十分鐘教你讀懂電腦硬件——顯卡篇






先給大家來一張筆記本天梯圖吧

十分鐘教你讀懂電腦硬件——顯卡篇

再來一張台式機的

十分鐘教你讀懂電腦硬件——顯卡篇

簡介

顯卡(Video card,Graphics card)全稱顯示接口卡,又稱顯示適配器,是計算機最基本配置、最重要的配件之一。顯卡作為電腦主機里的一個重要組成部分,是電腦進行數模信號轉換的設備,承擔輸出顯示圖形的任務。顯卡接在電腦主板上,它將電腦的數字信號轉換成模擬信號讓顯示器顯示出來,同時顯卡還是有圖像處理能力,可協助CPU工作,提高整體的運行速度。對於從事專業圖形設計的人來說顯卡非常重要。 民用和軍用顯卡圖形晶片供應商主要包括AMD(超微半導體)和Nvidia(英偉達)2家。現在的top500計算機,都包含顯卡計算核心。在科學計算中,顯卡被稱為顯示加速卡(打遊戲的利器)。

分類

1.核芯顯卡

核芯顯卡是Intel產品新一代圖形處理核心,和以往的顯卡設計不同,Intel憑借其在處理器制程上的先進工藝以及新的架構設計,將圖形核心與處理核心整合在同一塊基板上,構成一顆完整的處理器。智能處理器架構這種設計上的整合大大縮減了處理核心、圖形核心、內存及內存控制器間的數據周轉時間,有效提升處理效能並大幅降低晶片組整體功耗,有助於縮小了核心組件的尺寸,為筆記本、一體機等產品的設計提供了更大選擇空間。

需要注意的是,核芯顯卡和傳統意義上的集成顯卡並不相同。筆記本平台採用的圖形解決方案主要有「獨立」和「集成」兩種,前者擁有單獨的圖形核心和獨立的顯存,能夠滿足複雜龐大的圖形處理需求,並提供高效的視頻編碼應用;集成顯卡則將圖形核心以單獨晶片的方式集成在主板上,並且動態共享部分系統內存作為顯存使用,因此能夠提供簡單的圖形處理能力,以及較為流暢的編碼應用。相對於前兩者,核芯顯卡則將圖形核心整合在處理器當中,進一步加強了圖形處理的效率,並把集成顯卡中的「處理器+南橋+北橋(圖形核心+內存控制+顯示輸出)」三晶片解決方案精簡為「處理器(處理核心+圖形核心+內存控制)+主板晶片(顯示輸出)」的雙晶片模式,有效降低了核心組件的整體功耗,更利於延長筆記本的續航時間。

核芯顯卡的優點:低功耗是核芯顯卡的最主要優勢,由於新的精簡架構及整合設計,核芯顯卡對整體能耗的控制更加優異,高效的處理性能大幅縮短了運算時間,進一步縮減了系統平台的能耗。高性能也是它的主要優勢:核芯顯卡擁有諸多優勢技術,可以帶來充足的圖形處理能力,相較前一代產品其性能的進步十分明顯。核芯顯卡可支持DX10/DX11、SM4.0、OpenGL2.0、以及全高清Full HD MPEG2/H.264/VC-1格式解碼等技術,即將加入的性能動態調節更可大幅提升核芯顯卡的處理能力,令其完全滿足於普通用戶的需求。

核芯顯卡的缺點:配置核芯顯卡的CPU通常價格不高,同時低端核顯難以勝任大型遊戲。

2.集成顯卡

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顯示晶片

集成顯卡是將顯示晶片、顯存及其相關電路都集成在主板上,與其融為一體的元件;集成顯卡的顯示晶片有單獨的,但大部分都集成在主板的北橋晶片中;一些主板集成的顯卡也在主板上單獨安裝了顯存,但其容量較小,集成顯卡的顯示效果與處理性能相對較弱,不能對顯卡進行硬件升級,但可以通過CMOS調節頻率或刷入新BIOS文件做到軟件升級來挖掘顯示晶片的潛能。

