วิชาการดอทคอม ptt logo

หน่วยประมวลผลแสดงภาพด้านกราฟฟิก GPU(GRAPHICS PROCESSING UNIT)(MIT12 รหัส 50230937)

แท้จริงแล้ว GPU คืออะไร
ผู้เขียน: DARKLY ชมแล้ว: 39,090 ครั้ง
post ครั้งแรก: Sun 27 January 2008, 10:44 am ปรับปรุงล่าสุด: Fri 22 February 2008, 9:44 am
อยู่ในส่วน: ไม่ได้ระบุว่าให้อยู่ห้องใด

หน้าที่ 1 - บทที่ 1 GPU คืออะไร

     Graphics Processing unit  (GPU) สามารถเรียกอีกชื่อหนึ่งได้คือ  visual processing unit  (VPU) ซึ่ง GPU มีได้ทั้งที่เป็น การ์ด หรือเป็นส่วนหนึ่งของแผงเมนบอร์ดก็ได้แต่ในปัจจุบันการ์ดแสดงผลส่วนใหญ่อยู่ในรูปของการ์ด  หน้าที่หลักของ GPU ก็คือช่วยในการประมวลการทำงานในด้านภาพกราฟฟิกบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้นหลักการทำงานก็คล้ายกับ CPU แต่จะแตกต่างกันตรงที่ การ์ดแสดงผลสมัยเก่า ทำหน้าที่แปลงข้อมูลดิจิตอลเป็นสัญญาณเท่านั้น แต่จากกระแสความนิยมของการ์ดเร่งความเร็วสามมิติ ในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษที่ 90 โดยบริษัท 3dfx และ nVidia ทำให้เทคโนโลยีด้านสามมิติพัฒนาไปมาก ปัจจุบันการ์ดแสดงผลสมัยใหม่ได้รวมความสามารถในการแสดงผลภาพสามมิติมาไว้เป็นมาตรฐาน และได้เรียกชื่อใหม่ว่า GRAPHICS PROCESSING UNIT โดยสามารถลดงานด้านการแสดงผลของของหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ได้มาก


     อย่างไรก็ตามวงจรแสดงผลเหล่านี้มักมีความสามารถด้านสามมิติค่อนข้างจำกัด แต่ก็เหมาะสมกับงานในสำนักงาน, workstation(สถานีงานเป็นคำที่ใช้อธิบายสมรรถนะอันยิ่งใหญ่ของไมโครคอมพิวเตอร์ ที่สามารถทำงานพร้อมกันได้หลายงาน (multitasking) ส่วนมากจะใช้ในเรื่องของการออกแบบ (CAD) นั่นก็หมายถึงว่า สถานีงานนี้จะต้องมีหน่วยความจำขนาดใหญ่ มีหน่วยเก็บข้อมูลขนาดพิเศษ มีตัวปรับภาพชั้นยอด มีจอภาพชั้นหนึ่ง และที่สำคัญคือมีตัวประมวลผลที่ทำงานได้เร็วมาก ๆ เช่น RISC ส่วนใหญ่ สถานีงานจะใช้ระบบปฏิบัติการยูนิกซ์ (UNIX) และ โอเอส/ทู (OS/2) มีบางแห่งที่ใช้เครื่องแมคอินทอชชนิดที่มีประสิทธิภาพในการทำงานสูง ๆ อย่างไรก็ตาม ในอีกความหมายหนึ่ง สถานีงานอาจหมายถึงเพียงไมโครคอมพิวเตอร์แต่ละตัวในระบบเครือข่าย), GAME CONSOLE เป็นต้น


     สำหรับผู้ที่ต้องการความสามารถด้านภาพสามมิติประสิทธิภาพสูง เช่น ใช้เพื่อเล่นเกมคอมพิวเตอร์ ฮาร์ดแวร์ยังอยู่ในรูปของการ์ดที่ต้องเสียบเพิ่มเพื่อให้ได้ภาพเคลื่อนไหวที่เป็นสามมิติที่สมจริง ในทางกลับกัน การใช้งานบางประเภท เช่น งานทางการแพทย์ กลับต้องการความสามารถการแสดงภาพสองมิติที่สูงแทนที่จะเป็นแบบสามมิติ เดิมการ์ดแสดงผลแบบสามมิติอยู่แยกกันคนละการ์ดกับการ์ดแบบสองมิติและต้องมีการต่อสายเชื่อมถึงกัน เช่น การ์ด Voodoo ของบริษัท 3dfx ซึ่งปัจจุบันไม่มีแล้ว






3dfx Voodoo3



3dfx Voodoo 3



อ้างอิงจาก http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/8/88/Voodoo3-2000AGP.jpg/180px-Voodoo3-2000AGP.jpg




