现代图形处理器的发展始于1995年首批3D卡的出现，随后广泛采用32位操作系统和廉价的个人计算机。
在此之前，图形行业主要由较为平淡的二维非个人计算机体系结构组成。 图形卡最常见的是芯片的字母数字标记，而且成本很高。 3D游戏和计算机图形学逐渐融合在一起，源于街机游戏和控制台游戏，国防工业项目，机器人技术和太空模拟以及医学成像等多种来源。
消费类3D图形的早期是相互竞争的想法的狂野西部：从如何实施设备到使用各种渲染技术以及应用程序和数据接口。 第一个图形系统具有固定功能管线（FFP）和遵循非常严格的处理路径的体系结构。 同时，几乎每个3D芯片制造商都有自己的API。
3D图形使相当乏味的PC行业变成了光彩照人的秀场，但这要归功于几代人的创新。 在本系列文章中，我们将详细介绍GPU的历史：消费者3D图形的早期革命，彻底改变了3Dfx Voodoo，世纪之交的行业整合以及现代GPGPU。
1976年-1995年：消费类3D图形的诞生
最早的真正3D图形伴随着称为视频移位器或视频地址生成器的显示控制器的出现。 它们充当中央处理器和显示器之间的中介。 传入的数据流被转换为一系列输出位视频数据，例如亮度和颜色，以及垂直和水平复合同步，该序列存储一行像素并同步随后的每一行和猝灭脉冲的间隔（从完成一条光栅行到开始一条新的光栅行之间的时间）。
此类设备的各种设计出现在1970年代下半叶，奠定了我们众所周知的3D图形的基础。
Atari 2600于1977年9月发布例如，RCA在1976年发布的Pixie视频芯片（CDP1861）能够为不受欢迎的RCA Studio II控制台输出分辨率为62x128或64x32的NTSC兼容视频。
一年后，视频芯片之后是电视接口适配器（TIA）1A，该产品已集成到Atari 2600中，以生成屏幕图像，声音效果并从输入控制器读取信息。 TIA由Jay Miner领导，后者后来为Commodore Amiga计算机设计了芯片。
1978年，摩托罗拉宣布发布MC6845视频地址发生器。 它成为1981年发布的IBM PC的单色/彩色显示适配器（MDA / CDA）卡的基础。 该生成器在Apple II计算机上执行了相同的功能。 那年晚些时候，摩托罗拉增加了MC6847视频显示生成器，该生成器开始在许多第一代个人计算机中使用，包括Tandy TRS-80。
用于IBM PC的单色显示适配器由Commodore MOS Tech制造的类似VIC设备为Commodore 1980-83家用计算机提供了图形输出。
明年11月，ANTIC（字母数字电视接口接口）控制器和
CTIA / GTIA （彩色/图形电视接口适配器）
协处理器在Atari 400计算机上首次亮相。 使用直接内存访问（DMA）的ANTIC处理了2D图像命令。 像大多数视频协处理器一样，它可以生成游戏场图形（背景，屏幕保护程序，眼镜显示器），而CTIA可以生成颜色和运动对象。 雅马哈和德州仪器（TI）也向早期家用计算机制造商提供了类似的集成电路。
图形发展的下一阶段主要发生在专业行业。
英特尔使用其82720图形芯片作为1,000美元iSBX 275视频图形控制器多模式板（各种图形模式）的基础。 该设备可以显示分辨率为256x256的八种颜色的数据（或分辨率为512x512的单色）。 32 KB的显示内存足以绘制线，弧，矩形和文本字符。 该芯片还具有缩放功能，将屏幕分为多个部分并滚动。
不久之后，SGI发布了用于工作站的IRIS图形-GR1.x图形卡，该图形卡能够连接单独的（子级）卡，使您能够扩展颜色的数量，使用几何图形，Z缓冲区和覆盖层/底材。
当时，工业和国防3D可视化已经相当发达。 IBM，通用电气和马丁·玛丽埃塔（后来在1992年收购了GE航空部门）与国防部承包商，技术研究院和NASA一起，开发了各种需要军事和太空模拟技术的项目。 同样在1951年，海军基于麻省理工学院的Whirlwind计算机开发了使用3D可视化的飞行模拟器。
除了国防承包商之外，还有一些公司向军事市场提供专业图形。
Evans＆Sutherland提供了
Freedom和
REALimage等专业图形卡，还为
CT5飞行模拟器提供了图形，其成本为2,000万美元，并由
DEC PDP-11大型机驱动。 该公司的创始人之一伊凡·萨瑟兰（Ivan Sutherland）于1961年开发了一种名为Sketchpad的计算机程序，该程序可以使用光笔绘制几何形状并将其实时显示在CRT屏幕上。