集成顯卡的優點:是功耗低、發熱量小、部分集成顯卡的性能已經可以媲美入門級的獨立顯卡,所以不用花費額外的資金購買獨立顯卡。

集成顯卡的缺點:性能相對略低,且固化在主板或CPU上,本身無法更換,如果必須換,就只能換主板。

3.獨立顯卡

獨立顯卡是指將顯示晶片、顯存及其相關電路單獨做在一塊電路板上,自成一體而作為一塊獨立的板卡存在,它需占用主板的擴展插槽(ISA、PCI、AGP或PCI-E)。

獨立顯卡的優點:單獨安裝有顯存,一般不占用系統內存,在技術上也較集成顯卡先進得多,但性能肯定不差於集成顯卡,容易進行顯卡的硬件升級。

獨立顯卡的缺點:系統功耗有所加大,發熱量也較大,需額外花費購買顯卡的資金,同時(特別是對筆記本電腦)占用更多空間。

由於顯卡性能的不同對於顯卡要求也不一樣,獨立顯卡實際分為兩類,一類專門為遊戲設計的娛樂顯卡,一類則是用於繪圖和3D渲染的專業顯卡

工作原理

數據(data)一旦離開CPU,必須通過4個步驟,最後才會到達螢幕:

1.從總線(Bus)進入GPU(Graphics Processing Unit,圖形處理器):將CPU送來的數據送到北橋(主橋)再送到GPU(圖形處理器)里面進行處理。

2.從 Video Chipset(顯卡晶片組)進入 Video RAM(顯存):將晶片處理完的數據送到顯存。

3.從顯存進入Digital Analog Converter (= RAM DAC,隨機讀寫存儲數—模轉換器):從顯存讀取出數據再送到RAM DAC進行數據轉換的工作(數字信號轉模擬信號)。但是如果是DVI接口類型的顯卡,則不需要經過數字信號轉模擬信號。而直接輸出數字信號。

4.從DAC進入顯示器(Monitor):將轉換完的模擬信號送到螢幕。

顯示效能是系統效能的一部分,其效能的高低由以上四步所決定,它與顯示卡的效能(Video Performance)不太一樣,如要嚴格區分,顯示卡的效能應該受中間兩步所決定,因為這兩步的資料傳輸都是在顯示卡的內部。第一步是由CPU(運算器和控制器一起組成的計算機的核心,稱為微處理器或中央處理器)進入到顯示卡里面,最後一步是由顯示卡直接送資料到螢幕上。

核心頻率

顯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顯示晶片主流的只有AMD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。

顯存簡介

就是顯卡上用來存儲圖形圖像的內存。越大越好。[5]

顯卡上採用的顯存類型主要有SDR、DDR SDRAM、DDR SGRAM、DDR2.GDDR2.DDR3.GDDR3.GDDR4.GDDR5。

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。

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顯卡

DDR SGRAM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,盡管它穩定性不錯,而且性能表現也很好,但是它的超頻性能很差。

主流是GDDR3和GDDR5。

XDR2 DRAM:XDR2的系統架構源於XDR,而不像XDR相對於RDRAM那樣有著巨大的差異,這從它們之間的系統架構的比較中就可以體現出來。XDR2與XDR系統整體在架構上的差別並不大,主要的不同體現在相關總線的速度設計上。首先,XDR2將系統時鐘的頻率從XDR的400MHz提高到500MHz;其次,在用於傳輸尋址與控制命令的RQ總線上,傳輸頻率從800MHz提升至2GHz,即XDR2系統時鐘的4倍;最後,數據傳輸頻率由XDR的3.2GHz提高到8GHz,即XDR2系統時鐘頻率的16倍,而XDR則為8倍,因此,Rambus將XDR2的數據傳輸技術稱為16位數據速率(Hex Data Rate,HDR)。Rambus表示,XDR2內存晶片的標準設計位寬為16bit(它可以像XDR那樣動態調整位寬),按每個數據引腳的傳輸率為8GHz,即8Gbps計算,一枚XDR2晶片的數據帶寬就將達到16GB/s,與之相比,目前速度最快的GDDR3-800的晶片位寬為32bit,數據傳輸率為1.6Gbps,單晶片傳輸帶寬為6.4GB/s,只是XDR2的40%,差距十分明顯。

