繪圖卡教戰手則

房東：龍破天
發表時間：2007-04-28

繪圖卡教戰手則

雖然個人電腦已被研發超過20年，但值得讓我們注意的是，這個負責將2D或3D特效顯示在螢幕上的有力幫手－繪圖加速器，卻是到1990年代中期才被研發出來。

為了能在各種機型上運作，繪圖裝置通常被設計成可以插入主機板擴充槽裡的附加卡，而雖然繪圖裝置的解決方案成本低，但為了日後能運用於2D繪圖軟體、或顯示圖像於Windows作業系統及其他文書程式上，因此繪圖卡通常與其他核心零件一起被安裝於主機板上。現在的繪圖卡已能執行複雜的工作內容，有時候量甚至多到以「月」為單位來計算。除此之外，我們將主要的相關軟體硬體設備分為高解析度多媒體介面（HDMI）、ROP像素管線（Raster Operations）、頻寬、像素著色單元（pixel shaders），或其他相關的硬體設備。假如你對繪圖卡介面一無所知，或你其實已經有好一段時間沒有碰電腦的話，你很容易會對這些設備感到不知所措，因此，若你的確對我們上述所說的感到疑惑，或你根本就是個新手，那麼不要懷疑，這份教戰手則就是為你量身打造的！

這份教戰守則將分成三個部分來做說明：

一、繪圖卡的基本零件之輸出端子：
幾乎每一個擴充卡的一端都可連接至個人電腦的後端，因此你在電腦後面的金屬蓋上會發現許多連
結器。由於繪圖卡是安裝在電腦，因此你只能在電腦後端找到連結器，同時，繪圖卡是與顯示器傳
輸線連結在一起的，而許多繪圖卡都有兩個或兩個以上的輸出端子假如你想在同一時間使用一個以
上的顯示器也不成問題。顯示器的介面分成很多種，你可以選擇要以數位或類比的方式來
顯示你欣賞的影像。

電腦是一種可以處理二進位制的數位器，因此，從繪圖卡所傳送出來的影像自然而然會以數位化的
形式出現。現在的影像顯示器是由陰極射線管（cathode ray tube，CRTs）所製成的，它負責將影
像作一長串的排列，CRT顯示器在運作時，會利用電子槍在瞬間發射出三種不同的物質，這三種物質
會在同時放射出紅、綠、藍光。早期的影像輸出是以類比的方式來呈現圖像，後來則研發出數位類
比轉換器（DAC）將數位信號轉換成類比信號，並負責圖像、影像的輸出。隨著數位顯示器，如液晶
顯示器（LCD）的出現，人們對數位類比轉換器（DAC）的需求驟降，但它仍然可以與其他裝置一同
支援類比信號輸出。而輸出端子又區分如下：

（1）、VGA輸出端子（D-Sub）：類比顯示連結器有15個針腳，可以輕易地從藍色插槽來辨別它的
位置。由於VGA是由一定數量的水平和垂直像素所組合而成，因此如果我們從解析度的角度
來看，那麼VGA指的就是影像圖形陣列（Video Graphics Array）；假如我們從繪圖硬體設備
來說，VGA就是視頻圖形顯示器（Video Graphics Adapter）。它的連結器我們稱為D-Sub 15
輸出端子，連結器的功能在於負責傳送類比顯示訊號，訊號傳送的品質端賴於這項獨特的
產品，大部分昂貴的繪圖卡都能以高解晰度來傳送清晰的訊號，以達到最佳的影像顯示效果。
這項介面在數位DVI（數位視訊介面，Digital Visual Interface）出現前，它一直是最標準
、最常見的輸出裝置，D-Sub VGA輸出端子可供連接至最早期的CRT（顯示管）螢幕。雖然我
們一直建議使用者為了最佳的影像呈現，儘量不要使用D-Sub VGA輸出端子來傳送影像至數位
顯示器上，但它的確是可以連接至最新型的數位投影機或HDTV（高畫質電視，high-definit
ion-televisions）上。

