显卡那些事儿

　　NV、AMD、Intel三强争霸的时代，很多人可能并不了解在此之前的显卡世界有多么精彩，今天不妨打开历史的大门，看看那些显卡厂商的故事。在很久很久以前
　　显卡究竟是什么？
　　一提到显卡，现在的概念，要么是渲染、编码，要么是游戏，但是你知道显卡最初的模样吗？早期的显卡只是单纯意义的显卡，只起到信号转换的作用，而今的显卡一般都带有3D画面运算和图形加速功能，所以也叫做图形加速卡或3D加速卡。电脑上最早的显卡是IBM在1981年推出的5150个人电脑上所搭载的MDA和CGA两款2D加速卡。
　　在纯字符界面的的DOS时代其实对显卡的要求极低，功能也极为简单，就是单纯为了能够显示而已，显存更是只有16KB。
　　直到上世纪90年代Windows普及的推动下，显示芯片才开始拥有了图形运算功能，以减轻CPU的负担。到了90年代中期，多数显卡已经具备加速图形处理的能力，并开始配备较高容量的显存，性能进一步提升，名称也从图形适配器改成了图形加速卡（GraphicsCard）。比如当年著名的Tseng（曾氏）ET6000号称最快的2D图形加速卡。
　　而今的显卡，则是在2D图形加速的基础上，结合了3D图形加速GPU的产物。具体来说，现在的显卡是由GPU、显存、电路板，还有BIOS固件组成的，所以GPU不等于显卡。GPU只是显卡上的一个核心处理芯片，是显卡的心脏，不能单独作为外接扩展卡使用。
　　显卡界的天王竟然是它！
　　显卡谁才是第一？这个问题多半会在NVIDIA和AMD之间讨论，然而实际上，现在显卡界的天王是Intel！统计机构JonPeddieResearch（JPR）2020年四季度GPU市场的分析报告显示，Intel核显出货量大幅增加33。2（卖CPU送显卡），使得份额提升高69！也就是说，实际所有能够显示的电脑中，十台中有七台使用了Intel的核显。当然了，如果是讨论独显，依然是NVIDIA和AMD的天下。
　　Intel最初的显卡只不过是一个具有显示功能的显示模块。虽然只是显卡的雏形，但是在Intel显卡历史上占据重要地位。可能一提到Intel显卡，稍有资历的电脑用户都会说是i740，其实不然，这只是Intel第一个独立3D显卡而已。Intel的第一个与显示有关的芯片C8275CRTController，生产于1977年它真的只是输出画面而已，显存更是只有4KB。
　　图片来自硬件风云
　　时间来到1986年，Intel推出了82786，这是首款独立显卡协处理器，它集成了一个图形处理器、一个可以控制CRT（阴极射线管）显示器的显示处理器，并且具备了4MB的显存，最高可以显示256色。这在当时已经是非常了不起的设计，尽管今天看起来不值一提。
　　1997年，Intel收购了CT（ChipsTechnolgies）公司，获得了2D显示核心技术。经过了一年多的调整和对外合作，到了1998年年初，Intel正式推出了本公司旗下第一代独立式显卡i740。这是与Real3D配合下研发的一款3D加速芯片，从而标志者英特尔的产品首次进入3D图形市场。而后，Intel还将i740集成在i810芯片组内，随着810芯片组的热销，i740占领了更大的市场纷份额。
　　2002年，Intel发布了配合Pentium4处理器配套的i845G芯片组，推出了IntelExtremeGraphics。到了2004年，Intel推出了显示核心产品集成在北桥中的GMA显卡（GraphicsMediaAccelerator），这一时期，CPU还都没有集成显卡，全部放在已经消失的北桥芯片中。
　　真正让Intel成为显卡领域领头羊的，还是2010年，Intel率先推出CPU与GPU封装在同一块基板上的处理器产品，即第一代酷睿处理器，核心代号Clarkdale，第一代核显被官方命名为IntelHDGraphics，也就是我们习惯上喜欢叫的HD系列核显，之后一直沿用到第七代酷睿处理器上的核显（注：2011年推出的第二代酷睿处理器实现了CPUGPU封装在同一芯片中）。
