骨架。几何变换伴随着裁剪,裁剪就是把物体落在屏幕外面的部分去掉,这样就不需要处理看不到的东西,从而节省了处理量。



3
设定

    这个过程就是构建三角形,所谓显卡的“三角形生成能力”就是这个过程的处理速度,这个过程是固定完成的。

4
光栅化

    找到了三角形在屏幕上的位置,就可以开始把它画出来了,主要分为三步:材质过滤、像素填充、光栅化。简单地说就是读取纹理贴图数据,进行贴图的混合,把新的颜色和屏幕当前像素的颜色混合起来,最后把色彩信息转换至计算机显示器上的像素,这时候我们已经可以在显示器上看到经过一系列处理后的图像。

AICAdd-in-Cards,代表NVIDIA的亲密合作伙伴。




nVIDIA亲密合作伙伴(核心AIC)(19家)


ABIT Computer (USA) Corporation美国升技,总部在台湾。


Albatron青云,总部在台湾。


AOpen, Inc.建基,总部在台湾。


ASUS Computer International华硕,总部在台湾。


BFG Technologies, Inc.总部在美国。


BIOSTAR U.S.A. BMA INDUSTRIAL INC.美国映泰,总部在台湾。


Chaintech承启,总部在台湾。


eVGA.com Corporation,总部在美国。


Gainward耕升,总部在台湾。现被同德收购,但欧洲耕升未有变化仍照常运作。


Geminan International LTD,总部在香港,大陆子品牌为富彩。


Gigabyte Technology Co.LTD技嘉,总部在台湾。


Jaton捷登,总部在台湾。


Leadtek Research, Inc.丽台,总部在台湾,是NVIDIA指定的亚洲地区唯一制造Quadro图形专业卡的生产商。现被鸿海收购,丽台现在只负责技术研发,至于民用的GeForce系列显卡则由鸿海代工。


MSI Computer (A Micro-Star International Company)微星,总部在台湾。


Palit Microsystems, Inc同德,总部在台湾。


PNY Technologies,总部在美国,是nVIDIA指定的欧美地区唯一制造Quadro图形专业卡的生产商。


Point of View,总部在荷兰。


Prolink Computer, Inc.宝联,总部在台湾。


XFX Technologies, Inc. (A Division of Pine) 讯景,松景的子公司,总部在香港。



AIBAdd-in-Board,代表ATI最高级别的合作伙伴。



ATI卡官方认证最高级别合作伙伴(AIB


ASUS华硕,总部在台湾。


Club 3D,总部在荷兰。


Connect3D,总部在德国。


GECUBE精星,总部在台湾,技嘉控股。


GIGABYTE技嘉,总部在台湾。


HIS基恩资讯,总部在香港。


MSI微星,总部在台湾。


PALIT同德,总部在台湾。  


SAPPHIRE蓝宝石,总部在香港,柏能PC Partner的子公司,同时为ATI原厂显卡代工。现在也生产NV显卡。


TUL撼讯,总部在台湾,子品牌为PowerColor,为迪兰恒进代工。撼讯现被鸿海收购。


    微星(MSI):A+N
  微星已经连续几年坐在显卡出货量头把交椅的位子上,2004年仍以800万片的成绩位居世界第一。微星拥有很强的自主研发能力,是少数几家能独立推出优化的非公版显卡的厂商之一。其显卡的做工性能都相当出色,但是微星的渠道相对还不是很畅通,在国内二级市场不太容易买到,而且有时会受到断货的困扰。
  
    华硕(ASUS):A+N
    2004年华硕显卡出货量约790万片,以微弱劣势屈居第二。华硕显卡的品质自然不用说,研发能力更是不凡,他的高端显卡往往都是优化加强的非公版。作为主板业的霸主,华硕当然不能忍受显卡方面的落后,近两年华硕在显卡业务上逐渐开始发力,将对微星的老大地位发起强有力的挑战。
  
    撼迅(PowerColor):A
  同样是来自我国台湾的厂商,在大陆的品牌叫做“迪兰恒进(Dataland)”,撼讯显卡做工精良,高端尤其出众。2004年撼讯出货量为400万片,位列全球第三,同时还是ATI的三大合作伙伴之一。对于喜欢A卡的朋友来说,撼讯(迪兰恒进)是不错的选择。
  
    丽台(Leadtek):N
  资深的显卡制造商,是nVidia最重量级的合作伙伴,不但能生产娱乐级显卡,而且是亚洲唯一能生产nVidia的Quadro系列专业绘图卡的厂商,另外丽台的电视卡在业内口碑也相当不错。丽台显卡一贯做工优异,虽然较贵,但确实物有所值。2004年丽台的出货量为300万片,位居五强之列。
  
    技嘉(Gigabyte):A+N
  相对于微星华硕,技嘉与ATI的合作更早,目前也是ATI的三大伙伴之一,2004年的出货量同为300万片。技嘉的高端显卡设计独到、品质出众,但是中低端的很多型号都是由同德(下文将介绍)代工的缩水卡,做工相对较差。目前的情况是,红色PCB的技嘉显卡来自同德,而蓝色PCB的才是技嘉自己制造。另外技嘉还有个子公司台湾精星(GigaCube),一直以通路订单为主,主要面向中低端显卡市场。
  
