Unidade de processamento de gráficos
1970sEdit
de Arcade sistema conselhos têm vindo a utilizar gráficos especializado circuitos desde a década de 1970. No início de jogo de vídeo do hardware, a RAM para buffers de quadro era caro, então chips de vídeo composto de um conjunto de dados como a apresentação estava sendo verificado no monitor.,
um circuito de troca de barris especializados foi usado para ajudar a CPU a animar os gráficos framebuffer para vários jogos de arcade da década de 1970 de Midway e Taito, como Gun Fight (1975), Sea Wolf (1976) e Space Invaders (1978). O Namco Galaxian arcade system em 1979 usou hardware gráfico especializado suportando cor RGB, sprites multi-coloridas e fundos tilemap. O hardware Galaxiano foi amplamente utilizado durante a era dourada dos jogos arcade, por empresas de jogos como Namco, Centuri, Gremlin, Irem, Konami, Midway, Nichibutsu, Sega e Taito.,
Atari ANTIC microprocessador em um Atari 130XE placa-mãe
No mercado doméstico, o Atari 2600 em 1977 usado um vídeo shifter chamado a Televisão Interface de Adaptador. O Atari 8-bit computers (1979) tinha ANTIC, um processador de vídeo que interpretava instruções descrevendo uma “lista de exibição”—a forma como as linhas de digitalização mapeiam para modos bitmapped específicos ou caractere e onde a memória é armazenada (então não precisava ser um buffer de quadro contíguo)., 6502 sub-rotinas de código de máquina poderiam ser acionadas em linhas de varredura, definindo um pouco em uma instrução de Lista de exibição. ANTIC também suportava deslocamento vertical e horizontal suave independente da CPU.
1980sEdit
NEC µPD7220A
O NEC µPD7220 foi a primeira implementação de um PC de exibição de gráficos de processador como um único Grande Escala de Integração (LSI) pastilha de circuito integrado, permitindo o desenho de baixo custo, de alto desempenho de vídeo, placas gráficas, tais como aqueles de Número Nove Tecnologia Visual., Tornou-se a GPU mais conhecida até meados da década de 1980. foi o primeiro processador gráfico VLSI totalmente integrado (integração em larga escala) metal-oxide-semiconductor (NMOS) para PCs, suportado até 1024×1024 resolução, e lançou as bases para o emergente mercado gráfico PC. Ele foi usado em uma série de placas gráficas, e foi licenciado para clones, como a Intel 82720, a primeira das unidades de processamento gráfico da Intel., The Williams Electronics arcade games Robotron 2084, Joust, Sinistar, and Bubbles, all released in 1982, contain custom blitter chips for operating on 16-color bitmaps.em 1984, Hitachi lançou ARTC HD63484, o primeiro grande processador gráfico CMOS para PC. O ARTC foi capaz de exibir até 4K de resolução quando no modo monocromático, e foi usado em uma série de placas gráficas e terminais PC durante o final da década de 1980. em 1985, o Commodore Amiga contou com um chip gráfico personalizado, com uma unidade blitter acelerando manipulação bitmap, desenho de linha e funções de preenchimento de área., Também está incluído um coprocessador com seu próprio conjunto de instruções simples, capaz de manipular registros de hardware gráfico em sincronia com o feixe de Vídeo (por exemplo, para interruptores de paleta per-scanline, multiplexação de sprite e windowing de hardware), ou dirigir o blitter. Em 1986, a Texas Instruments lançou o TMS34010, o primeiro processador gráfico totalmente programável. Ele poderia executar o código de propósito geral, mas tinha um conjunto de instruções orientadas para gráficos. Durante 1990-1992, este chip tornou-se a base da Texas Instruments Graphics Architecture (“TIGA”) placas aceleradoras do Windows.,
O adaptador de micro canais IBM 8514, com adição de memória.
em 1987, o sistema gráfico IBM 8514 foi lançado como uma das primeiras placas de vídeo para IBM PC compatíveis para implementar primitivas 2D de função fixa em hardware eletrônico. Sharp “s X68000, lançado em 1987, usou um chipset gráfico personalizado com uma paleta de cores 65.536 e suporte de hardware para sprites, rolagem e múltiplos playfields, eventualmente servindo como uma máquina de desenvolvimento para Capcom”s CP System arcade board., Mais tarde, a Fujitsu competiu com o FM Towns computer, lançado em 1989 com suporte para uma paleta completa de 16.777.7216 cores. Em 1988, as primeiras placas gráficas poligonais 3D foram introduzidas em arcades com o Namco System 21 e Taito Air System.