หน้าที่ 2 - บทที่ 2 ประเภทของการ์ดแสดงผล

     การ์ดแสดงผลในปัจจุบันถูกพัฒนาให้มีความสามารถมากขึ้น มีการผลิตการ์ดเพื่องานเฉพาะด้านหลากหลายชนิด โดยการ์ดเหล่านี้จะมีชิปประมวลผลบนตัวการ์ด เพื่อจะช่วยให้งานประมวลผลทางด้านกราฟฟิก 3 มิติสามารถทำได้อย่างสมบูรณ์แบบ ด้วยคุณสมบัติที่หลากหลายของการ์ดแสดงผลในปัจจุบัน ทำให้ขอบเบตการใช้งานของมันไม่ได้เพียงใช้เล่นเกมส์ หรือใช้งานด้านเอกสารเช่นในอดีตที่ผ่านมา ความสามารถที่มีอยู่ในตัวเครื่องระดับ Workstation ที่ใช้ในงานด้านกราฟฟิกระดับสูงได้ถูกรวมเอาไว้ในการ์ดแสดงผลด้วย ทำให้ผู้ที่ต้องการใช้งานด้านกราฟฟิกสามารถเลือกใช้ได้ตามความเหมาะสม ทั้งนี้การ์ดแสดงผลสามารถแบ่งประเภทได้ตามลักษณะการใช้งานต่าง ๆ ดังนี้





     1.  ใช้ในการเอกสารทั่วไปและอินเตอร์เน็ต การใช้คอมพิวเตอร์ทำงานด้านเอกสาร เช่น ชุดโปรแกรม Microsoft Office จัดเป็นงานที่ไม่เน้นการแสดงผลด้านกราฟฟิกสูงมาก ซึ่งสามารถใช้การ์ดแสดงผลระดับขั้นพื้นฐานทั่ว ๆ ไป ก็เพียงพอแล้วสำหรับงานประเภทนี้ ข้อสำคัญก็คือ การ์ดแสดงผลที่จะนำมาใช้กับงานด้านนี้ต้องสามารถรองรับความละเอียดสูงพอที่จะดูรายละเอียดของงานด้านเอกสารได้อย่างทั่วถึงในหน้าจอเดียว ซึ่งจะทำให้ไม่ต้องเลื่อน Scrollbar บ่อย ๆ และมีความสามารถในการรองรับ Refresh Rate สูง ๆ ได้ คุณสมบัคิต่าง ๆ เหล่านี้จะช่วยถนอมสายตาของผู้ใช้งานเมื่อต้องนั่งทำงานอยู่กับหน้าจอเป็นเวลานาน ๆ




     2.  ใช้ในงานกราฟฟิก 2 มิติ/ตัดต่อภาพวิดีโอ การ์ดแสดงผลประเภทนี้ใช้ในงานแสดงภาพเคลื่อนไหวประเภท 2 มิติ การตัดต่อวิดีโอ รวมทั้งงานด้านออกแบบตกแต่งภาพ 2 มิติ การ์ดประเภทนี้จะต้องมีความสามารถในการประมวลผลที่รวดเร็ว และสามารถรองรับการทำงานในโหมด 24 บิต (True Color) และสามารถปรับรายละเอียดของภาพได้ 1,024 x 768 เป็นอย่างต่ำ ส่วนงานด้านการตัดต่อวิดีโอต้องใช้ฮาร์ดแวร์ที่มีคุณสมบัติของ Video Capture จึงจะสามารถจับสัญญาณจากวิดีโอเข้ามายังคอมพิวเตอร์โดยผ่านช่องสัญญาณ AV บนตัวการ์ดได้




