雖然GPU（Graphics Processing Unit）一詞是在1999年8月，Nvidia在發表GeForce 256顯示晶片時所一同提出，此詞創的用意是期望眾人能將顯示晶片與Intel力倡的CPU（Central Processing Unit）等量齊觀，而別再是PC系統內獨尊CPU，不過到了今日GPU一詞已成為普遍通行的稱法，甚至已比過去的「顯示晶片」、「繪圖晶片」等更常稱用。

此外，今日GPU的運用領域可說是愈來愈廣，除了資訊領域的個人電腦（包括主流桌上型電腦、低價電腦、筆記型電腦）、專業繪圖工作站、伺服器之外，在消費性電子的領域也頗多斬獲，例如STB視訊機頂盒、HDTV高清晰數位電視、Media Center媒體中心、Game Console電視遊樂器等也都需要GPU，此外熱門的手持裝置也一樣愈來愈倚重GPU，包括智慧型手機、PDA、GPS電子地圖與導航、PMP可攜式媒體播放器、掌上型電玩等，甚至股票機、電子字典等，這些也都需要GPU來強化繪圖效果。

由此可知，GPU的應用層面已愈來愈大，且規格與技術仍持續在強勁變革中，本文以下將針對最早發端的資訊領域，來瞭解近年來GPU的技術發展與演進。

《圖一　Nvidia的GeForce3 Ti200的繪圖處理器。》

主流桌上型電腦

近年來主流桌上型電腦所用的GPU有幾項新發展趨勢：

《圖二　繪圖卡上的運算系統》

其次是視訊記憶體（Frame Buffer），主流桌上系統一向採行獨立、特用的視訊記憶體，從最早的VRAM，到之後的SGRAM，以及更後續的GDDR2，及今日的GDDR3，其他短暫特用的也包括WRAM（Matrox的Millenium IS-STORM R2）、MDRAM（Tseng Labs的ET6000/ET6100）及RDRAM（Cirrus Logic的GD546x）等。

同時，視訊記憶體的容量、傳輸寬度、時脈等都在提升，容量從最初的2、4MB水準，一路倍增至今日256MB，寬度也從32bit、64bit、128bit，到今日的256bit。另一方面時脈也持續飆升，無論GPU處理核心、視訊記憶體匯流排、RAMDAC等皆是，核心已至430MHz、470MHz之高，視訊記憶體介面方面更是達525MHz、600MHz。

再者，自1999、2000年起，電腦監視（顯示）器逐漸從CRT轉換成LCD，如此在顯示驅動上也必須因應改變，例如Nvidia的Pure Video技術、ATI的AVIVO技術，皆是為此而設，此外也針對近年來開始盛行的串流媒體格式：MPEG-4、H.264等進行硬體式的最佳化清晰播放。

至於從1997年由Microsoft發起的TV Output功效，多年來並沒獲得太大迴響，且多半以獨立封裝晶片（或模組子卡）型態來提供，而非內建整合到GPU中，到了2003年Microsoft另行推展Media Center理念，將主流桌上PC再行包裝，具備TV Tuner、TV Output功效的GPU/顯示卡則轉往此領域發展，如此已屬CE消費性電子領域，在本次文章中暫且略提。

《圖三　3D繪圖卡設計》

低價桌上型電腦

低價桌上型電腦（Low Cost PC）是自1997年2月開始，Intel起初不以為意，但經過一年觀察後才正式承認低價市場的存在，並在1998年4月推出針對此領域的處理器：Celeron，不過1996～1998正是3D顯示卡起飛的數年，當時除積極提升3D效能外，尚無人顧及低價需求，一直到1999年由各晶片組業者提出整合型晶片組（Integrated Graphics Processor；IGP），才算正式對這塊市場有所回應。

IGP作法是將GPU與晶片組（主要是北橋晶片）進行整合，較高階的IGP仍具有自屬獨立的視訊記憶體，如Intel推行的動態視訊記憶體技術（Dynamic Video Memory Technology；DVMT），不過也有採行與系統主記憶體合一的更經濟作法，此種作法一般稱為一體性記憶體架構（Unified Memory Architecture；UMA），UMA最早是來自於工作站，為了讓工作站單價更低而提出的架構性精省構想。如Nvidia的TurboCache技術，以及ATI的HyperMemory技術，此種技術今日也經常用在訴求平價的筆記型電腦中。

IGP發展的初期，必須在製造階段就決定是否要設置獨立配置的視訊記憶體，出廠之後就無從再變更，此外用戶也只能使用IGP內建的GPU，無法再行擴充選擇，或只能選擇傳輸頻寬更有限的PCI，不過近年來這些限制都逐漸去除，不僅可以關閉內建的GPU功效而選擇外接方式的升級擴充，甚至也支援SLI、CrossFire等並列加速的組態，如此使得低價用GPU的規格及功效愈來愈與主流水準拉近。

