硬件童话——讲述显卡自己的故事（下）
电脑学堂
上期大家认识了显卡家族的各成员，了解了我们的大脑——显示核心的结构，这一期我们就一起来看看显卡的另一个重要组成部分——显存，再顺便为大家讲讲显卡支持的“DirectX”、“OpenGL”等API。
认识显存
1.显存的作用
以前说过我们的大脑要处理的数据非常多，在这些数据中，既有“原料”（系统发出的各种指令、纹理、贴图及材质等），也有“半成品”、“成品”（已经处理好的数据）。
我们的大脑在处理数据时，并不是一口气就能够将所有的数据全部处理完，它还需要一个与之配套的“临时仓库”。虽然内存就是这样一个“临时仓库”，但是，内存主要是为整个系统服务的，如果将这些数据全部暂存在内存中，那么内存就会不堪重负。
为了解决这个问题，研发人员为我们的大脑单独配备了一个“临时仓库”，使用了DRAM芯片作为存储介质。因为这些存储芯片集成在我们的身体中，因此便称之为“显存”。
显示核心配合了显存之后，其工作效率大大提高——可以将很多数据暂存在显存中，而不必将所有的数据都暂存在内存中。
2.显存的分类
显存颗粒其实和内存颗粒差不多，从类型上来看，目前我们所使用的显存主要有DDR、GDDR2、GDDR3等三种类型。
（1）DDR显存
DDR显存就是DDR SDRAM，也就是采用了DDR（Double Data Rate）技术的SDRAM。DDR是目前的主流显存，绝大部分中端、低端显卡都配备这种显存。
（2）GDDR2显存
GDDR2显存就是DDR2 SDRAM。由于DDR SDRAM的核心频率已经很高，再提高其频率成本太高。为了满足显示核心对显存带宽的要求，人们在一些高端显卡上使用GDDR2显存。GDDR2显存的核心频率和时钟频率已经不一样了，由于GDDR2采用了 “数据预取”技术，在相同的核心频率下，GDDR2达到了两倍于DDR的带宽水平。
提示：由于GDDR2显存的成本相对较高，再加上发热量仍然比较大，虽然与那些高端显示核心在性能上“门当户对”，但还是逃不出被淘汰的命运。如今的高端显卡都开始采用GDDR3显存。
（3）GDDR3显存
GDDR2显存最初用在Radeon 9800 Pro等高端显卡上，但很快就被淘汰了。在GDDR2的基础上发展起来了GDDR3，其主要着眼点是为了提高时钟频率。不过，GDDR3虽然发展自GDDR2，但是两者还是存在较大的差异，GDDR3虽然和GDDR2工作电压相同，却能降低一半的功耗，发热量由此得到控制。
由于拥有比GDDR2更高的频率、更低的发热量及功耗，如今高端显卡都开始配备GDDR3显存。利用现有技术，已经能生产出频率高达1.4GHz的GDDR3显存。目前，GDDR3颗粒已经能够批量生产，三星是目前主要量产GDDR3颗粒的厂商，它供应给显卡厂商的GDDR3颗粒主要有四种型号，显存工作频率从1.0GHz到1.4GHz。
三星目前量产的GDDR3颗粒类型表
3.显存的封装
（1）TSOP封装
TSOP封装是一种比较廉价的封装，很多中低端显卡所用的显存都会采用这种封装形式。
（2）BGA封装
从外观上来看，BGA封装的显存颗粒体形较小，大部分高端显存所用的是一种叫做mBGA的封装方式，一些高频率的DDR显存采用的就是这种封装，GDDR2、GDDR3则全部采用这种封装方式。
4.深入了解显存
（1）显存带宽的重要性
显示核心与显存之间的数据交换速度就是显存的带宽。如果带宽不够，则2D处理器及3D引擎就会处在一种“吃不饱”，同时“货物运不出去”的尴尬状态。
显存带宽的大小与显存的工作频率及显存的位宽有关：显存的工作频率越高、显存位宽越大，带宽越大。显存控制器就像连通显存与显卡核心的 “桥梁”，如果“桥梁”的宽度（显存位宽）不够，也会影响数据的传输速度。