     3.  ใช้ในงานออกแบบการฟฟิก 3 มิติ/เขียนแบบ CAD/CAM เหมาะสำหรับนักออกแบบกราฟฟิก 3 มิติ การใช้งานโปรแดรม 3D Studio หรือ AutoCAD จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการเลือกใช้ Hardware ที่มีคุณสมบัติด้านภาพ 3 มิติอย่างครบครัน การ์ดสำหรับงานกราฟฟิก 3 มิตินี้จะไม่เหมือนกับการ์ด 3 มิติที่ใช้สำหรับการเล่นเกม 3 มิติตรงที่มันสามารถรองรับการทำงานของ OpenGl (โอเพนจีแอล OpenGL, เป็นตัวย่อของคำว่า Open Graphics Library) เป็นไลบรารีหรือคลังโปรแกรม(หรือชุดคำสั่ง)ด้านกราฟิกสามมิติ เพื่อส่งคำสั่งควบคุมการวาดภาพไปยังอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์การประมวลผลภาพ โอเพนจีแอลสามารถใช้ได้ใน หลายระบบคอมพิวเตอร์ ในการเขียนโปรแกรมด้านคอมพิวเตอร์กราฟิกส์ โดยในคลังโปรแกรมจะมีชุดคำสั่งมีมากกว่า 250 ช่วยในการสร้างวัตถุ แปลงวัตถุ และสร้างภาพโดยให้แสงและเงา โดยเริ่มจากการกำหนดรูปทรงพื้นฐาน เช่น สี่เหลี่ยมลูกบาศก์หรือทรงกลม โอเพนจีแอลเป็นที่นิยมมากในอุตสาหกรรมผลิตแอนิเมชันวีดีโอเกม โดยในขณะเดียวกันก็เป็นคู่แข่งทางการค้ากับไดเร็กท์ทรีดี ( Direct3D) ของบริษัทไมโครซอฟท์) นอกจากการพัฒนาเพื่อวีดีโอเกม โอเพนจีแอลยังใช้ในทางด้านอื่นๆ รวมถึงการ การประมวลผลภาพ งานจำลองการทดลองเชิงวิทยาศาสตร์ และ การแสดงภาพจำลองในระบบสารสนเทศ ความหมายของ OpenGl link มาจากURL http://209.85.175.104/search?q=cache:_Mdnm6V-zgYJ:wiki.thaigamedevx.com/index.php%3Ftitle%3DOpenGL+opengl&hl=th&ct=clnk&cd=4&gl=th&lr=lang_th ได้ในทุก ๆ ฟังก์ชั่น รวมไปถึงความคมชัดและถูกต้องของสีที่ได้จะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของการ์ดแต่ละรุ่น นอกจากนั้นการใช้งานด้านนี้ต้องการปริมาณของวิดีโอแรมมากกว่างานด้านอื่น ๆ จึงทำให้การ์ดบางรุ่นที่มีประสิทธิภาพสูงราคาอาจจะสูงถึงหลักแสนก็เป็นได้




     4.  ใช้เพื่อเล่นเกมส์ 3 มิติ การแสดงภาพของเกมส์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบันล้วนแล้วเน้นไปทางด้านภาพกราฟฟิก 3 มิติกันมากขึ้น ซึ่งต้องอาศัยคุณสมบัติเฉพาะของการ์ดแสดงผลที่ช่วยเร่งความเร็วในการแสดงผลของแต่ละฉากของเกมส์เพื่อให้แต่ละเฟรมลื่นไหลไม่เกิดอาการสะดุด ซึ่งการ์ดแสดงผลที่นิยมสำหรับผู้ที่ชื่นชอบการเล่นเกมส์คอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ได้แก่ การ์ดตระกูล GeForce ซึ่งมีจุดเด่นในด้านความเร็วและการสนับสนุนทางด้าน Driver ที่ดีจึงสามารถรองรับการทำงานของเกมส์ได้แทบจะทั้งหมด ตัวอย่างรูปภาพของการ์ดแสดงผล



ความแตกต่างระหว่างการ์ดจอภาพ AGP 8x กับ PCI Express x16


 




อ้างอิงจาก http://www.thaidr-it.com/web/news/agppci1.jpg



 




 แสดงผลภาพที่มีส่วนเชื่อมต่อแบบ AGP 8x ภาพขวามือจะแสดงภาพขยายหน้าสัมผัสขาทองแดง



อ้างอิงจาก http://www.thaidr-it.com/web/news/agppci4.jpg



 



ภาพช่องเสียบการ์ดแสดงผลภาพแบบ AGP 8x Slot ของแผงวงจรหลัก ภาพขวามือจะแสดงภาพขยายช่องเสียบ





อ้างอิงจาก http://www.thaidr-it.com/web/news/agppci6.jpg




ภาพการ์ดแสดงผลภาพที่มีส่วนเชื่อมต่อแบบ PCI Express x16 ภาพขวามือจะแสดงภาพขยายหน้าสัมผัสขาทองแดง





อ้างอิงจาก http://www.thaidr-it.com/web/news/agppci8.jpg

 

ตารางเปรียบเทียบ  (GEFORCE 2MX-400)  6 BRANDS ดังในท้องตลาด

ยี่ห้อและรุ่น
GPU Clock
Memory Size
Memory SPEED
Pixelview Geforce 2mx -400
200 Mhz
32 MB.
4.5 ns. @ 183 Mhz
ABIT Siluno MX400
200 Mhz
64 MB.
5.5 ns @ 166 Mhz
Cardex Geforce 2MX VIVO
200 Mhz
32 MB.
4 ns @ 166 Mhz
MSI Star Force 826
175 Mhz
64 MB.
6 ns @ 166 Mhz
ABITSUMA Platinum Geforce 2mx-400
200 Mhz
32 MB.
5.5 ns @ 166 Mhz
WINFAST Geforce2MX-400
200 Mhz
64 MB.
6ns. @ 166 Mhz

อ้างอิงจาก http://72.14.235.104/search?q=cache:PvFzeddNazQJ:pcresource.co.th/test%2520report/tomhardware/pixelview_geforce2mx400-1.html+%E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0%B8%84%E0%B8%B2%E0%B9%80%E0%B8%9B%E0%B8%A3%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%9A%E0%B9%80%E0%B8%97%E0%B8%B5%E0%B8%A2%E0%B8%9A+gpu&hl=th&ct=clnk&cd=1&gl=th&lr=lang_th



.




