新书推介:《语义网技术体系》
作者:瞿裕忠,胡伟,程龚
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    显卡 : 显存容量





        显存容量是显卡上本地显存的容量数,这是选择显卡的关键参数之一。显存容量的大小决定着显存临时存储数据的能力,在一定程度上也会影响显卡的性能。显存容量也是随着显卡的发展而逐步增大的,并且有越来越增大的趋势。显存容量从早期的512KB、1MB、2MB等极小容量,发展到8MB、12MB、16MB、32MB、64MB,一直到目前主流的128MB、256MB和高档显卡的512MB,某些专业显卡甚至已经具有1GB的显存了。

        值得注意的是,显存容量越大并不一定意味着显卡的性能就越高,因为决定显卡性能的三要素首先是其所采用的显示芯片,其次是显存带宽(这取决于显存位宽和显存频率),最后才是显存容量。一款显卡究竟应该配备多大的显存容量才合适是由其所采用的显示芯片所决定的,也就是说显存容量应该与显示核心的性能相匹配才合理,显示芯片性能越高由于其处理能力越高所配备的显存容量相应也应该越大,而低性能的显示芯片配备大容量显存对其性能是没有任何帮助的。

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    显卡 : PCI Express接口





       PCI Express是新一代的总线接口,而采用此类接口的显卡产品,已经在2004年正式面世。早在2001年的春季“英特尔开发者论坛”上,英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接,并称之为第三代I/O总线技术。随后在2001年底,包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范,并在2002年完成,对其正式命名为PCI Express。
      PCI Express采用了目前业内流行的点对点串行连接,比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输,PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量,它们之间的差异跟半双工和全双工类似。

      PCI Express的接口根据总线位宽不同而有所差异,包括X1、X4、X8以及X16(X2模式将用于内部接口而非插槽模式)。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用。PCI Express接口能够支持热拔插,这也是个不小的飞跃。PCI Express卡支持的三种电压分别为+3.3V、3.3Vaux以及+12V。用于取代AGP接口的PCI Express接口位宽为X16,将能够提供5GB/s的带宽,即便有编码上的损耗但仍能够提┰嘉?GB/s左右的实际带宽,远远超过AGP 8X的2.1GB/s的带宽。

        PCI Express规格从1条通道连接到32条通道连接,有非常强的伸缩性,以满足不同系统设备对数据传输带宽不同的需求。例如,PCI Express X1规格支持双向数据传输,每向数据传输带宽250MB/s,PCI Express X1已经可以满足主流声效芯片、网卡芯片和存储设备对数据传输带宽的需求,但是远远无法满足图形芯片对数据传输带宽的需求。 因此,必须采用PCI Express X16,即16条点对点数据传输通道连接来取代传统的AGP总线。PCI Express X16也支持双向数据传输,每向数据传输带宽高达4GB/s,双向数据传输带宽有8GB/s之多,相比之下,目前广泛采用的AGP 8X数据传输只提供2.1GB/s的数据传输带宽。

        尽管PCI Express技术规格允许实现X1(250MB/秒),X2,X4,X8,X12,X16和X32通道规格,但是依目前形式来看,PCI Express X1和PCI Express X16将成为PCI Express主流规格,同时芯片组厂商将在南桥芯片当中添加对PCI Express X1的支持,在北桥芯片当中添加对PCI Express X16的支持。除去提供极高数据传输带宽之外,PCI Express因为采用串行数据包方式传递数据,所以PCI Express接口每个针脚可以获得比传统I/O标准更多的带宽,这样就可以降低PCI Express设备生产成本和体积。另外,PCI Express也支持高阶电源管理,支持热插拔,支持数据同步传输,为优先传输数据进行带宽优化。

        在兼容性方面,PCI Express在软件层面上兼容目前的PCI技术和设备,支持PCI设备和内存模组的初始化,也就是说目前的驱动程序、操作系统无需推倒重来,就可以支持PCI Express设备。

