历史

1970年代

ANTIC和CTIA芯片为Atari-8位电脑提供硬件控制的图形和文字混合模式，以及其他视频效果的支持。ANTIC芯片是一个特殊用途的处理器，用于映射文字和图形数据到视频输出。ANTIC芯片的设计师，Jay Miner随后为Amiga设计图形处理器。

1980年代

Commodore Amiga是第一个于市场上包含映像显示功能在其视频硬件上的电脑，而IBM 8514图形系统是第一个植入2D显示功能的PC显卡。

Amiga是独一无二的，因为它是一个完整的图形加速器，拥有几乎所有的视频产生功能，包括线段绘画，区域填充，块图像传输，以及拥有自己一套指令集（虽然原始）的辅助绘图处理器。而在先前（和之后一段时间在大多数系统上），一般用途的中央处理器是要处理各个方面的绘图显示的。

1990年代

S3 GraphicsViRGE显卡

1990年代初期，Microsoft Windows的崛起引发人们对高性能、高分辨率二维位图运算（UNIX工作站和苹果公司的Macintosh原本是此领域的领导者）的兴趣。在个人电脑市场上，Windows的优势地位意味着台式机图形厂商可以集中精力发展单一的编程接口，图形设备接口。

1991年，S3 Graphics推出了第一款单片机的2D图像加速器，名为S3 86C911（设计师借保时捷911的名字来命名，以表示它的高性能）。其后，86C911催生了大量的仿效者：到1995年，所有主要的PC图形处理器制造商都于他们的芯片内增加2D加速的支持。到这个时候，固定功能的Windows 加速器的性能已超过昂贵的通用图形辅助处理器，令这些辅助处理器续渐消失于PC市场。

在整个1990年代，2D图形继续加速发展。随着制造能力的改善，图形处理器的集成水准也同样提高。加上应用程序接口（API）的出现有助运行多样工作，如供微软Windows 3.x使用的WinG图像程序库，和他们后来的DirectDraw接口，提供Windows 95和更高版本的2D游戏硬件加速运算。

在1990年代初期和中期，中央处理器辅助的即时三维图像越来越常见于电脑和电视游戏上，从而导致大众对由硬件加速的3D图像要求增加。早期于大众市场出现的3D图像硬件的例子有第五代视频游戏机，如PlayStation和任天堂64。在电脑范畴，显著的失败首先尝试低成本的3D图形处理器为S3 ViRGE，ATI的3D Rage，和Matrox的Mystique。这些芯片主要是在上一代的2D加速器上加入三维功能，有些芯片为了便于制造和花费最低成本，甚至使用与前代兼容的针脚。起初，高性能3D图像只可经设有3D加速功能（和完全缺乏2D GUI加速功能）的独立绘图处理卡上运算，如3dfx的Voodoo。然而，由于制造技术再次获取进展，视频、2D GUI加速和3D功能都集成到一块芯片上。Rendition的Verite是第一个能做到这样的芯片组。

OpenGL是出现于90年代初的专业图像API，并成为了在个人电脑领域上图像发展的主导力量，和硬件发展的动力。虽然在OpenGL的影响下，带起了广泛的硬件支持，但在当时用软件实现的OpenGL仍然普遍。随着时间的推移，DirectX在90年代末开始受到Windows游戏开发商的欢迎。不同于OpenGL，微软坚持提供严格的一对一硬件支持。这种做法使到DirectX身为单一的图形API方案并不得人心，因为许多的图形处理器也提供自己独特的功能，而当时的OpenGL应用程序已经能满足它们，导致DirectX往往落后于OpenGL一代。

随着时间的推移，微软开始与硬件开发商有更紧密的合作，并开始针对DirectX的发布与图形硬件的支持。Direct3D5.0是第一个增长迅速的API版本，而且在游戏市场中获得迅速普及，并直接与一些专有图形库竞争，而OpenGL仍保持重要的地位。Direct3D 7.0支持硬件加速座标转换和光源（T&L）。此时，3D加速器由原本只是简单的栅格器发展到另一个重要的阶段，并加入3D渲染流水线。NVIDIA的GeForce 256（也称为NV10）是第一个在市场上有这种能力的显卡。硬件座标转换和光源（两者已经是OpenGL拥有的功能）于90年代在硬件出现，为往后更为灵活和可编程的像素着色引擎和顶点着色引擎设置先例。

2000年到现在

随着OpenGLAPI和DirectX类似功能的出现，图形处理器增加了可编程着色的能力。现在，每个像素可以经由独立的小程序处理，当中可以包含额外的图像纹理输入，而每个几何顶点同样可以在投影到屏幕上之前被独立的小程序处理。NVIDIA是首家能生产支持可编程着色芯片的公司，即GeForce 3（代号为NV20）。2002年10月，ATI发表了Radeon 9700（代号为R300）。它是世界上首个Direct3D 9.0加速器，而像素和顶点着色引擎可以运行循环和长时间的浮点运算，就如中央处理器般灵活，和达到更快的图像数组运算。像素着色通常被用于凸凹纹理映射，使对象通过增加纹理令它们看起来更明亮、阴暗、粗糙、或是偏圆及被挤压。