หน้าที่ 3 - บทที่ 3 โครงสร้างการทำงานของ GPU และ ประเภทของ ชิปกราฟฟิก (Graphics Processor)

โครงสร้างการทำงานของการ์ดแสดงผล






     การ์ดแสดงผลมีหน้าที่หลักในการรับข้อมูลดิจิตอลมาแปลงเป็นสัญญาณอะนาล็อก เพื่อส่งออกไปแสดงผลยังหน้าจอ ซึ่งสามารถแบ่งการทำงานของการ์ดแสดงผลออกเป็น 2 โหมดคือ โหมดตัวอักษร (Text Mode) โหมดการแสดงผลที่สามารถแสดงได้ เฉพาะข้อความที่เป็นตัวอักษรบนจอภาพ ไม่สามารถแสดงรูปภาพกราฟฟืกต่าง ๆ ได้ หน่วยย่อยที่สุดบนจอภาพในโหมดนี้ คือ ตัวอักษร     เช่น การทำงานในระบบ DOS และ โหมดกราฟฟิก (Graphic Mode) ลักษณะการทำงานแบบกราฟฟิก ในคอมพิวเตอร์ PC ของ IBM ได้แก่ ได้แก่การทำงานที่แสดงออกมาเป็นภาพ เส้นและตัวอักษรบนจอภาพ graphic mode สร้างภาพโดยวิธีใช้จุด pixel แต่ละจุดมาต่อเรียงกันเพื่อสร้างเป็นภาพ เป็นโหมดที่ต้องการความละเอียดในการแสดงผลสูงดังจะเห็นได้จากโหมดการทำงานของระบบปฏิบัติการวินโดวส์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน บนตัวการ์ดแสดงผลจะมีส่วนประกอบพื้นฐานดังรูป











อ้างอิงมาจาก http://www.bunharnpoly.com/e-smartbj/e-learnning/projectwebsite/images/clip_image001_0000.gif





ชิฟกราฟฟิก (Graphics Processor)





     ชิฟกราฟฟิกเป็นส่วนกระกอบชิ้นสำคัญบนการ์ดแสดงผลในปัจจุบันมีหน้าที่ในการประมวลผลข้อมูลภาพก่อนที่จะส่งไปแสดงผลยังจอมอนิเตรอ์ ชิฟกราฟฟิกจึงเทียบเท่ากับสมองของการ์ดแสดงผล ซึ่งภาพแต่ละเฟรมที่เราเห็นผ่านจอมอนิเตอร์นั้นล้วนแล้วแต่ต้องผ่านการทำงานของชิฟกราฟฟิกเกือบทั้งหมด โดยทั่วไปสามารถแบ่งชิฟกราฟฟิกได้เป็น 3 ประเภท ดังต่อไปนี้






     1.  Frame Buffer เป็นชิฟที่มีการทำงานซับซ้อนน้อยที่สุด เนื่องจากมีหน้าที่เพียงแค่จัดการภาพแต่ละเฟรมที่เก็บไว้ในหน่วยความจำบนการ์ด และส่งข้อมูลไปยังตัวแปลงสัญญาณดิจิตอบให้เป็น อะนาล็อก (RAMDAC) เพื่อส่งไปแสดงผลยังหน้าจอมินิเตอร์ ชิฟประเภทนี้ไม่ได้มีหน้าที่ช่วย CPU ประมวลผลในการสร้างภาพกราฟฟิก จึงทำให้การประมวลผลด้านกราฟฟิกอยู่ที่ตัว CPU ตัวเดียวเท่านั้นส่งผลให้ CPU ทำงานมากขึ้น






Overhead photo of a Sun TGX Framebuffer.






Frame Buffer






อ้างอิงจาก http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/f/fc/Tgx.jpg/200px-Tgx.jpg






     2. Graphics Accelerator เป็นชิฟที่ช่วยเร่งความเร็วให้กับการแสดงผล โดยมีหน้าที่หลักก็คือ รับคำสั่งจาก CPU มาทำงานเฉพาะด้าน เช่น การสร้างกรอบ การตีเส้น ซึ่งภายในชิฟจะมีชุดคำสั่งเก็บไว้ใช้สำหรับงานที่ต้องการแสงผลบ่อย ๆ และ CPU จะทำหน้าที่ตัดสินใจว่าจะให้ชิฟกราฟฟิกเป็นตัวประมวลผล หรือว่าจะทำการประมวลผลเอง ถึงแม้ว่าชิฟตัวนี้จะช่วยลดภาระการทำงานของCPUได้ในระดับหนึ่ง แต่ก็มีข้อเสียคือ ชิฟยังคงต้องมีการติดต่อกับ CPU ทุกครั้งที่จะทำการแสดงผล ประสิทธิภาพความเร็วของชิฟกราฟฟิกประเภทนี้จึงยังไม่สามารถรองรับงานกราฟฟิกหนัก ๆ ได้ดีเท่ากับชิฟประเภท Graphics Co-Processor