《圖四　GPU散熱設計》

專業繪圖工作站

專業繪圖工作站對GPU的需求比PC更早，不過在1996年Windows工作站出現後，與原有市場中的UNIX工作站進行了數年的價格戰，直到1999年工作站市場萎縮，價格戰的結果迫使過去特有介面紛紛走入歷史，例如Apple從NuBus改用PCI/AGP，Sun也從UPA改用PCI/AGP，甚至是用64bit PCI與PCI-X。Sun方面仍有部分在使用舊的UPA介面，此外也有新的接替介面：Fireplane，以及更後續的J-Bus。

同樣也因為PC陣營的強勢成長，過去僅經營工作站市場的GPU業者也逐漸退縮，包括SGI將繪圖部門賣給Nvidia，Creative Labs買下3DLabs等。雖然如此，但工作站依然是眾領域中對視訊規格要求最高的，以頂級的專業繪圖卡而言，最高已可配屬達1GB的容量，由此可看出專業繪圖對資源的苛求性。

工作站用的GPU不僅各項表現都要達最高標，在功效設計上也有幾項與主流桌上PC不同，一是針對專業3D繪圖所需的API：OpenGL進行更佳的支援，雖然主流PC用的GPU也支援OpenGL，但支援性仍會低於娛樂3D繪圖所用的DirectX，主流PC用的GPU之所以會支援OpenGL，主要也在於部分3D遊戲有支援OpenGL，然遊戲軟體與遊戲GPU絕非對此專精訴求。

另一是多視訊輸出，許多專業工作者早已採行多螢幕的工作環境，如此可提升專業工作的效率，所以工作站的GPU通常還要搭配特屬的設計，使其能夠同時執行及處理多個畫面的輸出。

《圖五　比Intel Centrino更早實現CPU、GPU、North Bridge三種晶片整合成一體的，是Cyrix的MediaGX處理器，今日筆記型電腦用的GPU愈來愈講究整合精縮與省電性。》

筆記型電腦

筆記型電腦用的GPU首重省電性、次講究體積精縮性、再次才會考慮效能、價格等因素。為了省電，除了在半導體製程上提升外，GPU業者也額外設計了多種省電機制，例如ATI的Powerplay技術，能偵測筆記型電腦在進行簡報性的雙畫面同步輸出時，會主動將近端自有的顯示部分減少用電，因為簡報講者多以大投影畫面為主盯，僅會有幾次回神到自有的筆記型畫面中。

又如在一般操作或DVD-Video播放時，GPU也會自動將3D方面的功效電路加以關閉，以精省用電。類似的也有Nvidia的PowerMizer技術，這些都屬於動態因應、調適性的省電技術。

值得注意的是，由於筆記型電腦愈來愈普及，甚至有凌駕桌上型之勢，過往筆記型電腦用的GPU有了更多的發展路線，除了高價位採獨立GPU、獨立視訊記憶體外，平價的筆記型電腦則採行整合性的IGP，並盡可能精省記憶體而使用共享式的UMA，但除這兩者如今又有兩種，一種是講究更精縮與省電的Intel Centrino（迅馳），將CPU、GPU、Chipset（北橋）三合一設計，以求更整合的體積與更統合的電源管控。另一則是更強效的偏執發展，將過往僅在桌上才具備的強悍效能也轉移到筆記型，因此也開拓出「行動用工作站」的新頂級路線。

《圖六　蘋果電腦（Apple Computer）於2003年以後推出的Xserve伺服器，連GPU晶片都加以精省，足見伺服器、伺服應用機（也包含家用閘道器Home Gateay、常駐閘道器Residential Gateway）的領域相當不重視GPU。》

伺服器

最後是伺服器（也包含伺服應用機；Server Appliance），老實說這是最不需要GPU的一塊，過去許多伺服器皆直接配屬一張出貨前市場上最低階的顯示卡，如此即可交差，後來IGP興起後也多半直接使用內建的視訊功效。

更有甚者如Apple，Apple在2003年推出的第二代Xserve伺服器中直接棄捨GPU，任何近端的本機操作都是透過連線，直接讀取機內記憶體中的視訊內容，以此解決。此外許多Server Appliance也都採行類似方式，或提供Web介面以供簡易設定。

當然，也有業者試圖以更大的規模用量來爭取伺服器/伺服應用機的GPU市場，由於不重視繪圖效能與3D效果的嵌入式應用也相當多，包括POS（收銀機）、ATM（提款機、自動櫃員機）、KIOSK（服務亭/資訊亭）、Thin Client（精簡型電腦/瘦身型用戶端）等，GPU業者可用單一種GPU，並透過大量量產的單價均攤效益，讓上述各種嵌入應用獲得更低廉、合用的視訊功效功能，這也是另一種可行的出路。