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[电脑] 【显卡小简史】N卡与A卡的区别（转pceva）

戈尔巴乔夫

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1^# 大中小发表于 2013-5-7 09:20 只看该作者

N卡和A卡两家架构问题要深究就得写一本书了。下面就简单通俗的介绍一下，方便初学者理解。

   在DX9以前的时代，两家的架构主要由像素单元、顶点单元、纹理单元、光栅单元组成，一个渲染流程的所有单元绑在一起组成一条渲染管线，管线越多，性能就越强。而3D游戏的画面以4D指令居多（像素有RGBA，顶点有XYZW），这些单元就被设计成了一次能处理4D指令的处理器，属于指令级并行架构，对于当时的游戏环境来说这种架构效率很高。但到了DX9后期甚至DX10时代，游戏中的1D、2D、3D指令开始频繁混合出现，像素与顶点的渲染比例也有了改变，原先的架构就变得效率低下了，比如一个单元一次能处理4D运算，当碰到1D运算时就只用到4/1的资源，剩下3/4的资源就闲置掉了，相当于效率降低了4倍。而有些游戏的像素渲染量明显多于顶点，那么这些数量比例固定的单元就效率低下了，比如像素单元吃力的时候，顶点可能比较空闲，非常浪费硬件资源。为了解决这个问题，NV和ATI就对各单元的数量比例进行了调整，但都治标不治本。这时候重新设计新的架构成为了必然。结果，从DX10时代起，两家的架构就起了翻天复地的变化。

   当两家DX10产品面市后，人们惊奇的发现，竟然是两种不同的架构。

   N卡的架构思路很简单，用强大的前端处理器把所有指令拆分成一个个1D指令，而下面所有运算单元都变成了1D单元（流处理器），这些流处理器都能当做像素和顶点单元来使用，这样不管碰到什么类型的指令都能“一拥而上”，完全解决了DX9时代固定单元的弊端。为了保证指令分派的高效率，这些流处理器都分成几大组管理，每一组都具备完整的前后端及缓存单元，每个流处理器都对应独立的控制单元，效率几乎达到100%的理想程度，是标准的线程级并行架构，也是追求高效率的理想架构。
   N卡的架构看上去很完美，但缺点也很明显，要想增加运算单元，必需以组为单位进行扩充，这样连带的前后端控制单元、功能单元和缓存都会成正比增加，晶体管消耗严重，所以在相同晶体管数量的情况下，N卡能做的流处理器就相对少很多。在流处理器数量相对少的情况下，处理4D指令时又会显得性能不足（因为要耗费四个流处理器去处理一个指令），所以N卡的流处理器频率都会比核心频率高出一倍以上，以弥补数量上的缺陷，但高频率带来的翻倍流水线又再次消耗了大量晶体管，最终结果就是功耗巨大，制造难度极高。
   总结，N卡架构执行效率（硬件资源利用率）极高，灵活性强，在实际应用中容易发挥峰值性能。但运算单元较难堆砌，理论运算能力也受到较大限制。低良品率和功耗问题也一直如影随形。

   A卡方面，也是采用通用的1D流处理器做为执行单元，每5个流处理器为一组，每组一次最大可接收一条5D指令（而N卡接收的是1D指令），在前端上就把所有指令打包成一个个5D指令发下去（而N卡是拆分成一个个1D发下去），当接到5D指令后，下面的5个流处理器就可以并行执行，属于指令级并行架构，又被称为5D架构，这样的设计可以实现高指令吞吐。同时控制单元与运算单元可做到分离，流处理器的增加不会牵动其它单元，晶体管消耗较少，所以A卡的流处理器数量一般都能做到N卡的4-5倍，芯片面积反而较小，理论运算能力也远强于N卡，功耗也相对要低一些。
   但是，A卡架构的缺点也很明显，虽然理论计算性能强大，但较少的控制单元限制了其指令调度效率，下面流处理器越多，前端压力就越大。一旦碰到混合指令或条件指令的时候，前端就很难实现完整的5D打包，往往变成3D、2D、1D的发下去了，造成每组流处理器只有3、2甚至1个在工作，几乎一半的单元浪费掉了，再加上每个5D包里面可能存在最糟糕的组合（比如有先后关系的指令被包到了一起），常常导致部分指令被踢出去再走一次打包运算的流程。程序要想针对这种架构优化，必需减少混合、条件指令的出现（需要耗费程序员的大量精力），或杜绝（这是不可能的）。所以在软件优化度上A卡也是处于劣势的，常常无法发挥应有性能。
   总结，A卡架构优势在于可以方便的扩充运算单元，实现强大的理论运算能力，晶体管消耗较少，功耗容易控制。但流处理器扩充得越多，效率就越低下，对于复杂多变的任务种类适应性不强，如果没有软件上的支持，常常无法发挥应有性能。所以A卡除了需要游戏厂商的支持外，自己也要常常发布针对某款游戏优化的驱动补丁（造成A卡发布半年后，还可通过驱动提升性能的现象）。

小节：两家在DX10架构上走上了完全相反的设计路线，而且都走得很极端。NV选择的线程级并行路线在实际应用中表现出了良好的性能，但这类架构的弊端就是庞大的晶体管规模和制造难度，功耗也很难控制。而AMD对指令级并行架构的信心来自于DX9时代的辉煌，毕竟3D游戏中的4D指令还是占了较大比例，其庞大的运算单元有着很大发挥空间，但指令调度限制较大，效率低下的问日趋严重。如果两家都没有解决自身缺点的办法，那么终有一天会撞到南墙（果然，在DX11后就同时撞上了）

