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假設世界上沒有NVIDIA和AMD,如何設計顯卡?

2023-11-04數碼

NVIDIA和AMD都不是顯卡的發明者,NVIDIA頂多算發明了「GPU」這一名詞,AMD更是在收購ATI之前都未曾涉足圖形芯片領域。

顯卡從問世到今天,不看效能提升只看功能演變,也已經歷了多達四代的發展。初代目PC顯卡誕生於1981年,是來自IBM的CGA和MGA——MGA只能顯示一種顏色,分辨率720*350;CGA支持最多16種顏色同屏顯示,最大分辨率640*200,但此時只支持2種顏色的同屏顯示。

對比現在內建龐大散熱器的RTX 4090、RX 7900 XTX還有Arc A770,CGA還真的更像是一張「卡」,現在那幾位尤其前倆都不如叫顯「磚」。此外當年也沒有GPU(Graphics Processing Unit)這名字,就是很樸素的Display Card,直譯視訊卡——原因是它確實沒有圖形計算能力,同期負責圖形計算的仍是CPU,它就單純負責把CPU算出的數碼訊號,轉換為影片訊號並輸出在顯視器上。

初代目顯卡因此也可以被稱作「2D視訊卡」。而AMD圖形部門的前身ATI,就是在2D視訊卡的時期成立的,它以替IBM制造EGA/VGA(從名字能看出來是CDA/MDA的繼任者)起家,1992年開始推出自己的Mach 64VT2——當時恰逢電腦由生產力工具往家庭娛樂器材轉變,而ATI的2D視訊卡有優秀的影片播放效能,這幫助它在市場上站穩了腳跟。

後來隨著3D遊戲的誕生,CPU的壓力劇增。像發售於1996年的【雷神之錘】,倘若純靠CPU硬算,需要晚一年的Pentium II(即奔騰2)主頻266MHz+的版本方能勝任——而後者正選價格是599美元起步,即便不考慮通貨膨脹,也要比今天的i9-14900K(589美元)略貴,這還只是入門配置哦。

於是有了二代目顯卡即「3D加速卡」,代表產品是3dfx的Voodoo,花奔騰2一半的價格買到手,即可在更早的486電腦上流暢遊玩【雷神之錘】。實際上初代Voodoo雖然具備圖形計算能力,卻不具備輸出能力——因此原先電腦上的2D視訊卡還不能扔掉,需要2D視訊卡+3D加速卡一同才能實作這種效果,可見此時3D加速卡在遊戲裏還是處於輔助地位的,是CPU的「幫手」。

而NVIDIA恰好也就是在這個時期成立的(嚴格說要稍早點,1993年;3dfx和Voodoo分別誕生於1994和1995年),它的初代產品NV1甚至就試圖整合2D視訊卡和3D加速卡,並成功落地了,遺憾因為成本的原因敗給了Voodoo。3D加速卡的潛力吸引了眾多廠商加入,除去前面提到的ATI還包括英特爾、PowerVR(摩爾執行緒的技術就是來源於它)、SiS、Trident等等等等。

在這場群雄逐鹿中,NVIDIA最終率先邁出了更往前的一步,推出了和Voodoo一樣裏程碑意義的GeForce 256。在GeForce 256出現前,3D遊戲需要頻繁進行的座標轉換+光照計算(Transform & Lighting,略寫T&L)等任務,都是靠CPU去完成的;GeForce 256則把這些內容全部硬件化,完全由自身實作,CPU資源因此得到大量解放,「低U高顯」玩遊戲從此成為可能。

GeForce 256標誌著三代目顯卡的誕生,顯卡從此在3D遊戲裏不再是CPU幫手,而成為了主導。NVIDIA也基於「支持硬件T&L」這一特性,提出了「圖形處理器」即GPU的概念,GeForce 256便是第一款以GPU命名的產品——隨後市面上各家圖形芯片也都開始往GPU方向轉型,NVIDIA從此成為高效能圖形芯片行業的引領者,直至今天。

進入新千年以後,3dfx、PowerVR們逐漸因為種種原因沒落,NVIDIA在這塊行業的對手一度只剩下後來被AMD收購的ATI,直到去年英特爾方攜帶Arc回歸。而在與ATI的「紅綠大戰」中,NVIDIA不斷尋求破局手段推陳出新,最終在2006年釋出了裏程碑級別的G80核心,搭載它的GPU包括GeForce 8800 Ultra/GTX/GTS(Ultra實際釋出於2007年)。

G80核心拋棄了傳統的渲染管線,顯卡中原本各自為戰的頂點管線(負責建模)和像素管線(負責渲染)被統一成了流處理器,這個設計同樣被AMD/ATI跟進並一直持續到今天。由於流處理器的可編程特性,CUDA應運而生,第四代目顯卡從此不再是單純的遊戲硬件,而是可以像CPU一樣做科學計算的全能芯片——今天大熱的AI(人工智能),同樣是建立在它之上的。

從一開始只負責輸出的2D視訊卡,到有計算能力的3D加速卡,到可以主導3D遊戲的圖形處理器,再到今天能負責影片渲染AI運算的可編程圖形處理器,顯卡的發展是一個非常漫長的,包含了諸多人類智慧和慘烈競爭的過程。

NVIDIA、AMD和英特爾是這一系列競爭的勝利者(或者說存活者),也因此掌握著話語權,但不應武斷認為「沒有它們就沒有顯卡」。人類歷史是由人民群眾創造的,而不是由寫在史冊裏的英雄們。

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