顯卡（Video card，Graphics card）全稱顯示接口卡，又稱顯示適配器，是計(jì)算機(jī)最基本配置、最重要的配件之一。顯卡作為電腦主機(jī)里的一個(gè)重要組成部分，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)。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)，同時(shí)顯卡還是有圖像處理能力，可協(xié)助CPU工作，提高整體的運(yùn)行速度。對(duì)于從事專業(yè)圖形設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō)顯卡非常重要。 民用和軍用顯卡圖形芯片供應(yīng)商主要包括AMD（超微半導(dǎo)體）和Nvidia（英偉達(dá)）2家。

如果你喜歡用電腦玩游戲，那么對(duì) NVIDIA（英偉達(dá)）這個(gè)名字肯定不會(huì)陌生，NVIDIA 研發(fā)的旗艦級(jí)游戲顯卡，性能強(qiáng)大，發(fā)熱量驚人，有“核彈”之稱。隨著人工智能的興起，NVIDIA 的 CEO 黃仁勛（Jen-Hsun Huang）卻反復(fù)強(qiáng)調(diào)：顯卡公司NVIDIA 是一家人工智能公司！

2014 年，NVIDIA 的股價(jià)還在 25 美元附近徘徊，到了今天，NVIDIA 的股價(jià)卻已經(jīng)飆到了 96 美元，翻了近 4 倍！堪稱美國(guó)科技界的一只“妖股”。

靠游戲顯卡發(fā)家的 NVIDIA，怎么就成了“人工智能”界的領(lǐng)頭羊呢？

險(xiǎn)些夭折的NVIDIA

創(chuàng)建 NVIDIA 之前，黃仁勛曾經(jīng)是 AMD 公司的芯片設(shè)計(jì)師，那時(shí)候的他或許想不到，二十年后，自己創(chuàng)立的公司會(huì)成為老東家最強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

在 AMD 公司，黃仁勛打下了結(jié)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，之后他又跳槽到了芯片公司 LSI-Logic，在那里，黃仁勛完成了從技術(shù)崗到銷售崗的轉(zhuǎn)型。1993 年，三十而立的黃仁勛和兩位好友共同創(chuàng)建了 NVIDIA，主攻當(dāng)時(shí)仍處在萌芽階段的圖形芯片市場(chǎng)。

NVIDIA 做的第一件大事，就是花兩年時(shí)間研發(fā)了一款與市面上所有圖形芯片都不同的產(chǎn)品——NV1，其集成了顯卡、聲卡、手柄驅(qū)動(dòng)等多種功能，瞄準(zhǔn)的并不是 PC 市場(chǎng)，而是游戲主機(jī)。

可惜，NVIDIA 傾盡全力研發(fā)出來(lái)的第一款產(chǎn)品，卻始終沒(méi)有打進(jìn)主流游戲市場(chǎng)，NVIDIA 花光了投資，幾近破產(chǎn)。

在走投無(wú)路之際，游戲公司世嘉伸出了援手——當(dāng)時(shí)世嘉正在開(kāi)發(fā)新一代的主機(jī)“土星”，他們認(rèn)為 NVIDIA 芯片的高集成度能夠更好地在游戲機(jī)上發(fā)揮性能，因此投入了 700 萬(wàn)美金支持 NVIDIA 研發(fā)新一代的產(chǎn)品。

世嘉土星游戲主機(jī)

重新定義“顯卡”

雖然世嘉跟 NVIDIA 的合作最終沒(méi)有成功，研發(fā)中的 NV2 芯片也因此流產(chǎn)，但靠著這 700 萬(wàn)美金，黃仁勛終于摸到了市場(chǎng)的脈象——當(dāng)時(shí)微軟發(fā)布了 Direct X 接口，可市面上支持這一標(biāo)準(zhǔn)的圖像芯片卻寥寥無(wú)幾，所有的圖像芯片廠商都在忙著推廣自己的接口。

黃仁勛決定，放棄部分已有的專利，轉(zhuǎn)而全面支持微軟的 Direct X 接口。同時(shí)，NVIDIA 全面提升了開(kāi)發(fā)速度，每六個(gè)月就研發(fā)一款新產(chǎn)品。