   在物理加速技术方面，全球主流的是Havok技术，目前为INTEL所有，平台支持度高，各领域巨头（包括AMD）也都默认对其支持，可以说是最通用的技术，在游戏支持度上占了60%以上市场份额。但该技术偏重CPU处理（少部分可由A卡协处理），性能比较有限，可展现的效果规模较小。
   而物理技术的另一股新势力就是AGEIA公司的PhysX技术，硬件上以独立的加速卡形式存在，性能专一且强劲，能够展现更复杂的物理效果，但该技术并不开放，需要购买加速卡才能实现，限制了其支持度。自08年NV收购AGEIA公司后，PhysX技术就变成N卡专属，在DX10以后的N卡中都集成了PhysX物理引擎，但封闭的策略还是没变，要想实现PhysX物理效果，用户必需拥有一块DX10以上级别的N卡，这对于游戏厂商来说是比较冒险的，如果“性能足够”的N卡硬件用户量不足，那么软件厂商就亏大了，加上这类只能由特定硬件实现的技术很难用在多人对战游戏上（因为游戏中所有玩家互动结果和视觉障碍都要绝对一至），所以采用PhysX技术的游戏数量至今也没占到主流，很多厂商宁可对N卡优化，也不支持PhysX技术。不过NV通过强势的营销策略，甚至有些时候是“非常规”的营销，为人所知，市场前景也是被看好的。
   总结：在物理加速技术上NV属于剑走偏锋型，企图利用封闭的技术搞垄断排挤（与索尼的储存卡（记忆棒）有点相似），但要排挤主流的INTEL、AMD阵营是极其困难的，毕竟在硬件占有率上INTEL、AMD的CPU就占了97%以上市场，即使是显卡市场也是INTEL占了大头，这种垄断地位极难攀越。结局是否和索尼一样我们不得而知。目前来看，支持PhysX技术的游戏只相当于Havok的三成左右，数量不占优势，而很多初学者把支持物理加速技术和游戏优化的概念搞混了，以为针对N卡优化的游戏就采用PhysX技术，其实这两者没有什么关系，针对N卡优化的游戏虽然较多，但采用PhysX物理技术的游戏是比较少的。这方面两家算是不分胜负，不过在选购上N卡又多了个筹码。


   高清解码方面，自蓝光战胜HD-DVD后，市场上高清片源开始增多，但高清影片播放时的解码任务对当时的双核CPU来说是非常吃力的，中端以下CPU全线投降，这时候NV和AMD适时的在DX10架构中加入了高清解码功能，分担几乎所有的CPU工作，让低端CPU也能流畅的播放高清电影。当时高清格式主要有三种，奇怪的是N卡只支持一种格式的完全解码，这就导致N卡玩家在播放别的格式高清影片时CPU还是非常吃力，甚至卡顿；而A卡则支持了双格式解码（剩下一种格式运算量不大，CPU能搞定），这样A卡用户即使在入门级的CPU下也可以流畅播放高清了，CPU还有大量余力干别的事。从此A卡适合看电影的说法就流传下来了。不过N卡到了DX11架构后也支持了双格式解码，解码能力终于可以向AMD看齐，不过这时候CPU已经发展了三四代，入门级CPU都可以应付高清播放，显卡的解码能力已经没那么亮眼了。

   图像画质方面，两家理论上并没有区别，因为处理的都是数字信号，只要信号源相同，那么运算结果也都是相同的。最终输出的效果很大程度取决于模拟信号的转换和显示设备的差异（甚至一条数据线都能左右画面的效果），数模转换效果取决于显卡制造商及显示器制造商的用料和设计，同一款核心的显卡，可能因为模块用料的不同而不同，显示器也一样，即使同一款型号，也可能会有电气性能上的差别。而在核心的源头上，由于显卡的本职工作是真实还原色彩，而不是改变色彩，所以两家的设计结果只能是一至的。专业人员更多的是选择专业显示器和专业显卡，这才是保证效果方法。
   而在游戏“画质”方面，这里的画质指的是特效的效果，比如光影、抗锯齿、贴图、动态模糊、模拟曝光、异性过滤等等，这些都是依靠相应单元运算得出，两家绝大部分效果都可做到一至，但有些单元设计不同，部分效果也就有些差别了，最明显的是抗锯齿和纹理效果，有些时候可以看到两家显卡在同级的特效下会有些细微的差别，比如降底特效的时候，一家可能还能看到些绿草皮，而另一家可能就剩光秃秃的黄土地了。这种差别可能会让部分玩家误认为是“画质”的差别，其实是与真正的画质（图像品质）无关的。有时候更新一下驱动版本，差别可能就没有了。绝大部分时候，两家都很难看出这些差别，初学者其实无需太在意这些。

