转大炮村的 N卡和A卡的区别2012完整版（一）。。。。。。。。。标题要长。。。。
本帖最后由 白夜之狐 于 2013-2-18 00:06 编辑N卡与A卡的区别（2012完整版）
N卡和A卡两家架构问题要深究就得写一本书了。下面就简单通俗的介绍一下，方便初学者理解。
在DX9以前的时代，两家的架构主要由像素单元、顶点单元、纹理单元、光栅单元组成，一个渲染流程的所有单元绑在一起组成一条渲染管线，管线越多，性能就越强。而3D游戏的画面以4D指令居多（像素有RGBA，顶点有XYZW），这些单元就被设计成了一次能处理4D指令的处理器，属于指令级并行架构，对于当时的游戏环境来说这种架构效率很高。但到了DX9后期甚至DX10时代，游戏中的1D、2D、3D指令开始频繁混合出现，像素与顶点的渲染比例也有了改变，原先的架构就变得效率低下了，比如一个单元一次能处理4D运算，当碰到1D运算时就只用到4/1的资源，剩下3/4的资源就闲置掉了，相当于效率降低了4倍。而有些游戏的像素渲染量明显多于顶点，那么这些数量比例固定的单元就效率低下了，比如像素单元吃力的时候，顶点可能比较空闲，非常浪费硬件资源。为了解决这个问题，NV和ATI就对各单元的数量比例进行了调整，但都治标不治本。这时候重新设计新的架构成为了必然。结果，从DX10时代起，两家的架构就起了翻天复地的变化。
当两家DX10产品面市后，人们惊奇的发现，竟然是两种不同的架构。
N卡的架构思路很简单，用强大的前端处理器把所有指令拆分成一个个1D指令，而下面所有运算单元都变成了1D单元（流处理器），这些流处理器都能当做像素和顶点单元来使用，这样不管碰到什么类型的指令都能“一拥而上”，完全解决了DX9时代固定单元的弊端。为了保证指令分派的高效率，这些流处理器都分成几大组管理，每一组都具备完整的前后端及缓存单元，每个流处理器都对应独立的控制单元，效率几乎达到100%的理想程度，是标准的线程级并行架构，也是追求高效率的理想架构。
N卡的架构看上去很完美，但缺点也很明显，要想增加运算单元，必需以组为单位进行扩充，这样连带的前后端控制单元、功能单元和缓存都会成正比增加，晶体管消耗严重，所以在相同晶体管数量的情况下，N卡能做的流处理器就相对少很多。在流处理器数量相对少的情况下，处理4D指令时又会显得性能不足（因为要耗费四个流处理器去处理一个指令），所以N卡的流处理器频率都会比核心频率高出一倍以上，以弥补数量上的缺陷，但高频率带来的翻倍流水线又再次消耗了大量晶体管，最终结果就是功耗巨大，制造难度极高。
总结，N卡架构执行效率（硬件资源利用率）极高，灵活性强，在实际应用中容易发挥峰值性能。但运算单元较难堆砌，理论运算能力也受到较大限制。低良品率和功耗问题也一直如影随形。
A卡方面，也是采用通用的1D流处理器做为执行单元，每5个流处理器为一组，每组一次最大可接收一条5D指令（而N卡接收的是1D指令），在前端上就把所有指令打包成一个个5D指令发下去（而N卡是拆分成一个个1D发下去），当接到5D指令后，下面的5个流处理器就可以并行执行，属于指令级并行架构，又被称为5D架构，这样的设计可以实现高指令吞吐。同时控制单元与运算单元可做到分离，流处理器的增加不会牵动其它单元，晶体管消耗较少，所以A卡的流处理器数量一般都能做到N卡的4-5倍，芯片面积反而较小，理论运算能力也远强于N卡，功耗也相对要低一些。
但是，A卡架构的缺点也很明显，虽然理论计算性能强大，但较少的控制单元限制了其指令调度效率，下面流处理器越多，前端压力就越大。一旦碰到混合指令或条件指令的时候，前端就很难实现完整的5D打包，往往变成3D、2D、1D的发下去了，造成每组流处理器只有3、2甚至1个在工作，几乎一半的单元浪费掉了，再加上每个5D包里面可能存在最糟糕的组合（比如有先后关系的指令被包到了一起），常常导致部分指令被踢出去再走一次打包运算的流程。程序要想针对这种架构优化，必需减少混合、条件指令的出现（需要耗费程序员的大量精力），或杜绝（这是不可能的）。所以在软件优化度上A卡也是处于劣势的，常常无法发挥应有性能。