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    显卡 : TV-Out





    TV-Out是指显卡具备输出信号到电视的相关接口。目前普通家用的显示器尺寸不会超过19寸,显示画面相比于电视的尺寸来说小了很多,尤其在观看电影、打游戏时,更大的屏幕能给人带来更强烈的视觉享受。而更大尺寸的显示器价格是普通用户无法承受的,将显示画面输出到电视,这就成了一个不错的选择。输出到电视的接口目前主要应用的有三种。

      一种是采用VGA接口,VGA接口是绝大多数显卡都具备的接口类型,但这需要电视上具备VGA接口才能实现,而带有此接口的电视相对还较少,同时多是一些价格较贵的产品,普及程度不高。此种方法一般不多采用,也不是人们习惯意义上说的视频输出。

      另外一种则是复合视频接口。复合视频接口采用RCA接口,RCA接口是目前电视设备上应用最广泛的接口,几乎每台电视上都提供了此类接口,用于视频输入。虽然AV接口实现了音频和视频的分离传输,这就避免了因为音/视频混合干扰而导致的图像质量下降,但由于AV接口传输的仍然是一种亮度/色度(Y/C)混合的视频信号,仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像,这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失,色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰,从而影响最终输出的图像质量。

      采用AV接口输出视频的显卡输出效果并不十分理想,但它却是电视上都具备的接口,因此此类接口受到一定用户的喜爱。目前此种输出接口的显卡产品较少,大多都提供输出效果更好的S端子接口。


    按此在新窗口浏览图片
    黄色为RCA接口,黑色为S端子

      最后一种则是目前应用最广泛、输出效果更好的S端子接口。S端子也就是Separate Video,而“Separate”的中文意思就是“分离”。它是在AV接口的基础上将色度信号C 和亮度信号Y进行分离,再分别以不同的通道进行传输,减少影像传输过程中的“分离”、“合成”的过程,减少转化过程中的损失,以得到最佳的显示效果。

      通常显卡上采用的S端子有标准的4针接口(不带音效输出)和扩展的7针接口(带音效输出)。S端子相比于AV 接口,由于它不再进行Y/C混合传输,因此也就无需再进行亮色分离和解码工作,而且使用各自独立的传输通道,在很大程度上避免了视频设备内信号串扰而产生的图像失真,极大地提高了图像的清晰度。

      但S-Video 仍要将两路色差信号混合为一路色度信号C进行传输,然后再在显示设备内解码进行处理,这样多少仍会带来一定信号损失而产生失真(这种失真很小) ,而且由于混合导致色度信号的带宽也有一定的限制。S-Video虽不是最好的,但考虑到目前的市场状况和综合成本等其它因素,它还是应用最普遍的视频接口。

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    显卡 : 芯片位宽





      显示芯片位宽是指显示芯片内部数据总线的位宽,也就是显示芯片内部所采用的数据传输位数,目前主流的显示芯片基本都采用了256位的位宽,采用更大的位宽意味着在数据传输速度不变的情况,瞬间所能传输的数据量越大。就好比是不同口径的阀门,在水流速度一定的情况下,口径大的能提供更大的出水量。显示芯片位宽就是显示芯片内部总线的带宽,带宽越大,可以提供的计算能力和数据吞吐能力也越快,是决定显示芯片级别的重要数据之一。目前已推出最大显示芯片位宽是512位,那是由Matrox(幻日)公司推出的Parhelia-512显卡,这是世界上第一颗具有512位宽的显示芯片。而目前市场中所有的主流显示芯片,包括NVIDIA公司的GeForce系列显卡,ATI公司的Radeon系列等,全部都采用256位的位宽。这两家目前世界上最大的显示芯片制造公司也将在未来几年内采用512位宽。

      显示芯片位宽增加并不代表该芯片性能更强,因为显示芯片集成度相当高,设计、制造都需要很高的技术能力,单纯的强调显示芯片位宽并没有多大意义,只有在其它部件、芯片设计、制造工艺等方面都完全配合的情况下,显示芯片位宽的作用才能得到体现。