   在抗锯齿性能方面，通用的是MSAA抗锯齿技术，N卡凭着高效能在前两代一直占着优势，到了第三代，AMD的HD4000系列就把抗锯齿运算从流处理器改到了光删单元，从而大副提升了抗锯齿性能，超越了N卡。到了第五代后，N卡的GF500系列也改到了光删单元，从此两家各有胜负。此外两家也在研发自己的抗锯齿技术，以求游戏厂商能额外采用，NV的CSAA技术画面效果不错，支持度较大（虽然很耗资源），而AMD的CFAA技术则效果不佳（虽然效率很高），前期没有支持度，直到HD6000系列以后CFAA效果才得到改善。（不过为了公平对比，多数媒体在测试时只使用游戏默认支持的MSAA技术，所以两家自己的技术不会影响成绩）

   多屏输出方面，是AMD的强项，后期A卡可以做到单卡六屏输出，双卡则支持到恐怖的12屏。加上架构和显存的特性，即使在多屏高分辨率下，性能衰减也比对手要小，是多屏发烧友及多屏游戏玩家的最爱

   3D视觉技术方面,前期是N卡占优势，后期是A卡占优，由于A卡3D视觉技术是免费开放的，得到了大量软硬件厂商（眼镜套装、显示器以及游戏）的支持，选择性较高。就技术本身而言，两家原理相同，区别不大。

   通用计算方面，虽然通用计算概念是由ATI在X1900XT时代首个提出来的，但ATI一直都不够重视，加上后期A卡DX10架构的软件开发难的问题，导致支持的软件数量少，一直没有起色（虽然其运算性能是无敌的）。而N卡则从GF200系列开始，高度重视通用计算，以打通游戏以外的应用路线，通过架构的针对性设计，以及推出方便的开发套件，让程序员无需学习图形API也能开发出适用的软件，并且支持C++语言，使支持者越来越多。从中国超级计算机天河一号早期采用A卡核心做为计算单元，后期改用N卡核心就可见一斑。
   专业图形领域，两家都有相应的专业卡系列，N卡占了大部分专业卡市场份额，导致A卡可选产品较少。但在性能上很难分胜负，两家都有各种等级定位的产品。不过在游戏卡上，A卡曾暴出可以通过特定的驱动配合特定的型号，使几百元的游戏卡瞬间变成几千元的专业卡案例，当时在专业圈里可是大事件，各种改版驱动的求下载也一度火热，不过之后新版本驱动填补了漏洞及显卡的换代，这事也就不了了之了。但A卡适合做图的说法就传了下来，其实在不破解的情况下，两家游戏卡在专业图形上都没有什么性能可言，其性能高低之分在专业卡眼里连零头都不如，所以在游戏卡上谈专业图形，本身没有太大意义。

   在驱动程序方面
   A卡在ATI时代驱动程序一直受人诟病，ATI常常在驱动没有充分测试的情况下抢先推出新硬件，然后再慢慢完善驱动程序，初期常出现各种兼容性问题，造成A卡发布半年后性能与兼容性才能通过驱动程序恢复正常的现象。而当时的NV却是过于严谨和保守（至今也是这样），虽然驱动完善度很高，但严重拖慢了新品推出的脚步，所谓有利必有弊。
   自07年AMD收购ATI后，A卡的驱动程序才终于恢复正常，让人放心了，不过之前ATI搞坏的驱动口碑还需要时间慢慢解决。虽然AMD解决了驱动问题，但新问题又出现了：A卡架构优化难。AMD只能在新游戏发布后慢慢推出针对性优化的驱动，这样A卡通过驱动“提升”性能的现象还是没变，导致首发评测时A卡的成绩常常低于预期，随着时间的推移，排名才发生改变。而N卡在这方面就好了很多，没有毛病可挑。
   在双芯卡与多卡互联交火的驱动上，A卡与N卡倒是反了过来，A卡驱动在交火兼容性上完成度非常高，而N卡则常常出现问题，多卡互联的兼容性问题比较严重（多卡丢桢现象也比A卡要多），甚至影响到了双芯卡的发挥，至今也没有得到改善。只能希望未来两家都能取长补短了。

近年情况：
   当NV和AMD两种统一渲染架构发展到第四代后（N卡是GF400，A卡是HD5000），极限终于来临，架构的弊端暴走了。N卡为了提升性能，流处理器扩充到512个，GTX480晶体管达到空前规模，功耗发热量已经控制不了，变成史上首个需要屏蔽部分单元（只剩下480个）才能保证良品率的首发高端；而A卡也好不到哪去，HD5870已经把运算单元撑到极限（1600个），计算效率比例降至低谷，无法再扩充。偏偏这时候芯片代工厂台积电却放鸽子取消了32纳米的计划，延后转跳28纳米，在新工艺还没出世的时候，两家的下一代型号只能继续吃40纳米（已经吃了三代了）。
   新工艺的优势就是高晶体管密度，可以在芯片面积和功耗不变的情况下扩充单元规模，提升性能推出下一代产品，而现在还用老工艺，计算单元是没法再扩充了，该如何推出更高性能的第五代呢，NV和AMD都绞尽脑汁。
   NV的办法就是优化电路设计，使40纳米应用更加成熟，终于开启了GTX480被屏蔽掉的一组SM（32个流处理器），推出相当于GTX480的成熟版和完整版：GTX580。虽然确实提升了一档性能，但这种吃老本的“提升”是治标不治本的，于是GTX560Ti及以下的型号都用了“新”的设计（SM包含的流处理器撑到了48个，用更少的分组管理更多的流处理器），相当于缩减了缓存和控制单元，牺牲通用运算性能和部分效率，从而换取晶体管消耗和功耗的大幅降低，市场反应良好。也就是说，这一代的N卡从旗舰以下的型号都是缩减通用计算性能的“新架构”只有GTX570以上还是延用老架构，新旧核心贯穿整代。从这里已经初现NV改革的方向。