显存带宽的计算方法是：带宽=工作频率×显存位宽/8。例如显存的位宽是128bit，显存工作频率为500MHz，那么显存带宽就是：500MHz×128bit÷8=8000MB/s。
单个显存控制器的位宽大都是64bit，为了提高显存带宽，如今的显卡都会集成2个或4个显存控制器。例如高端的Radeon X800显卡，显卡核心内置4个64bit的显存控制器来并行处理，如此一来，总的显存位宽就达到了256bit。
目前显卡的显存位宽主要有128bit和256bit两种，部分低端产品是64bit。有些厂商为了降低成本，有时会缩减显存的位宽，例如本来核心需要搭配的显存位宽是128bit，但实际显存位宽却只有64bit。
（2）显存容量对性能的影响
显存容量指的是我们身体上所有显存颗粒的容量之和。显存就像一个存放数据的大仓库，相对显存带宽而言，显存容量对显卡性能的影响要小得多。一般来说，只要显存总容量达到128MB，就能够满足绝大部分应用需要。一般情况下，128MB还是256MB显存，对显卡性能的影响很小，只是在高分辨率下会有一定性能差异。对于中低端显卡而言，64MB显存完全能够满足实际需要。128bit、64MB的显存对显卡性能的帮助要远高于64bit、128MB的显存。
小技巧
快速估算显卡的显存位宽
mBGA封装的显存颗粒一般都是32bit的产品，因此如果一块显卡上有4颗mBGA封装的显存，那么总位宽就是128bit，8颗就是256bit。
TSOP封装的显存颗粒一般都是16bit的产品，因此如果一块显卡上有4颗TSOP封装的显存，那么总的显存位宽就是64bit，如果有8颗就是128bit。
提示：上述识别方法只是经验之谈，并不保证适用于所有显卡。最好结合显存颗粒的标示来识别，此外也可以借助检测软件来检测。
了解显卡的API
所谓API，也就是“应用程序接口”，有了它，游戏开发人员和显卡核心设计人员就可以根据API的指导规范来设计产品，让产品的兼容性、通用性更好。
目前我们所使用的3D显卡主要面向游戏应用，在开发3D游戏时，如果没有相应的开发指导规范，那么整个游戏软件、3D显卡市场将会非常混乱。早期的3D游戏，游戏开发人员必须针对不同的显示核心来编写一些不同的额外代码，以便让游戏在这些显卡上都能获得满意的性能。
针对这种情况，微软提出了一个名为“DirectX”的通用API，这是目前最主流的API，目前最新的版本是DirectX9.0c。2003年流行的《古墓丽影-黑暗天使》就是DirectX9游戏的代表，它大量采用了Pixel Shader 2.0着色技术。而2004年的年度大作《半条命2》更是目前应用DirectX9的巅峰之作。
除了DirectX这种API之外，常用的3D API还有OpenGL。OpenGL是“Open Graphics Lib”的缩写，它源于SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL，在跨平台移植过程中发展成为OpenGL。SGI在1992年7月发布1.0版，后来OpenGL成为工业标准。2001年8月ARB批准了1.1版本的OpenGL，最新版规范是OpenGL 2.0。
目前绝大部分显卡都支持1.4或1.5版的OpenGL API。相对DirectX，基于OpenGL开发的3D游戏较少，但也有不少大作，例如DOOM3等。
提示：一款游戏的画面是否精美，虽然与采用的3D API有很大关系，但也不是绝对的。游戏开发人员一般会尽量采用最低的DirectX来开发出尽可能精美的画面，这样可以吸引更多的低端用户。此外，对DirectX版本的支持体现的是显示核心的内在能力，实际的效果还与显卡的像素填充率、顶点处理能力有很大关系。例如GeForce FX 5200是一款低端产品，它支持DirectX9，但是用该显卡来运行支持DirectX9的游戏，其效果就惨不忍睹。