　　至此，Intel实现了显卡领域的制霸，成为了当之无愧的显卡之王。而今Intel又再一次推出了XE显卡，再次进入独立显卡市场，让我们拭目以待Intel的独显之路吧！
　　上下半场AMD显卡之路
　　AMD的显卡之路可以分为上下两部分，第一部分是ATI冶天科技，第二部分才是被收购后的AMD显卡史。以时间节点去观察，则以2006年为分水岭。1985年，ATI公司在加拿大成立，早先是一间原始设备制造商，为大型个人电脑制造商制造显示芯片，例如IBM。从1987年7月开始，ATI自立成为显卡零售商，销售ATIEGAWonder和VGAWonder显卡。
　　在1997年，ATI成功收购当时他的最大竞争对手TsengLabs（注：就是那个曾经拥有最快2D图形加速卡的公司）。在2000年，ATI收购ArtX，一间制造Flipper显示芯片的公司，而Flipper芯片是任天堂GameCube的核心。它的第一款产品是1986年发布的ATIGraphicsSolutionRev3，其最重要的功能是以CGA（彩色图形适配器标准）和Hercules（大力神图形卡，同为彩色图形分辨率标准）模式重现图形。这款显卡最大的特色就在于此兼容性好，它可以让用户不再拘泥于某一个图形适配标准来选择显示设备。
　　到了3D时代，ATI在1996年1月正式发布了3DRage显卡系列，代表了ATI正式进入3D时代，这个系列一共有三款产品，分别是3DRage（I）、3DRageII（IIC，II，IIDVD）、3DRagePro。在同一时期，RagePro的性能与NVIDIA的RIVA128和3DFX的Voodoo加速卡近似，但是因为缺少了对OpenGLAPI的支持，所以实际性能体验并不出色（注：DirectX在当时并非主流API，另一主流则是3DFX的GlideAPI）。
　　之后在1999年发布了Rage128显卡，主要是针对VoodooII显卡当时NVIDIARIVATNT还处于追随者阶段。当然了，Rage128的性能表现并不是最好的那个，但它却是最均衡的那个，尤其是多媒体性能非常出色。之后ATI还推出了一个FURYMAXX显卡，它是第一款实现将来最终将采用Crossfire技术的ATI显卡，这使ATI可以在一张显卡中放置两个Rage128芯片的产品，是不是有点眼熟？
　　今天的Radeon最早出现在2000年，当时桌面图形卡市场只剩下ATI和NVIDIA两家公司，NVIDIA发布GeForce256和GeForce2。面对着nVidia的攻势，ATI发布RadeonR100显示核心，首款采用此核心的是Radeon256显卡。RadeonR100首次支持DirectX7。它支持TL，硬件几何变形，光照效果，和图象剪切。它亦首次使用DDR作为显存。这些功能使Radeon在性能上可与GeForce2一决高下。ATIRadeon7000系列显卡是ATI最成功的一款显卡之一，而现今AMD显卡还在继续使用Radeon这个名字。
　　在2006年被AMD收购之前，ATI的辉煌时刻是2002年8月发布ATIRadeon9000系列显卡，采用RadeonR300架构显示核心，它是全球第一个完全支持DirectX9的绘图核心，它让ATI在1999年的GeForce256以来，在性能上首次胜过NVIDIA。R300和其派生产品形成了ATI的消费级和专业级产品线的生命周期足有三年那么久NVIDIA在同一时期的GeForceFX遭遇了重大挫折。
　　时间来到2006年，AMD以54亿美元的天价收购了21岁的ATI用以完善自己的产品布局，经过十几年的发展证明，当初这一收购举动无比正确。2007年，AMD发布了第一款显卡产品R600核心的RadeonHD2900XT，自此进入了HD命名时代，这个名称命名方式一直延续到了RadeonHD7000系列。