Intel 740 Graphics Accelerator Drivers (Windows 95/98) PV 40_9 (6/15/99)






อ้างอิงจาก http://download.kapook.com/uploads/01_028.jpg





     3.  Graphics Co-Processor หรือที่เรียกว่า GPU (Graphics Processing Unit) เป็นชิฟที่มีความสามารถในการจัดการประมวลผลงานทุกอย่างที่เกี่ยวกับการแสดงผลได้อย่างเสร็จสรรพ รวมไปถึงการประมวลผลกราฟฟิก 3 มิติที่ต้องมีการคำนวณเลขทศนิยมที่มีความละเอียดสูงมาก ๆ โดยไม่ต้องพึ่งการทำงานของ CPU ทำให้ CPU รับภาระด้านการประมวลผลน้อยลง ตัวอย่างรูปภาพ GPU ที่ผลิตโดย NVIDIA





GeForce 6600GT (NV43) GPU 









GeForce 6600GT (NV43 





อ้างอิงจาก http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/44/6600GT_GPU.jpg/180px-6600GT_GPU.jpg






 






 




หน้าที่ 4 - บทที่ 4 จุดเริ่มต้นของ GPU

     บริษัท NVIDIA เป็นผู้พัฒนา GPU ที่มีชื่อว่า GeForce 256 เป็นเจ้าแรก. ประสิทธิภาพการทำงานของ GeForce 256 มีสูงมากมันสามารถทำการคำนวณเป็นพันล้านต่อวินาที และสามารถทำการประมวลผลต่ำสุดที่ 10 million polygons ต่อวินาที และ สูงสุด 22 million transistors เป็นการ์ดแสดงผลทั้งแบบ 2D/3D เป็น ชิบกราฟฟิกตัวแรกที่นำเทคโนโลยี transform,lighting, triangle setup/clipping, และ rendering ไว้ในชิฟกราฟฟิกเพียงตัวเดียว เจ้า GeForce256 ตัวนี้มาพร้อมกับหน่วยความจำขนาด 32 MB แบบ DDR พร้อมช่อง TV-out





 










 







 



GeForce 256





 



อ้างอิงมาจาก http://www.pcresource.co.th/test%20report/pantip/Pixelview%20Geforce%20256%






 



จากการที่ NVIDIA ใช้เทคโนโลยี 0.22 ไมครอนกับ GeForce 256 จึงทำให้มันสามารถสร้างภาพได้เสมือนจริงมากขึ้น ซึ่งภาพสเมือนจริงส่วนหนึ่งได้มาจากการที่นำเอา Polygon ที่ประมวลผลโดย CPU มาเท่านั้น และ GPU จะทำการประมวลผลในส่วน T&L(Tranform & Lighting) และทำการ Renderเอง ซึ่งทำให้ CPU นำความสามารถไปใช้ในการการประมวลผลด้านอื่น ๆ มากขึ้น ตัวอย่างเช่น AL(Argificial intelligence) ที่จะช่วยให้ภาพสเมือนจริงเกิดขึ้นมากที่สุด นอกจากจะเป็นการพัฒนาการประมวลผลด้านภาพกราฟฟิกที่ใช้ทั่วไปแล้ว ยังรวมไปถึงการพัฒนา Software ของเกมส์อีกด้วย การพัฒนาทั้งหมดนี้ก็เพื่อช่วยให้ได้มาซึ่งความเร็วและคุณภาพสูงสุด ส่งผลให้ใช้ความสามารถของ CPU ลดลงด้วย





 










 







 



อ้างอิงจาก http://www.pcresource.co.th/test%20report/pantip/Pixelview%20Geforce%20256%





 