帶寬

顯存位寬是顯存在一個時鐘周期內所能傳送數據的位數,位數越大則相同頻率下所能傳輸的數據量越大。2010年市場上的顯卡顯存位寬主要有128位、192位、256位幾種。而顯存帶寬=顯存頻率X顯存位寬/8,它代表顯存的數據傳輸速度。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,它們的顯存帶寬分別為:128位=500MHz*128/8=8GB/s;而256位=500MHz*256/8=16GB/s,是128位的2倍。顯卡的顯存是由一塊塊的顯存晶片構成的,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,就能了解其位寬,再乘以顯存顆粒數,就能得到顯卡的位寬。其他規格相同的顯卡,位寬越大性能越好。[4]

容量

其他參數相同的情況下容量越大越好,

速度

顯存速度一般以ns(納秒)為單位。常見的顯存速度有1.2ns、1.0ns、0.8ns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:等效工作頻率(MHz)=1000×n/(顯存速度)(n因顯存類型不同而不同,如果是GDDR3顯存則n=2;GDDR5顯存則n=4)。[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。顯存頻率的高低和顯存類型有非常大的關係:

SDRAM顯存一般都工作在較低的頻率上,此種頻率早已無法滿足顯卡的需求。

DDR SDRAM顯存則能提供較高的顯存頻率,所以顯卡基本都採用DDR SDRAM,其所能提供的顯存頻率也差異很大。已經發展到GDDR5,默認等效工作頻率最高已經達到4800MHZ,而且提高的潛力還非常大。

顯存頻率與顯存時鐘周期是相關的,二者成倒數關係,也就是顯存頻率(MHz)=1/顯存時鐘周期(NS)X1000。如果是SDRAM顯存,其時鐘周期為6ns,那麼它的顯存頻率就為1/6ns=166 MHz;但要了解的是這是DDR SDRAM的實際頻率,而不是平時所說的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,一個周期傳輸兩次數據,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的等效頻率。因此6ns的DDR顯存,其顯存頻率為1/6ns*2=333 MHz。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,此類情況較為常見。不過也有顯存無法在標稱的最大工作頻率下穩定工作的情況。

散熱設備

顯卡所需要的電力與150瓦特燈具所需要的電力相同,由於運作集成電路(integrated circuits)需要相當多的電力,因此內部電流所產生的溫度也相對的提高,所以,假如這些溫度不能適時的被降低,那麼上述所提到的硬設備就很可能遭受損害,而冷卻系統就是在確保這些設備能穩定、適時的運轉,沒有散熱器或散熱片,GPU或內存會過熱,就會進而損害計算機或造成當機,或甚至完全不能使用。這些冷卻設備由導熱材質所制成,它們有些被視為被動組件,默默安靜地進行散熱的動作,有些則很難不發出噪音,如風扇。

散熱片通常被視為被動散熱,但不論所安裝的區塊是導熱區,或是內部其它區塊,散熱片都能發揮它的效能,進而幫助其它裝置降低溫度。散熱片通常與風扇一同被安裝至GPU或內存上,有時小型風扇甚至會直接安裝在顯卡溫度最高的地方。

散熱片的表面積愈大,所進行之散熱效能就愈大(通常必須與風扇一起運作),但有時卻因空間的限制,大型散熱片無法安裝於需要散熱的裝置上;有時又因為裝置的體積太小,以至於體積大的散熱片無法與這些裝置連結而進行散熱。因此,熱管就必須在這個時候將熱能從散熱處傳送至散熱片中進行散熱。一般而言,GPU外殼由高熱能的傳導金屬所制成,熱管會直接連結至由金屬制成的晶片上,如此一來,熱能就能被輕鬆的傳導至另一端的散熱片。

市面上有許多處理器的冷卻裝置都附有熱管,由此可知,許多熱管已被研發成可靈活運用於顯卡冷卻系統中的設備了。

大部分的散熱器只是由散熱片跟風扇組合而成,在散熱片的表面上由風扇吹散熱能,由於GPU是顯卡上溫度最高的部分,因此顯卡散熱器通常可以運用於GPU上,同時,市面上有許多零售的配件可供消費者進行更換或升級,其中最常見的就是VGA散熱器。[4]