以上是逻辑架构图，不代表实际物理比例（图片来自中关村）

   而AMD由于本身工艺就很纯熟，在制造工艺上没有改进的空间，也在架构上做文章：前端处理器变成了两个，相当于增加了控制单元，缩减了运算单元。HD6870以1120个流处理器就胜过了1440个流处理器的HD5850，更接近了1600个流处理器的HD5870，证明这种改进是成功的。不过HD6800系列定位低于上代HD5800系列有点让人奇怪，接下来推出的HD6900系列才让人恍然大悟，原来高端型号的数字提了一个台阶。HD6900系列除了具备双前端处理器，还史无前例的把原先5个流处理器一组改成4个一组（不能再叫5D架构了），降低了前端压力又提升了单元利用率。这样双重改进确实能有效提升效率，连次旗舰的HD6950（1408个流处理）都要强于上代旗舰HD5870（1600个），旗舰HD6970更是接近对手GTX570，稍强于对手GTX480。这一代的A卡从高端HD6800以上都采用了“新架构”，中端以下还是延用老架构（与N卡正好相反）。从这里也看出了AMD改革的方向。

以上是逻辑架构图，不代表实际物理比例

   这一代两家都进行了妥协，不再固执的走极端，虽然相对上一代性能提升不多（以前换代都是近翻倍的性能提升），但NV尝到了适当放弃效率和通用计算带来的好处，而AMD也尝到了提升效率的好处，两家开始向对方靠拢了。从某种意义上来说，这都是台积电逼出来的。

（各代核心面积对比）

   最新进展：
   2012年，第六代来了，台积电的28纳米也可以用了，通过第四代的撞南墙和第五代的变通，两家第六代会有什么更大的变化呢。
   先说AMD的最新GCN架构（HD7000系列），多达两千流处理器之巨，但最明显的改变是果然大幅增加了控制单元和缓存的比例，宏观上采用类似N卡的线程级并行，底层上还是采用指令级并行，使晶体管数量达到空前规模（已经有点N卡的味道）。结果表现令人惊喜，效率大幅提升，运算性能更强，通用计算性能也大幅超越以前，彻底改掉了通用计算的老毛病。
   不到半年，N卡的最新开谱勒架构（GF600系列）也横空出世，更是戏剧化，果然大幅减少了控制单元，缓存也缩减了，再大幅提升流处理器数量，这样效率虽然比以前降低了，但计算性能却是N卡空前最高的（这有点向A卡靠拢的意味，唯一不同的是NV还是线程级并行）。从实际表现来看，GF600相比HD7000有更强的性能，更低的功耗和更小的芯片面积，算是真正做到了最强。不过价格也不太亲民就是了。
   综合来看，两家戏剧性的向对方靠拢，让人不禁遐想世界大同的未来。一直以来A卡都给人小芯片、低功耗的印象，现在角色换过来了，变成N卡小芯片低功耗了。虽然两者在向对方靠拢，但线程级和指令级并行两种架构的界限还是有的，造成了新架构中A卡首次在技术层面上落败，不知道一直扮演着弱者角色的AMD会在未来做出什么样的反击，这很让人期待。

（各代核心面积对比）

结语

   总的来说，A卡和N卡在游戏中的表现是各有优劣，在多数游戏测试中都是互有胜负，可以说是平分秋色。而“N卡玩游戏好，A卡看电影好”这种中国式谬论我们还是少听少说为好，否则会极大的限制你技术水平的长进。
   N卡和A卡虽然架构有别，但为了与各类软硬件兼容，都是遵循一定的标准进行设计，所以在性能的实现上都是一样的。而单机游戏厂商每一款大作的推出，都是里程碑式的宣传效应，单机游戏厂商的支持倾向也成为了两家必争之地，所以我们常常会在单机游戏大作中轮番看到两家品牌标志。而这个现象则导致了相当数量的初学者进入了一个误区：谁家支持的游戏多，谁的显卡就好。其实事实并没有这么简单，每个卖游戏的厂商眼中永远只有玩家数量，不会傻到为了某一家而放弃另一家，所以即使宣称专为某家显卡优化的游戏，也会给另一家显卡留下相当程度的后路，所以在多数游戏测试中即使两家显卡互有胜负，其差距也不大。
   而网络游戏方面，玩家数量就是游戏商的生命，巴不得老爷机的玩家都能玩自己的游戏，所以除了对硬件要求较低以外，对两家显卡的支持更不会有什么区别。

                                                         神皮顽
                                                         2012书

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N卡与A卡的区别2012完整版（续集）
   在《N卡与A卡的区别（2012完整版）》一文（以下简称《前文》）发布后，网友们留言提出了若干疑问，非常有代表性，下面对这些疑问进行归纳总结，并用最通俗的方式进行解答，以求0级玩家也能看懂，算是后续篇。建议初次看到的玩家先看《前文》再看本篇，因为有些概念本篇将直接引用《前文》而不再复述，可能会造成初次观看的初学者误读。