    T&L Transform & Lighting  เทคโนโลยีเพื่อภาพสเมือนจริงที่มีอยู่ในตัว Geforce 256 นี้ช่วยให้ภาพสมจริงได้หลักการทำงานของมันก็คือในการแสดงผล 3 มิติ โครงสร้างของวัตถุในภาพจะเกิดขึ้นจากการกำหนดจุด (Vertex) และการลากเส้น (Line) เมื่อลากเส้นเชื่อมต่อจุดต่อจุดจะเกิดเป็นพื้นผิว 3 เหลี่ยม เกิดเป็นเครงร่างของภาพขึ้นมา ซึ่งเรียกว่าโพลีกอน ถ้าหากมีการเคลื่อนไหวเกิดขึ้น เช่น ในเกม 3 มิติ ข้อมูลของภาพจะถูกแบ่งย่อยออกเป็นเฟรม ซื่งแต่ละเฟรมจะแทนการเคลื่อนไหวแต่ละอิริยาบถของตัวละคร นั่นหมายถึงในทุกครั้งที่มีการเคลื่อนไหวจะมีการคำนวณตำแหน่งของจุดและลากเส้นใหม่เพราะตำแหน่งอ้างอิงของภาพเปลี่ยนไปจากเดิม จึงสามารถวัดประสิทธิภาพของ Transform & Lighting Engine ได้ด้วยอัตราการสร้างโพลีกอนในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง ซึ่งมีหน่วยเป็นโพลีกอน/วินาที ถ้ายิ่งสามารถสร้างโพลีกอนได้จำนวนมากเท่าไร ก็ยิ่งจะทำให้ได้ภาพกราฟฟิกที่มีรายละเอียดสมบูรณ์มากขึ้นด้วย หลังจากได้โครงสร้างของภาพเรียบร้อยแล้ว ขั้นตอนต่อไปจะเป็นการให้แสงและเงา (Lighting) ซึ่งเกิดจากการคำนวณทิศทางการตกกระทบของแสงบนพื้นผิวของวัตถุจากแหล่งกำเนิดแสงในแบบต่าง ๆ เช่น แสงอาทิตย์ หรือสปอตไลท์ โดยการให้ข้อมูลและตำแหน่งของแหล่งกำเนิดแสงผ่าน T/L Engine ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ก็คือภาพขาวดำที่มีเงา และมีการสะท้อนของแสง ขั้นตอนนี้จะช่วยในการแสดงผลภาพ 3 มิติมีความสเมือนจริงมากขึ้นจากตัวอย่างของภาพด้านล่างนี้






 



อ้างอิงมาจาก http://www.pcresource.co.th/test%20report/pantip/Pixelview%20Geforce%20256%





 




หน้าที่ 5 - บทที่ 5 ประวัติของ GPU

ต้นปี 1980s
      ในระหว่างปี 1980s-1990s GPU ได้ถูกออกแบบให้มีขนาดเล็กลงเท่ากับ แผ่นไมโครชิฟ กราฟฟิก ซึ่งในยุคนี้ ไมโครชิฟมีขีดความสามารถจำกัด หลักการทำงานของ GPU สมัยนั้นจะไม่มีระบบสนับสนุน shape-drawing และ GPU บางตัวสามารถรันได้หลาย ๆ operations พร้อม ๆ กัน ใน 1 display list และสามารถใช้ DMA (Direct memory access เป็นความสามารถที่ให ้โดยบางสถาปัตยกรรมของบัสคอมพิวเตอร์ที่ยินยอมให้ข้อมูลสามารถส่งโดยตรงจากอุปกรณ์ที่ติดต่อ เช่น ฮาร์ดดิสก์ ไปยังหน่วยความจำบนแผ่นเมนบอร์ดของคอมพิวเตอร์ ไมโครโพรเซสเซอร์จะเป็นอิสระจากความเกี่ยวข้องกับการส่งผ่านข้อมูล ดังนั้น จึงเป็นการเพิ่มความเร็วให้กับการทำงานของคอมพิวเตอร์) ตัวอย่างของ GPU ในยุคแรก ๆ ได้แก่ ANTIC (Alpha NumericTelevision Interface Circuit) เป็นไมโครชิฟระบบ video ใช้กับคอมพิวเตอร์ในยุค 2D computer graphics ใช้ใน Atari 800 (Atari 8-bit family ) และ Atari 5200(Atari 5200 SuperSystem)





An Atari 800XL, one of the most popular machines in the series.


Atari 800 (Atari 8-bit family )
อ้างอิงจาก
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e8/800xl.jpg




Atari 5200 system and controller

Atari 5200(Atari 5200 SuperSystem


อ้างอิงจาก http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e6/Atari_5200_-_trojandan_14871272.jpg/250px-Atari_5200_-_trojandan_14871272.jpg




    ต่อมาปลายปี 1980s ช่วงต้นปี 1990s ได้มีการพัฒณา GPU ให้มีความเร็วแบบ high-speed ซึ่งมีประโยชน์มากมายหลายด้าน จนกลายเป็น microprocessors ที่ได้รับความนิยมอย่างสูงสุดในขณะนั้น จากกระแสความนิยมภาพกราฟฟิกที่มีอย่างมากมายนั้นจึงได้มีการใช้ graphics board กับเครื่อง PCs และ computer workstations ซึ่งเป็นของบริษัท TI (Texas Instruments ) ได้แก่รุ่น TMS340 series เป็น cpu 32 bits ใช้สำหรับ graphics applicatios  ทำให้การทำงานในแบบ drawing functions เร็วขึ้น ด้วยความสามารถดังกล่าวจึงกลายเป็นที่นิยมมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ CAD (Computer-Aided Drafting or designing) applicatiions จากการที่ชิฟได้มีการปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผลให้ดีขึ้นมันจึงสามารถ วาดภาพเคลื่อนไหว และมี function บนแผงวงจรได้ และในที่สุดก็เข้าไปอยู่ในชิฟเดียวกันได้ ซึ่งชิฟโดยทั่วไปแล้วจะมีตัว frame buffer เป็นตัวควบคุมการทำงาน อย่างเช่น VGA (Video Graphics Array) เปิดตัวในตลาดครั้งแรกในปี 1988 โดยบริษัท IBM มีขนาด 640×480 resolution



