虽然GPU（Graphics Processing Unit）一词是在1999年8月，Nvidia在发表GeForce 256显示芯片时所一同提出，此词创的用意是期望众人能将显示芯片与Intel力倡的CPU（Central Processing Unit）等量齐观，而别再是PC系统内独尊CPU，不过到了今日GPU一词已成为普遍通行的称法，甚至已比过去的「显示芯片」、「绘图芯片」等更常称用。

此外，今日GPU的运用领域可说是愈来愈广，除了信息领域的个人计算机（包括主流桌面计算机、低价计算机、笔记本电脑）、专业绘图工作站、服务器之外，在消费性电子的领域也颇多斩获，例如STB视讯机顶盒、HDTV高清晰数字电视、Media Center媒体中心、Game Console电视游乐器等也都需要GPU，此外热门的手持装置也一样愈来愈倚重GPU，包括智能型手机、PDA、GPS电子地图与导航、PMP可携式媒体播放器、掌上型电玩等，甚至股票机、电子字典等，这些也都需要GPU来强化绘图效果。

由此可知，GPU的应用层面已愈来愈大，且规格与技术仍持续在强劲变革中，本文以下将针对最早发端的信息领域，来了解近年来GPU的技术发展与演进。

《图一 Nvidia的GeForce3 Ti200的绘图处理器。》

主流桌面计算机

近年来主流桌面计算机所用的GPU有几项新发展趋势：

《图二 绘图卡上的运算系统》

其次是视频存储器（Frame Buffer），主流桌上系统一向实行独立、特用的视频存储器，从最早的VRAM，到之后的SGRAM，以及更后续的GDDR2，及今日的GDDR3，其他短暂特用的也包括WRAM（Matrox的Millenium IS-STORM R2）、MDRAM（Tseng Labs的ET6000/ET6100）及RDRAM（Cirrus Logic的GD546x）等。

同时，视频存储器的容量、传输宽度、频率等都在提升，容量从最初的2、4MB水平，一路倍增至今日256MB，宽度也从32bit、64bit、128bit，到今日的256bit。另一方面频率也持续飙升，无论GPU处理核心、视频存储器总线、RAMDAC等皆是，核心已至430MHz、470MHz之高，视频存储器接口方面更是达525MHz、600MHz。

再者，自1999、2000年起，计算机监视（显示）器逐渐从CRT转换成LCD，如此在显示驱动上也必须因应改变，例如Nvidia的Pure Video技术、ATI的AVIVO技术，皆是为此而设，此外也针对近年来开始盛行的串流媒体格式：MPEG-4、H.264等进行硬件式的优化清晰播放。

至于从1997年由Microsoft发起的TV Output功效，多年来并没获得太大回响，且多半以独立封装芯片（或模块子卡）型态来提供，而非内建整合到GPU中，到了2003年Microsoft另行推展Media Center理念，将主流桌上PC再行包装，具备TV Tuner、TV Output功效的GPU/显示适配器则转往此领域发展，如此已属CE消费性电子领域，在本次文章中暂且略提。

《图三 3D绘图卡设计》

低价桌面计算机

低价桌面计算机（Low Cost PC）是自1997年2月开始，Intel起初不以为意，但经过一年观察后才正式承认低价市场的存在，并在1998年4月推出针对此领域的处理器：Celeron，不过1996～1998正是3D显示适配器起飞的数年，当时除积极提升3D效能外，尚无人顾及低价需求，一直到1999年由各芯片组业者提出整合型芯片组（Integrated Graphics Processor；IGP），才算正式对这块市场有所回应。

IGP作法是将GPU与芯片组（主要是北桥芯片）进行整合，较高阶的IGP仍具有自属独立的视频存储器，如Intel推行的动态视频存储器技术（Dynamic Video Memory Technology；DVMT），不过也有实行与系统主存储器合一的更经济作法，此种作法一般称为一体性内存架构（Unified Memory Architecture；UMA），UMA最早是来自于工作站，为了让工作站单价更低而提出的架构性精省构想。如Nvidia的TurboCache技术，以及ATI的HyperMemory技术，此种技术今日也经常用在诉求平价的笔记本电脑中。

IGP发展的初期，必须在制造阶段就决定是否要设置独立配置的视频存储器，出厂之后就无从再变更，此外用户也只能使用IGP内建的GPU，无法再行扩充选择，或只能选择传输带宽更有限的PCI，不过近年来这些限制都逐渐去除，不仅可以关闭内建的GPU功效而选择外接方式的升级扩充，甚至也支持SLI、CrossFire等并列加速的组态，如此使得低价用GPU的规格及功效愈来愈与主流水平拉近。