OpenCL篇：

      《前文》中有坛友提出OpenCL的内容没有，其实已经讲到了，只不过用了“中文”代替而已，可能感觉没有技术文的那种“神秘范儿”吧，毕竟前文的宗旨是把神秘拉下神坛，而不是故作神秘。
      要说OpenCL，就不得不提API，什么是API？程序要想实现某种功能，就要调用系统中的某个函数，而一大堆函数的集合体，人们就称之为API了（中文简称为“程序编程接口”），API提供什么功能，那么依此开发的软件就能展现什么功能。硬件如果兼容某坨API，那么就能兼容依这坨API开发的程序。也就是说，当一坨API被某个领域广泛采用的时候，也就成为了该领域的软硬件发展的技术标准，它的升级也会带动软硬件随之升级（虽然它本体只是一坨函数包）。
      在图形领域有两坨主要的API被广泛采用，一坨是DirectX，另一坨就是OpenCL了。
      DirectX是微软开发，集成在自家Windows系统中，由于Windows系统的普及性，DirectX就自然而然的成为多媒体（包括游戏）开发的主流API。XP系统集成的DirectX9.0c版本（简称DX9）至今还是主流游戏开发API。XP之后的Vista系统集成了DX10，再之后的Win7系统集成了DX11，目前的Win8系统集成了DX11.1。每一代DX都加入了更先进的仿真技术，使游戏开发者能调用更先进的功能做出画面更逼真的游戏，但同时也对显卡功能、性能有了更高要求。比如微软在DX10上已经不再区分像素和顶点单元，而是定义了通用的运算单元来统一负责，这时候显卡要想兼容这坨DX10，就必需取消像素、顶点单元，设计出统一运算功能的单元来，从而导致当年N卡A卡大换代，管线换成流处理器，开启了DX10时代。
   （小提示：系统中集成的DX函数并不是完整的，如果碰到一些调用了冷门函数的游戏，那就需要用户下载安装完整DX包才能正常运行了）。

      而图形领域的另一坨主流API，就是大有来头的OpenCL了，由苹果首创，一堆大佬来开发，其开放性成就了众多领域通用的地位，虽然也有用在游戏领域，但更多的是用于专业图形领域及通用计算中，所有专业的2D、3D图像设计软件都对其支持，所以专业图形显卡都必需支持庞大的完整的OpenCL功能。Windows系统虽然没有集成OpenCL这坨死对头，但显卡厂商都在驱动程序中集成了OpenCL包，只要安装了完整版的显卡驱动程序，OpenCL就有了。不过常见的游戏显卡只支持少部分OpenCL功能，驱动程序也只集成了部分OpenCL函数，而不支持的部分只能由CPU进行运算，效率极低，所以在专业图形领域中，再顶级的游戏卡也远弱于入门级专业卡，稳定性也远远不及。相对的，专业卡虽然完美支持OpenCL，却对DirectX极度轻视，几千元的专业卡在游戏上也只相当于几百元游戏卡的性能，兼容性也较差。所以做设计的同学们要注意了，是游戏重要还是工作重要，自己来衡量吧，所谓术业有专攻，这是没办法的。至于两家的专业卡的对比，多年来两家都拼得忽高忽低，但NV占优的时间较长，市场占有率上NV专业卡是占了大头的。就产品本身而言，其实两家都非常专业而优秀，完全能满足各级专业人员的需求，没什么可挑的（套句俗话：专业大师级都不挑，你这水平挑什么？）。

      在通用计算方面，由于DirectX的通用计算功能实在羸弱，主流的通用计算还是基于OpenCL的。N卡自DX10以后就开始了通用计算之路，并且走得大刀阔斧，架构中的缓存、双精度浮点单元也是为通用计算而设计（对游戏却没有太多帮助），最关键的是支持了C++语言，推出基于OpenCL的CUDA开发套件，使更多开发者投入到N卡阵营中来。而AMD虽然早在X1900XT性能过剩时代就提出了显卡通用计算的概念，但之后却没有太多发力，架构设计也没有考虑到通用计算的支持，导致周边支持较少，这种情况直到HD7000系列以后才有所改观。
      加强通用计算的支持就意味着显卡不止用于图形渲染，还能代替CPU用在其它通用的领域上，看上去有点“不务正业”是吧，但正是由于显卡核心的恐怖计算能力和N、A两家的推动，显卡正慢慢侵占着CPU的领地。NV就是凭着通用计算的能力在科研、医疗、大型计算等领域占了一席之地，一台超级计算机几千上万颗计算芯片里，可能就有几千颗N卡的核心。AMD悔恨之后终于“改过自新”，在HD7000上重新设计了架构，不惜大费晶体管增强通用计算能力。当然，AMD与NV的策略有些区别，AMD由于同时是CPU领域的巨头之一，在自家显卡的通用计算上更多的是倾向于与CPU的极致协作，倡导GPGPU的概念，与只有显卡业务的NV压力是不同的。
      对普通玩家来说，显卡通用计算目前只有视频转码、网页加速（IE9支持，IE8、7、6免谈）、文件压缩、解密、图形设计、少部分游戏特效等用途，还没有到非用不可的程度，也就很难理解两家巨头的决策方向了。
      也就是说，在《前文》中已经通过专业图形及通用计算两块内容简述了OpenCL，只不过为了减少过多连带解释搞花了初学者的眼睛，也就隐去了这些鸟语。

