1. 显卡介绍

显卡（Graphics Card），也称为图形处理器（GPU），是一种用于处理和生成计算机图像的硬件设备。显卡在计算机系统中的作用至关重要。显卡可以用在游戏、视频编辑、3D建模和渲染、科学计算等领域,能够提升计算机的图形处理能力。

显卡根据其用途和性能可以分为以下几类：

• 集成显卡：集成在CPU或主板上的图形处理单，性能较低，适合普通办公和基础娱乐用途。
• 独立显卡：独立的显卡，性能较高，适合游戏、专业图形处理和科学计算等需要高图形处理能力的应用。
• 专业显卡：专为专业应用设计，如CAD、3D建模、视频编辑和科学计算等，具有更高的精度和稳定性。

2. 显卡基本组成结构

• 图形处理器（GPU）：显卡的核心组件，负责执行图形处理和计算任务。它具有高度并行的处理能力，适合处理大量的图形数据和复杂计算。
• 显存（VRAM）：用于存储图形数据和帧缓冲区。显存的容量和速度对显卡性能有很大影响。
• 电路板（PCB）：显卡的基础结构，承载着GPU、显存和其他电子件，并提供电源和信号传输通道。
• 接口：显卡通过接口与计算机主板和显示器连接。常见的接口有PCIe（与主板连接）和HDMI、DisplayPort、DVI（与显示器连接）。
• 散热系统：主要分为风冷和水冷两种，用于冷却GPU和显存，确保显卡在高负载下稳定运行。

• 风冷散热：适用于一般用户、预算有限的用户以及不进行超频的情况。对于大多数普通使用场景，风冷已经足够。
• 水冷散热：适用于高性能用户、超频用户以及追求低噪音和美观的用户。特别是在显卡长期高负荷运行的情况下，水冷散热效果更佳。

2.1 显存

显存颗粒是显存的物理存储组成单，主要用于存储图形数据和帧缓冲数据。显存颗粒的性能和容量直接影响显卡的整体性能，尤其是在高分辨率和高画质设置下。

2.1.1 显存类型

常见显存颗粒类型和品牌：

• GDDR5：速度快，功耗适中，性价比高，曾是主流显存类型。主要品牌有三星（Samsung）、海力士（Hynix）、美光（Micron）。
• GDDR5X：GDDR5的升级版，具有更高的频率和带宽。主要由美光（Micron）生产。
• GDDR6：最新一代GDDR显存，广泛应用于高端显卡，提供更高的频率和带宽，当前主流的显存类型。主要品牌有三星（Samsung）、海力士（Hynix）、美光（Micron）。
• GDDR6X：GDDR6的升级版，提供更高的性能，主要用于高端显卡，主要由美光（Micron）生产。
• HBM：高带宽、低功耗，主要用于高端显卡和专业计算。主要品牌有SK海力士（SK Hynix）、三星（Samsung）。

2.1.2 显存容量

显存容量指的是显卡上安装的显存芯片的总容量，通常以GB（千兆字节）为单位。显存容量越大，显卡能存储更多的图形数据，有助于处理高分辨率和复杂的图形任务。

• 常见容量有2GB、4GB、6GB、8GB、12GB、16GB及以上。
• 适用场景：
  • 2GB/4GB：适合一般办公和普通游戏。 
  • 6GB/8GB：适合中高端游戏和图形处理。
  • 12GB及以上：适合专业图形设计、视频编辑和高端游戏。

2.1.3 显存位宽

显存位宽指的是显存与显卡GPU之间单次传输的数据量，以bit（位）为单位。位宽越大，显卡的数据传输速度越快，整体性能越好。

常见位宽有64bit、128bit、192bit、256bit、384bit、512bit。

位宽越大，显存带宽（即数据传输速率）越高，对显卡性能提升明显。

2.1.4 显存频率

显存频率指的是显存工作每秒传输的周期数，通常以MHz（兆赫兹）或GHz（千兆赫兹）为单位。显存频率越高，显存的数据传输速度越快。频率越高，处理速度越快。

常见频率有1500MHz、2000MHz、3000MHz、4000MHz及以上。

2.1.5 显存带宽

带宽是显存和GPU之间的数据传输速度，带宽越高，数据传输效率越高。而显存的总带宽是由频率、位宽、显存类型共同决定的。一般游戏画面分辨率越高，贴图和模型越精致，对显存容量和带宽的要求越高。

在显存够用的情况下，显卡的性能还是由显卡核心的GPU来决定。

2.2 图形处理器GPU

GPU芯片主要厂商

• 英伟达（NVIDIA）：GPU市场的领军企业，广泛应用于游戏、专业图形、数据中心和AI计算领域。主要产品系列包括GeForce系列（面向游戏和消费市场）、NVIDIA RTX A系列（面向专业图形工作站）和NVIDIA A系列（面向数据中心和科学计算）。
• 超威（AMD）：主要产品系列包括Radeon（面向游戏和消费市场）、Radeon Pro（面向专业图形工作站）、Radeon Instinct系列（面向数据中心和科学计算）。
• 英特尔（Intel）：近年来也开始进入独立显卡市场，主要产品系列包括Intel Iris Xe（用于笔记本电脑和轻薄设备的集成和低功耗独立显卡）和Intel Arc系列（覆盖游戏和专业应用的高性能独立显卡）。
• 摩尔线程（Moore Threads）：成立于2020年，一家中国的GPU芯片设计公司，专注于研发高性能图形处理器和计算芯片，主要面向消费级和专业市场。主要产品系列包括：MThreads系列
• 寒武纪：一家中国领先的AI芯片设计公司，专注于开发高性能AI处理器和加速卡，提供适用于边缘计算和数据中心的高性能AI芯片。
• 华为海思：华为旗下的芯片设计公司，不仅在移动设备SoC中集成了强大的GPU，还开发了专门用于AI训练和推理的Ascend系列芯片，覆盖从消费级到企业级和专业市场。

GPU结构

GPU是由成千上万个微小的晶体管组成的集成电路。台积电（TSMC） 是全球领先的半导体制造公司，专门为其他公司提供芯片代工服务，它有世界上最先进的半导体制造工艺，包括7nm、5nm和即将量产的3nm工艺。全球众多知名半导体公司设计GPU的架构和逻辑电路，然后由台积电利用先进的制造工艺将设计转化为实际的芯片。

• 流式处理器：占大部分面积，负责几乎所有图像运算，显卡流处理器越多，频率越高，性能越强。
• 视频解码器：它把0101的二进制数据转换成连续播放的视频画面。如果解码器性能过弱，就可能在播放视频时出现卡顿掉帧问题；
• 视频编码器：它可以把视频数据以新的编码方式压缩成期望格式和大小。如果编码器过弱，则会在剪辑视频导出时浪费过多的时间；
• 显存控制器：让GPU和显卡得以顺利交互数据；
• PCIe控制器：让显卡能和主板上的CPU、内存硬盘等其他器件交互数据。

CPU与GPU比对：

• CPU核心像经验丰富的数学家，能处理更多复杂的任务。
• GPU核心更像小学生，适合做简单的并行计算。

3. 显卡品牌

显卡品牌众多，不同品牌和系列的显卡在性能、散热、价格等方面各有优势。

4. 桌面显卡性能天梯图