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    显卡 : 什么是顶点着色单元





        顶点着色单元是显示芯片内部用来处理顶点(Vertex)信息并完成着色工作的并行处理单元。顶点着色单元决定了显卡的三角形处理和生成能力,所以也是衡量显示芯片性能特别是3D性能的重要参数。
        顶点(Vertex)是图形学中的最基本元素,在三维空间中,每个顶点都拥有自己的坐标和颜色值等参数,三个顶点可以构成成一个三角形,而显卡所最终生成的立体画面则是由数量繁多的三角形构成的,而三角形数量的多少就决定了画面质量的高低,画面越真实越精美,就越需要数量更多的三角形来构成。顶点着色单元就是处理着些信息然后再送给像素渲染单元完成最后的贴图工作,最后再输出到显示器就成为我们所看到的3D画面。而显卡的顶点处理能力不足,就会导致要么降低画质,要么降低速度。

        在相同的显示核心下,顶点着色单元的数量就决定了显卡的性能高低,数量越多也就意味着性能越高,例如具有6个顶点着色单元的GeForce 6800GT就要比只具有5个顶点着色单元的GeForce 6800性能高:但在不同的显示核心架构下顶点着色单元的数量多则并不一定就意味着性能越高,这还要取决于顶点着色单元的效率以及显卡的其它参数,例如具有4个顶点着色单元的Radeon 9800Pro其性能还不如只具有3个顶点着色单元的GeForce 6600GT。

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    显卡 : 什么是DirectX





        DirectX并不是一个单纯的图形API,它是由微软公司开发的用途广泛的API,它包含有Direct Graphics(Direct 3D+Direct Draw)、Direct Input、Direct Play、Direct Sound、Direct Show、Direct Setup、Direct Media Objects等多个组件,它提供了一整套的多媒体接口方案。只是其在3D图形方面的优秀表现,让它的其它方面显得暗淡无光。DirectX开发之初是为了弥补Windows 3.1系统对图形、声音处理能力的不足,而今已发展成为对整个多媒体系统的各个方面都有决定性影响的接口。
    DirectX 5.0
        微软公司并没有推出DirectX 4.0,而是直接推出了DirectX 5.0。此版本对Direct3D做出了很大的改动,加入了雾化效果、Alpha混合等3D特效,使3D游戏中的空间感和真实感得以增强,还加入了S3的纹理压缩技术。同时,DirectX 5.0在其它各组件方面也有加强,在声卡、游戏控制器方面均做了改进,支持了更多的设备。因此,DirectX发展到DirectX 5.0才真正走向了成熟。此时的DirectX性能完全不逊色于其它3D API,而且大有后来居上之势。

    DirectX 6.0
        DirectX 6.0推出时,其最大的竞争对手之一Glide,已逐步走向了没落,而DirectX则得到了大多数厂商的认可。DirectX 6.0中加入了双线性过滤、三线性过滤等优化3D图像质量的技术,游戏中的3D技术逐渐走入成熟阶段。

    DirectX 7.0
        DirectX 7.0最大的特色就是支持T&L,中文名称是“坐标转换和光源”。3D游戏中的任何一个物体都有一个坐标,当此物体运动时,它的坐标发生变化,这指的就是坐标转换;3D游戏中除了场景+物体还需要灯光,没有灯光就没有3D物体的表现,无论是实时3D游戏还是3D影像渲染,加上灯光的3D渲染是最消耗资源的。虽然OpenGL中已有相关技术,但此前从未在民用级硬件中出现。在T&L问世之前,位置转换和灯光都需要CPU来计算,CPU速度越快,游戏表现越流畅。使用了T&L功能后,这两种效果的计算用显示卡的GPU来计算,这样就可以把CPU从繁忙的劳动中解脱出来。换句话说,拥有T&L显示卡,使用DirectX 7.0,即使没有高速的CPU,同样能流畅的跑3D游戏。