    蓝宝石(Sapphire):A
  蓝宝石的公司名称叫做柏能(PC Partner),总部位于中国香港,他的前身是“ATI原厂显卡”的代工厂,有着十年的A卡制造经验,是ATI的最大合作伙伴,而且目前在海外销售的原厂A卡仍然由柏能制造。蓝宝石显卡的生产过程、质量控制和出厂方式均严格执行ATI的生产标准,采用优质电子元器件及附件,稳定性、兼容性都非常出色,堪称A卡典范。柏能官方没有公布出货量的准确数量,据估计应该有数百万片(本人从某个渠道得到的数字是900万片,但未经证实),不论如何,其一线大厂的称号当之无愧。
  
    鸿海(Foxconn):A+N
  鸿海(富士康)一直以来都给戴尔、惠普等许多一线品牌机代工生产显卡,去年鸿海相继收购了撼迅和丽台两家实力派厂商,并且逐渐转为他们代工。这样算来, 2004年鸿海集团的显卡出货总量超过1000万片,已经是事实上的显卡业霸主。但是到目前为止鸿海还没有推出自有品牌,所以他现在只能做无冕之王。
  
    同德(Palit):A+N
  同德生产的显卡几乎全都给其它品牌代工,2004年出货量约为600万片。虽然同德也能生产质量过硬的高端显卡,但他不具备自有品牌,并且其客户都是以七彩虹为首的众多没有生产能力的渠道商,这使得他可以大胆的偷工减料,经常性地推出低价低质的缩水卡(虽然这可能并不是他的本意),而同德自己却始终潜伏在幕后,称他为黑帮老大再合适不过了。

  艾尔莎(ELSA):A+N
  来自德国的艾尔莎曾经一度是显卡业霸主,他的产品几乎都是改进的非公版,做工极其出色,而且他还具有开发非公版驱动的能力,这是其它显卡厂商无法比拟的。不幸的是艾尔莎总公司因投资失误而破产,现在我们能见到的艾尔莎显卡基本上都来自于亚洲艾尔莎,主要由几个台湾厂商代工生产,品质还算出色,同时还能生产FireGL系列专业显卡,但和以前的艾尔莎相比已经不可同日而语了。
  
    耕昇(Gainward):N
  由中国台湾耕宇出品,因为在大陆遭到抢注而更名为耕昇。耕昇显卡一贯做工豪华、且超频能力异常出众,有着“显卡中的升技”的美称,“神奇跳线”在业内也是独树一帜。耕昇虽然受到了众多DIYer的青睐,但他太注重技术却忽略了宣传,导致市场份额逐渐被蚕食,企业因此持续亏损。04年底耕昇被同德(Palit)收购,不过值得庆幸的是耕昇的品牌保留了下来,相信重新整合后的耕昇不会让众多玩家失望的!
  
    讯景(XFX):N
  制造商是松景科技,也来自中国台湾。以前松景一直致力于OEM业务,进入DIY市场虽然仅两年,但成长迅速。讯景推出新卡的速度很快,而且产品线非常齐全,除常规显卡之外还有Personal Cinema系列显卡以及nVIDIA NVTV电视卡,做工出众,目前讯景正逐渐受到越来越多玩家的喜爱。
  
    旌宇(Sparkle):N
  又一家中国台湾的企业,有着20年的显卡制造经验,算的上是老牌劲旅了。显卡做工用料都不错,性价比也较高。
  
    影驰(GALAXY):N
  这个品牌来自香港,由嘉威科技出品。影驰显卡在DIY方面颇为用心,显卡做工华丽,并且在散热器和超频方面都下了不少功夫,在国内的影响正在逐步扩大。
  
    映众(Inno3D):N
  也是香港的品牌,公司名叫做中天(InnoVISION),因此也有人称其为中天显卡,做工比较出色。另外这家公司还能生产InnoDV系列电视/视频卡,InnoAX系列声卡等产品,技术实力颇为不俗。
  
    天扬(GrandMars):A+N
  同样来自香港,与另外几家厂商不同的是他同时销售基于两家芯片的显卡,不过其产品都是代工生产,代工商主要是前文提到的技嘉子公司精星(GigaCube),做工不错,超频能力也不俗。
  
    超卓天彩(SuperGrece):A
  来自欧洲的著名显卡品牌,是ATI的主要合作伙伴之一,显卡品质出色,前两年曾经在国内做过一些宣传推广,不过现在比较少见了。
  
    创新(Creative):A+N
  著名的声卡品牌,实际上在显卡业创新的地位也很高,鼎鼎大名的3D Labs已经是创新的子公司。创新的民用显卡主要由微星等大厂带工生产,品质出众,但不太容易见到。
  
    康博(Compro):N
  提到这个品牌,我们首先想到的是他的“启示录”系列电视/视频产品,其实这家公司很早就从事显卡代工生产,他的自有品牌显卡推广力度一直不大,不过做工方面还是值得肯定的。
  