总结，A卡架构优势在于可以方便的扩充运算单元，实现强大的理论运算能力，晶体管消耗较少，功耗容易控制。但流处理器扩充得越多，效率就越低下，对于复杂多变的任务种类适应性不强，如果没有软件上的支持，常常无法发挥应有性能。所以A卡除了需要游戏厂商的支持外，自己也要常常发布针对某款游戏优化的驱动补丁（造成A卡发布半年后，还可通过驱动提升性能的现象）。
小节：两家在DX10架构上走上了完全相反的设计路线，而且都走得很极端。NV选择的线程级并行路线在实际应用中表现出了良好的性能，但这类架构的弊端就是庞大的晶体管规模和制造难度，功耗也很难控制。而AMD对指令级并行架构的信心来自于DX9时代的辉煌，毕竟3D游戏中的4D指令还是占了较大比例，其庞大的运算单元有着很大发挥空间，但指令调度限制较大，效率低下的问日趋严重。如果两家都没有解决自身缺点的办法，那么终有一天会撞到南墙（果然，在DX11后就同时撞上了）
在物理加速技术方面，全球主流的是Havok技术，目前为INTEL所有，平台支持度高，各领域巨头（包括AMD）也都默认对其支持，可以说是最通用的技术，在游戏支持度上占了60%以上市场份额。但该技术偏重CPU处理（少部分可由A卡协处理），性能比较有限，可展现的效果规模较小。
而物理技术的另一股新势力就是AGEIA公司的PhysX技术，硬件上以独立的加速卡形式存在，性能专一且强劲，能够展现更复杂的物理效果，但该技术并不开放，需要购买加速卡才能实现，限制了其支持度。自08年NV收购AGEIA公司后，PhysX技术就变成N卡专属，在DX10以后的N卡中都集成了PhysX物理引擎，但封闭的策略还是没变，要想实现PhysX物理效果，用户必需拥有一块DX10以上级别的N卡，这对于游戏厂商来说是比较冒险的，如果“性能足够”的N卡硬件用户量不足，那么软件厂商就亏大了，加上这类只能由特定硬件实现的技术很难用在多人对战游戏上（因为游戏中所有玩家互动结果和视觉障碍都要绝对一至），所以采用PhysX技术的游戏数量至今也没占到主流，很多厂商宁可对N卡优化，也不支持PhysX技术。不过NV通过强势的营销策略，甚至有些时候是“非常规”的营销，为人所知，市场前景也是被看好的。
总结：在物理加速技术上NV属于剑走偏锋型，企图利用封闭的技术搞垄断排挤（与索尼的储存卡（记忆棒）有点相似），但要排挤主流的INTEL、AMD阵营是极其困难的，毕竟在硬件占有率上INTEL、AMD的CPU就占了97%以上市场，即使是显卡市场也是INTEL占了大头，这种垄断地位极难攀越。结局是否和索尼一样我们不得而知。目前来看，支持PhysX技术的游戏只相当于Havok的三成左右，数量不占优势，而很多初学者把支持物理加速技术和游戏优化的概念搞混了，以为针对N卡优化的游戏就采用PhysX技术，其实这两者没有什么关系，针对N卡优化的游戏虽然较多，但采用PhysX物理技术的游戏是比较少的。这方面两家算是不分胜负，不过在选购上N卡又多了个筹码。
高清解码方面，自蓝光战胜HD-DVD后，市场上高清片源开始增多，但高清影片播放时的解码任务对当时的双核CPU来说是非常吃力的，中端以下CPU全线投降，这时候NV和AMD适时的在DX10架构中加入了高清解码功能，分担几乎所有的CPU工作，让低端CPU也能流畅的播放高清电影。当时高清格式主要有三种，奇怪的是N卡只支持一种格式的完全解码，这就导致N卡玩家在播放别的格式高清影片时CPU还是非常吃力，甚至卡顿；而A卡则支持了双格式解码（剩下一种格式运算量不大，CPU能搞定），这样A卡用户即使在入门级的CPU下也可以流畅播放高清了，CPU还有大量余力干别的事。从此A卡适合看电影的说法就流传下来了。不过N卡到了DX11架构后也支持了双格式解码，解码能力终于可以向AMD看齐，不过这时候CPU已经发展了三四代，入门级CPU都可以应付高清播放，显卡的解码能力已经没那么亮眼了。