随着绘图处理器的处理能力增加，所以他们的电力需求也增加。高性能绘图处理器往往比目前的中央处理器消耗更多的电源。

绘图处理器公司

现时有许多公司生产图形处理器，以台式电脑与笔记本型电脑，如英特尔、AMD和NVIDIA都是目前市场的领导者，分别拥有54.4%、24.8%和20.%的市场份额。然而，这些数字包括英特尔的低成本，低性能集成图像处理器。扣除这些数字，NVIDIA和AMD控制将近100%的市场份额。手机、平板电脑等移动设备方面，PowerVR与高通等公司占有较高市占率。另外，硅统科技、威盛电子/S3 Graphics和Matrox等公司过去也曾生产图像芯片。

类型

独立显卡

NvidiaGeForce GTX 260 独立显卡

显卡是通过PCI-Express、PCI或AGP等扩展槽界面与主板连接的，而通常它们可以相对容易地被取代或升级（假设主板能支持升级）。现在，仍然有少数显卡采用带宽有限的PCI插槽作连接，但它们通常只会在主板没有提供PCI-Express和AGP插槽的情况下才会使用。

在现今的定义里，独立绘图处理器不一定需要，是可以被移除的，也不一定要直接与主板连接。所谓的“专用”即是指独立显卡（或称专用显卡）内的RAM只会被该卡专用，而不是指显卡是否可从主板上独立移除。基于体积和重量的限制，供笔记本电脑使用的独立绘图处理器通常会通过非标准或独特的接口作连接。然而，由于逻辑接口相同，这些端口仍会被视为PCI-Express或AGP，即使它们在物理上是不可与其他显卡互换的。

一些特别的技术，如NVIDIA的SLI和ATI的CrossFire允许多个绘图处理器共同处理一个单一的视频输出，可令电脑的图像处理能力增加。

集成绘图处理器

Intel GMAX3000 集成图形处理器 (被散热片覆盖)

集成绘图处理器（或称内置显示核心）是设在主板或CPU上的绘图处理器，运作时会借用电脑内部分的系统内存。2007年装设集成显示的个人电脑约占总出货量的90%，相比起使用独立显卡的方案，这种方案可能较为便宜，但性能也许相对较低。从前，集成绘图处理器往往会被认为是不适合于运行3D游戏或精密的图形型运算。然而，如Intel GMA X3000（Intel G965 芯片组）、AMD的Radeon HD 4290（AMD 890GX 芯片组）和NVIDIA的GeForce 8200（NVIDIAnForce 730a芯片组）已有能力处理对系统需求不是太高的3D图像。当时较旧的集成图形处理器组缺乏如硬件T&L等功能，只有较新型号才会包含。

影响集成绘图处理器的性能，其中一个原因是由于内置显示核心的运算速度。同时，图形处理器在运作时会消耗一定数量的内存。系统内存的速度比高级独立绘图内存来得慢，系统内存的发送速度可能是10GB/s至20GB/s左右，独立绘图内存则至少有50GB/s，甚至超过150GB/s，取决于型号而定。

不过从2009年开始，图形处理器已经从主板移去处理器了，如Intel的Westmere架构至目前的Kaby Lake架构。不过极致版并没有集成图形处理器。集成至处理器的好处是由于绘图及处理器芯片工艺为相同(Westmere除外，CPU为32nm而GPU为45nm)，可以减低热功耗。随着内显技术的成熟，目前的内显已经足够应付基本3D的需求，不过仍然依赖主板本身的内存。

参考资料

^Denny Atkin.Computer Shopper: The Right GPU for You. [2007-05-15]. 

^PConline最新CPU/显卡天梯图- PConline.com.cn

^IT棱镜：坑爹的入门显卡为何还会热销？- pconline.com.cn

^Søren Dreijer.Bump Mapping Using CG (3rd Edition). [2007-05-30]. 

^t labs: Faster, Quieter, Lower: Power Consumption and Noise Level of Contemporary Graphics Cards

^are/NVIDIA正逐渐流失GPU市场的份额...

^AnandTech: µATX Part 2: Intel G33 Performance Review

^Intel G965 with GMA X3000 Integrated Graphics - Media Encoding and Game Benchmarks - CPUs, Boards & Components by ExtremeTech

^Bradley Sanford.Integrated Graphics Solutions for Graphics-Intensive Applications(PDF). [2007-09-02]. 

参见

处理器

显卡

计算机图形学

显示器

物理处理器

通用图形处理器

ATI显示核心列表

NVIDIA显示核心列表

Intel GMA

MXM

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