GPU体系结构详解：GPU工作原理与发展历程

本篇专业专题课件深入探讨了GPU（图形处理器）的体系结构与工作原理，以中南大学电子信息工程为背景，主要涵盖了以下几个关键知识点： 1. GPU的简介： GPU作为专为图形处理设计的硬件，其核心功能在于加速渲染复杂的3D图形，提供高效的并行计算能力。它在计算机视觉、游戏、科学可视化等领域发挥着重要作用。 2. GPU的发展历程： 课程回顾了GPU技术的发展史，从早期的3DFX Voodoo到现代的NVIDIA、AMD、Intel等公司的产品，展示了技术进步带来的性能提升和功耗控制的进步。 3. OpenGL编程： OpenGL是一种广泛使用的跨平台3D图形API，介绍了如何利用它进行编程以驱动GPU执行各种图形任务，包括几何变换、纹理处理、光照和阴影效果。 4. GPU的工作原理： GPU包含多个单元，如解码器、顶点处理器、像素处理器、纹理引擎、深度测试和混合单元等，它们协同工作来处理渲染管线中的不同阶段，实现高效的图像生成。 5. GPU的研发案例： 提供了GPU研发的实际案例，如3DMarkDemo，用以展示GPU在图形处理任务上的性能表现。 6. 三维图形处理系统架构： 详细阐述了图形处理系统的组成部分，如DMA、显示列表缓冲区、命令和参数传递，以及与CPU、内存、操作系统和驱动程序的交互。 7. GPU的处理效果示例： 通过列举CubeMapping、BumpMapping、StencilShadow和PhoneShading等技术，展示了GPU在纹理贴图、光照处理、阴影模拟等方面的强大表现力。 8. 多级抗锯齿技术： 包括MSAA（多重采样抗锯齿）和SSAA（超级样本抗锯齿），这些技术有助于提高图像的视觉质量，减少锯齿现象。 9. GPU分类和应用： 分析了PCGPU和MobileGPU的区别，从性能、功耗、面积和散热等方面比较，并提及了主要厂商的产品及各自的市场份额，以及在智能手机市场的应用情况。 10. GPU在移动设备中的应用趋势： 结合历年我国手机产量和用户量的数据，探讨了GPU在移动设备市场的增长及其对于提升用户体验的重要性。 这门课程以全面而深入的方式揭示了GPU的内在机制和实际应用，使学生对GPU体系结构有了深入理解，为今后在图形处理相关领域的工作打下坚实基础。