（2）、DVI視頻輸出端子：DVI指的就是「數位視訊介面（Digital Video/Visual Interface）」。
DVI對繪圖卡和平面顯示器來說，是標準的數位輸出裝置（但並不包括廉價的機種）。所以假
如你所擁有的機型是在2004年以後生產的，它也許有安裝DVI視頻輸出端子，但大部分有安裝
DVI視頻輸出端子的繪圖卡都擁有一個轉換器，可以在使用者沒有DVI顯示器時，將DVI轉換成
VGA/D-Sub。現今幾乎所有先進的繪圖卡都強調它們擁有雙DVI視頻端子，以供使用者連接至
兩種不同的顯示器，或供日後擴增電腦週邊設備之用，但不論是D-Sub、DVI，或兩者兼具，
它們都可以支援雙顯示模式。最新的數位顯示器，如戴爾（Dell）和蘋果（Apple）的30”顯
示器都有雙連結繪圖輸出端子和傳輸線，來支援並顯示原解晰度高達2560×1600像素的影像。

（3）、影像輸出端子：
影像輸出端子 (Composite Video Jack)，它與美國無線公司（Radio Corporation of Ameri
ca，RCA）一樣為人所熟知。這是一個非常典型運用於電視和其他相關設備（如VCR）的視訊
輸出裝置，視訊訊號會透過單一同軸的端子來進行傳送，但如此一來所傳送的類比訊號的解
晰度會較低，因此，它通常只是被用在影像或電腦遊戲的呈現上。由於它的所傳送的訊號和
圖像品質不佳，所以它實在不適合用來讀取其他資料，事實上，它只適合用在具有標準畫質
的顯示器上。

（4）、 S-Video輸出端子（又稱為S-VHS輸出端子）：
S-Video輸出端子又稱為Super Video或super VHS輸出端子。S-Video輸出端子在電視製造
業中，是最標準的類比視訊器，它可把低解析度的訊號傳送到電視或單纜影像視訊器（si
ngle-cable composite）上，在訊號傳送的過程中，顏色會被分成基本色，以三種不同的頻
道進行傳送。透過S-Video輸出端子所傳送的訊號品質雖然比單纜影像視訊器所傳送的品質
要來得好，但它的解晰度仍然很低，而且不管透過S-VHS輸出端子所傳送的品質是否比單纜
影像視訊器要來的好，它終究還是比不上高品質的（Y、Pb，和Pr）色差端子（Component
Video）所傳送的品質。

（5）、色差端子：
由於色差端子的體積過大，以至於它無法安裝至繪圖卡上，因此通常都要藉由傳輸器來進行
傳輸，而傳輸器上同時也具有視訊端子和音訊端子。
這個輸出裝置擁有三個獨立的同軸端子，分別為Y、Pb和Pr，它們可以傳送獨立的顏色訊號至
高畫質電視（HDTV，high Hefinition television）上，這一類的輸出端子同樣也可以連結
至數位投影機上。雖然所傳送的訊號類型為類比，但它同樣可提VGA輸出端子一樣高品質、獨
立不受干擾，和高解晰度的訊號，也就是說，透過色差端子，我們可以傳送高解晰度的訊號。

（6）、HDMI
HDMI即「High High Definition Multimedia Interface（高畫質多媒體介面）」的縮寫。
HDMI是未來的新趨勢，它是唯一一個只需傳輸線，就能支援視訊跟音訊的輸出裝置，原本是
因應電視和電影所研發的設備，但由於它傳輸資訊的穩定性極高，因此電用者可以藉由HDMI
來檢視高解析和高畫質的影像。
HDMI連結器安裝在繪圖卡上的情形並不常見，但預期在未來會愈來愈普遍，目前想要在個人
電腦上欣賞高畫質影像，仍需要HDMI視訊卡和能顯示高畫質畫面的螢幕。

二、繪圖卡的基本零件之介面匯流排：
視訊卡連接至主機板的部分即為繪圖卡介面，透過插槽和介面，繪圖卡和電腦可以互換資訊，此外
，由於大部分的主機板僅擁有一繪圖卡插槽，因此你必須注意繪圖卡的規格是否符合主機板插槽的
規格。舉例來說，PCI Express繪圖卡就不能連接至AGP卡插槽上因為它們不僅就硬體設備上的規格
不和，所傳送的資料類型也不盡相同。
影響繪圖卡介面最重要的關鍵因素為頻寬（指的是在一定時間內通過介面所傳送的資訊量），理論
上來說，介面頻寬愈大，繪圖卡就運作的愈快，但實際上，介面的重要性並不如廠商所宣稱的那
麼高，區分如下：