最新进展及对比篇：
      有坛友提出《前文》老架构说得多而新架构说得少，确实如此，因为DX10架构（2006年问世）是现有架构的开端和基础，两家长达5年的换代都是在此基础上改进而来，本质上没有变化，连DX11架构都是如此，而网络上几乎所有的流言和对两家的印象也都从DX9、DX10时期而来，所以有必要把重点放在DX10上。对于最新的DX11.1，如果坛友觉得《前文》还没说得过瘾，那么下面再通俗的介绍一下。
      为了便于理解，我们简单引入DX10以后几代发展的历程，也算同时回答了有些坛友指出的“对比较少”的问题：

      NV在DX10换代之际开了个好头，果断彻底的抛弃单指令多数据流架构（以下简称SIMD），转投效率更高的多指令多数据流架构（以下简称MIMD），以8800GTX抢先进入DX10时代。而AMD则开了个最烂的头，不但让NV独占DX10市场长达大半年之久，晚了大半年推出的DX10产品（HD2900XT）竟还弱于对手，这让A卡的人气和市场瞬间跌到谷底，跟一年前A卡的DX9辉煌相比有如天壤之别。AMD采用的是改进后的SIMD架构体系，虽然SIMD本质上非常适合图形渲染，但AMD又跳票又弱的烂开场让人们开始怀疑SIMD的性能。在众多分析中，比较合理的说法是A卡在DX10换代时期不幸处在了AA收购调整期，研发与决策受到严重影响。但不管事实如何，这个烂头已成定局。

      到第二代后,NV更新了工艺推出GF9000系列，架构与上代不变，连流处理器都没有增加（还是128个），只凭着新工艺提升了一些频率，市场还是很好，看来AMD的弱势让NV非常没有压力。而AMD的HD3000终于赶上了对手第二代的发布时间，开始走小芯片路线，特点是面积小功耗低，方便推出“多核”型号，策略是以单芯占领中高端，再以双芯占领高端（老玩家有没有很眼熟？是的，小芯片单双芯策略并不是AMD独创，而是DX9末期NV为了抗衡ATI单芯的强势而首创的绝招），这一代明显体现了AMD的工艺掌控能力，晶体管密度大幅提升，芯片面积变得非常小。不过这一代A卡架构上也没有改变（还是320个流处理器），同样也只提升了一些频率，所以还是落后于对手。NV轻松之余唯一的紧张感只不过是被突然袭来的双芯HD3870X2逼出了个9800GX2而已。

      到了第三代，NV突然暴长计算单元，GTX280达到了240个流处理器，单元做了不少改进，继续稳占最强宝座，同时开始大推自家CUDA通用计算技术，已经透露出侵食CPU领地的野心。不过GTX280的晶体管规模也几乎是上代的两倍，其中相当数量是用在了加强通用计算上，芯片面积和功耗巨大。而这一代的A卡开始了反击，流处理器暴长了两倍多（800个），并且各模块都做了优化改进，芯片面积还是很小，HD4870以不到GTX280一半的芯片面积就实现了80%的性能，证明SIMD其实并没有问题，问题在于设计上，AMD开始缓过劲了。结果小芯片优势尽显，不出所料，双芯HD4870X2横空出世，占了近半年的卡皇宝座，NV最后只能降频降宽的推出双芯GTX295才勉强把HD4870X2赶下来。这一代A卡人气和市场猛增。

      第四代，NV过于严谨稳健的策略开始显露弊端，AMD已经走入第四代了NV的第三代GF200系列都还没发布完全，中端GTS250更是只能延用上一代的G92核心来顶替；而AMD趁机从反击的姿态转为进攻，运算单元再次翻倍，HD5870以1600个流处理器猛然占领卡皇地位，是首款支持DX11、也是史上首款以单芯卡身份超越上代顶级双芯卡（GTX295）的卡皇，令人意想不到的是HD5870卡皇还没坐热，双芯HD5970就紧接着炸出来了（这款具备3200个流处理器的卡皇将在之后占据长达一年半的最强地位），完全不留超越的余地。这一代的开场AMD打得确实漂亮，虽然市场占有率还是不如对手，但维稳回升的势头很明显。在AMD第四代几乎铺货完成后，NV的第四代才姗姗到来，核心高达512个流处理器，数量是前代的两倍有余，控制单元和缓存规模史无前例的庞大，明显专为通用计算性能而强化，不过由于规模超出了当时制造工艺水平的极限，只能屏蔽掉一组SM（带32个流处理）才能推出旗舰GTX480，尽管如此，GTX480凭着剩下的480个流处理器也已经可以把HD5870砍下马来，成为最强单芯显卡。但是NV这一代已经无法再做出双芯卡了，功耗发热量已经很难控制（甚至比对手的双芯卡还高），只能放弃最强宝座的争夺。
      《前文》说过，这一代两家架构都走到了极限，NV已经到了屏蔽单元发布不完整核心的地步，而AMD虽然表面看上去占了上风，但计算单元的堆砌已经到了极限，再堆下去不但性能提升有限，小芯片的优势也荡然无存。所以两家都在苦思出路。

      到了第五代，《前文》已经做了详细介绍，由于台积电放鸽子，两家只能继续延用40纳米工艺，被迫做了少量妥协。NV开始适当缩减通用计算性能，明显降低了晶体管消耗和功耗发热量，而AMD也适当缩减了计算单元增加了控制单元，效率明显提升。两家都在这一代向对方迈了一小步。