VGA seção sobre a placa-mãe no IBM PS/55
IBM”s proprietários Video Graphics Array (VGA) de exibição padrão foi introduzido em 1987, com uma resolução máxima de 640×480 pixels., Em novembro de 1988, a NEC Home Electronics anunciou a sua criação da Video Electronics Standards Association (VESA) para desenvolver e promover um Super VGA (SVGA) computer display standard como sucessor do VGA proprietário da IBM. O Super VGA activou as resoluções de visualização gráfica até 800×600 pixels, um aumento de 36%.
1990sEdit
Voodoo3 2000 placa AGP
Em 1991, S3 Graphics introduziu o S3 86C911, que seus criadores nomeado após o Porsche 911 como uma indicação de que o aumento de desempenho é prometido., O 86C911 gerou uma série de imitadores: em 1995, todos os principais fabricantes de chips gráficos PC adicionaram suporte de aceleração 2D aos seus chips. Nessa época, aceleradores Windows de função fixa tinham superado os caros co-processadores gráficos de uso geral no desempenho do Windows, e esses co-processadores desapareceram do mercado de PC.ao longo da década de 1990, a aceleração GUI 2D continuou a evoluir. À medida que as capacidades de fabricação melhoraram, o mesmo aconteceu com o nível de integração dos chips gráficos., Interfaces de programação de aplicativos adicionais (APIs) chegaram para uma variedade de Tarefas, como a biblioteca de gráficos WinG da Microsoft para o Windows 3.x, and their later DirectDraw interface for hardware acceleration of 2D games within Windows 95 and later.
no início e meados da década de 1990, gráficos 3D em tempo real estavam se tornando cada vez mais comuns em jogos de arcade, computador e console, o que levou a uma crescente demanda pública por gráficos 3D acelerados por hardware., Os primeiros exemplos de hardware gráfico 3D de mercado de massa podem ser encontrados em placas de arcade, como o Sega Model 1, Namco System 22, e Sega Model 2, e os consoles de videogame de quinta geração, como o Saturn, PlayStation e Nintendo 64. Arcade systems such as the SEGA Model 2 and Namco Magic Edge Hornet Simulator in 1993 were capable of hardware t&L (transform, clipping, and lighting) years before appearing in consumer graphics cards. Alguns sistemas usaram DSPs para acelerar transformações., A Fujitsu, que trabalhou no sistema arcade Sega Model 2, começou a trabalhar na integração do T&L em uma única solução LSI para uso em computadores domésticos em 1995; o Fujitsu Pinolite, o primeiro processador de geometria 3D para computadores pessoais, lançado em 1997. O primeiro hardware T&l GPU em consoles de jogos eletrônicos foi o Reality co-processador do Nintendo 64, lançado em 1996., Em 1997, a Mitsubishi lançou o 3Dpro / 2MP, uma GPU totalmente caracterizada, capaz de transformação e iluminação, para estações de trabalho e desktops Windows NT; a ATi utilizou-o para sua placa gráfica FireGL 4000, lançado em 1997.