（1）、ISA 介面匯流排：
ISA即為Industry Standard Architecture（工業標準結構）的縮寫。由於這是個人電腦卡最
早期的標準介面，因此這裡所提供的資料僅供參考，此外，由於擁有這種介面的繪圖卡早已被
淘汰，所以，其實你很難能再購買到附有ISA插槽的主機板。
ISA卡分為8位元和16位元兩種種類，然而只有後者可使用雙擷取卡。目前，為配合主機板所研
發的EISA（或稱為延伸工業標準架構，Extended Industry Standard Architecture），它擁
有較高的32位元頻寬和匯流控制器，但由於它們的價格昂貴，因此這種產品逐漸在市場中被
淘汰。

（2）、PCI 介面匯流排：
PCI指的就是PCI匯流排，它的傳輸頻寬為32-bit，工作量為32MHz，最高傳輸量為133MB/s，由
於PCI介面的傳輸量較高，因此早在1990年代它就取代了ISA或其他相關的週邊設備（如VL區域
匯流排，Vesa Local Bus），目前來說，PCI是標準的電腦附加卡，但自從市面上逐漸改用AGP
或PCI Express介面後，PCI就不再運用於繪圖卡上了。
然而，為了因應日後繪圖卡的擴充，很多電腦大廠會避免加裝AGP或PCI Express連接端子，對
使用者來說，唯一一個能提昇繪圖卡品質的方法就是使用具有PCI介面的視訊卡，但這類的產
品並不多，價格昂貴，品質也不佳。

（3）、PCI-X 介面匯流排：
PCI-X 就是指「擴充週邊零件連接介面」（Peripheral Component Interconnect–Extende
d），它64位元頻寬的介面可傳輸高達4，266 MB/s的資訊量，但傳輸量的多寡仍須視匯流排時
鐘的速率而定。PCI-X並不與PCI Express卡相衝突，它是第一個將傳輸速率升級，以助於提高
匯流排速率的裝置，但所提昇的傳輸量卻不能超出伺服器所規定的容載量，這種情形對個人電
腦或PCI-X繪圖卡來說並不常見。只要你的PCI-X卡的版本為PCI2.2或更新，你還是可以將PCI-
X卡連接至一般的PCI插槽上，但不包括具有PC Express插槽的主機板上。

（4）、AGP 介面匯流排：
AGP（Accelerated Graphics Port，圖形加速端口）是專為繪圖卡所研發的高頻寬介面，它的
規格以PCI 2.1版本為基準。與PCI不同的是，AGP是專屬單一裝置的分享匯流器，這讓AGP擁有
PCI所沒有的優勢，例如可直接讀寫的系統記憶體、解多工、簡化的組織／資料傳輸設計，和
提昇時脈速率。
經過三種版本的演進，AGP最新的版本為AGP 8x（傳輸量為2.1GB/s），這個最新版本的AGP傳
輸率比起最早期的AGP傳輸量為266MB/s（傳輸介面為32位元，工作頻率為66 MHz）要高出8倍
之多。然而由於新型的主機板一直不斷的被研發出來，PCI Express介面就逐漸取代AGP了，但
不論是AGP 8x或甚至是AGP 4x，都能為最新型的視訊卡提供足夠的頻寬，除此之外，不論是那
一廠牌的AGP 8x卡，都可連接至AGP 8x或AGP 4x的插槽上。