    DirectX 8.0
        DirectX 8.0的推出引发了一场显卡革命,它首次引入了“像素渲染”概念,同时具备像素渲染引擎(Pixel Shader)与顶点渲染引擎(Vertex Shader),反映在特效上就是动态光影效果。同硬件T&L仅仅实现的固定光影转换相比,VS和PS单元的灵活性更大,它使GPU真正成为了可编程的处理器。这意味着程序员可通过它们实现3D场景构建的难度大大降低。通过VS和PS的渲染,可以很容易的宁造出真实的水面动态波纹光影效果。此时DirectX的权威地位终于建成。

    DirectX 9.0
        2002年底,微软发布DirectX9.0。DirectX 9中PS单元的渲染精度已达到浮点精度,传统的硬件T&L单元也被取消。全新的VertexShader(顶点着色引擎)编程将比以前复杂得多,新的VertexShader标准增加了流程控制,更多的常量,每个程序的着色指令增加到了1024条。

        PS 2.0具备完全可编程的架构,能对纹理效果即时演算、动态纹理贴图,还不占用显存,理论上对材质贴图的分辨率的精度提高无限多;另外PS1.4只能支持28个硬件指令,同时操作6个材质,而PS2.0却可以支持160个硬件指令,同时操作16个材质数量,新的高精度浮点数据规格可以使用多重纹理贴图,可操作的指令数可以任意长,电影级别的显示效果轻而易举的实现。

        VS 2.0通过增加Vertex程序的灵活性,显著的提高了老版本(DirectX8)的VS性能,新的控制指令,可以用通用的程序代替以前专用的单独着色程序,效率提高许多倍;增加循环操作指令,减少工作时间,提高处理效率;扩展着色指令个数,从128个提升到256个。

        增加对浮点数据的处理功能,以前只能对整数进行处理,这样提高渲染精度,使最终处理的色彩格式达到电影级别。突破了以前限制PC图形图象质量在数学上的精度障碍,它的每条渲染流水线都升级为128位浮点颜色,让游戏程序设计师们更容易更轻松的创造出更漂亮的效果,让程序员编程更容易。

    DirectX 9.0c
        与过去的DirectX 9.0b和Shader Model 2.0相比较,DirectX 9.0c最大的改进,便是引入了对Shader Model 3.0(包括Pixel Shader 3.0 和Vertex Shader 3.0两个着色语言规范)的全面支持。举例来说,DirectX 9.0b的Shader Model 2.0所支持的Vertex Shader最大指令数仅为256个,Pixel Shader最大指令数更是只有96个。而在最新的Shader Model 3.0中,Vertex Shader和Pixel Shader的最大指令数都大幅上升至65535个,全新的动态程序流控制、 位移贴图、多渲染目标(MRT)、次表面散射 Subsurface scattering、柔和阴影 Soft shadows、环境和地面阴影 Environmental and ground shadows、全局照明 (Global illumination)等新技术特性,使得GeForce 6、GeForce7系列以及Radeon X1000系列立刻为新一代游戏以及具备无比真实感、幻想般的复杂的数字世界和逼真的角色在影视品质的环境中活动提供强大动力。

        因此DirectX 9.0c和Shader Model 3.0标准的推出,可以说是DirectX发展历程中的重要转折点。在DirectX 9.0c中,Shader Model 3.0除了取消指令数限制和加入位移贴图等新特性之外,更多的特性都是在解决游戏的执行效率和品质上下功夫,Shader Model 3.0诞生之后,人们对待游戏的态度也开始从过去单纯地追求速度,转变到游戏画质和运行速度两者兼顾。因此Shader Model 3.0对游戏产业的影响可谓深远。

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    显卡 : 最大分辨率





        显卡的最大分辨率是指显卡在显示器上所能描绘的像素点的数量。大家知道显示器上显示的画面是一个个的像素点构成的,而这些像素点的所有数据都是由显卡提供的,最大分辨率就是表示显卡输出给显示器,并能在显示器上描绘像素点的数量。分辨率越大,所能显示的图像的像素点就越多,并且能显示更多的细节,当然也就越清晰。