（各代旗舰核心面积对比）

      到了第六代（重点来了），AMD于2011年底抢先推出HD7000系列，这是首款采用28纳米工艺、PCI-E3.0接口、DX11.1技术的显卡，最大的亮点就是AMD设计了全新的GCN架构，放弃了使用多年的5D-4D(SIMD）架构。从官方介绍即可看出设计的思路，就是MIMD与SIMD的混合。下面看看AMD是如何实现的：
      宏观上，整个运算部分由32个MIMD的“大核心”组成（而当时最强单芯GTX580只相当于16个）；每个“大核心”其实又是由4个SIMD的“小核心”组成；而每个“小核心”的本体其实就是16个流处理器，整体形成了32X4X16=2048个流处理器的庞大规模。也就是说，在宏观指令调度上它实现了N卡的高效率和方便编程的特性，在底层上它又具备A卡的高指令吞吐和恐怖计算性能，可以说是史无前例的混合式设计。并且不再打包指令，也不像N卡那样拆分，而是原封不动的通吃，这也是4个“16D小核心”为一组的原因。加上所有单元共享768K二级缓存（和GTX580一样），每层“核心”又具备独享缓存，形成了庞大的多层缓存规模（以前的A卡是没有的），再配合增强的双精度浮点单元，使通用计算性能得到大幅增强并超越对手，至此再无死角。
      但是，这些改进必需依托庞大的晶体管数量支撑，并且要想实现MIMD的高效率，线程调度工作必需像N卡那样放到硬件上实行（之前的A卡偏重软件实行，虽然减少了晶体管消耗，但却对驱动依赖极高）这在晶体管消耗上也是相当“可观”的，最终HD7970达到了史无前例的43亿晶体管规模。好在这是基于28纳米下的挥霍，芯片面积反而比上代HD6970要小一些，功耗也没有夸张。需要注意的是，虽然HD7970游戏性能是当时单芯最强，但其架构的多数改进都是针对通用计算而去的，这些设计极耗晶体管又对游戏性能没有太大帮助，说明AMD终于也醒悟了，和NV一样坚定通用计算就是显卡未来的发展方向。HD7970在当时被媒体冠以最球最快的GPU，人气高涨，N卡市场份额险些被A卡超越。

（上图可看出A卡近代变化明显，从HD6000的双前端4D到HD7000的MIMD+SIMD混合）

      NV方面，终于半年内也推出了万众期待的第六代核心GTX680（GK104），28纳米，依旧采用MIMD架构，并且依旧是GPC、SM多层多组管理体系，明显不同的是，GTX680每组SM包含的流处理器撑到了192个！（之前GTX580每组SM只管32个，即使是“新架构”的GTX560TI也只撑到48个），SM管辖的流处理器越多，那么在相同流处理器数量下需要的SM分组就越少，连带的控制单元、缓存也就少得多，可有效的减少晶体管消耗和功耗，但是相应的，由于SM管理的流处理器暴增，控制单元压力也随之暴长，指令调度效率会受到很大影响（这就是GF600的384个流处理器只相当于GF500的128个性能的原因），因此GTX680每组SM的控制单元都做了优化改进，数量也是翻了两倍以上，以约3倍的效率提升来应付6倍的流处理器提升，总算把SM效率控制在了一个“应该合理”的范围内。不过，GTX680和GTX560TI一样做到了8组SM，总数就是8X192=1536个流处理器，运算能力翻了几倍，流处理器也终于可以取消翻倍频率的设计，明显降低了功耗和部分晶体管消耗，核心频率也终于突破了1Ghz大关。另外，显存控制器也做了“增强和缩减”，增强的是对高频显存的支持，缩减的是控制器的数量（4个64bit控制器组成了仅256bit的位宽规格），更少的显存控制器可以减少晶体管和功耗的开销（A卡一直是这么做的），加上指令调度的部分工作放到了软件端，虽然对驱动和编程有了更高依赖，但却可以明显减少晶体管消耗，功耗也再次得到控制（有点A卡的味道）。最终，GTX680晶体管控制在了35.4亿，芯片面积终于比A卡小了，功耗也更低，性能却强于对手HD7970，成为真正意义上的最强。
      至于GTX680的缺点，由于没有更强的参照物做为对比，无法得出结论，就像当初每一代的最强核心发布，我们都认为它是“完美”的，但之后被更强的核心超越时，我们才知道原来还可以这样改进，原来它的缺点是这个等等等等。所以要等这个结论，可能是明年了。我们唯一知道的是，GTX680架构的设计是基于第4代GTX460及第5代GTX560TI的尝试性设计而得出，效率与计算的比例目前看来还是“完美”的，但今后肯定会有更合理的比例来超越它，我们拭目以待。

（N卡近代的架构体系没有明显改变，重点在SM管理的流处理器数量上做文章，从32个到48个再到目前的192个，以及随之强化的SM控制单元）

   关于GTX680的命名，其实还是有点意思的，本来GK104并不是定位在旗舰的核心，从之前的GF104（GTX460）和GF114（GTX560TI）可以看出，同属4字辈的GK104也应该是相同的定位，型号也应该是GTX660TI之类的更合理，现在却命名为GTX680，看来原因只有一个：对手的旗舰HD7970性能没有达到预期。就像当初AMD也碰到了此类问题，HD6800系列本来是要命名为主流HD6700系列的，谁知道性能超过预期，接近了上代最高端HD5870，为了避免造成真空带，最后只能“升级”为HD6800，把高端改为HD6900了。GK104的出现，说明NV其实还有真正的高端没有放出，代号应该为GK100之类完全追求高性能、极致通用计算性能、功耗也较高的旗舰核心，看来只能在AMD放出HD8000以后才能看到了（在官方没有发布确切消息之前，以上只能是猜测，初学者不用当真）。