ปี 1980s



    Commodore Amiga เป็นชื่อของคอมพิวเตอร์ PC ที่ผลิตโดยบริษัท Amiga Corporation เปิดตัวครั้งแรกในตลาดคอมพิวเตอร์ระดับ Mass-Market pc ตัวนี้ประกอบด้วย blitter ซึ่งอยู่ใน Video hardware, และ IBM'S 8514 (เป็น graphics computer display standared รองรับ display resolution ขนาด 1024x768 pixels กับ 256 สี) เป็นหนึ่งใน pc video cardsตัวแรก ซึ่งนำไปสู่การ implement 2D ระดับพื้นฐานใน hardware.





The Amiga 1000 (1985), the first model released

Amiga 1000 (1985), the first model released
อ้างอิงจาก
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1a/Amiga1k.jpg/255px-Amiga1k.jpg






   Amiga ได้สร้างผลิตภัณฑ์ที่มีเอกลักษณ์เป็นหนึ่งเดียวในเวลานั้นเพื่อให้คนทั่วไปจดจำได้  pc ตัวนี้จะให้ความสำคัญโดยเน้นไปที๋ functionในแบบ full graphics accelerator, block image transer, graphics coprocessor กับตัวของ pc เอง, including line drawing, area fill,  





ปี 1990



     Microsoft Windows ได้มีการพัฒนาประสิทธิภาพในด้านความเร็วและรายละเอียดของภาพให้สูงมากขึ้น จากการพัฒนาดังกล่าวทำให้ได้รับความนิยมมากขึ้นเช่นเดียวกัน  (ประสทธิภาพด้านความเร็วและรายละเอียดของภาพเป็นความสามารถของ Unix Workstation and Apple Macintosh มาก่อน) สำหรับตลาด PC ในขณะนั้น ประเด็นสำคัญของบริษัทผู้ผลิตคอมพิวเตอร์กราฟฟิกก็คือมุ่งเน้นในการพัฒนาในด้าน single programming interface ซึ่งก็คือ Graphics Device Interface (GDI) หรือบางครั้งเรียกว่า Graphical Device Interface  ในปีนี้ได้มีการพัฒนาความสามารถในการผลิต ของ 2D GUI อย่างต่อเนื่อง จนทำให้ ชิฟกราฟฟิกเป็นที่นิยมอย่างแพร่หลาย ประกอบกับขณะนั้น อินเตอร์เน็ตที่มีความเร็วและภาพกราฟฟิกก็ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเช่นกัน ในช่วงกลางของปี 1990 CPU ถูกนำมาใช้ในด้านภาพกราฟฟิกแบบ 3 มิติ จนความสามารถในด้านแสดงภาพ 3 มิติเป็นเรื่องธรรมดาของคอมพิวเตอร์และ CONSOLE GAMES ต่าง ๆ ดังนั้นจึงมีความต้องการอุปกรณ์เสริมสำหรับภาพ 3 มิติเพิ่มมากขึ้น ซึ่งเห็นได้จากในยุคที่ 5 ของ CONSOLE GAMES เช่น Playstation and Nintedo 64 ที่นิยมใช้ชิฟกราฟฟิก แบบ 3 มิติมากขึ้น จนทำให้ชิฟกราฟฟิกในช่วงเวลานั้นราคาถูกลง เช่น S3 VIRGE, ATI และ MARTOX MYSTIQUE แต่ชิฟเหล่านี้ได้ถูกผลิตขึ้นก่อนชิฟกราฟฟิกแบบ 2 มิติที่มี pin - compatible ในช่วงแรกชิฟกราฟฟิก 3 มิติถูกผลิตในลักษณะที่แยกและอยู่บนแผงวงจรเพื่อการประมวลผลที่เร็วขึ้นของภาพ 3 มิติ(หลักการทำงานแตกต่างจากการปฏิบัติการแบบ 2D GUI ทั้งหมด) เช่น 3dfx Voodoo 