        最大分辨率在一定程度上跟显存有着直接关系,因为这些像素点的数据最初都要存储于显存内,因此显存容量会影响到最大分辨率。在早期显卡的显存容量只具有512KB、1MB、2MB等极小容量时,显存容量确实是最大分辨率的一个瓶颈;但目前主流显卡的显存容量,就连64MB也已经被淘汰,主流的娱乐级显卡已经是128MB、256MB或512MB,某些专业显卡甚至已经具有1GB的显存,在这样的情况下,显存容量早已经不再是影响最大分辨率的因素,之所以需要这么大容量的显存,不过就是因为现在的大型3D游戏和专业渲染需要临时存储更多的数据罢了。

        现在决定最大分辨率的其实是显卡的RAMDAC频率,目前所有主流显卡的RAMDAC都达到了400MHz,至少都能达到2048x1536的最大分辨率,而最新一代显卡的最大分辨率更是高达2560x1600了。

        另外,显卡能输出的最大显示分辨率并不代表自己的电脑就能达到这么高的分辨率,还必须有足够强大的显示器配套才可以实现,也就是说,还需要显示器的最大分辨率与显卡的最大分辨率相匹配才能实现。除了显卡要支持之外,还需要显示器也要支持。而CRT显示器的最大分辨率主要是由其带宽所决定,而液晶显示器的最大分辨率则主要由其面板所决定。目前主流的显示器,17英寸的CRT其最大分辨率一般只有1600x1200,17英寸和19英寸的液晶则只有1280x1024,所以目前在普通电脑系统上最大分辨率的瓶颈不是显卡而是显示器。

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    显卡 : 散热方式





      由于显卡核心工作频率与显存工作频率的不断攀升,显卡芯片的发热量也在迅速提升。显示芯片的晶体管数量已经达到,甚至超过了CPU内的数量,如此高的集成度必然带来了发热量的增加,为了解决这些问题,显卡都会采用必要的散热方式。尤其对于超频爱好者和需要长时间工作的用户,优秀的散热方式是选择显卡的必选项目。

    被动式散热


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      显卡的散热方式分为散热片和散热片配合风扇的形式,也叫作主动式散热和被动式散热方式。一般一些工作频率较低的显卡采用的都是被动式散热,这种散热方式就是在显示芯片上安装一个散热片即可,并不需要散热风扇。因为较低工作频率的显卡散热量并不是很大,没有必要使用散热风扇,这样在保障显卡稳定工作的同时,不仅可以降低成本,而且还能减少使用中的噪音。

    主动式散热
      主动式散热除了在显示芯片上安装散热片之外,还安装了散热风扇,工作频率较高的显卡都需要这种主动式散热。因为较高的工作频率就会带来更高的热量,仅安装一个散热片的话很难满足散热的需要,所以就需要风扇的帮助,而且对于那些超频使用的用户和需要长时间使用的用户来说就更重要了。

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      按照热功学原理我们可以把目前显卡的散热方式分为轴流式散热和风道导流式散热。其中轴流式散热是最常见的散热方式,这种散热方式类似于CPU散热器的散热方式,主要靠采用高导热系数的大面积金属材质散热器来实现散热。此外,厂商还会为散热器配置散热风扇,散热风扇会按电机轴向吸收空气并吹到散热片上,从而达到高效率散热的目的。不过,这种方式散发出的热量最终还是要排放到机箱内,对机箱自身的散热系统提出了较高的要求,当机箱散热效果不佳的时候,显卡散热效率也将会大打折扣。


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    导流式散热

      导流式散热则是一种非常好的设计,很多高档游戏显卡都采用了这种散热方式,虽然该散热系统的外形与轴流式有些相似,但其散热效果却是轴流式散热系统不可比拟的。CHIP本次测试的显卡中,升技生产的显卡基本都采用了这种散热方式,散热片收集的热量可以通过显卡自身的专用导流风道直接排到机箱的外部,既保证了显卡的散热效果,又不为机箱增加额外的热负荷。

    水冷散热

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    显卡 : 显示芯片制作工艺





      显示芯片的制造工艺与CPU一样,也是用微米来衡量其加工精度的。制造工艺的提高,意味着显示芯片的体积将更小、集成度更高,可以容纳更多的晶体管,性能会更加强大,功耗也会降低。