O termo “GPU” foi cunhado pela Sony em referência à Sony GPU 32-bit (projetado por Toshiba) no console de videogame PlayStation, lançado em 1994.
no mundo do PC, as primeiras tentativas falhadas para chips gráficos 3D de baixo custo foram o S3 ViRGE, ATI Rage e Matrox Mystique. Estes chips eram essencialmente aceleradores 2D de geração anterior com características 3D aparafusadas., Muitos foram até pin-compatível com os chips de geração anterior para a facilidade de implementação e custo mínimo. Inicialmente, gráficos 3D de desempenho eram possíveis apenas com placas discretas dedicadas a acelerar funções 3D (e sem aceleração GUI 2D inteiramente), como o PowerVR e o Vodu 3dfx. No entanto, como a tecnologia de fabricação continuou a progredir, vídeo, aceleração GUI 2D e funcionalidade 3D foram todos integrados em um chip. Os chipsets Verite da rendição estavam entre os primeiros a fazer isso bem o suficiente para ser digno de nota., Em 1997, Rendition foi um passo mais longe, colaborando com Hercules e Fujitsu em um projeto” Thriller Conspiracy”que combinou um processador de geometria Fujitsu FXG-1 Pinolite com um núcleo de Vérité V2200 para criar uma placa gráfica com um total T&l motor anos antes da Nvidia ” s GeForce 256. Este cartão, concebido para reduzir a carga colocada sobre a CPU do sistema, nunca chegou ao mercado.,
OpenGL apareceu no início dos anos 90 como uma API de gráficos profissionais, mas originalmente sofreu de problemas de desempenho que permitiram que a API Glide para intervir e se tornar uma força dominante no PC no final dos anos 90. no entanto, essas questões foram rapidamente superadas e a API Glide caiu pelo caminho. Implementações de software do OpenGL foram comuns durante este tempo, embora a influência do OpenGL, eventualmente, levou a um amplo suporte de hardware. Ao longo do tempo, surgiu uma paridade entre os recursos oferecidos em hardware e aqueles oferecidos em OpenGL., O DirectX tornou-se popular entre os desenvolvedores de jogos do Windows durante o final dos anos 90. ao contrário do OpenGL, a Microsoft insistiu em fornecer suporte estrito de hardware um-para-um. A abordagem tornou o DirectX menos popular como uma API de gráficos autônomos inicialmente, uma vez que muitas GPUs forneceram suas próprias características específicas, que aplicações OpenGL existentes já foram capazes de se beneficiar, deixando o DirectX muitas vezes uma geração para trás. (See: Comparison of OpenGL and Direct3D.,)
ao longo do tempo, a Microsoft começou a trabalhar mais estreitamente com os desenvolvedores de hardware, e começou a direcionar os lançamentos do DirectX para coincidir com os do hardware gráfico de suporte. Direct3D 5.0 foi a primeira versão da API em expansão a ganhar adoção generalizada no mercado de jogos, e competiu diretamente com muitas bibliotecas gráficas mais específicas de hardware, muitas vezes proprietárias, enquanto OpenGL manteve um forte seguidores. Direct3D 7.,0 introduziu suporte para transformação e iluminação aceleradas por hardware (T&L) para Direct3D, enquanto OpenGL tinha esta capacidade já exposta desde o seu início. Placas de aceleradores 3D movidas além de ser apenas rasterizers simples para adicionar outro estágio de hardware significativo para o pipeline de renderização 3D. O Nvidia GeForce 256 (também conhecido como NV10) foi o primeiro cartão de nível de consumidor lançado no mercado com hardware acelerado t&L, enquanto cartões 3D profissionais já tinham essa capacidade., Transformação de Hardware e iluminação, ambas as características já existentes do OpenGL, veio para o nível de consumo hardware nos anos 90 e estabeleceu o precedente para mais tarde pixel shader e vertex shader unidades que eram muito mais flexíveis e programáveis.
2000 to 2010Edit
Nvidia was first to produce a chip capable of programmable shading; the GeForce 3 (code named NV20). Cada pixel poderia agora ser processado por um “programa” curto que poderia incluir texturas adicionais de imagem como Entradas, e cada vértice geométrico poderia igualmente ser processado por um programa curto antes de ser projetado na tela., Usado no console Xbox, ele competiu com o PlayStation 2, que usou uma unidade vetorial personalizada para o processamento de vértices acelerados de hardware; comumente referido a VU0/VU1. As primeiras encarnações dos motores de execução shader usados no Xbox não eram de propósito geral e não podiam executar um código de pixels arbitrário. Vértices e pixels foram processados por diferentes unidades que tinham seus próprios recursos com shaders de pixels com restrições muito mais apertadas (sendo que eles são executados em frequências muito mais altas do que com vértices)., Os motores de sombreamento de pixels eram mais parecidos com um bloco de funções altamente personalizável e não”executavam “um programa. Muitas dessas disparidades entre o sombreamento de vértices e pixels não foram abordadas até muito mais tarde com o modelo Shader unificado.