图像画质方面，两家理论上并没有区别，因为处理的都是数字信号，只要信号源相同，那么运算结果也都是相同的。最终输出的效果很大程度取决于模拟信号的转换和显示设备的差异（甚至一条数据线都能左右画面的效果），数模转换效果取决于显卡制造商及显示器制造商的用料和设计，同一款核心的显卡，可能因为模块用料的不同而不同，显示器也一样，即使同一款型号，也可能会有电气性能上的差别。而在核心的源头上，由于显卡的本职工作是真实还原色彩，而不是改变色彩，所以两家的设计结果只能是一至的。专业人员更多的是选择专业显示器和专业显卡，这才是保证效果方法。
而在游戏“画质”方面，这里的画质指的是特效的效果，比如光影、抗锯齿、贴图、动态模糊、模拟曝光、异性过滤等等，这些都是依靠相应单元运算得出，两家绝大部分效果都可做到一至，但有些单元设计不同，部分效果也就有些差别了，最明显的是抗锯齿和纹理效果，有些时候可以看到两家显卡在同级的特效下会有些细微的差别，比如降底特效的时候，一家可能还能看到些绿草皮，而另一家可能就剩光秃秃的黄土地了。这种差别可能会让部分玩家误认为是“画质”的差别，其实是与真正的画质（图像品质）无关的。有时候更新一下驱动版本，差别可能就没有了。绝大部分时候，两家都很难看出这些差别，初学者其实无需太在意这些。
在抗锯齿性能方面，通用的是MSAA抗锯齿技术，N卡凭着高效能在前两代一直占着优势，到了第三代，AMD的HD4000系列就把抗锯齿运算从流处理器改到了光删单元，从而大副提升了抗锯齿性能，超越了N卡。到了第五代后，N卡的GF500系列也改到了光删单元，从此两家各有胜负。此外两家也在研发自己的抗锯齿技术，以求游戏厂商能额外采用，NV的CSAA技术画面效果不错，支持度较大（虽然很耗资源），而AMD的CFAA技术则效果不佳（虽然效率很高），前期没有支持度，直到HD6000系列以后CFAA效果才得到改善。（不过为了公平对比，多数媒体在测试时只使用游戏默认支持的MSAA技术，所以两家自己的技术不会影响成绩）
多屏输出方面，是AMD的强项，后期A卡可以做到单卡六屏输出，双卡则支持到恐怖的12屏。加上架构和显存的特性，即使在多屏高分辨率下，性能衰减也比对手要小，是多屏发烧友及多屏游戏玩家的最爱
3D视觉技术方面,前期是N卡占优势，后期是A卡占优，由于A卡3D视觉技术是免费开放的，得到了大量软硬件厂商（眼镜套装、显示器以及游戏）的支持，选择性较高。就技术本身而言，两家原理相同，区别不大。
通用计算方面，虽然通用计算概念是由ATI在X1900XT时代首个提出来的，但ATI一直都不够重视，加上后期A卡DX10架构的软件开发难的问题，导致支持的软件数量少，一直没有起色（虽然其运算性能是无敌的）。而N卡则从GF200系列开始，高度重视通用计算，以打通游戏以外的应用路线，通过架构的针对性设计，以及推出方便的开发套件，让程序员无需学习图形API也能开发出适用的软件，并且支持C++语言，使支持者越来越多。从中国超级计算机天河一号早期采用A卡核心做为计算单元，后期改用N卡核心就可见一斑。
专业图形领域，两家都有相应的专业卡系列，N卡占了大部分专业卡市场份额，导致A卡可选产品较少。但在性能上很难分胜负，两家都有各种等级定位的产品。不过在游戏卡上，A卡曾暴出可以通过特定的驱动配合特定的型号，使几百元的游戏卡瞬间变成几千元的专业卡案例，当时在专业圈里可是大事件，各种改版驱动的求下载也一度火热，不过之后新版本驱动填补了漏洞及显卡的换代，这事也就不了了之了。但A卡适合做图的说法就传了下来，其实在不破解的情况下，两家游戏卡在专业图形上都没有什么性能可言，其性能高低之分在专业卡眼里连零头都不如，所以在游戏卡上谈专业图形，本身没有太大意义。