常見品牌

藍寶石、華碩、迪蘭恒進、麗台、索泰、訊景、技嘉、映眾、微星、映泰、耕升、旌宇、影馳、銘瑄、翔升、盈通、北影、七彩虹、斯巴達克、昂達、小影霸。

藍寶石只做A卡,華碩的A卡和N卡都是核心合作夥伴,相對於七彩虹這類的通路品牌來說,擁有自主研發的廠商在做工方面和特色技術上會更出色一些,而其他廠商的價格則要便宜一些(註:七彩虹、盈通、銘瑄和昂達等品牌基本都由通路顯卡同一個廠家代工,所以差別只在顯卡貼紙和包裝而已,大家選購時需要注意),每個廠商都有自己的品牌特色,像華碩的「為遊戲而生」,七彩虹的「遊戲顯卡專家」都是大家耳熟能詳的。

PCI-E接口

PCI Express(簡稱PCI-E)是新一代的總線接口,而採用此類接口的顯卡產品,已經在2004年正式面世。早在2001年的春季「英特爾開發者論壇」上,英特爾公司就提出了要用新一代的技術取代PCI總線和多種晶片的內部連接,並稱之為第三代I/O總線技術。隨後在2001年底,包括Intel、AMD、DELL、IBM在內的20多家業界主導公司開始起草新技術的規範,並在2002年完成,對其正式命名為PCI Express。

軟件配置

DirectX

DirectX並不是一個單純的圖形API,它是由微軟公司開發的用途廣泛的API(Application Programming Interface,應用程序編程接口),它包含有Direct Graphics(Direct 3D+Direct Draw)、Direct Input、Direct Play、Direct Sound、Direct Show、Direct Setup、Direct Media Objects等。

維護

把好顯卡質量關

顯卡的做工和電氣性能直接影響到顯卡的工作穩定性,因此顯卡的質量非常重要。一塊高質量的顯卡,應具備以下特徵,選用的元件和底板質量上乘,元件分布和電路走線合理,具備該級別顯卡應有的基本功能,做工質量過硬。劣質的顯卡為了節省成本,往往是偷工減料,省去應有的功能,甚至使用劣質的元件,這樣的產品,往往成為運行不穩定的因素,比如花屏、死機等。

在顯卡選購時,一定要選擇質量可靠、做工較好的產品,這樣用起來會省心一些。

注意顯卡散熱

隨著顯示晶片技術的發展,顯示晶片內部的晶體管越來越多,集成度也越來越高,這樣的結果就造成晶片的發熱量變得越來越大,因此散熱的問題也日漸突出。

如果顯卡散熱風扇質量不理想,就需要更換的風扇。在購買新的顯卡風扇時,最好將顯卡帶上,購買合適的顯卡風扇。

由於風扇大多使用彈簧卡扣或者螺釘固定,因此我們可以使用螺絲刀和鑷子輕易的將其取下,並拔掉其連接的電源接頭。更換時先把晶片上原有的導熱矽脂清理乾淨,然後再塗上導熱矽脂,把新的風扇裝—下並按原樣固定好,插好電源接頭即可。

使用熱管散熱的顯卡,由於其占用的空間比使用散熱風扇的大,因此安裝這類顯卡的時候要特別注意。另外顯卡的顯存也需要散熱,我們可以使用自黏矽脂在現存顆粒上,黏貼固定散熱片就可以了。

安裝適合的驅動程序

這是很必要的,裝了好的顯卡沒驅動程序會大大降低顯卡的性能。

過度超頻

部分的顯卡由於使用了技術參數較高的元件,因此具有不俗的超頻能力,所以不少的玩家都崇尚超頻顯卡以獲得性能的提升。然而有一利必有一弊,超頻也會導致晶片的熱量大增,當達到一定程度時,就會發生花屏、死機的問題,即使不如此,也會在某些應用場合如遊戲中出現不穩定的現象,因此超頻必須適度。

總之,顯卡幾乎是評定電腦性能最終要的部分了,打遊戲幾乎全靠它,他決定你的遊戲體驗(包括畫質和流暢度),切記哦!