轉(zhuǎn)型后的 NVIDIA 推出了 Riva 128 芯片，不僅性能足夠強(qiáng)大，而且造價(jià)也要比同類產(chǎn)品低廉不少，加上對(duì) Direct X 的良好支持，成為不少 ODM 廠商的首選。

NVIDIA Riva 128 圖形芯片

之后，找對(duì)產(chǎn)品思路的 NVIDIA 開(kāi)始奮起直追，于 1999 年推出了世界上首款 GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器）GeForce 256，與同時(shí)代的其他圖像芯片相比，GeForce 256 的創(chuàng)新之處在于，大大減少了對(duì) CPU 的依賴，強(qiáng)化了對(duì) 3D 圖像的渲染功能，性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩開(kāi)了同期的對(duì)手。

得益于 GeForce 256 的出色表現(xiàn)，NVIDIA 拿到了微軟 Xbox 游戲機(jī)的訂單，輾轉(zhuǎn)多年以后，NVIDIA 又回到了他們最初想攻占的游戲機(jī)市場(chǎng)。

浮夸的 GeForce 256 包裝，凸顯其強(qiáng)大的性能

從顯卡到人工智能

其實(shí)，黃仁勛一直都知道，NVIDIA 的 GPU 絕不只是為電子游戲服務(wù)的，但是讓他想不到的是，GPU 居然還能在“深度學(xué)習(xí)”領(lǐng)域大放異彩。

“深度學(xué)習(xí)”是人工智能的關(guān)鍵，從 20 世紀(jì) 60 年代至今，“深度學(xué)習(xí)”領(lǐng)域一直沒(méi)有巨大突破的原因在于：

需要足夠龐大的數(shù)據(jù)量

需要足夠廉價(jià)的計(jì)算能力

互聯(lián)網(wǎng)的普及讓數(shù)據(jù)前所未有地龐大，而且每個(gè)人都能輕易地接觸到大量的數(shù)據(jù)，可是這么多年過(guò)去了，計(jì)算機(jī)的算力依舊不夠強(qiáng)大。

2006 年，為了減少開(kāi)發(fā)者的負(fù)擔(dān)，NVIDIA 發(fā)布了一個(gè)名為 CUDA 的編程工具，開(kāi)發(fā)者們通過(guò)這套工具，可以輕松地讓 GPU 同時(shí)對(duì)畫面上的每一個(gè)像素進(jìn)行編程，讓他們完成一些簡(jiǎn)單的渲染工作——這樣一來(lái)，開(kāi)發(fā)者就無(wú)須不勝其煩地重復(fù)寫代碼了。

同樣，利用這一原理，深度學(xué)習(xí)的研究者們也可以利用 GPU 來(lái)完成大量低級(jí)計(jì)算，從而大大提升人工智能的計(jì)算能力。在世界范圍內(nèi)，大約有 3000 家人工智能公司通過(guò) NVIDIA 的芯片來(lái)滿足他們對(duì)人工智能的需求，其中不乏亞馬遜、谷歌、微軟等科技巨頭。

NVIDIA GPU 深度學(xué)習(xí)原理圖示

對(duì)于“深度學(xué)習(xí)”，黃仁勛是這樣理解的：

深度學(xué)習(xí)就像人腦一樣，你幾乎可以教會(huì)它任何東西，但它有個(gè)巨大的障礙：需要龐大的計(jì)算量，這跟我們的 GPU 的運(yùn)算模式幾乎是一致的。

盡管 NVIDIA 的主營(yíng)業(yè)務(wù)仍是顯卡，2017 財(cái)年第三季度，圖形芯片部門的營(yíng)收占其總營(yíng)收的 85%；但得益于人工智能領(lǐng)域的發(fā)展，NVIDIA 的汽車業(yè)務(wù)增長(zhǎng)迅速，同比增長(zhǎng) 60.8%，最新推出的車載電腦 DRIVE PX 2 更是被用到了特斯拉的電動(dòng)汽車當(dāng)中，發(fā)展前景十分可觀。

