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像素填充率是指圖形處理單元在每秒內所渲染的像素數量,單位是MPixel/S(每秒百萬像素),或者GPixel/S(每秒十億像素),是用來度量當前顯卡的像素處理性能的最常用指標。顯卡的渲染管線是顯示核心的重要組成部分,是顯示核心中負責給圖形配上顏色的一組專門通道。渲染管線越多,每組管線工作的頻率(一般就是顯卡的核心頻率)越高,那麼所繪出的顯卡的填充率就越高,顯卡的性能就越高,因此可以從顯卡的象素填充率上大致判斷出顯卡的性能。

1 像素填充率 -概述

像素填充率像素填充率

一般情況下,顯卡的像素填充率等於顯示核心的渲染管線數量乘以核心頻率。這裡的像素填充率顯然是理論最大值,實際效果還要受管線執行效率的影響。另外顯卡的性能還要受核心架構、頂點數量、顯存帶寬的影響。例如較高的填充率渲染像素需要消耗大量的存儲帶寬來支持,因此如果顯卡的顯存帶寬跟不上,顯卡的像素填充率也會受影響。不過對大多數顯卡而言,設計時總會讓像素填充率、頂點生成率、顯存帶寬等幾個顯卡的重要指標大致匹配,因此從像素填充率可以大致反映出顯卡的性能。

像素填充率的最大值為3D時鐘乘以渲染途徑的數量。如NVIDIA的GeForce 2 GTS晶元,核心頻率為200 MHz,4條渲染管道,每條渲染管道包含2個紋理單元。那麼它的填充率就為4x2像素x2億/秒=16億像素/秒。這裡的像素組成了我們在顯示屏上看到的畫面,在800x600解析度下一共就有800x600=480,000個像素,以此類推1024x768解析度就有1024x768=786,432個像素。我們在玩遊戲和用一些圖形軟體常設置解析度,當解析度越高時顯示晶元就會渲染更多的像素,因此填充率的大小對衡量一塊顯卡的性能有重要的意義。剛才我們計算了GTS的填充率為16億像素/秒,下面我們看看MX200。它的標準核心頻率為175,渲染管道只有2條,那麼它的填充率為2x2 像素x1.75億/秒=7億像素/秒,這是它比GTS的性能相差一半的一個重要原因。

2 像素填充率 -應用

雖說大多數PC用戶都並不把PC當作遊戲平台,但市場是多元化的,PC遊戲玩家在PC平台數量上是少數,但在DIY市場卻是非常重要的一個組成部分。試想,沒有了PC玩家,DIY市場會平淡很多,最起碼顯卡市場決不會像現在這麼受重視。
      
對於遊戲玩家來說,圖形性能非常重要,顯卡的重要程度甚至超過了CPU。這也導致了很多遊戲玩家的配置預算中,顯卡佔去了很大一部分,有時玩家的顯卡價格甚至超過了CPU價格的一倍。由此可見,圖形性能對於遊戲玩家的重要程度。

無論是DirectX9時代的渲染管線、頂點單元,還是DirectX10時代的統一渲染單元,像素填充率都是一款顯卡圖形性能最重要的衡量指標之一。

簡單的說,一款顯卡的性能由「像素填充率」和「顯存帶寬」兩個部分構成。「像素填充率」衡量的是顯卡的圖形運算能力,「顯存帶寬」衡量的是顯卡的數據傳輸能力。

像素填充率的公式是:像素填充率=渲染管線數量×核心頻率
      
上面這個公式是DirectX9顯卡的像素填充率計算方法,DirectX10顯卡的像素填充率計算公式為:
像素填充率=SP數量×核心頻率÷2
單位:MPixel/S(每秒百萬像素),或者GPixel/S(每秒十億像素)

按照DirectX10顯卡的像素填充率公式,可以算出當今DirectX10顯卡的像素填充率都是多少。

這個表格是各顯卡的像素填充率理論值,實際顯卡的頻率都和公版頻率有出入,不能直接套用。而且決定一款顯卡圖形性能的還有其他因素,顯存規格、紋理填充率等等。
      
綜合來說,NVIDIA顯卡的特點是SP數量較多、SP頻率較高,而且NVIDIA顯卡的紋理單元普遍比AMD顯卡的紋理單元多了一倍,9800GX2比HD3870X2的紋理單元更是多了3倍,因此這個像素填充率排名只是衡量指標之一而已。

9800GX2的像素填充率高於HD3870X2,這可以解釋9800GX2略佔優勢的原因,但9800GX2和HD3870X2的顯存規格基本相當,可以說是顯存規格限制了它們的差距進一步拉大。但從市場的角度來說,9800GX2的價格是HD3870X2的1.6倍,9800GX2的性價比反而較低。

9800GTX、8800GTS、8800GT的像素填充率都明顯高於HD3870,甚至8800GS的像素填充率也高於HD3870,但8800GS的顯存規格很弱,這使得HD3870的實際性能要高於8800GS。9600GT的像素填充率雖然較低,但9600GT的顯存規格很高,這使得9600GT的性能和HD3870非常接近。

8600GT的像素填充率雖然高於HD3650,但市場上499元的8600GT的頻率普遍都比較低,甚至只有450MHz,如此的話8600GT的實際填充率就降到了7.2 GPixel/S,明顯低於HD3650。

像素填充率由顯示核心的規格決定,也就是顯示核心的運算能力,但要把GPU的運算能力全部發揮出來,還需要良好的傳輸通道,也就是搭配合理、不至於形成瓶頸的顯存規格來決定,最重要的衡量指標就是顯存帶寬。

顯存帶寬的計算公式:顯存帶寬=顯存頻率×顯存位寬÷8

影響顯存帶寬的因素是顯存位寬和顯存頻率,顯存容量的價值體現在容納運算數據的容量上,最典型的體現就是高頻率、低顯存容量的顯卡在低解析度時會優於低頻率、高顯存容量的顯卡。顯存頻率越高越好,顯存容量越大越好,但畢竟有個限度,它們的最佳搭配是:顯存容量=顯存位寬×2
      
顯存帶寬由顯存位寬決定,顯存位寬由顯存顆粒決定。一般的顯存顆粒封裝模式有3種:TSOP、QFP和BGA。其中TSOP和QFP的封裝模式是每顆顯存顆粒都是32bit位寬,BGA封裝的顯存顆粒都是16bit位寬。如果是4顆TSOP封裝顯存顆粒,那麼顯存位寬就是4×32bit=128bit,如果是4顆BGA封裝顯存顆粒的話就只有4×16bit=64bit了。
      
不言而喻,BGA封裝的顯存顆粒比較便宜一些。

顯存帶寬要跟的上GPU的運算能力,如此才能保持快速車道的暢通,顯卡的實際性能才能發揮至最大。如果像素填充率高、而顯存帶寬低的話,那麼顯卡的實際性能會被顯存帶寬所拖累,最典型的例子就是HD3690,像素填充率和HD3850相當,但顯存帶寬只有HD3850的一半,實際性能自然是天差地遠。
      
相對來說,NVIDIA顯卡的顯存頻率較高,AMD顯卡的顯存頻率較低,這主要是由於各自的像素填充率導致的。AMD顯卡的顯存帶寬和像素填充率的比例大體接近2:1,而9800GX2、9800GTX、8800GTS、8800GT和8800GS的這個比例卻低於2:1,因此NVIDIA在高端顯卡的顯存頻率上要求很高。

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