　　2009年，最后一代使用ATI标志的显卡发布，首款支持DirectX11的显卡RadeonHD5870，它强悍的1600个流处理器使其直接等上当时单卡的性能巅峰。它的性能非常的强劲，无论是技术规格还是性能方面RadeonHD5870都实现了对对手GeForceGTX285的全面领先，这一次ATI的反击达到了一个新的高点，当然，这也是ATI标志的绝响。
　　2012年，AMD励精图治终于发布了当时时隔四年的升级新架构：GCN架构，这种架构一直延续了4代。RadeonHD7000系列是当年首款的28nm制造工艺的显卡系列，代号南方群岛。这款显卡不仅保留GPU性能，同时它还能提高GPU的计算能力，RadeonHD7970堪称当时的性能王者，而且从这一时期开始，显卡驱动优化的神奇正式上演经过优化，RadeonHD7970甚至可以反超后出现的NVIDIAGTX680。
　　2015年，AMD发布了RadeonR9FuryX，这款产品也为业界带来了两个首次：第一次使用HBM显存，第一次标配水冷散热的公版显卡。然而它的缺点也十分明显，功耗巨大，成本奇高。当然，从这一代显卡也能看出，AMD对显卡的设计理念也发生了些许变化。
　　2020年，RadeonRX5000系列发布，这是RDNA1架构的首次出现，功耗问题得到了很大改善，性能表现也颇为突出，只不过显卡价格攀升让用户维有持币观望的份。历经ATI、AMD两个时代，AMD显卡是市场仅存的硕果之一。
　　异军突起终成一级的NVIDIA
　　NVIDIA最初是个名不见经传的小公司，在同一时期，Trident、Matrox、3Dlabs、S3Graphics甚至PowerVR都可与之竞争一二，更遑论当时如日中天的3DFX、ATI了。1993年NVIDIA诞生，初期发布的NV1、NV2并不成功。直到1997发布了RIVA128系列显卡产品，才真正展露头角，当然，那个时间依旧是3DFXVoodoo的天下。
　　本着小步快跑、灵活应对的原则，NVIDIA以DirectX和OpenGLAPI为核心研发芯片，在1998年推出了新产品RIVATNT产品，这款产品真正站得住、叫得响，成为了市场热销的显卡产品，也威胁到了3DFX的市场垄断地位。RIVATNT最初的设计目的是达到3dfxVoodoo2的两倍性能，但是受限于0。35微米制程工艺，它的频率不及预期，以至于没有达到最初的设想目标。但是，RIVATNT依旧是当时市场上性能最好的显卡产品之一。并且，NVIDIA意识到驱动程序的重要性，开始为RIVATNT编写全新的驱动程序，这就是著名的雷管（Detonator）。
　　快速迭代的故事还没有结束，NVIDIA很快又在1999年发布了RIVATNT2，TNT2比上代TNT有长足进步，使用了第二代单一周期多重贴图运算，硬件设计合乎DirectX7。0的需要。其后，RIVATNT2Ultra更采用0。22微米制程工艺，时钟频率进一步提升，亦完全击败Voodoo3。至此，性能王者的宝座来到了NVIDIA手中，并且长期保持。
　　NVIDIA之所以能成功登顶，和它的快速迭代及设计能力密不可分，1999年8月，NVIDIA发布了跨时代的GPU产品GeForce256，这也是业界首款GPU产品，GeForce256与RIVATNT2相比增加PixelShader流水线的数目，支持硬体TL引擎（以往TL由CPU负责计算），还支持MPEG2硬件解码。GeForce256凭着它的功能和速度，稳固了自己显卡市场霸主的地位，而且使3DFX，Matrox和S3Graphics都变成牺牲品。
　　2000年4月，NVIDIA再接再厉，发布了GeForce2系列，也正是这个系列，给于3DFX最后一击，最终导致同年12月25日被NVIDIA收购的大结局。而且从GeForce2开始，砍性能、将价格的策略正式发扬光大，GeForce2MX的3D架构和功能与GeForce2GTS相同，但移除了两条像素流水线，存储器带宽只有GTS的一半。无论从销售量，或从产品的多元化而论，从来没有显卡核心可与GeForce2MX匹敌。
