浅谈计算机显卡

刘浩然

中国石油勘探开发研究院廊坊分院 河北 廊坊 065000

1 基础概念

1.1 基础概念

显卡是一种硬件，用于增加计算机的视频内存，并使其显示质量更高清晰度[1]。它使计算机更强大，并使其有能力进行更高级的工作，图像的质量取决于显卡的质量[2]。显卡主要负责在显示器上渲染图像，比如照片、视频、游戏、文档、常规桌面环境、文件夹等。所有这些事情，从需要巨大计算能力的任务，比如视频游戏，到一些“简单”的事情，比如打开一个新的文本文档，都需要使用显卡。稍微扩展一下，用户的显卡将计算机上其他程序发出的指令映射到屏幕上的视觉渲染中。但是，现代显卡能够同时处理大量指令，每秒绘制和重画数十次甚至数百次图像，以确保无论用户在看什么，无论用户试图完成什么任务，都能保持流畅。

因此，CPU向显卡发送关于需要在屏幕上显示的内容的信息。反过来，显卡接收这些指令，并通过自己的处理单元运行它们，快速更新其板载存储器（称为VRAM），了解屏幕上的哪些像素需要改变以及如何改变。然后，这些信息会从用户的显卡快速传送到用户的显示器（当然是通过电缆），在那里图像、线条、纹理、照明、阴影以及其他一切都会发生变化。

1.2 基本组成

特定的硬件因显卡型号而异，但大多数现代的显卡通常由以下组件组成，具体如下[3]：①显卡处理单元。显卡（显卡，Graphics Processing Unit）：显卡是一个实际的硬件组件，类似于CPU；②内存：也称为VRAM，显卡配有专用内存以辅助操作；③接口：大多数显卡使用PCI Express，位于卡的底部；④输出：在显卡中存在各种视频输出接口，通常包括HDMI、DisplayPort、DVI或VGA；⑤风扇/散热器：所有显卡都配有风扇和散热器，以帮助消散使用过程中积累的热量；⑥电源连接器：现代显卡需要6或8针电源连接器，有时甚至需要2或3针；⑦BIOS：显卡 BIOS保存初始设置和程序信息，在关闭机器电源时保留电压、内存等数据。

2 显卡的作用

对于许多人来说，游戏是用户要求PC执行的最硬件密集型任务，因此严肃的游戏玩家花费数小时研究最新的显卡技术，并经常定期升级他们的显卡也就不足为奇[4]。随着显卡中的显卡的速度越来越快，游戏被设计为利用额外的性能，这促使制造商制造更快的显卡，从而继续循环。如果没有优先考虑游戏，那么用户可能不会那么在意显卡的功能。也就是说，专业应用程序通常以不同的方式直接使用显卡的专用处理能力。示例包括视频编辑，其中显卡可用于加快视频编码、3D渲染和计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）应用程序（如AutoCAD）等过程。所有这些程序都得益于显卡的额外处理能力，尽管它们最受益于专为这些应用程序设计的显卡。因此，选择显卡是构建、购买或升级PC的一个重要部分。

2.1 游戏

游戏行业在显卡技术的发展过程中发挥了重要作用。如今的PC游戏比以往任何时候都更加逼真和复杂，而现代显卡性能的不断提高既是原因之一，也是对玩家要求更好看、更复杂游戏的回应。简单地说，如果用户正在构建一台玩游戏的PC，那么显卡将是用户最重要的购买。其他组件也会影响性能，如CPU、存储器和RAM，但显卡与播放时屏幕上显示的内容有最直接的联系。尽管有很多种游戏，但并不是所有游戏都需要市场上最强大的显卡。这就是为什么阅读游戏的要求、推荐和最佳规格非常重要，以确保用户获得合适的显卡。购买用户能负担得起的最好的显卡是一个很好的方法，可以让用户的构建经得起未来考验，并让它随时准备玩尚未发布的流行游戏。