（5）、PCI Express 介面匯流排：
與ISA、PCI和AGP相比，PCI Express介面的不同處在於它是屬於串列介面系統，多虧這套系統
，它不須要太多的連結就可運作，此外，還有一點讓它與舊有的平行匯流排技術大相逕庭，那
就是即使有好幾組PCI卡在同一時間運作，PCI Express介面仍可以讓其他裝置在總頻寬速下順
暢運作。
PCI-Express介面可以讓單一（或單纜）連結器，在有限頻寬下的運作有加乘的效果，PCI Exp
ress x1插槽外型短小，但它的連結器卻可提供雙向（即上傳至電腦系統或下傳至裝置）250MB
/s的傳輸量，如PCI Express x16（16組連結）就可提供4GB/s的上傳頻寬和8GB/s的下傳頻寬
，至於其他次要的插槽（x8、x4、x1），就非供繪圖系統之用了。就硬體規格上來說，x16插槽
並不一定要與擁有16組連結的PCI Express介面進行連結，事實上，現在有很多主機板為了支
援雙繪圖卡的運作，即使傳輸速率僅有x8頻寬，它們也能順利的藉由雙PCI Express x16插槽
來擷取資料。
雖然大家樂見頻寬的升級，但產業界最關切的還是「電源消耗量」的問題。AGP 3.0標準介面
（AGP 8x）最大的功耗量僅有41.8W（電源壓為 3.3V、5V和12V；所提供的最大電流量為6A、2A
和1A；最大功耗量為41.8W），同時，為求運作不因電能不足而呆滯，我們可外接3.3V電源（
電流量為0.375A）來獲取額外的1.24W功耗量以進行支援。其實現在的視訊卡早就研發出附有雙
4針腳的電源插槽，如Nvidia GeForce 6800 Ultra在ATI Radeon X850XT PE視訊卡只有一個插
槽時，它就已推出雙插槽的視訊卡了。
藉由所附加的4針腳連結器，廠商可透過正確連結的連接器提供的6.5A電流量，或110.5W功耗
量來延長AGP卡的壽命（電源壓12V+5V或電源壓17V×電流量6.5A＝110.5W功率）。整體看來，P
CI Express介面的設計簡易，它能透過x16連結器傳送75W功耗量或外接75W6針腳連結器來達到
150W的總功耗量，除此之外，PCI Express介面也解決了日後人們對頻寬或功耗量需求增加的
問題。

三、繪圖卡的基本零件之冷卻裝置：
繪圖卡與150瓦特燈具所需要的電力相同，由於運作積體電路（integrated circuits）需要相當多的電力，因此內部電流所產生的
溫度也相對的提高，所以，假如這些溫度不能適時的被降低，那麼我們上述所提到的硬體設備就很可能遭受損害，而冷卻系
統就是在確保這些設備能穩定、適時的運轉，沒有冷卻器或散熱槽，繪圖處理器或記憶體會過熱，就會進而損害你的電腦或
造成當機，或甚至完全不能使用。
這些冷卻設備由導熱材質所製成，它們有些被視為被動元件，默默安靜地進行散熱的動作，有些則很難不發出噪音，如風扇。

四、繪圖卡的基本零件之散熱槽：
散熱槽通常被視為冷卻器的被動元件，但不論所安裝的區塊是導熱區，或是內部其他區塊，散熱槽都能發揮它的效能，進而
幫助其他裝置降低溫度。散熱槽通常與風扇一同被安裝至繪圖處理器或記憶體上，有時小型風扇甚至會直接安裝在繪圖卡溫
度最高的地方。

五、繪圖卡的基本零件之散熱管：
繪圖卡是個極度依賴散賴管進行散熱的裝置，目前由華碩所製成的Raden X 1600就擁有兩個散熱管，它們可將熱能傳送至位
於卡槽後方的大型散熱槽進行散熱。
散熱槽的表面積愈大，所進行之散熱效能就愈大（通常必須與風扇一起運作），但有時卻因空間的限制，大型散熱槽無法安
裝於需要散熱的裝置上；有時又因為裝置的體積太小，以至於體積大的散熱槽無法與這些裝置連結而進行散熱。因此，散熱
管就必須在這個時候將熱能從散熱處傳送至散熱槽中進行散熱。基本上，繪圖處理晶片就是由高熱能的傳導金屬所製成，散
熱管會直接連結至由金屬製成的晶片上，如此一來，熱能就能被輕鬆的傳導至另一端的散熱槽。
美國Los Alamos National Laboratory的George Grover研發出可以經由傳導和蒸發來進行散熱的冷卻系統，這項發明可以讓小型
裝置與大型散熱器連結，如此一來，大型散熱器就能為這些小型的硬體設備進行散熱。
市面上有許多處理器的冷卻裝置都附有散熱管，由此可知，許多散熱管已被研發成可靈活運用於繪圖冷卻系統中的設備了。