　　在此之后，NVIDIA几乎长期把持着显卡王者地位，与AMD厮杀缠斗至今，GeForce的命名法则一直持续至今，可谓深入人心。
　　故步自封的3DFX
　　3DFX是一家专门制造显示适配器的公司，成立于1994年，并且仅仅两年就成为此领域的领头者。其Voodoo系列就是3DFX的开山之作。Voodoo是3DFX第一款纯3D加速芯片，它并非单独的显示适配器，而是一块3D子卡，需要配合2D显示适配器使用。Voodoo一经发布便在市场上非常受欢迎，即使其售价和性能高于同时期的RIVA128、i740，配合其招牌GlideAPI，得到大量软件商支持，在DirectX未成王者前，可是不少游戏的首选支持API，Voodoo系列在当时可谓风头可谓是一时无两。
　　之后，3DFX推出了集成有2D显示核心的产品VoodooRush（2D核心为Alliance的AT3D），不过这款产品的风评并不好，兼容性问题颇多，2D性能表现差强人意，3D性能也较Voodoo来得差一些。而且，它的价格可不便宜，毕竟多了一个2D显示核心，成本也贵了不少。
　　时间来到了1998年，3DFX发布了Voodoo2，这款产品可谓红极一时，几乎成为了每一个游戏玩家梦寐以求的产品。而且它创新性的支持了SLI功能你没看错，NVIDIA的SLI其实就来自于3DFX。Voodoo2无论是单卡性能、画质表现，还是多卡互联，在当时可谓无出其右。而且，3DFX的GlideAPI在这一时期起着至关重要的作用，因为在很多游戏中，仍然比DirectX或OpenGL更具有优势（但是之后DirectX和OpenGLAPI彻底取代了GlideAPI）。而后3DFX基于Voodoo2还推出了VoodooBanshee，也是一个以2D3D核心的显卡（依旧表现不够优秀）
　　1998年底，3DFX再接再厉发布了Voodoo3显卡，这时第一款真正全新设计的2D3D芯片，也是3DFX最后的辉煌，因为危机也在这个时期爆发了。在1998年12月14日3DFX收购STBSystems公司后，其显卡的生产开始由自家独揽，并不授权芯片给予第三方厂商生产，导致其成本过高，且其后期产品的设计循规蹈矩，创新力大减。
　　Voodoo45系列在2000年发布，但实际几乎没有正式上市，市场颓势尽显。别忘了，1999年NVIDIA已经发布了GeForceGPU产品，3DFX无论如何也无法与之抗衡。最终，3DFX将自己的专利技术全部出售给了对手NVIDIA，并且仅仅过了2年，3DFX宣布破产并结束营业。3DFX的失败原因无须赘述，这颗显卡新星如流星一般，转瞬即逝。可以说，对市场的判断、技术的故步自封，生产销售的贪婪，都让3DFX万劫不复。
　　SVGA王者Trident
　　Trident（TridentMicrosystems，泰鼎微系统）成立于1987年，早期生产电脑使用的显示芯片与声卡，后期则转移跑道制造数字电视与液晶屏幕的图像处理器（VideoProcessor）。早在分辨率只有800600的SVGA时代，Trident的市场占有率颇丰，它和S3Graphics几乎瓜分了显卡的绝大部分市场份额。
　　1990年代的Trident89009000显卡既是ISA16色显卡的代名词，也是显卡的真鼻祖第一次使显卡独立于电脑，而不再是集成的一块芯片，为以后独立显卡的巨大发展提供了可能性。在那个2D统治的年代，业界真正的巨人是Trident和S3Graphics。
　　到了1996年，显卡进入3D硬件加速时代，依靠着PCI与AGP2X界面的3DImage9850与3DImage9750与S3竞争，但在真彩还原表现上不如主要对手S3Graphics的产品，因而逐渐退出显示适配器市场。1990年代晚期，Trident终于推出了一颗具竞争性的3D绘图加速芯片TGUI9880（Blade3D），但是无奈技不如人，最终还是逐渐消失在视野之外。