2.2 视频和专业应用程序

那些使用PC执行复杂任务（如3D渲染、游戏开发和视频编辑）的用户也可以从更快的显卡中受益[5]。AutoCAD和Adobe Premiere Pro等高端应用程序可以利用显卡加快处理速度，并实现更快、更高效的工作流。这就是为什么有一整部分显卡专门为专业人士设计的原因。这些工作站显卡针对这些应用程序进行了优化，其驱动程序在执行这些操作时经过验证是稳定可靠的。专业级显卡功能强大，通常比高端游戏显卡更昂贵，但由于它们不是专门为游戏工作负载设计的，因此它们可能不适合游戏PC。

2.3 其他情形

如果用户不是在玩游戏或运行要求苛刻的专业应用程序，而这些应用程序可以使用显卡来加快速度，那么用户可能不需要在显卡上投资那么多钱。如果用户主要在运行生产力应用程序、浏览网页、管理电子邮件和执行其他低资源任务，那么选择合适的RAM、CPU和存储应该是更高的优先级。系统CPU中嵌入的图形功能可能已经足够了，而且用户可能不需要单独的显卡。

3 显卡的选择

在选择显卡时，有两个主要品牌可供选择；AMD和NVIDIA。两家制造商都提供高性能、高质量的显卡，用户可以在上述两家厂家中选择适合自己显卡。

在具体选择显卡的时候，需要考虑多种因素。首先，用户需要考虑显卡中所需的内存量。除了上述因素之外，用户还要考虑一些因素，比如用户的电脑的外形因素（台式机和笔记本电脑），选择独立显卡还是集成显卡、显卡使用的电源连接器以及注意其热设计功率（TDP），所有这些因素都将决定显卡是否可以直接安装在用户的电脑中，以及是否可以获得足够的电源支持以及是否能够降温[6]。

3.1 集成显卡与独立显卡

集成显卡在笔记本电脑等小型系统中更为常见[7]。同时，对于那些不需要运行高性能视觉软件的人来说，用户也可以在台式电脑中使用他们。集成显卡可能没有独立的RAM，但它们也不会像独立显卡那样产生大量热量或消耗大量电力和电池寿命。集成显卡通常不适合图形密集型游戏，但它们更节省预算。它们更加适用于基本的视觉处理任务，如流媒体电影和电视。

如果用户有兴趣使用用户的电脑执行图形密集型处理任务，如在高设置下进行游戏、视频编辑、照片编辑和3D渲染，那么用户需要购买独立显卡。这些显卡有自己的RAM，不像集成显卡。然而，独立显卡需要一个好的CPU来匹配，还需要一个冷却设置来防止电脑过热，这将消耗更多的电力，因此用户需要在台式电脑中安装更大且更昂贵的电源来运行这两个处理器。这也意味着，如果用户的笔记本电脑中有一个独立显卡，与功能较弱的选项相比，用户将面临更短的电池寿命。

3.2 台式机与笔记本电脑显卡

台式机和笔记本电脑显卡都有各自的考虑因素。由于这些显卡所针对的设备类型不同，台式机和笔记本电脑显卡在外形、性能和价格上存在差异。

3.2.1 台式电脑显卡。外形因素：能够安装更大、更强大的组件是使用PC的一个好处。PC提供了必要的空间和冷却，以适应强大显卡的热量和功耗。

性能：与笔记本电脑显卡相比，用户将享受更高的规格。这包括比笔记本电脑显卡更多的内存带宽、更高的像素率和更高的纹理映射。

价格：台式PC卡更便宜，因为硬件不那么紧凑，因此制造成本更低。

3.2.2 笔记本电脑显卡。外形尺寸：需要更小的组件，因为显卡需要安装在笔记本电脑的薄机箱中。因此，它们针对电力使用进行了优化，并受益于先进的热电技术。它们也被设计成尽可能安静地运行。

性能：制造商越来越接近台式机和笔记本电脑显卡之间的对等，但正如之前指出的，笔记本电脑卡在某些领域的表现往往不佳。

价格：用户将为笔记本电脑显卡支付额外费用。这是因为制造便携且省电的显卡的组件生产成本更高。有更大、性能更高的笔记本电脑显卡可用，但它们也增加了设备的整体重量，可能会使笔记本电脑发热，并可能妨碍便携性。

