淺談?dòng)?jì)算機(jī)顯卡

劉浩然

中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院 河北 廊坊 065000

1 基礎(chǔ)概念

1.1 基礎(chǔ)概念

顯卡是一種硬件，用于增加計(jì)算機(jī)的視頻內(nèi)存，并使其顯示質(zhì)量更高清晰度[1]。它使計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大，并使其有能力進(jìn)行更高級的工作，圖像的質(zhì)量取決于顯卡的質(zhì)量[2]。顯卡主要負(fù)責(zé)在顯示器上渲染圖像，比如照片、視頻、游戲、文檔、常規(guī)桌面環(huán)境、文件夾等。所有這些事情，從需要巨大計(jì)算能力的任務(wù)，比如視頻游戲，到一些“簡單”的事情，比如打開一個(gè)新的文本文檔，都需要使用顯卡。稍微擴(kuò)展一下，用戶的顯卡將計(jì)算機(jī)上其他程序發(fā)出的指令映射到屏幕上的視覺渲染中。但是，現(xiàn)代顯卡能夠同時(shí)處理大量指令，每秒繪制和重畫數(shù)十次甚至數(shù)百次圖像，以確保無論用戶在看什么，無論用戶試圖完成什么任務(wù)，都能保持流暢。

因此，CPU向顯卡發(fā)送關(guān)于需要在屏幕上顯示的內(nèi)容的信息。反過來，顯卡接收這些指令，并通過自己的處理單元運(yùn)行它們，快速更新其板載存儲器（稱為VRAM），了解屏幕上的哪些像素需要改變以及如何改變。然后，這些信息會從用戶的顯卡快速傳送到用戶的顯示器（當(dāng)然是通過電纜），在那里圖像、線條、紋理、照明、陰影以及其他一切都會發(fā)生變化。

1.2 基本組成

特定的硬件因顯卡型號而異，但大多數(shù)現(xiàn)代的顯卡通常由以下組件組成，具體如下[3]：①顯卡處理單元。顯卡（顯卡，Graphics Processing Unit）：顯卡是一個(gè)實(shí)際的硬件組件，類似于CPU；②內(nèi)存：也稱為VRAM，顯卡配有專用內(nèi)存以輔助操作；③接口：大多數(shù)顯卡使用PCI Express，位于卡的底部；④輸出：在顯卡中存在各種視頻輸出接口，通常包括HDMI、DisplayPort、DVI或VGA；⑤風(fēng)扇/散熱器：所有顯卡都配有風(fēng)扇和散熱器，以幫助消散使用過程中積累的熱量；⑥電源連接器：現(xiàn)代顯卡需要6或8針電源連接器，有時(shí)甚至需要2或3針；⑦BIOS：顯卡 BIOS保存初始設(shè)置和程序信息，在關(guān)閉機(jī)器電源時(shí)保留電壓、內(nèi)存等數(shù)據(jù)。

2 顯卡的作用

對于許多人來說，游戲是用戶要求PC執(zhí)行的最硬件密集型任務(wù)，因此嚴(yán)肅的游戲玩家花費(fèi)數(shù)小時(shí)研究最新的顯卡技術(shù)，并經(jīng)常定期升級他們的顯卡也就不足為奇[4]。隨著顯卡中的顯卡的速度越來越快，游戲被設(shè)計(jì)為利用額外的性能，這促使制造商制造更快的顯卡，從而繼續(xù)循環(huán)。如果沒有優(yōu)先考慮游戲，那么用戶可能不會那么在意顯卡的功能。也就是說，專業(yè)應(yīng)用程序通常以不同的方式直接使用顯卡的專用處理能力。示例包括視頻編輯，其中顯卡可用于加快視頻編碼、3D渲染和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造（CAD/CAM）應(yīng)用程序（如AutoCAD）等過程。所有這些程序都得益于顯卡的額外處理能力，盡管它們最受益于專為這些應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的顯卡。因此，選擇顯卡是構(gòu)建、購買或升級PC的一個(gè)重要部分。