　　2003年Trident正式退出显卡市场，将该公司的显示芯片部门与SIS的多媒体事业部合并，成立了XGI图诚科技。2006年，ATI并购XGI在上海联盟公司远弘科技（MacroSynergy），同时接收XGI位于美国加州的圣克拉拉分部和工作人员。某些部分来说，ATI也就是现在的AMD当中，或许还保留当年Trident的血液。此后Trident则专注于数字电视的显示处理器上，直到2012年1月4日正式申请破产保护。
　　2D霸主S3Graphics
　　S3Graphics，它的名称是由Sight（视觉）、Sound（声音）、Speed（速度）而来。S3从1989年创立，90年代初期凭借着出色的2D画质，并藉此击败了Trident，S3在2D领域的造诣至今仍让人津津乐道，但后来3D时代来临并未能有相同出色的表现。
　　S3Graphics早期产品可从1992年的805（P86C805）与1994年的Trio32说起，1990年代初期，ATI正在主打高端市场，NVIDIA尚未出现，这给了S3Graphics很好的崛起时机。S3Graphics真正崛起的时刻是1994年Trio64V的后继版本Trio64V，其优异的2D表现搭配PentiumMMX几乎是当时热门的装机组合，风光一时无两。
　　然而，S3Graphics在进入3D时代后表现不佳，尤其是其驱动兼容性问题始终困扰着用户。Savage4固然规格出色，但是驱动程序的BUG已经严重到无法使用的地步，而后期1999年推出的Savage2000也有同样的问题。从规格看，Savage2000拥有者与NVIDIAGeForce256同等级别的性能构架，但是驱动兼容性制约了Savage2000，它也无法为S3Graphics扭转局势，也让这2D时代的霸主淹没在3D的浪潮当中。
　　2001年，S3Graphics被VIA威盛电子收购，这也让VIA一举成为继Intel之后，同时可制造X86架构CPU、芯片组、显示芯片的第二家厂商，第三家则是SiS（SiliconIntegratedSystemsCorp硅统科技），而第四家具备此能力的才是AMD。而到了2011年，HTC为了与苹果公司进行专利诉讼，出资3亿美元收购了VIA手中的S3Graphics，获得了约235项图形技术方面的专利，并且给于VIA授权可以继续使用这些专利。时至今日，S3Graphics依旧是HTC旗下成员。
　　最强2D画质Matrox
　　Matrox（MatroxElectronicSystems），中文名为迈创。在相当长的一段时间内，Matrox几乎就是2D画质的代名词（诸如MatroxMillenniumG200、G400、G450），甚至于在著名的专业测试软件ZDDavis中，被当做2D显示性能的测试基准，以Matrox的性能表现为100分计，用以测试其它显卡产品的2D显示性能品质。
　　之前我们谈及到Trident和S3Graphics，固然市场占有率是这二者的天下，但是要谈到专业级表现，Matrox当仁不让。至于为何它的市场普及率不高，原因恐怕还是在于Matrox的经营策略Matrox不开放芯片授权，一手包办了显卡的芯片设计和显卡的生产制造及销售。
　　Matrox的2D画质和性能究竟有多好？著名的显卡测试软件3Dmark2000中，最后一项环境凹凸贴图也只有Matrox的显卡能够运行，这就足够说明一切了。除此之外，当时多显示设备几乎凤毛菱角，Matrox在这一方面也是无出其右的存在，这在今天看毫无新意，但是在1990年代至2000年代之间，Matrox的多显示输出功能是诸多专业领域近乎唯一的选择。
　　不过在3D显卡方面，Matrox的性能、市占都逐渐落后于其它业者，虽然该公司曾努力维持自身在产业界的地位。最后，Matrox转专注到特有、利基的视频需求市场，导致了整体显卡市场中仅剩不足1的占有率，从而逐渐淡出人们的视野。2002年，Matrox推出了自己的最后一款民用级3D显卡Parhelia，尽管拥有当年最先进的512bit架构，10bit真彩，以及业界第一个支持三显示输出的产品，但无奈3D性能始终与NVIDIA、ATI有较大差距，最终只能专注于专业市场领域。