3.2.3 光线追踪。光线跟踪是最新显卡中令人兴奋的技术之一[8]。通常在游戏中使用，光线跟踪是一种渲染技术，可以产生极其逼真的照明效果。这是通过一种算法来完成的，该算法跟踪光的路径，然后尝试模拟光与现实世界中的物体相互作用的方式。光线追踪是近年来显卡技术的最大飞跃之一，这也是NVIDIA和AMD在其更新的显卡中不断改进的地方。光线追踪技术尚未发挥其全部潜力，但游戏开发商正在全心全意地拥抱它。尽管这项技术已被电影制片厂使用多年，尤其是在大预算动作片中，但在PC游戏中实时渲染这项技术更为困难。过去，游戏公司使用了一种称为光栅化的过程，将3D多边形模型转换为2D图像并预渲染灯光效果。随着光线跟踪的开始，用户仍然可以期待现代显卡的一些令人印象深刻的性能。从交火中的巨大爆炸，到灯光昏暗的房间里透过窗户窥视的阳光，一切都是如此。

3.2.4 显卡内存。渲染显卡时，显卡每秒执行大量计算[9]。只要屏幕上的图像发生变化，即使是移动鼠标这样简单的操作，也会发生这种情况。因为显卡负责渲染这些输出，所以它需要视频RAM（vRAM）来完成。使用集成显卡时，此内存与CPU共享，因此在执行显卡任务时会使用总可用内存的一部分。然而，独立显卡有自己的内存，该卡用于渲染细节。一般来说，显卡的内存越多，可以处理的细节就越多，但这不会直接影响其性能。对于一般用途来说，内存为2GB的显卡已经足够了，但游戏玩家和创意专业人士的目标应该是至少内存为4GB的显卡RAM。

3.2.5 型号的含义。AMD和NVIDIA目前是市场上显卡的两大制造商[10]。事实上，NVIDIA实际上在1999年普及了显卡这个术语，尽管它已经使用了至少十年。两家公司在显卡技术方面都取得了巨大的进步。

3.2.5.1 AMD显卡。最新的AMD处理器系列使用RX品牌。

RX Vega：更高级的显卡

RX：入门级和中端显卡

通过查看RX编号，用户可以知道哪个显卡是最近发布的。如果它更高，则模型更新。对于AMD 显卡来说，更高的数字并不等于更大的功率。相反，它表明了它的发布时间。

在数字之后，一些型号将有额外的字母。

XT显卡：对现有的类似显卡进行了略微改进。

HD：旧系列目前正在逐步淘汰。

R：还有一个老系列正在逐步淘汰。

3.2.5.2 NVIDIA显卡。NVIDIA使用不同的分类系统来识别其产品。用户将从字母名称开始。NVIDIA GT显卡是为标准用途而设计的，而GTX显卡则是为高端游戏而设计的。

RTX：最高级别的游戏显卡

GTX：游戏专用，从入门级到高端

GT：基本入门级独立显卡

编号系列：这表示显卡有多新。例如，30系列比20系列新。就像AMD显卡一样，较高的系列号表示与系列中较低编号的显卡相比，显卡有多新。然而，无论型号如何，GTX卡总是取代GT。NVIDIA还通过RTX品牌进一步提高了性能赌注。

结尾字母表示特殊功能。

Ti：表示它将比类似名称的显卡性能更好。例如，GeForce GTX 1660 Ti的性能优于GeForce RTX 1660。

Super：现有显卡的略微改进版本（类似于Ti名称）。

M：不再使用，但以前表示使用“移动”或笔记本电脑显卡。

AMD和NVIDIA都为台式机和笔记本电脑制造显卡。笔记本电脑显卡过去标有“M”，表示它是移动显卡。两家公司的大多数现代显卡都放弃了移动品牌，尤其是在它们努力弥合笔记本电脑显卡和台式机显卡之间的差距时。

4 结束语

随着计算机信息技术的发展，人们在日常的工作与娱乐中，对于计算机的显卡要求越来越高，选择显卡是购买新电脑最困难的部分之一，主要是因为它是最重要的组件之一。本文中主要是对于计算机显卡的相关知识进行了介绍。本文对于普及显卡的相关知识，加深对于显卡的了解以及购买计算机时选择合适的显卡具有一定的作用与价值。