      和中央处理器一样,显示卡的核心芯片,也是在硅晶片上制成的。采用更高的制造工艺,对于显示核心频率和显示卡集成度的提高都是至关重要的。而且重要的是制程工艺的提高可以有效的降低显卡芯片的生产成本。

      微电子技术的发展与进步,主要是靠工艺技术的不断改进,使得器件的特征尺寸不断缩小,从而集成度不断提高,功耗降低,器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后,从0.5微米、0.35微米、0.25微米、0.18微米、0.15微米、0.13微米、0.11微米、0.09微米一直发展到当前的0.08微米。

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    显卡 : 什么是OpenGL





        OpenGL是个专业的3D程序接口,是一个功能强大,调用方便的底层3D图形库。OpenGL的前身是SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL。IRIS GL是一个工业标准的3D图形软件接口,功能虽然强大但是移植性不好,于是SGI公司便在IRIS GL的基础上开发了OpenGL。OpenGL的英文全称是“Open Graphics Library”,顾名思义,OpenGL便是“开放的图形程序接口”。虽然DirectX在家用市场全面领先,但在专业高端绘图领域,OpenGL是不能被取代的主角。
        OpenGL是个与.硬件无关的软件接口,可以在不同的平台如Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS、OS/2之间进行移植。因此,支持OpenGL的软件具有很好的移植性,可以获得非常广泛的应用。由于OpenGL是3D图形的底层图形库,没有提供几何实体图元,不能直接用以描述场景。但是,通过一些转换程序,可以很方便地将AutoCAD、3DS等3D图形设计软件制作的DFX和3DS模型文件转换成OpenGL的顶点数组。

        在OpenGL的基础上还有Open Inventor、Cosmo3D、Optimizer等多种高级图形库,适应不同应用。其中,Open Inventor应用最为广泛。该软件是基于OpenGL面向对象的工具包,提供创建交互式3D图形应用程序的对象和方法,提供了预定义的对象和用于交互的事件处理模块,创建和编辑3D场景的高级应用程序单元,有打印对象和用其它图形格式交换数据的能力。

        OpenGL的发展一直处于一种较为迟缓的态势,每次版本的提高新增的技术很少,大多只是对其中部分做出修改和完善。1992年7月,SGI公司发布了OpenGL的1.0版本,随后又与微软公司共同开发了Windows NT版本的OpenGL,从而使一些原来必须在高档图形工作站上运行的大型3D图形处理软件也可以在微机上运用。1995年OpenGL的1.1版本面市,该版本比1.0的性能有许多提高,并加入了一些新的功能。其中包括改进打印机支持,在增强元文件中包含OpenGL的调用,顶点数组的新特性,提高顶点位置、法线、颜色、色彩指数、纹理坐标、多边形边缘标识的传输速度,引入了新的纹理特性等等。OpenGL 1.5又新增了“OpenGL Shading Language”,该语言是“OpenGL 2.0”的底核,用于着色对象、顶点着色以及片断着色技术的扩展功能。

        OpenGL 2.0标准的主要制订者并非原来的SGI,而是逐渐在ARB中占据主动地位的3Dlabs。2.0版本首先要做的是与旧版本之间的完整兼容性,同时在顶点与像素及内存管理上与DirectX共同合作以维持均势。OpenGL 2.0将由OpenGL 1.3的现有功能加上与之完全兼容的新功能所组成(如图一)。借此可以对在ARB停滞不前时代各家推出的各种纠缠不清的扩展指令集做一次彻底的精简。此外,硬件可编程能力的实现也提供了一个更好的方法以整合现有的扩展指令。

        目前,随着DirectX的不断发展和完善,OpenGL的优势逐渐丧失,至今虽然已有3Dlabs提倡开发的2.0版本面世,在其中加入了很多类似于DirectX中可编程单元的设计,但厂商的用户的认知程度并不高,未来的OpenGL发展前景迷茫。

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