《图四 GPU散热设计》

专业绘图工作站

专业绘图工作站对GPU的需求比PC更早，不过在1996年Windows工作站出现后，与原有市场中的UNIX工作站进行了数年的价格战，直到1999年工作站市场萎缩，价格战的结果迫使过去特有接口纷纷走入历史，例如Apple从NuBus改用PCI/AGP，Sun也从UPA改用PCI/AGP，甚至是用64bit PCI与PCI-X。Sun方面仍有部分在使用旧的UPA接口，此外也有新的接替接口：Fireplane，以及更后续的J-Bus。

同样也因为PC阵营的强势成长，过去仅经营工作站市场的GPU业者也逐渐退缩，包括SGI将绘图部门卖给Nvidia，Creative Labs买下3DLabs等。虽然如此，但工作站依然是众领域中对视讯规格要求最高的，以顶级的专业绘图卡而言，最高已可配属达1GB的容量，由此可看出专业绘图对资源的苛求性。

工作站用的GPU不仅各项表现都要达最高标，在功效设计上也有几项与主流桌上PC不同，一是针对专业3D绘图所需的API：OpenGL进行更佳的支持，虽然主流PC用的GPU也支持OpenGL，但支持性仍会低于娱乐3D绘图所用的DirectX，主流PC用的GPU之所以会支持OpenGL，主要也在于部分3D游戏有支持OpenGL，然游戏软件与游戏GPU绝非对此专精诉求。

另一是多视讯输出，许多专业工作者早已实行多屏幕的工作环境，如此可提升专业工作的效率，所以工作站的GPU通常还要搭配特属的设计，使其能够同时执行及处理多个画面的输出。

《图五 比Intel Centrino更早实现CPU、GPU、North Bridge三种芯片整合成一体的，是Cyrix的MediaGX处理器，今日笔记本电脑用的GPU愈来愈讲究整合精缩与省电性。》

笔记本电脑

笔记本电脑用的GPU首重省电性、次讲究体积精缩性、再次才会考虑效能、价格等因素。为了省电，除了在半导体制程上提升外，GPU业者也额外设计了多种省电机制，例如ATI的Powerplay技术，能侦测笔记本电脑在进行简报性的双画面同步输出时，会主动将近端自有的显示部分减少用电，因为简报讲者多以大投影画面为主盯，仅会有几次回神到自有的笔记型画面中。

又如在一般操作或DVD-Video播放时，GPU也会自动将3D方面的功效电路加以关闭，以精省用电。类似的也有Nvidia的PowerMizer技术，这些都属于动态因应、调适性的省电技术。

值得注意的是，由于笔记本电脑愈来愈普及，甚至有凌驾桌上型之势，过往笔记本电脑用的GPU有了更多的发展路线，除了高价位采独立GPU、独立视频存储器外，平价的笔记本电脑则实行整合性的IGP，并尽可能精省内存而使用共享式的UMA，但除这两者如今又有两种，一种是讲究更精缩与省电的Intel Centrino（迅驰），将CPU、GPU、Chipset（北桥）三合一设计，以求更整合的体积与更统合的电源管控。另一则是更强效的偏执发展，将过往仅在桌上才具备的强悍效能也转移到笔记型，因此也开拓出「行动用工作站」的新顶级路线。

《图六 苹果计算机（Apple Computer）于2003年以后推出的Xserve服务器，连GPU芯片都加以精省，足见服务器、伺服应用机（也包含家用网关Home Gateay、常驻网关Residential Gateway）的领域相当不重视GPU。》

服务器

最后是服务器（也包含伺服应用机；Server Appliance），老实说这是最不需要GPU的一块，过去许多服务器皆直接配属一张出货前市场上最低阶的显示适配器，如此即可交差，后来IGP兴起后也多半直接使用内建的视讯功效。

更有甚者如Apple，Apple在2003年推出的第二代Xserve服务器中直接弃舍GPU，任何近端的本机操作都是透过联机，直接读取机内存储器中的视讯内容，以此解决。此外许多Server Appliance也都实行类似方式，或提供Web接口以供简易设定。

当然，也有业者试图以更大的规模用量来争取服务器/伺服应用机的GPU市场，由于不重视绘图效能与3D效果的嵌入式应用也相当多，包括POS（收款机）、ATM（提款机、自动柜员机）、KIOSK（服务亭/信息亭）、Thin Client（精简型计算机/瘦身型客户端）等，GPU业者可用单一种GPU，并透过大量量产的单价均摊效益，让上述各种嵌入应用获得更低廉、合用的视讯功效功能，这也是另一种可行的出路。