By October 2002, with the introduction of the ATI Radeon 9700 (also known as R300), the world”s first Direct3D 9.0 accelerator, pixel and vertex shaders could implement looping and lengthy floating point math, and were quickly becoming as flexible as CPUs, yet orders of magnitude faster for image-array operations., O sombreamento de pixels é muitas vezes usado para mapeamento de solavancos, que adiciona textura, para fazer um objeto parecer brilhante, maçante, áspero, ou mesmo redondo ou extrudido.
com a introdução da série NVIDIA GeForce 8, e, em seguida, a nova unidade genérica de processamento de fluxo GPUs tornou-se um dispositivo de computação mais generalizado., Hoje, GPUs paralelas começaram a fazer incursões computacionais contra a CPU, e um subcampo de pesquisa, apelidado de GPU Computing ou GPGPU para fins gerais de Computação na GPU, encontrou seu caminho em campos tão diversos como a aprendizagem de máquinas, exploração de petróleo, processamento de imagens científicas, álgebra linear, estatísticas, reconstrução 3D e até mesmo opções de ações determinação de preços. GPGPU na época era o precursor para o que agora é chamado de “shader compute” (e.g., CUDA, OpenCL, DirectCompute) e na verdade abusou do hardware em um grau ao tratar os dados passados a algoritmos como mapas de textura e executando algoritmos desenhando um triângulo ou quad com um pixel shader apropriado. Isto obviamente implica algumas despesas gerais, uma vez que unidades como o Conversor de digitalização estão envolvidas onde elas não são realmente necessárias (nem são manipulações triangulares mesmo uma preocupação—exceto para invocar o pixel shader). Ao longo dos anos, o consumo de energia das GPUs aumentou e para geri-lo, várias técnicas foram propostas.,
NVIDIA”s CUDA platform, first introduced in 2007, was the earliest widely adopted programming model for GPU computing. Mais recentemente, o OpenCL tornou-se amplamente suportado. OpenCL é um padrão aberto definido pelo Grupo Khronos que permite o desenvolvimento de código para ambas as GPUs e CPUs com ênfase na portabilidade. As soluções OpenCL são suportadas pela Intel, AMD, Nvidia e ARM, e de acordo com um relatório recente dos dados de Evan, OpenCL é a plataforma de desenvolvimento GPGPU mais amplamente utilizada por desenvolvedores tanto nos EUA quanto na Ásia Pacífico.,
2010 to presentEdit
In 2010, Nvidia began a partnership with Audi to power their cars ” dashboards. Estas GPUs Tegra estavam alimentando o painel de instrumentos dos carros, oferecendo maior funcionalidade para os sistemas de navegação e entretenimento dos carros. Avanços na tecnologia GPU em carros tem ajudado a empurrar a tecnologia de auto-condução. AMD ” s Radeon HD 6000 Series cards were released in 2010 and in 2011, AMD released their 6000M Series discrete GPUs to be used in mobile devices. A linha Kepler de placas gráficas pela Nvidia saiu em 2012 e foram usadas nas placas da série 600 e 700 da Nvidia., Uma característica desta nova microarquitetura GPU incluiu GPU boost, uma tecnologia que ajusta a velocidade do relógio de uma placa de vídeo para aumentá-la ou diminuí-la de acordo com a sua potência. A microarquitetura Kepler foi fabricada no processo 28 nm.