2.1 游戲

游戲行業(yè)在顯卡技術(shù)的發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。如今的PC游戲比以往任何時(shí)候都更加逼真和復(fù)雜，而現(xiàn)代顯卡性能的不斷提高既是原因之一，也是對玩家要求更好看、更復(fù)雜游戲的回應(yīng)。簡單地說，如果用戶正在構(gòu)建一臺玩游戲的PC，那么顯卡將是用戶最重要的購買。其他組件也會影響性能，如CPU、存儲器和RAM，但顯卡與播放時(shí)屏幕上顯示的內(nèi)容有最直接的聯(lián)系。盡管有很多種游戲，但并不是所有游戲都需要市場上最強(qiáng)大的顯卡。這就是為什么閱讀游戲的要求、推薦和最佳規(guī)格非常重要，以確保用戶獲得合適的顯卡。購買用戶能負(fù)擔(dān)得起的最好的顯卡是一個(gè)很好的方法，可以讓用戶的構(gòu)建經(jīng)得起未來考驗(yàn)，并讓它隨時(shí)準(zhǔn)備玩尚未發(fā)布的流行游戲。

2.2 視頻和專業(yè)應(yīng)用程序

那些使用PC執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)（如3D渲染、游戲開發(fā)和視頻編輯）的用戶也可以從更快的顯卡中受益[5]。AutoCAD和Adobe Premiere Pro等高端應(yīng)用程序可以利用顯卡加快處理速度，并實(shí)現(xiàn)更快、更高效的工作流。這就是為什么有一整部分顯卡專門為專業(yè)人士設(shè)計(jì)的原因。這些工作站顯卡針對這些應(yīng)用程序進(jìn)行了優(yōu)化，其驅(qū)動(dòng)程序在執(zhí)行這些操作時(shí)經(jīng)過驗(yàn)證是穩(wěn)定可靠的。專業(yè)級顯卡功能強(qiáng)大，通常比高端游戲顯卡更昂貴，但由于它們不是專門為游戲工作負(fù)載設(shè)計(jì)的，因此它們可能不適合游戲PC。

2.3 其他情形

如果用戶不是在玩游戲或運(yùn)行要求苛刻的專業(yè)應(yīng)用程序，而這些應(yīng)用程序可以使用顯卡來加快速度，那么用戶可能不需要在顯卡上投資那么多錢。如果用戶主要在運(yùn)行生產(chǎn)力應(yīng)用程序、瀏覽網(wǎng)頁、管理電子郵件和執(zhí)行其他低資源任務(wù)，那么選擇合適的RAM、CPU和存儲應(yīng)該是更高的優(yōu)先級。系統(tǒng)CPU中嵌入的圖形功能可能已經(jīng)足夠了，而且用戶可能不需要單獨(dú)的顯卡。

3 顯卡的選擇

在選擇顯卡時(shí)，有兩個(gè)主要品牌可供選擇；AMD和NVIDIA。兩家制造商都提供高性能、高質(zhì)量的顯卡，用戶可以在上述兩家廠家中選擇適合自己顯卡。

在具體選擇顯卡的時(shí)候，需要考慮多種因素。首先，用戶需要考慮顯卡中所需的內(nèi)存量。除了上述因素之外，用戶還要考慮一些因素，比如用戶的電腦的外形因素（臺式機(jī)和筆記本電腦），選擇獨(dú)立顯卡還是集成顯卡、顯卡使用的電源連接器以及注意其熱設(shè)計(jì)功率（TDP），所有這些因素都將決定顯卡是否可以直接安裝在用戶的電腦中，以及是否可以獲得足夠的電源支持以及是否能夠降溫[6]。

3.1 集成顯卡與獨(dú)立顯卡

集成顯卡在筆記本電腦等小型系統(tǒng)中更為常見[7]。同時(shí)，對于那些不需要運(yùn)行高性能視覺軟件的人來說，用戶也可以在臺式電腦中使用他們。集成顯卡可能沒有獨(dú)立的RAM，但它們也不會像獨(dú)立顯卡那樣產(chǎn)生大量熱量或消耗大量電力和電池壽命。集成顯卡通常不適合圖形密集型游戲，但它們更節(jié)省預(yù)算。它們更加適用于基本的視覺處理任務(wù)，如流媒體電影和電視。