    阿斯马特(Asmart):N
  中国台湾的老品牌,制造商是顶神科技,显卡还不错,但是比较少见。
  
    丽源(Mediamax):N
  为了巩固在中国大陆的市场,nVidia与国内著名代理商佳都集团联手,于今年4月推出了这个新品牌,因此丽源可以算得上是嫡系N派了。目前他的显卡比较少见,从图片上看,中高端产品都不错,但低端某些型号稍差。面对国内众多无能品牌的联手打压,丽源的前途未卜。



[ 本帖最后由 小猫 于 2007-9-6 15:55 编辑 ]

关于SLICrossefire


    Nvidia和ATI都有各自的GPU并行处理技术,在DirectX 10时代,SLI和Crossefire技术都进一步成熟,在理论测试中SLI获得了超过80%的性能提升,Crossefire也有70%以上的理论性能提升。但是仍旧有很多游戏不支持SLI和Crossefire,在这些游戏中SLI和Crossefire获得的性能提升几乎为零,另外一些游戏的帧数提升也相当有限,SLI和Crossefire的理论性能与实际游戏性能反差非常大。




GeForce 8600GTS SLI测试


测试平台:


Processor(s): Intel Core 2 Duo E6600 @ 3.33GHz (366MHz x 9 and FSB 1:1)


Motherboard(s): Abit IN9 32X-MAX Wi-Fi (Supplied by Universal Abit)


Memory: 2 X 1GB Crucial PC8000 5-5-5-15 (Supplied by Crucial)


Hard Disk(s): Hitachi 80GB 7200-rpm SATA 2


Operating System: Microsoft Windows XP Professional SP2


Drivers: Nvidia ForceWare 158.16 and DX9c



Radeon HD 2600XT Crossefire测试

显卡是否需要固态电容

固态电容相比液态电容的优势是ESR和漏电流。

    漏电流在电源电路中对滤波影响不是很大,漏电流是个纯粹的电能消耗,漏电流的值越小越好,太大会对电容本身产生不良影响。

    ESR就是等效串联电阻,即电容的内阻,固态电容的ESR值一般在8毫欧以下,电解电容的ESR值大多在12毫欧以上。ESR的大小对电容的性能起到至关重要的作用,我们可以从两个公式了解到他们之间的关系。

1、I= P/U,电流=功耗/电压。

2、V=R(ESR)×I,电压波动=ESR×纹波电流。

    超频会使功耗大幅增加,根据I=P/U可以得知超频后电流会加大,那么电流的波动就会越来越大。在电流波动时,电容上电量不能马上改变,电压变化等于电流变化值与ESR的乘积。

    在单相供电的情况下,一款显卡的GPU电压是1.3v,设计功耗为71W,那么根据I=P/U,通过GPU滤波电容的电流I=71W/1.3v=54.6A,每相27.3A。假设这款显卡使用的是三洋SEPC固态电容,查询官方PDF得知这种电容的ESR值为8毫欧,环境温度在70度以下,那么至少需要4颗这种电容进行滤波工作,四颗三洋SEPC固态电容的总ESR为2毫欧,这时候V= R(ESR)×I =0.002×54.6=0.1v,这样的纹波电压处在可以接受的范围内。

    如果我们把这款显卡超频,假设功耗增加了30W,那么I=101/1.3v=77.7A,V=R(ESR)×I=0.002×77.7=0.155v,由此可以看到当功耗增大的时候,涟波电压也会成倍提高,试想1.3v的GPU有0.155v的电压波动,无论如何也很难保持稳定运行。这种情况下就需要更多同类型电容进行滤波,或者替换更低ESR值的电容,例如红色的富士通R5系列固态电容,ESR仅仅5毫欧。

    目前显卡的GPU一般是双相供电,多项的时候因为多项电流叠加,纹波电压的计算并不是每相的纹波电流与电容ESR的成绩,而是会更小,小多少要根据叠加的方式来计算。在开关频率、电感值、输出esr等相同的情况下,12V输入,1.5V输出的供电系统,两项和单项输出纹波电压比为6:7。

    固态电容的优势是可以让功耗增加的同时保持显卡的稳定性,对于超频玩家来说,固态电容是必须的,而对于一般消费者使用电解电容不会有任何性能损失,使用电解电容同样可以把纹波电压控制在合理的范围内,只是电容数量多少的问题。但是电解电容的性能对温度比较敏感,不适合工作在高温或低温下。

固态电容相比液态电容的劣势是容量及耐压值

    固态电容的耐压值比液态电容低,一般用于GPU附近的滤波工作,所以4.7v耐压值就足够了,并不需要16v或更高的耐压值。

    板卡上使用的固态电容容量一般不会超过820uF,在开关频率、输入、输出电压固定的情况下,由电容容量引起的电源的固有噪声和电感与电容的乘积成反比,大容量还是有一定好处的,但是容量目前已经不是电容的主要性能指标,电容的容量只在信号发生、高通、低通、带通等几类电路中有意义,而在滤波方面并没起多大作用。

CPU、北桥、内存同理也需要低ESR的固态电容。
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