A PS4 e Xbox One foram lançados em 2013,ambos usam GPUs baseado na Radeon HD 7850 e 7790 da AMD. Nvidia ” s Kepler line of GPUs was followed by the Maxwell line, manufactured on the same process., 28 nm chips da Nvidia foram fabricados pela TSMC, A Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, que estava fabricando usando o processo de 28 nm na época. Em comparação com a tecnologia de 40 nm do passado, este novo processo de fabricação permitiu um aumento de 20 por cento no desempenho, enquanto a geração de menos energia. Os auscultadores de Realidade Virtual têm requisitos de sistema muito elevados. Os fabricantes de auscultadores VR recomendaram o GTX 970 e o R9 290X ou melhor no momento de seu lançamento. Pascal é a próxima geração de placas gráficas de consumo pela Nvidia lançada em 2016., A série GeForce 10 de placas estão sob esta geração de placas gráficas. Eles são feitos usando o processo de fabricação de 16 nm que melhora em relação às microarquiteturas anteriores. A Nvidia lançou um cartão não-consumidor sob a nova arquitetura Volta, O Titan V. mudanças do Titan XP, cartão de alta qualidade de Pascal, incluem um aumento no número de núcleos CUDA, a adição de núcleos tensores, e HBM2., Os núcleos tensores são núcleos especialmente concebidos para a aprendizagem profunda, enquanto a memória de alta largura de banda é in-die, empilhada, memória de baixo Clock que oferece um barramento de memória extremamente amplo que é útil para o propósito do Titan V”. Para enfatizar que o Titan V não é uma carta de jogo, A Nvidia removeu o sufixo GeForce GTX que adiciona aos cartões de jogo de consumo.
em 20 de agosto de 2018, A Nvidia lançou a GPUs da série RTX 20 que adiciona núcleos de rastreamento de raios à GPUs, melhorando o seu desempenho nos efeitos de iluminação. Polaris 11 e Polaris 10 GPUs da AMD são fabricados por um processo de 14 nanômetros., Seu lançamento resulta em um aumento substancial no desempenho por watt de cartões de vídeo AMD. AMD também lançou a série Vega GPUs para o mercado high end como um concorrente para as placas high end Pascal da Nvidia, também com HBM2 como o Titan V.
em 2019, AMD lançou o sucessor para o seu núcleo gráfico seguinte (GCN) microarquitetura/conjunto de instruções. Chamada RDNA, a primeira linha de produtos com a primeira geração de RDNA foi a série Radeon RX 5000 de placas de vídeo, que mais tarde foi lançada em 7 de julho de 2019., Mais tarde, a empresa anunciou que o sucessor da microarquitetura RDNA seria uma atualização. Apelidado de RDNA 2, a nova microarquitetura foi supostamente programada para lançamento no Q4 2020.
AMD revelou a série Radeon RX 6000, sua próxima geração RDNA 2 placas gráficas com suporte para rastreamento de raios acelerado por hardware em um evento online em 28 de outubro de 2020. A formação inicialmente consiste no RX 6800, RX 6800 XT e RX 6900 XT. O RX 6800 e o 6800 XT foram lançados em 18 de novembro de 2020, com o RX 6900 XT sendo lançado em 8 de dezembro de 2020., As variantes Rx 6700 e RX 6700 XT, que é baseado no Navi 22 é esperado para lançar na primeira metade de 2021.
O PlayStation 5 e Xbox Series X e séries S foram lançados em 2020, ambos usam GPUs baseado na microarquitetura RDNA 2 com ajustes proprietários e diferentes configurações da GPU na implementação de cada sistema.
GPU companiesEdit
muitas empresas produziram GPUs sob uma série de marcas. Em 2009, a Intel, a Nvidia e a AMD/ATI foram os líderes de quotas de mercado, com 49,4%, 27,8% e 20,6%, respectivamente., No entanto, esses números incluem as soluções gráficas integradas da Intel como GPUs. Sem contar com isso, a Nvidia e a AMD controlam quase 100% do mercado a partir de 2018. As respectivas quotas de mercado são de 66% e 33%. Além disso, os gráficos S3 e Matrox produzem GPUs.Smartphones modernos também usam principalmente GPUs Adreno da Qualcomm, PowerVR GPUs da Imagination Technologies e Mali GPUs da ARM.