GPU 篇三：让装修工人给你讲讲什么叫GPU

能够制造与使用工具是人类区别于其他动物的主要区别之一。但对于很多人而言，在使用工具的过程中，是从来不会考虑其原理的。因为在我们眼中，工具就是工具，原理只是原理，与生活没有半毛钱关系。

包括我自己在内，很多热爱硬件的用户在潜意识当中，或许熟知与生活息息相关的显卡等硬件是什么，但如果说到其GPU详细的工作原理，恐怕大家都一样，知其然而不知其所以然。

其实显卡的工作不是与生活一毛钱联系都没有，如果站在上帝视角，你会发现，GPU这群晶体管的工作方式，竟然和生活中的居家装修如此相似。

我们都知道，随着GPU概念被提出，GPU使显卡减少了对CPU的依赖，承担起了越来越多对于图像渲染的工作。其中担任主力的便是光栅化过程（暂不提光线追踪）。而大致的工作流程便是：几何处理、像素及材质处理以及最后的混合输出。

反观居家装修呢？首先是整体设计方案的规划设计以及管道走线等房屋结构的规划。接下来是墙面和地面的清理找平，之后是铺设地砖和墙纸，再来就是根据用户的需要粉刷颜色，同时对细节进行必要的处理，在结束这个步骤之后，装修基本上就算是完成了。

主体拆改——曲面细分

在图形处理当中，setup单元负责将顶点连接完成节结构的模型构筑，再由程序对更高的几何外形要求进行多边形改造。

Tessellation单元就会根据需求重新生成新的顶点，并与Domain Shader一起将新的顶点放置到合适的位置上，以完成对旧有多边形的“碎裂”过程。使得整个外观看起来更加细腻多样。

而在居家装修当中，不管你想要在客厅安装圆形的拱门还是打造优美的吊顶，装修师傅都会根据客户的要求，在原有外形的基础上，进行更好的几何调整。如果仔细回想，负责房屋内部结构以及特出造型改装的师傅做的不正是Fixed-Function Tessellator的基础工作嘛。

铺砖刮腻——纹理定址和抓取

几何架构完成后，下一步工作便应该开始纹理贴图，这部分工作在GPU当中由TMU单元来完成，通常而言，程序员会预先烘焙好一些材质，这些材质拥有基本的色彩以及外貌特征，而TMU单元要做的事情便是从材质库中定位并抓取合适的材质，对几何物理表现进行基本的外貌填充，方便后续Shader单元对颜色进行正确的计算，并减少渲染过程的压力。

材质抓取过程

看到这，你是否想到了什么呢？没有错，铺地砖和给墙壁挂腻子。在我们的居家装修过程中，如果墙面和地面并不平整，那么也就谈不上后来的继续还在装修了，这时就就需要另一名装修师傅在墙面挂上腻子，找平墙面，对地面铺好地砖，构建整个房间的基本外观。

而如何选择地地砖与墙面，往往需要装修师傅亲自到建材厂寻找，并将它们买回来并贴在应该在的位置，

这个寻找以及购买的过程中，将直接影响到后续的装修进程，而TMU单元的效率也直接影响着后续显卡的渲染过程。

粉刷墙壁——像素处理

在GPU中，当进行到这一步后，便需要物体表现进行上色处理，这部分往往通过US单元来实现，只不过在程序语言当中，色素通常由三原色混合完成，而具体颜色值则通过三个不同数字表示，也就是我们熟知的RGB颜色。

US单元会根据程序的需求对每一个像素的RGB颜色进行计算，其中就包括光影以及色泽，最终通过这些数值来正确反映物体的颜色，其中US单元的中的ALU再完成与RGB的计算后，会把它传输给ROP单元和纹理进行混合。

这一过程与我们额外想要某种颜色的卧室墙面非常相似，五彩斑斓的黑？五颜六色的白？装修师傅总会根据我们的要求信心满满的将颜色调配出。

这里的US单元将RGB值计算好后与问题单元混合和调漆师傅将颜料调好交给刮墙师傅一并处理有着非常高的相似度。

临时改需求——延迟渲染

对于延迟渲染，相信很多人并不陌生，它会根据图形的需求，将光照之类的操作从传统的Pixel Shader前段直接转移到整个流水线后端的MRT（多目标渲染）里，这种延迟演变了shader的操作顺序，将其延续到紧贴混合之前。

而相信很多人都在装修家的过程中，都会有突然奇想的改变，比如好好的铺地砖，突然想改地板了，虽然对于规划好一切的装修师傅而言是一件很难办的事情，但毕竟客户就是爸爸。

这时在整体规划不变的前提下，更换地板之前，为了防止刷漆导致地板的损坏，往往会停下工作先行修改，这样就需要调色的师傅重新调色才能让整个房间色调达成一致，不得不改变过去的工作顺序和状态。

尽管方向和目的不同，但延迟渲染总感觉和重新铺地板的要求所导致重新调色实在是有异曲同工之妙。

最终粉刷——输出与呈现

GPU的最后一项工作，就是将渲染好的视觉效果呈现在我们的面前，这就需要将ALU计算好的像素同TMU单元拾取的材质进行混合，交由ROP单元进行混合和输出，刷到设定好的纹理当中。

快速完成像素混合和输出操作是ROP单元的任务

这也就意味着，在装修家的时候，任重而道远的工作永远都是最后的粉刷师傅在做。为了避免影响到客户家的整体外观表现，他们往往小心翼翼。

其实ROP单元在GPU中的主要作用，就是将全部像素填充进纹理，并使得纹理最终获得正确的表现效果。US单元所完成的工作虽然是对像素的计算和处理，但他并不涉及操作环节，这就好比调色师傅调好了正确颜色的漆，却没有把它弄到墙上一样。油漆的颜色再正确也仅仅是油漆，如果没有粉刷师傅的粉刷，它永远都不可能变成房间的颜色效果。同时，通过粉刷师傅精心的粉刷以及彩绘，哪怕客户要在上面画彩绘也能在墙壁和墙纸上得到体现，这与ROP单元通过混合完成一些特殊特效也是一致的。