黃仁勛與特斯拉電動(dòng)汽車

人工智能帶著顯卡廠家一起裝逼一起飛了。那么我們來(lái)看看，顯卡的前世今生。

原來(lái)的顯卡是什么？

顯卡的工作非常復(fù)雜，但其原理和部件很容易理解。在本文中，我們先來(lái)了解顯卡的基本部件和它們的作用。此外，我們還將考察那些共同發(fā)揮作用以使顯卡能夠快速、高效工作的因素。

顯示卡（videocard）是系統(tǒng)必備的裝置，它負(fù)責(zé)將CPU送來(lái)的影像資料（data）處理成顯示器（monitor）可以了解的格式，再送到顯示屏（screen）上形成影像。它是我們從電腦獲取資訊最重要的管道。因此顯示卡及顯示器是電腦最重要的部份之一。我們?cè)诒O(jiān)視器上看到的圖像是由很多個(gè)小點(diǎn)組成的，這些小點(diǎn)稱為“像素”。在最常用的分辨率設(shè)置下，屏幕顯示一百多萬(wàn)個(gè)像素，電腦必須決定如何處理每個(gè)像素，以便生成圖像。為此，它需要一位“翻譯”，負(fù)責(zé)從CPU獲得二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人眼可以看到的圖像。除非電腦的主板內(nèi)置了圖形功能，否則這一轉(zhuǎn)換是在顯卡上進(jìn)行的。我們都知道，計(jì)算機(jī)是二進(jìn)制的，也就是0和1，但是總不見(jiàn)的直接在顯示器上輸出0和1，所以就有了顯卡，將這些0和1轉(zhuǎn)換成圖像顯示出來(lái)。

早期，顯卡計(jì)算能力不行，3D的數(shù)據(jù)處理不過(guò)來(lái)。古墓麗影中，勞拉的屁股是方的。

顯卡的主要部件是：主板連接設(shè)備、監(jiān)視器連接設(shè)備、處理器和內(nèi)存。不同顯卡的工作原理基本相同CPU與軟件應(yīng)用程序協(xié)同工作，以便將有關(guān)圖像的信息發(fā)送到顯卡。顯卡決定如何使用屏幕上的像素來(lái)生成圖像。之后，它通過(guò)線纜將這些信息發(fā)送到監(jiān)視器。

顯卡的演變自從IBM于1981年推出第一塊顯卡以來(lái)，顯卡已經(jīng)有了很大改進(jìn)。第一塊顯卡稱為單色顯示適配器（MDA），只能在黑色屏幕上顯示綠色或白色文本。而現(xiàn)在，新型顯卡的最低標(biāo)準(zhǔn)是視頻圖形陣列（VGA），它能顯示256種顏色。通過(guò)像量子擴(kuò)展圖矩陣（QuantumExtendedGraphicsArray，QXGA）這樣的高性能標(biāo)準(zhǔn)，顯卡可以在最高達(dá)2040x1536像素的分辨率下顯示數(shù)百萬(wàn)種顏色。

根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)生成圖像是一個(gè)很費(fèi)力的過(guò)程。為了生成三維圖像，顯卡首先要用直線創(chuàng)建一個(gè)線框。然后，它對(duì)圖像進(jìn)行光柵化處理（填充剩余的像素）。此外，顯卡還需添加明暗光線、紋理和顏色。對(duì)于快節(jié)奏的游戲，電腦每秒鐘必須執(zhí)行此過(guò)程約60次。如果沒(méi)有顯卡來(lái)執(zhí)行必要的計(jì)算，則電腦將無(wú)法承擔(dān)如此大的工作負(fù)荷。

顯卡工作的四個(gè)主要部件

顯卡在完成工作的時(shí)候主要靠四個(gè)部件協(xié)調(diào)來(lái)完成工作，主板連接設(shè)備，用于傳輸數(shù)據(jù)和供電，處理器用于決定如何處理屏幕上的每個(gè)像素，內(nèi)存用于存放有關(guān)每個(gè)像素的信息以及暫時(shí)存儲(chǔ)已完成的圖像，監(jiān)視器連接設(shè)備便于我們查看最終結(jié)果。