六、繪圖卡的基本零件之冷卻器（散熱槽+風扇）：
在繪圖卡中間的零件就是風扇，因它常被歸類為動件，因此它也被視為是主動元件。大部分的冷卻器只是由散熱槽跟風扇組
合而成，在散熱槽的表面上由風扇吹散熱能，由於繪圖處理器是視訊卡上溫度最高的部分，因此繪圖卡冷卻器通常可以運用
於繪圖處理器上，同時，市面上有許多零售的配件可供消費者進行更換或升級，其中最常見的就是VGA冷卻器。
但VGA冷卻器並不只侷限於運用在繪圖處理器上，一般來說，單一大型的散熱槽／冷卻器可以在同一時間幫助繪圖處理器和
記憶體進行散熱。可區分為單一插槽冷卻器及雙插槽冷卻器。

七、繪圖卡的基本零件之繪圖晶片：
繪圖處理器就相當於繪圖卡的心臟，就像CPU是電腦的頭腦一樣，因為繪圖處理器是安裝在冷卻器後，所以你不太能看到它。一般
來說，繪圖處理器是繪圖卡上體積最大、溫度最高的零件。
繪圖處理器是繪圖卡最重要的部分。繪圖處理器所擁有的硬體設備是整個電腦系統設備的縮影，如它擁有像素著色單元（pixel
Shaders）、頂點著色單元（vertex shaders）、管線和時脈速率零組件等。唯一一個值得我們注意的地方就是繪圖卡記憶體，它是個
必須與繪圖處理器攜手合作，來協助傳送高頻寬訊號（如3D）的裝置。

八、繪圖卡的基本零件之繪圖視訊記憶體：
繪圖記憶體通常被安裝在繪圖處理器旁，以便繪圖處理器能以最快的時間擷取資料，這對希望達到高介面時脈速率來說非常重要。
假如我們說繪圖處理器是繪圖卡的心臟，那麼記憶體就是繪圖卡的血液。一個好的繪圖處理器可以藉由傳輸量大和傳輸速度快的匯
流排，將貧乏、傳輸速度緩慢和不足的記憶量，轉換成最佳的訊號傳送出去。
記憶體晶片（通常晶片數為2～8個）會依序環繞的安裝在繪圖卡的繪圖處理器上（或安裝在繪圖處理器的側邊），它們的體積非
常小，形狀也大多以正方形或矩形為標準規格。
由於大多數的記憶體並無專用的散熱器，所以大多數的散熱器都被安裝在繪圖卡上，但假如有散熱器，或單插槽、雙插槽冷卻器可
以適用於繪圖卡或記憶體上時，它們通常都能同時降低兩者的溫度。
繪圖卡上的記憶體容量通常為128、256或512MB，DDR2和GDDR3這一類的記憶體也時常被使用。處理器可以擷取的記憶體容量
越大，使用者可儲存的繪圖資料（大部分是材質(texture)檔）當然也就愈多，這就代表這些資料並不一定要存進電腦的隨機存取記憶
體（RAM）裡，當然這樣也就不會造成電腦嚴重的當機。
然而，體積並不代表一切！低成本或其他主要的繪圖卡通常為了能成功的賣出去，廠商都會安裝上大型的記憶體，但很可能記憶體
的品質就被犧牲掉了。我們常可看到最新型的記憶卡擁有128或256位元的記憶體匯流排，但其他中下層級的記憶卡卻只擁有64位元
的匯流排；簡單的來說，如果現在有兩條匯流排在同一時間進行傳送，一條是128位元頻寬，一條是64位元頻寬，則128位元頻寬的
匯流排會傳送2倍64位元頻寬所傳送的資料。現在的電玩遊戲會將繪圖資料存放在顯示緩衝記憶體（frame buffers）裡，假如繪圖處理
器在擷取圖像時速度緩慢，整個遊戲的品質將會讓人大失所望。
假如你決定要將你記憶體或繪圖處理器速度升級的同時，卻不知該選擇具有那一種時脈速率、那一種大小的記憶體或那一種頻寬匯
流排的繪圖卡時，請記得選擇較小的記憶體，但匯流排頻寬較大的繪圖卡，相信我們，這是值得的！如何讓你自己體驗最佳的電玩
品質，訣竅就在細節裏！

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