什么是顯卡？

顯卡（Video card，Graphics card）全稱(chēng)顯示接口卡，又稱(chēng)顯示適配器，是計(jì)算機(jī)最基本配置、最重要的配件之一。就像電腦聯(lián)網(wǎng)需要網(wǎng)卡，主機(jī)里的數(shù)據(jù)要顯示在屏幕上就需要顯卡。因此，顯卡是電腦進(jìn)行數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換的設(shè)備，承擔(dān)輸出顯示圖形的任務(wù)。具體來(lái)說(shuō)，顯卡接在電腦主板上，它將電腦的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)讓顯示器顯示出來(lái)。

原始的顯卡一般都是集成在主板上，只完成最基本的信號(hào)輸出工作，并不用來(lái)處理數(shù)據(jù)。隨著顯卡的迅速發(fā)展，就出現(xiàn)了GPU的概念，顯卡也分為獨(dú)立顯卡和集成顯卡（見(jiàn)附1）。

什么是GPU？

GPU這個(gè)概念是由Nvidia公司于1999年提出的。GPU是顯卡上的一塊芯片，就像CPU是主板上的一塊芯片。那么1999年之前顯卡上就沒(méi)有GPU嗎？當(dāng)然有，只不過(guò)那時(shí)候沒(méi)有人給它命名，也沒(méi)有引起人們足夠的重視，發(fā)展比較慢。

自Nvidia提出GPU這個(gè)概念后，GPU就進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，其經(jīng)過(guò)了以下幾個(gè)階段的發(fā)展：

1）僅用于圖形渲染，此功能是GPU的初衷，這一點(diǎn)從它的名字就可以看出：Graphic Processing Unit，圖形處理單元；

2）后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，GPU這么一個(gè)強(qiáng)大的器件只用于圖形處理太浪費(fèi)了，它應(yīng)該用來(lái)做更多的工作，例如浮點(diǎn)運(yùn)算。怎么做呢？直接把浮點(diǎn)運(yùn)算交給GPU是做不到的，因?yàn)樗荒苡糜趫D形處理（那個(gè)時(shí)候）。最容易想到的，是把浮點(diǎn)運(yùn)算做一些處理，包裝成圖形渲染任務(wù)，然后交給GPU來(lái)做。這就是GPGPU（General Purpose GPU）的概念。不過(guò)這樣做有一個(gè)缺點(diǎn)，就是你必須有一定的圖形學(xué)知識(shí)，否則你不知道如何包裝。

3）于是，為了讓不懂圖形學(xué)知識(shí)的人也能體驗(yàn)到GPU運(yùn)算的強(qiáng)大，Nvidia公司又提出了CUDA的概念。

什么是CUDA？

CUDA（Compute Unified Device Architecture），通用并行計(jì)算架構(gòu)，是一種運(yùn)算平臺(tái)。它包含CUDA指令集架構(gòu)以及GPU內(nèi)部的并行計(jì)算引擎。你只要使用一種類(lèi)似于C語(yǔ)言的CUDA C語(yǔ)言，就可以開(kāi)發(fā)CUDA程序，從而可以更加方便的利用GPU強(qiáng)大的計(jì)算能力，而不是像以前那樣先將計(jì)算任務(wù)包裝成圖形渲染任務(wù)，再交由GPU處理。

注意，并不是所有GPU都支持CUDA。

CPU和GPU的關(guān)系

在沒(méi)有GPU之前，基本上所有的任務(wù)都是交給CPU來(lái)做的。有GPU之后，二者就進(jìn)行了分工，CPU負(fù)責(zé)邏輯性強(qiáng)的事物處理和串行計(jì)算，GPU則專(zhuān)注于執(zhí)行高度線(xiàn)程化的并行處理任務(wù)（大規(guī)模計(jì)算任務(wù)）。為什么這么分工？這是由二者的硬件構(gòu)成決定的。

可以看出，CPU是“主（host）”而GPU是“從（device）”，GPU無(wú)論發(fā)展得多快，都只能是替CPU分擔(dān)工作，而不是取代CPU。

附1：獨(dú)立顯卡和集成顯卡的區(qū)別。

所謂集成，是指顯卡集成在主板上，不能隨意更換。而獨(dú)立顯卡是作為一個(gè)獨(dú)立的器件插在主板的AGP接口上的，可以隨時(shí)更換升級(jí)。

另外，集成顯卡使用物理內(nèi)存，而獨(dú)立顯卡有自己的顯存。一般而言，同期推出的獨(dú)立顯卡的性能和速度要比集成顯卡好、快。

值得一提的是，集成顯卡和獨(dú)立顯卡都是有GPU的。

附2：Nvidia顯卡分類(lèi)。

GeForce系列：家庭娛樂(lè)。打游戲必備；

Quadro系列：專(zhuān)業(yè)繪圖設(shè)計(jì)。視頻渲染，經(jīng)常使用3ds Max、Maya等軟件的必備。

Tesla系列：高端顯卡，用于大規(guī)模的并行計(jì)算。土豪必備。

另外，目前比較流行的物理引擎PhysX，并不是所有顯卡都支持。官方文檔上說(shuō)GeForce 8及之后的顯卡都支持。

結(jié)束語(yǔ)：

CUDA只是一種并行計(jì)算架構(gòu)，相關(guān)的概念還有OpenCL、OpenMP等。

編輯：jq