　　生不逢时SIS（XGI）
　　SIS（SiliconIntegratedSystems）矽统科技1987年成立，是一家具有X86架构CPU、芯片组、显示芯片设计能力的公司，它的显示芯片着重于影音播放效果，诸如硬解码DVD播放等，而且售价低廉，很多机构批量采购的电脑中，都是使用SIS的显卡。
　　其实SIS凭着低廉的价格，不错的性能，发展良好很有机会在业界占一席之地的，然而当时NVIDIA和AMD已经把持了市场，即使最后推出的Xabre400能够击败NVIDIAGeForceMX440也无济于事，在市场竞争的高压之下，SIS的显卡最终被扼杀在摇篮之中，真可谓生不逢时。
　　2003年SIS多媒体事业部和Trident显示芯片部门合并成立了XGI（EXtremeGraphicsInnovation）图诚科技，之后推出了Volari系列显示芯片（基于Xabre芯片设计），无奈性能依旧表现不佳，最终于2006年被ATI收购。
　　专业领域的先行者3Dlabs
　　除了这些，还有一个专业公司3Dlabs曾经染指民用显卡市场，3DLabs成立于1984年，主要开发Wildcat与Oxygen系列的专业级显卡，例如1995年发布了当时世界最快的OpenGL显示芯片GLINT300SX，值得注意的是，3Dlabs曾经是OpenGL架构评估委员会的成员，也是这个原因，3Dlabs推出的显卡OpenGL性能表现出色，但是DirectX下表现却差强人意，但是当时主流游戏多以DirectX为API设计，这也导致了3Dlabs显卡的游戏性能表现不佳。
　　最后，1998发布的入门级Permedia3显卡以3000余元的天价推出，着力于专业应用，而游戏性能甚至不如NVIDIATNT2显卡，所以难与市场竞争对手竞争也就毫不意外了。
　　在此之后NVIDIA的Quadro等专业显卡上市，进一步蚕食了3Dlabs的市场份额，最终在2002年被创新科技收购成为旗下子公司，泯然众人。
　　电脑不行去手机！PowerVR
　　PowerVR这个名字是不是非常眼熟？苹果在使用自研GPU之前就是使用Imagination旗下的PowerVRGPU，在当时它的性能表现非常抢眼，谁能想到，在1990年代PowerVR还是桌面电脑领域的主要显卡厂商之一呢？PowerVR是ImaginationTechnologies的软硬件影像处理开发部门，在1990年代后期，它的主要竞争对手是3DFX的Voodoo系列显卡。其后在ATI和NVIDIA的激烈竞争中没落。
　　1997年，PowerVR发布了自己的PCX2显卡芯片，它的性能异常强大，而且对各种API都持开放态度，比如OpenGL、DirectX等等。但是，它也有两个缺点，第一是驱动程序兼容性不佳，第二是对CPU性能有依赖（在GPU出现之前，大量顶点运算是由CPU负责的）。即便如此，在3DFXVoodoo2上市前PCX2芯片的显卡市场占有率达到了第二名！
　　在此之后，PowerVR开始了自己的技术授权之路，尤其是授权给STMicroelectronics（意法半导体）后推出的PowerVRKyro、Kyro2，对显卡市场冲击非常大。如Kyro推出后，其性能堪于GeForce2对比，非常出色。但是，无论Kyro还是Kyro2，依旧败在了兼容性上，容易引起轩然错误，甚至是性能突降的问题。最终，PowerVR也淡出了桌面显卡市场，专注于技术授权的SOC领域。
　　从1980年代显卡这个概念普及以来，经过40余年的发展，早期显卡市场的激烈厮杀已经彻底落幕，市场只剩下Intel、AMD、NVIDIA三个企业还在竞争。而且同CPU一样，GPU领域的技术壁垒、技术难度也越来越高，后进者的障碍非常难以逾越。我们当然期望能有新鲜血液进入这个领域，让用户能拥有更多的选择，让我们拭目以待未来显卡市场的发展吧！