如果用戶有興趣使用用戶的電腦執(zhí)行圖形密集型處理任務(wù)，如在高設(shè)置下進(jìn)行游戲、視頻編輯、照片編輯和3D渲染，那么用戶需要購買獨(dú)立顯卡。這些顯卡有自己的RAM，不像集成顯卡。然而，獨(dú)立顯卡需要一個(gè)好的CPU來匹配，還需要一個(gè)冷卻設(shè)置來防止電腦過熱，這將消耗更多的電力，因此用戶需要在臺式電腦中安裝更大且更昂貴的電源來運(yùn)行這兩個(gè)處理器。這也意味著，如果用戶的筆記本電腦中有一個(gè)獨(dú)立顯卡，與功能較弱的選項(xiàng)相比，用戶將面臨更短的電池壽命。

3.2 臺式機(jī)與筆記本電腦顯卡

臺式機(jī)和筆記本電腦顯卡都有各自的考慮因素。由于這些顯卡所針對的設(shè)備類型不同，臺式機(jī)和筆記本電腦顯卡在外形、性能和價(jià)格上存在差異。

3.2.1 臺式電腦顯卡。外形因素：能夠安裝更大、更強(qiáng)大的組件是使用PC的一個(gè)好處。PC提供了必要的空間和冷卻，以適應(yīng)強(qiáng)大顯卡的熱量和功耗。

性能：與筆記本電腦顯卡相比，用戶將享受更高的規(guī)格。這包括比筆記本電腦顯卡更多的內(nèi)存帶寬、更高的像素率和更高的紋理映射。

價(jià)格：臺式PC卡更便宜，因?yàn)橛布荒敲淳o湊，因此制造成本更低。

3.2.2 筆記本電腦顯卡。外形尺寸：需要更小的組件，因?yàn)轱@卡需要安裝在筆記本電腦的薄機(jī)箱中。因此，它們針對電力使用進(jìn)行了優(yōu)化，并受益于先進(jìn)的熱電技術(shù)。它們也被設(shè)計(jì)成盡可能安靜地運(yùn)行。

性能：制造商越來越接近臺式機(jī)和筆記本電腦顯卡之間的對等，但正如之前指出的，筆記本電腦卡在某些領(lǐng)域的表現(xiàn)往往不佳。

價(jià)格：用戶將為筆記本電腦顯卡支付額外費(fèi)用。這是因?yàn)橹圃毂銛y且省電的顯卡的組件生產(chǎn)成本更高。有更大、性能更高的筆記本電腦顯卡可用，但它們也增加了設(shè)備的整體重量，可能會使筆記本電腦發(fā)熱，并可能妨礙便攜性。

3.2.3 光線追蹤。光線跟蹤是最新顯卡中令人興奮的技術(shù)之一[8]。通常在游戲中使用，光線跟蹤是一種渲染技術(shù)，可以產(chǎn)生極其逼真的照明效果。這是通過一種算法來完成的，該算法跟蹤光的路徑，然后嘗試模擬光與現(xiàn)實(shí)世界中的物體相互作用的方式。光線追蹤是近年來顯卡技術(shù)的最大飛躍之一，這也是NVIDIA和AMD在其更新的顯卡中不斷改進(jìn)的地方。光線追蹤技術(shù)尚未發(fā)揮其全部潛力，但游戲開發(fā)商正在全心全意地?fù)肀１M管這項(xiàng)技術(shù)已被電影制片廠使用多年，尤其是在大預(yù)算動(dòng)作片中，但在PC游戲中實(shí)時(shí)渲染這項(xiàng)技術(shù)更為困難。過去，游戲公司使用了一種稱為光柵化的過程，將3D多邊形模型轉(zhuǎn)換為2D圖像并預(yù)渲染燈光效果。隨著光線跟蹤的開始，用戶仍然可以期待現(xiàn)代顯卡的一些令人印象深刻的性能。從交火中的巨大爆炸，到燈光昏暗的房間里透過窗戶窺視的陽光，一切都是如此。