在驱动程序方面
A卡在ATI时代驱动程序一直受人诟病，ATI常常在驱动没有充分测试的情况下抢先推出新硬件，然后再慢慢完善驱动程序，初期常出现各种兼容性问题，造成A卡发布半年后性能与兼容性才能通过驱动程序恢复正常的现象。而当时的NV却是过于严谨和保守（至今也是这样），虽然驱动完善度很高，但严重拖慢了新品推出的脚步，所谓有利必有弊。
自07年AMD收购ATI后，A卡的驱动程序才终于恢复正常，让人放心了，不过之前ATI搞坏的驱动口碑还需要时间慢慢解决。虽然AMD解决了驱动问题，但新问题又出现了：A卡架构优化难。AMD只能在新游戏发布后慢慢推出针对性优化的驱动，这样A卡通过驱动“提升”性能的现象还是没变，导致首发评测时A卡的成绩常常低于预期，随着时间的推移，排名才发生改变。而N卡在这方面就好了很多，没有毛病可挑。
在双芯卡与多卡互联交火的驱动上，A卡与N卡倒是反了过来，A卡驱动在交火兼容性上完成度非常高，而N卡则常常出现问题，多卡互联的兼容性问题比较严重（多卡丢桢现象也比A卡要多），甚至影响到了双芯卡的发挥，至今也没有得到改善。只能希望未来两家都能取长补短了。
近年情况：
当NV和AMD两种统一渲染架构发展到第四代后（N卡是GF400，A卡是HD5000），极限终于来临，架构的弊端暴走了。N卡为了提升性能，流处理器扩充到512个，GTX480晶体管达到空前规模，功耗发热量已经控制不了，变成史上首个需要屏蔽部分单元（只剩下480个）才能保证良品率的首发高端；而A卡也好不到哪去，HD5870已经把运算单元撑到极限（1600个），计算效率比例降至低谷，无法再扩充。偏偏这时候芯片代工厂台积电却放鸽子取消了32纳米的计划，延后转跳28纳米，在新工艺还没出世的时候，两家的下一代型号只能继续吃40纳米（已经吃了三代了）。
新工艺的优势就是高晶体管密度，可以在芯片面积和功耗不变的情况下扩充单元规模，提升性能推出下一代产品，而现在还用老工艺，计算单元是没法再扩充了，该如何推出更高性能的第五代呢，NV和AMD都绞尽脑汁。
NV的办法就是优化电路设计，使40纳米应用更加成熟，终于开启了GTX480被屏蔽掉的一组SM（32个流处理器），推出相当于GTX480的成熟版和完整版：GTX580。虽然确实提升了一档性能，但这种吃老本的“提升”是治标不治本的，于是GTX560Ti及以下的型号都用了“新”的设计（SM包含的流处理器撑到了48个，用更少的分组管理更多的流处理器），相当于缩减了缓存和控制单元，牺牲通用运算性能和部分效率，从而换取晶体管消耗和功耗的大幅降低，市场反应良好。也就是说，这一代的N卡从旗舰以下的型号都是缩减通用计算性能的“新架构”只有GTX570以上还是延用老架构，新旧核心贯穿整代。从这里已经初现NV改革的方向。http://img8.zol.com.cn/bbs/upload/17306/17305282.jpg以上是逻辑架构图，不代表实际物理比例（图片来自中关村）
而AMD由于本身工艺就很纯熟，在制造工艺上没有改进的空间，也在架构上做文章：前端处理器变成了两个，相当于增加了控制单元，缩减了运算单元。HD6870以1120个流处理器就胜过了1440个流处理器的HD5850，更接近了1600个流处理器的HD5870，证明这种改进是成功的。不过HD6800系列定位低于上代HD5800系列有点让人奇怪，接下来推出的HD6900系列才让人恍然大悟，原来高端型号的数字提了一个台阶。HD6900系列除了具备双前端处理器，还史无前例的把原先5个流处理器一组改成4个一组（不能再叫5D架构了），降低了前端压力又提升了单元利用率。这样双重改进确实能有效提升效率，连次旗舰的HD6950（1408个流处理）都要强于上代旗舰HD5870（1600个），旗舰HD6970更是接近对手GTX570，稍强于对手GTX480。这一代的A卡从高端HD6800以上都采用了“新架构”，中端以下还是延用老架构（与N卡正好相反）。从这里也看出了AMD改革的方向。http://img8.zol.com.cn/bbs/upload/17306/17305283.jpg以上是逻辑架构图，不代表实际物理比例