      ในขณะที่ Microsoft Directx ได้รับการพัฒนาและก้าวหน้าขึ้นอย่างรวดเร็ว (แต่บางทีผู้ใช้อาจเกิดอาการเบื่อหน่ายเพราะใช้เวลานานในการประมวลผล) แต่ API กลับเป็นโปรแกรมที่เน้นการปฏิบัติการภาพกราฟฟิก 3 มิติ ที่ถูกพัฒนาขึ้นช่วงหลายปีที่ผ่านมา ซึ่ง Direct 3D 5.0 เป็นเวอร์ขั่นแรกของ API ที่นำเข้าสู่ตลาดเพื่อที่จะครอบครองตลาดเกมส์ ส่วน Direct 3D 7.0 นำไปสู่การสนับสนุนการปฏิบัติการทาง HARDWARE แบบ Transform and Lighting (T & L) หลังจากนั้นต่อมาบริษัท NVIDIA ได้ผลิตชิฟกราฟฟิกรุ่น GeForce 256 หรือที่รู้จักกันในนามของ NV10 เป็นการ์ดจอตัวแรกในตลาดคอมพิวเตอร์ที่มีความสามารถในการประมวลผลแบบ Transform and Lighting (T & L) เป็นชิฟที่ช่วยในการสร้างแสงและเงาที่มีความซับซ้อนมาก ๆ

ปี 1991




         S3 Graphics ได้เปิดตัวครั้งแรกในรูปแบบของปฏิบัติการ กราฟฟิก 2 มิติ ภายใต้รหัส S3 86C911(ชื่อนี้ถูกตั้งหลักจาก รถสปอรต์ของอเมริกา  Porsche 911ที่เน้นเรื่องความแรง) สเมือนเป็นชิฟต้นแบบให้เกิดการพัฒนาที่สำคัญในปี 1995  

ปี 2000-ปัจจุบัน



     API มีหลักการทำงานคล้ายกับ DirectX และ GPU ก็มีการพัฒนาและความสามารถในการประมวลผลมากขึ้น จึงส่งผลให้โปรแกรมแสดงแสงและเงา และโปรแกรมที่สร้างจุดตัดของรูปทรงเรขาคณิต ที่อยู่ใน GPU ใช้เวลาและโปรแกรมสั้น ๆ ในประมวลผลภาพ ในปี 2002 ช่วงเดือนตุลาคม บริษัท NVIDIA ได้ปล่อย GeForce รุ่น ATI Radeon 9700 (หรือท่รู้จักกันในนาม R300 ) , Derect3d 9.0, ชิฟดังกล่าวเหล่านี้มีความสามารถในการสร้างรูปวงกลมและเส้นตรงที่มีความยาว จุดทางคณิตศาสตร์ที่ไม่คงที่ และสามารถประมวลผลภาพที่มีความซํบซ้อนได้มากขึ้น ซึ่งอาจจะชิฟมาใช้ในงานทำแผนที่การชน หรือทำภาพให้ดูเหมือนสว่าง, หยาบ หรือมีลักษณะกลม ในปัจจุบัน GPU เริ่มทำหน้าที่ในการประมวลผลและตคำนวณเหมือนกับ CPU (GPGPU) GPU ในปัจจุบันมีความสามารถหลากหลายเท่า ๆ กับการสำรวจหาน้ำมัน การประมวลผลทางวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตามแม้ว่าในปัจจุบันนี้ GPU จะมีความสามารถที่หลากหลายแล้ว ผู้ผลิต GPU ก็ยังคงมุ่งหน้าพัฒนาประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นต่อไป



Tseng Labs ET4000/W32p    











 






S3 Graphics ViRGE


 


S3 Graphics


 




 


GeForce 6600GT (NV43) GPU


GeForce 6600 (NV 43)




 

 Intel GMA X3000 IGP (under heatsink)

 

Intel GMA X3000 IGP

(under heatsink)




*หมายเหตุ งานเขียนชิ้นนี้ ได้รับการคุ้มครองสิทธิตามพระราชบัญญัติคุ้มครองสิทธิทางปัญญา โดยลิขสิทธิเป็นของผู้เขียน ที่ให้เกียรตินำเผยแพร่ผ่าน วิชาการ.คอม เรามีความยินดีและอนุญาตให้ทำซ้ำหรือเผยแพร่ต่อเพื่อประโยชน์ทางการศึกษาเท่านั้น กรุณาให้เกียรติผู้เขียน โดยอ้างชื่อผู้เขียนและ วิชาการ.คอม (www.vcharkarn.com) ทุกครั้งที่ทำการเผยแพร่ต่อ ห้ามนำส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่ต่อในสื่อที่เอื้อประโยชน์ทางธุรกิจก่อนได้รับอนุญาต ขอขอบคุณที่ร่วมกันช่วยสร้างให้สังคมไทยเป็นสังคมแห่งปัญญา






จำไว้ตลอด






DARKLY
(KLITTUCH)

ผู้ชมข้อมูลนี้แล้ว 1,514 ครั้ง
เป็นสมาชิก: นานกว่า 44 ปี
แบ่งปันความรู้ 0 ครั้ง
ได้รับดาว 120 ดวง

โหวตเพิ่มดาว

Blog อื่น ๆ ของผู้เขียน