3.2.4 顯卡內(nèi)存。渲染顯卡時(shí)，顯卡每秒執(zhí)行大量計(jì)算[9]。只要屏幕上的圖像發(fā)生變化，即使是移動(dòng)鼠標(biāo)這樣簡單的操作，也會發(fā)生這種情況。因?yàn)轱@卡負(fù)責(zé)渲染這些輸出，所以它需要視頻RAM（vRAM）來完成。使用集成顯卡時(shí)，此內(nèi)存與CPU共享，因此在執(zhí)行顯卡任務(wù)時(shí)會使用總可用內(nèi)存的一部分。然而，獨(dú)立顯卡有自己的內(nèi)存，該卡用于渲染細(xì)節(jié)。一般來說，顯卡的內(nèi)存越多，可以處理的細(xì)節(jié)就越多，但這不會直接影響其性能。對于一般用途來說，內(nèi)存為2GB的顯卡已經(jīng)足夠了，但游戲玩家和創(chuàng)意專業(yè)人士的目標(biāo)應(yīng)該是至少內(nèi)存為4GB的顯卡RAM。

3.2.5 型號的含義。AMD和NVIDIA目前是市場上顯卡的兩大制造商[10]。事實(shí)上，NVIDIA實(shí)際上在1999年普及了顯卡這個(gè)術(shù)語，盡管它已經(jīng)使用了至少十年。兩家公司在顯卡技術(shù)方面都取得了巨大的進(jìn)步。

3.2.5.1 AMD顯卡。最新的AMD處理器系列使用RX品牌。

RX Vega：更高級的顯卡

RX：入門級和中端顯卡

通過查看RX編號，用戶可以知道哪個(gè)顯卡是最近發(fā)布的。如果它更高，則模型更新。對于AMD 顯卡來說，更高的數(shù)字并不等于更大的功率。相反，它表明了它的發(fā)布時(shí)間。

在數(shù)字之后，一些型號將有額外的字母。

XT顯卡：對現(xiàn)有的類似顯卡進(jìn)行了略微改進(jìn)。

HD：舊系列目前正在逐步淘汰。

R：還有一個(gè)老系列正在逐步淘汰。

3.2.5.2 NVIDIA顯卡。NVIDIA使用不同的分類系統(tǒng)來識別其產(chǎn)品。用戶將從字母名稱開始。NVIDIA GT顯卡是為標(biāo)準(zhǔn)用途而設(shè)計(jì)的，而GTX顯卡則是為高端游戲而設(shè)計(jì)的。

RTX：最高級別的游戲顯卡

GTX：游戲?qū)Ｓ?，從入門級到高端

GT：基本入門級獨(dú)立顯卡

編號系列：這表示顯卡有多新。例如，30系列比20系列新。就像AMD顯卡一樣，較高的系列號表示與系列中較低編號的顯卡相比，顯卡有多新。然而，無論型號如何，GTX卡總是取代GT。NVIDIA還通過RTX品牌進(jìn)一步提高了性能賭注。

結(jié)尾字母表示特殊功能。

Ti：表示它將比類似名稱的顯卡性能更好。例如，GeForce GTX 1660 Ti的性能優(yōu)于GeForce RTX 1660。

Super：現(xiàn)有顯卡的略微改進(jìn)版本（類似于Ti名稱）。

M：不再使用，但以前表示使用“移動(dòng)”或筆記本電腦顯卡。

AMD和NVIDIA都為臺式機(jī)和筆記本電腦制造顯卡。筆記本電腦顯卡過去標(biāo)有“M”，表示它是移動(dòng)顯卡。兩家公司的大多數(shù)現(xiàn)代顯卡都放棄了移動(dòng)品牌，尤其是在它們努力彌合筆記本電腦顯卡和臺式機(jī)顯卡之間的差距時(shí)。

4 結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，人們在日常的工作與娛樂中，對于計(jì)算機(jī)的顯卡要求越來越高，選擇顯卡是購買新電腦最困難的部分之一，主要是因?yàn)樗亲钪匾慕M件之一。本文中主要是對于計(jì)算機(jī)顯卡的相關(guān)知識進(jìn)行了介紹。本文對于普及顯卡的相關(guān)知識，加深對于顯卡的了解以及購買計(jì)算機(jī)時(shí)選擇合適的顯卡具有一定的作用與價(jià)值。