这一代两家都进行了妥协，不再固执的走极端，虽然相对上一代性能提升不多（以前换代都是近翻倍的性能提升），但NV尝到了适当放弃效率和通用计算带来的好处，而AMD也尝到了提升效率的好处，两家开始向对方靠拢了。从某种意义上来说，这都是台积电逼出来的。
http://img8.zol.com.cn/bbs/upload/16976/16975687.jpg（各代核心面积对比）
最新进展：
2012年，第六代来了，台积电的28纳米也可以用了，通过第四代的撞南墙和第五代的变通，两家第六代会有什么更大的变化呢。
先说AMD的最新GCN架构（HD7000系列），多达两千流处理器之巨，但最明显的改变是果然大幅增加了控制单元和缓存的比例，宏观上采用类似N卡的线程级并行，底层上还是采用指令级并行，使晶体管数量达到空前规模（已经有点N卡的味道）。结果表现令人惊喜，效率大幅提升，运算性能更强，通用计算性能也大幅超越以前，彻底改掉了通用计算的老毛病。
不到半年，N卡的最新开谱勒架构（GF600系列）也横空出世，更是戏剧化，果然大幅减少了控制单元，缓存也缩减了，再大幅提升流处理器数量，这样效率虽然比以前降低了，但计算性能却是N卡空前最高的（这有点向A卡靠拢的意味，唯一不同的是NV还是线程级并行）。从实际表现来看，GF600相比HD7000有更强的性能，更低的功耗和更小的芯片面积，算是真正做到了最强。不过价格也不太亲民就是了。
综合来看，两家戏剧性的向对方靠拢，让人不禁遐想世界大同的未来。一直以来A卡都给人小芯片、低功耗的印象，现在角色换过来了，变成N卡小芯片低功耗了。虽然两者在向对方靠拢，但线程级和指令级并行两种架构的界限还是有的，造成了新架构中A卡首次在技术层面上落败，不知道一直扮演着弱者角色的AMD会在未来做出什么样的反击，这很让人期待。
http://img8.zol.com.cn/bbs/upload/16976/16975670_0800.jpg（各代核心面积对比）
结语
总的来说，A卡和N卡在游戏中的表现是各有优劣，在多数游戏测试中都是互有胜负，可以说是平分秋色。而“N卡玩游戏好，A卡看电影好”这种中国式谬论我们还是少听少说为好，否则会极大的限制你技术水平的长进。
N卡和A卡虽然架构有别，但为了与各类软硬件兼容，都是遵循一定的标准进行设计，所以在性能的实现上都是一样的。而单机游戏厂商每一款大作的推出，都是里程碑式的宣传效应，单机游戏厂商的支持倾向也成为了两家必争之地，所以我们常常会在单机游戏大作中轮番看到两家品牌标志。而这个现象则导致了相当数量的初学者进入了一个误区：谁家支持的游戏多，谁的显卡就好。其实事实并没有这么简单，每个卖游戏的厂商眼中永远只有玩家数量，不会傻到为了某一家而放弃另一家，所以即使宣称专为某家显卡优化的游戏，也会给另一家显卡留下相当程度的后路，所以在多数游戏测试中即使两家显卡互有胜负，其差距也不大。
而网络游戏方面，玩家数量就是游戏商的生命，巴不得老爷机的玩家都能玩自己的游戏，所以除了对硬件要求较低以外，对两家显卡的支持更不会有什么区别。
神皮顽
2012书
看看 还算中肯 这种技术贴还是要支持的 好吧 没看懂。。 最后那句网络游戏语说的深切极了。 网游。在这个坛子里面是不是认为玩网游的都是脑残？
我也不爱玩网游 我竟然看完了，学习了 好长！不过看完了，就是没看懂啊，唉，小白，你不懂爱！
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