   在GTX680发布三个月后，AMD发布了高频版的HD7970GHZ，核心/显存频率接近GTX680达到1000/6000MHZ，在相同频率下性能稍强于GTX680，说明架构还是可圈可点的，不过功耗却高了几十W，效能比明显不足，GTX680完全也可以提升频率来赶超，而且提升空间还要大一些，所以HD7970GHZ版的意义不在于超越，而在于抗衡。

两家的第六代其它功能特性：
   之前A卡多屏输出的优势项目还是继续保持，不但支持六屏输出，还突破了三路音视频独立的屏障，并且支持了不同尺寸分辨率屏幕的弹性组建，技术更上一层楼；而N卡终于做到3屏输出和3屏3D视觉输出，超越了自己，但相比对手还明显不足。

   在自家抗锯齿技术上，NV推出了最新的TXAA技术，虽然还没有游戏支持，但其效果和效率的比值很高，发展前景很大，A卡在这方面虽然也在发展，但相比之下还有所欠缺。

在高清解码上，两家都提升了解码引擎，功能更强，效率更高，但还是那句话，目前的入门级CPU都可以轻松搞定高清了，软解码画质还更好，显卡的硬解码功能已经没那么亮眼了

DX11性能方面，两家从第4代就开始支持DX11（A卡是HD5000，N卡是GF400）
   虽然A卡支持了完整的DX11功能特性，但由于只有一个多形体引擎，导致对DX11其中一个特性（曲面细分）性能不足，这样在碰到采用过多曲面细分技术的DX11游戏时，性能就会受到严重影响，虽然众多DX11游戏中“曲面细分”效果比重大的几乎没有，但将来大量采用还是有可能的，所以A卡的这个弱项一开始就受人诟病。于是到HD6800系列后，A卡的双前端处理器也同时带来了两个多形体引擎，曲面细分性能可达到上代的两倍，但相比对手还是较弱。到了HD7000系列后，多形体引擎还是没有增加，不过却做了优化改进，效率翻倍，达到之前四倍以上的性能，尽管如此，还是稍弱于对手。看来目前的游戏让AMD不太重视这个项目。
   NV方面，从GF400开始就在每组SM中集成了多形体引擎，GTX580凭着16组SM就具备了16个多形体引擎（虽然单个引擎功能与A卡不能比较，但16个并行的效率还是非常可观的），所以N卡这方面一直占有优势。不过有一点是需要注意的，N卡越往低端，SM就越少，连带的多形体引擎也就越少，而A卡则几乎是整个系列前端都一样，除了HD6800系列以上有两个多形体引擎外，其它都没有差别，所以越往下，两家的曲面细分性能差距就越小，到最后反而是A卡占优了。
   当然，DX11游戏数量本来就不多，大量采用曲面细分效果的更是极少，而且无一例外的都是显卡杀手，中低端显卡基本是全灭的，造成了两个现象：
1。大多数玩家无法体验到曲面细分效果带来的影响，也无法感受到显卡这项性能的差别
2。多数曲面细分性能的测试都是N卡占优（因为这些游戏只有高端顶级显卡能应付，而在高端上N卡的曲面细分是强于A卡的）

所以，目前游戏环境对这方面影响不明显，当未来普及曲面细分后，两家显卡也肯定会做出相应的改进。

至此《N卡与A卡的区别》篇已经完结，下一次对比可能要在5年之后了，到时会以现在的28纳米架构为开端，再看看5年之战的精彩。

结语：
   N卡与A卡的大讨论“自古”就有，未来也不会结束，我们提倡更大的讨论，同时也提倡讨论的内容走向更理性和正确的方向。
   喜欢某个品牌其实无可厚非，但为了支撑这个“喜欢”而去找各种支撑的理由和传播不科学的言论，就不应该了。就像某些喜欢苹果的用户，找了一堆“质量好、研发成本高”等无知的理由来支持这个高价，不但让自己喜欢的品牌掉价，还暴露出自己“喜欢”的肤浅。我们不禁要吐槽：你至少要了解自己喜欢的东西才讲话吧！
   喜欢是不需要理由的，你若喜欢一个东西，一句“我喜欢”就可以了，不需要找一堆莫需有的理由来证明它的好，你唯一要做的就是真正了解它的优点和缺点，并勇敢的直视别的品牌的优点，
   你还记得吗，那个最初让你选择这个品牌的原因，尽管可能是某个“高手”的推荐，尽管今天你已经明白那些推荐的理由是多么无知和愚蠢，但是你放弃了吗，你还需要那些理由来支撑吗？

   如果有人问我支持N卡还是A卡，我只会给他讲一句废话：“两个我都支持”，“为什么呢？”，硬要找一个理由的话，那只能是：“因为这两个站在全球图形领域最顶峰的品牌，都是出自华人之手。”

                                                                                                                     神皮顽
                                                                                                                     2012书