3．理解流水線真正概念：Pixel Shader+TMU+ROP

在討論顯卡GPU的流水線之前，我們想先讓大家了解一下3D游戲的制作過程，這對于理解后續(xù)的流水線概念將有很大的幫助。事實上，3D游戲初期的開發(fā)就好象一部電影：游戲策劃、劇本撰寫、角色圈定等等，在確定主角的造型風格之后，制作廠商將把原畫交給3D建模部門。至此，3D工作正式開始，此時需要處理紋理，后期混合等等，具體的工作內(nèi)容就是構造頂點、幾何變換（Transform）、光照（Lighting）、設定（Setup）、光柵化（Rasterize）等。

對于傳統(tǒng)的圖形芯片，以上的一些工作全部由CPU代為執(zhí)行。到了3D時代，GPU作為圖形處理單元開始承擔更多的工作，因此我們也開始接觸紋理貼圖、像素渲染等概念。然而時至今日，GPU已經(jīng)發(fā)展得更為全面，其所謂的流水線作為一個完全的處理單元而存在，幾乎每一款GPU都內(nèi)置了多個流水線。

不過值得指出的是，不同時代對于流水線的定義完全不相同。如今我們對于一條流水線定義是“Pixel Shader（像素著色器）+TMU（紋理單元）+ROP（光柵化引擎，ATI將其稱為Render Back End）。從功能上簡單的說，Pixel Shader完成像素處理，TMU負責紋理渲染，而ROP則負責像素的最終輸出，因此 ，一條完整的傳統(tǒng)流水線意味著在一個時鐘周期完成1個Pixel Shader運算，輸出1個紋理和1個像素。以GeForce 6600LE為例，一塊傳統(tǒng)的4流水線構架顯卡（4X1）在一個時鐘周期內(nèi)完成4個Pixel Shader運算，輸出4個紋理和4個像素。

在3D游戲工作時，其實Pixel Shader、TMU以及ROP部分都非常重要。讓我們回想一下當年《FIFA98》等老一代3D游戲，當時三角形生成能力是最為看重的，基本沒有應用到紋理貼圖與像素著色，真正的工作部分是被成為頂點生成器的單元，而且也可以由CPU來模擬執(zhí)行。但是發(fā)展到DirectX 6與DirectX 7時期，大量3D游戲開始追求更加豐富真實的表面效果，此時貼圖技術則迅速普及，如何提供強大的紋理填充率成為關鍵。至于DirectX 8之后的時代，像素處理則異軍突起并且展現(xiàn)出令人驚艷的畫質(zhì)。相對而言，ROP的概念比較難理解，這實際上是像素結(jié)果輸出處理器負責像素的最終輸出，執(zhí)行像素讀/寫操作、Z-buffer檢查、色彩混合、抗鋸齒操作等。

4．DirectX 10核心：追求像素渲染

進入DirectX 9時代以后，Pixel Shader技術開始應用得十分普遍，此時顯卡能否提供更多的像素渲染管線成為關鍵因素。當然，造成GPU開始追求更多像素渲染管線的因素絕不僅僅是3D游戲普及化應用Pixel Shader，Pixel Shader本身版本的提升也是一個重要原因。單流水線內(nèi)置一條像素渲染管線在DirectX8游戲橫行的時代是比較合理的，因為DirectX8的Pixel Shader1.3允許的著色器程序比較短，此時單流水線內(nèi)的多個像素渲染管線無法發(fā)揮并行工作的優(yōu)勢。然而DirectX9時代的Pixel Shader 2.0/3.0則全然不同，更長的著色器程序指令讓多個像素渲染管線有了用武之地。

當然，我們也并非單純否定TMU紋理填充單元的作用。但是也應該清楚地意識到，隨著紋理壓縮以及Z緩存技術的不斷成熟，再加上顯存帶寬越來越出色，TMU逐漸擺脫了性能瓶頸，此時自然也就無需在單流水線中集成多個TMU單元。而與此同時，ROP也在數(shù)量上足以滿足GPU的需求，因此也沒有隨著像素渲染管線數(shù)量的遞增而不斷增長。

按照ATI和nVIDIA對于未來3D游戲技術的預測，今后像素渲染將會越來越得到重用。在2001年剛剛出現(xiàn)具備像素著色器的顯卡時，當時游戲的像素著色器程序中算術指令和紋理指令數(shù)量的比例在1:1左右，打這以后，算術指令的數(shù)量呈顯著增加之勢。在2007年，游戲中每個像素的平均著色器程序指令數(shù)目是30條，算術指令和紋理指令數(shù)量平均比率達到了5:1，也就是說現(xiàn)在的像素著色器程序中，平均每5條算術指令才會出現(xiàn)一條貼圖指令，而這樣的算術指令數(shù)量急劇增長趨勢仍將繼續(xù)保持下去。

四、寫在最后：DirectX 10最終受益者是誰？

DirectX已經(jīng)成為3D技術競爭的舞臺，任何一項先進的硬件技術都必須在DirectX API的支持下才能發(fā)揮威力。從未來的發(fā)展趨勢來看，伴隨著DirectX的成熟，3D游戲?qū)τ谟布睦眯Ч麑芸焯岣?，屆時真正的電影級游戲效果或許就真的離我們不遠了。在整個DirectX 10時代，其實并沒有哪一個受害方，因為即便是nVIDIA和ATI，不斷的產(chǎn)品更新依然會給他們帶來巨大的利潤，而Microsoft永遠是干著保賺不賠的大買賣，讓Windows Vista的強勢地位更加鞏固。對于消費者而言，DirectX 10時代將會看到更加出色的3D渲染效果，只不過我們又得升級顯卡了。