GPU发展史（一）：从1976年说起
- 时间：1周前
- 作者：DIP开关
在个人电脑出现之前，图形处理器主要由更实用的2D架构主导，图形处理器以其芯片的字母数字命名和高昂的价格而闻名。3D游戏和PC虚拟化图形处理器的出现源于多种来源，包括街机、军事应用、机器人技术、太空模拟器和医学成像。
早期的3D消费图形处理器的竞争可以用“狂野西部”来形容，从硬件怎么来实现到使用不相同的渲染技术及其应用程序和数据接口，甚至夸张的命名。这些早期的图形处理器系统具有固定功能流水线（FFP）和遵循很严格的处理路径的体系结构。几乎和3D芯片制造商一样多的API。
3D图形处理器经过几代创新努力后将有些乏味的PC行业转变为一个充满光影和魔法的市场。本文将深入探究GPU的历史，从3D消费者图形处理器的早期发展到3Dfx对游戏市场变革性影响，世纪之交的行业整合以及当今的现代GPGPU。
第一个线D图形处理器起源于早期的显示控制器，被称为视频移位器和视频地址生成器，这些设备作为主处理器和显示器之间的通道。它们将传入的数据流转换为串行位图视频输出，包括亮度、色彩以及垂直和水平复合同步。这种同步对于保持显示生成中像素的对齐至关重要，确保每行连续的有序进展，并管理消隐间隔（结束一条扫描线和开始下一条之间的时间）。
在1970年代后几年，出现了一系列设计创新，为3D图形显卡奠定了重要基础，例如我们今天所知一个例子是美国无线电公司（简称RCA）在1976年推出的“Pixie”视频芯片（CDP1861），它能够输出62x128分辨率或不适用于RCA Studio II控制台的64x32的NTSC兼容视频信号。
在1978年，Motorola推出了MC6845视频地址生成器。这个设备为1981年IBM PC中使用的单色和彩色显示适配器（MDA/CDA）卡奠定了基础，也为Apple II提供了类似的功能。同年晚些时候，Motorola推出了MC6847视频显示生成器，并将其引入了包括Tandy TRS-80许多第一代个人计算机。
次年11月，LSI在Atari 400中推出了ANTIC（字母数字电视接口控制器）和CTIA/GTIA协处理器（彩色或图形卡电视接口适配器）。ANTIC使用直接内存访问（DMA）处理2D显示指令。
像当时的许多视频协处理器一样，它能够生成游戏场图形（如背景、标题屏幕和得分显示），而CTIA则负责生成色彩和可移动对象。Yamaha和德州仪器为早期的家用电脑制造商提供了类似的集成电路（IC）。
Intel的82720显卡芯片为1000美元的iSBX 275视频图形控制器多模式板奠定了基础。该板卡能够以256x256的分辨率显示八种色彩的数据，或者以512x512的单色显示。它的32KB显示内存使它能够绘制线条、弧线、圆圈、矩形和字符位图。该芯片还具有缩放、屏幕分割和滚动的功能。
在当时，工业和军事3D虚拟化技术相对先进。IBM、通用电气和MartinMarietta（后来在1992年收购了GE的航空部门）等公司，以及众多军事承包商、技术研究所和NASA，开展了各种用于军事和太空模拟的项目。
美国海军在1951年使用来自MITWhirlwind计算机的3D虚拟化技术开发了飞行模拟器。除了国防承包商外，还有一些公司在军事市场和专业显卡部门之间架起了桥梁。
Evans&Sutherland后来提供了专业显卡系列，如Freedom和REALimage，也为CT5飞行模拟器开发了显卡。这个价值2000万美元的软件包由DECPDP-11大型机提供动力。公司的联合发起人Ivan Sutherland在1961年创建了一个名为Sketchpad的计算机程序，该程序允许使用光笔在CRT上实时绘制几何图形，这是现代显卡用户界面（GUI）的鼻祖。
在个人计算的不那么深奥的领域，Chips and Technologies推出了82C43x系列的EGA（扩展显卡适配器）。这些显卡适配器为IBM的产品提供了急需的竞争力，在1985年左右的许多PC/AT克隆产品中常见。
这一年Commodore Amiga也安装了OCS芯片组。这个芯片组由三个主要组件芯片组成——Agnus、Denise和Paula——它们不依赖CPU，允许一些图形和音频处理独立于CPU。
次年，ATI发布了他们的首个产品：OEM彩色仿线连接器向TTL监视器输出单色绿色、琥珀色或白色磷光文本到黑色背景。该卡配备了至少16KB的内存，并在公司第一年的运营中为ATI带来了显著的销售业绩，销售额达到1000万加元，这在很大程度上要归功于每周向Commodore Computers供应约7000个芯片的合同。
随着彩色监视器的出现和各种竞争对手之间缺乏标准，导致了视频电子标准协会（VESA）的形成，ATI是该协会的创始成员之一，与NEC和其他六家显卡适配器制造商一起。
1989年，VGA Wonder/Wonder 16系列进行了更新，包括成本较低的VGA Edge 16（Wonder 1024系列）。新功能包括鼠标端口和对VESA特性连接器的支持，VESA特性连接器是一种类似缩短的数据总线插槽连接器的金手指连接器，用于通过软电缆连接到另一个视频控制器，绕过拥挤的数据总线。
Mach系列在那一年的5月推出，以Mach8的形式出现，它既可当作芯片销售，也可当作板卡销售，允许通过编程接口（API）卸载有限的2D绘图操作，如线绘制、色彩填充和位图组合（BitBLT）。
S3 911很快被同年晚些时候的924取代——绝大多数都是具有24位色彩支持的修订版911——并在次年通过928进行了进一步更新，增加了32位色彩支持，以及801和805加速器。801使用ISA接口，而805使用VLB（VESA本地总线D加速器的出现，市场上充斥着基于S3原始架构的2DGUI设计，特别是来自TsengLabs、CirrusLogic、Trident、IIT、ATI的Mach32和Matrox的MAGICRGB。
