回顾图形硬件历史：从Ray-casting到GPU OS移植与DX9的里程碑

本文主要探讨了3D图形硬件的发展历程，特别是从早期的Ray-casting技术到现代GPU体系结构的变迁。首先，我们回顾了早期的图形处理技术，如德军总部3D中的应用，这是Ray-casting技术的代表作。在这个阶段，图形处理单元的功能相对单一，主要用于渲染3D场景。 随后，文章介绍了早期的通用并行计算（GPGPU）在图形硬件中的应用，例如SGI Infinite Reality，这是一款在1996年发布的图形设备，标志着SGI图形设备的巅峰之作。它采用Tile-based Rendering技术，将图形处理分解为光栅加速、几何加速和纹理加速等多个部分，实现了图形硬件的分离式设计。 紧接着，文章提到了98年的HP VISUALIZE FX 6，这款产品展示了分离式图形卡的设计典范，包括光栅、几何和纹理加速卡的分离功能。同年，Intel推出了第一款图形卡，即没有几何加速单元的Intel 740，标志着单芯片图形硬件的起步。 进入2000年，图形硬件经历了整合过程，图形加速器从分离元件和板卡变为单芯片设计，如S3 GSavage 2000，这一时期也见证了DirectX标准的升级，如DirectX 7引入TnL（纹理和顶点变换），DirectX 8增加了Vertex Shader，进一步推动了图形性能的进步。 传统GPU体系结构，如Split-Shader Architecture (SSA)，以及一系列优化技术如Post-vertex Cache、Hierarchical-Z等，都在这个阶段得到应用。Matrox Parhelia 512和3Dlabs P10是这些技术的具体体现，而NVIDIA GeForce 5 NV30则标志着DX9对GPU通用计算的初步支持，允许动态分支操作的使用。 随着GPU的发展，通用计算能力也在不断提升。例如，DX9.0c引入的动态分支操作使得GPU可以执行更为复杂的逻辑，如ZBuffer+Render to Texture+Clip用于模拟动态分支。传统的静态分支架构下，GPU被用于MPEG2运动估计算法，Shader Unit的改进使通用计算在HLSL编程模型中得到了更深入的应用，被映射到PixelShaderUnit（像素着色器单元）和TextureMappi（纹理映射单元）等模块中。 本文通过详尽的历史背景和架构分析，展示了GPU从早期的单一功能发展到现代高度可编程、支持通用计算的历程，展现了技术进步如何深刻地影响了3D图形硬件的演进。