OpenGL是从SGI的专有API发展而来的，名为IRISGL（集成光栅成像系统图形库）。这是一项倡议，旨在将非图形功能从IRIS中分离出来，并使API能够在非SGI系统上运行，特别是随着竞争对手开始带着他们自己的专有API出现在地平线上。
与此同时，微软正在专注于一直增长的游戏市场，并计划推出自己的专有API。1995年2月，他们收购了Render Morphics，其Reality Lab API在开发者中越来越受欢迎，这成为了Direct3D的基础。
这种下降因以下事实而加剧：其中一些专有API与主板制造商绑定在一起，这些制造商面临着增加他们迅速扩大的功能列表的压力。这些增强包括更高的屏幕分辨率、更大的颜色深度（从16位发展到24位，然后是32位）以及图像质量改进，如抗锯齿。所有这些功能都要增加带宽、更大的图形效率和更快的产品研究开发周期。
然而，ATI却不断壮大。作为All-In-Wonder系列的先驱，ATI在11月底宣布了68890PC电视解码芯片，首次亮相于Video-It卡。该芯片能够以每秒15帧的320x240或每秒30帧的160x120捕获视频。它还具有实时压缩/解压缩功能，这要归功于板载的Inteli 750PD VCP（视频压缩处理器），并能通过数据总线与显卡通信，消除了对无线适配器、端口和软电缆的需求。Video-It的价格为399美元，而功能较少的Video-Basic型号则完善了产品线。
1995年发布的Mach 64取得了几个著名的首创，它是第一个可用于PC和Mac计算机的显卡适配器，这一点由Xclaim所证明，且与S3的Trio一起提供了全动态视频播放加速功能。
接下来的一个月，一家名为3DLabs的技术初创公司崭露头角，该公司诞生于杜邦的Pixel显卡部门从其母公司手中收购了子公司，以及可以有效的进行OpenGL渲染、片段处理和光栅化的GLINT 300SX处理器。
S3当时似乎无处不在。高端OEM市场由公司的Trio64芯片组主导，该芯片组将DAC、图形控制器和时钟合成器集成到一个单一的芯片中。它们还使用统一的帧缓冲区，并支持硬件视频覆盖（专用的显卡内存部分，根据应用程序的要求渲染视频）。Trio64及其32位内存总线可作为OEM单元和来自Diamond、ELSA、Sparkle、STB、Orchid、Hercules和NumberNine等供应商的独立卡提供。DiamondMultimedia的价格从169美元的ViRGE基础卡到569美元的4MBVRAM的Trio64+DiamondStealth64Video不等。
1995年的游戏GLINT300SX减少了2MB内存（1MB用于纹理和Z-buffer，1MB用于帧缓冲区），有一个选项能增加VRAM以增加Direct3D兼容性，比349美元的基础价格多出50美元。尽管它具备不错的能力，但该卡在已经饱和的市场中挣扎，但3DLabs已经在开发其Permedia系列的后继产品。
主流市场还看到了Trident的产品，Trident是一家长期的OEM供应商，提供基本的2D显卡适配器，最近又在其产品线芯片。这款芯片与Trio64有许多共同的功能，主板通常定价在170-200美元左右。它们在这样的价格范围内提供了可接受的3D性能，拥有非常良好的视频播放能力。
Nvidia在5月推出了他们的第一款显卡芯片NV1，它成为了第一个可以有效的进行3D渲染、视频加速和集成GUI加速的商业显卡处理器。
他们与ST Microelectronics合作，使用他们的500nm工艺生产芯片。ST Microelectronics还推广了他们版本的芯片，即STG2000。尽管它并不是一个巨大的成功，但它确实代表了Nvidia的第一次财务回报。不幸的是，对于Nvidia来说，就在第一批供应商主板（尤其是DiamondEdge3D）在9月开始出货时，微软最终发布并发布了DirectX1.0。
NV1的大多数游戏都是从世嘉土星移植过来的。一个带有集成土星端口的4MB NV1（每个扩展支架通过软电缆连接到卡上，每个支架有两个端口），在1995年9月的零售价约为450美元。
1995年11月，ATI宣布了他们的第一款3D加速器芯片，3DRage（也称为Mach64GT）。它在次年5月在洛杉矶举行的E3电子游戏会议上首次公开演示，并在一个月后上市。3DRage将Mach64的2D核心与3D能力相结合。
对DirectX规范的最新修订意味着3D Rage与许多使用该API的游戏存在兼容性问题——主要是缺乏深度缓冲。使用板载2MB EDO RAM帧缓冲区时，3D模态限制为640x480x16位或400x300x32位。在600x480上尝试32位颜色通常会导致屏幕上的颜色损坏，并且2D分辨率达到1280x1024的峰值。如果游戏性能中等，则全屏MPEG播放功能至少可以平衡功能集。
ATI重新设计了芯片，并在9月推出了RageII。它纠正了第一代芯片的D3DX问题，并增加了对MPEG2播放的支持。最初的卡仍然配备了2MB的内存，限制了性能并导致透视/几何变换问题。随着系列扩展到包括RageII+DVD和3DXpression+，内存容量选项增加到8MB。
以上内容这是我们GPU系列历史的第一篇文章。如果你喜欢GPU历史的文章，请关注公众号接下来的GPU系列文章，接下来我们将回顾3Dfx、Rendition、Matrox和一个年轻公司Nvidia的黄金时代。
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