它是现代图形用户界面（GUI）的起源。
在封闭程度不高的个人计算机行业中，出现了来自Chips and Technologies的一系列82C43x芯片，这些芯片被用于EGA（扩展图形适配器）并与IBM适配器竞争。 1985年，这些适配器安装在许多PC / AT克隆中。 对于随OCS芯片组发布的Commodore Amiga计算机，今年也非常出色。 该芯片组由三个主要芯片Agnus，Denise和Paula组成，这部分减少了图形和声音计算对CPU的依赖。
1985年8月，三位香港移民郭元镐，刘利和刘本尼在加拿大成立了Array Technology Inc.。 到年底，名称更名为ATI TechnologiesInc。
次年，ATI推出了其首款产品OEM颜色仿真卡。 它用于通过9针DE-9连接器将单色绿色，琥珀色或白色荧光粉文本输出到TTL监视器的黑色背景。 该卡配备了16 KB的内存。 她为ATI在成立的第一年就赚了1000万加元做出了巨大贡献。 主要原因是合同为Commodore计算机每周供应7,000个芯片。
彩色监视器的出现和缺乏通用标准导致了视频电子标准协会（VESA）的成立，该协会的创始成员之一是ATI，NEC和其他六家图形卡制造商。
1987年，ATI将面向OEM的Graphics Solution Plus系列添加到其产品线中。 它针对基于Intel 8086/8088的IBM PC使用了IBM PC / XT 8位ISA总线。 该芯片支持图形模式MDA，CGA和EGA，可使用DIP开关进行配置。 实际上，它是Plantronics Colorplus板的克隆，但具有64 KB的存储空间。 Paradise Systems的PEGA1、1a和2a（256KBK）于1987年发布，也是Plantronics的克隆。
ATI EGA 800：16色VGA仿真，支持800x600分辨率三月份，EGA Wonder系列（型号1-4）问世，售价399美元。 它具有256 KB的DRAM，并与CGA，EGA和MDA仿真兼容，分辨率高达640x350，并具有16种颜色。 扩展的EGA模式在2,3和4系列中可用。
高科技设备包括具有16色VGA仿真和800x600分辨率支持的EGA Wonder 800，以及VGA改进的性能（VIP）卡，它本质上是EGA Wonder，并添加了DAC模块以提供有限的VGA兼容性。 后者的价格为449美元，而Compaq扩展模块的价格为99美元。
ATI并不是唯一一家能够满足消费者对个人计算机不断增长的需求的公司。
那年出现了许多新公司和产品...其中包括Trident，SiS，Tamerack，Realtek，Oak Technology，LSI G-2 Inc.，Hualon，Cornerstone Imaging和Winbond，它们都成立于1986-87年。 在同一时期，AMD，西方数字/天堂系统，Intergraph，Cirrus Logic，德州仪器，Gemini和热那亚等公司开始制造其第一批图形设备。
在接下来的几年中，ATI的Wonder系列继续生产令人兴奋的新产品。
1988年推出了Small Wonder Graphics Solution，该解决方案能够连接游戏控制器和复合输出（用于CGA和MDA仿真），具有扩展EGA和16位VGA以及VGA Wonder和Wonder 16支持的EGA Wonder 480和800+。添加了对VGA和SVGA的支持。
配备256 KB内存的Wonder 16，零售价为499美元，而512K版本的售价为699美元。
1989年，改进的VGA Wonder / Wonder 16系列面世，其中包括VGA Edge 16（Wonder 1024系列），价格更低。 新功能包括一个总线鼠标端口，并支持VESA功能连接器。 它是镀金的连接器，类似于缩短的数据总线插槽连接器，通过电缆连接到另一个视频控制器，以绕过过载的数据总线。
1991年，Wonder系列的更新继续出现。 Wonder XL卡增加了VESA 32K和Sierra RAMDAC的颜色兼容性，从而将最大显示分辨率提高到72 Hz时的640x480或60 Hz时的800x600。 价格范围很广：具有256 KB的型号为249美元，具有512 KB的型号为349美元，具有1 MB RAM的版本为399美元。 打折的版本称为VGA充电器，它基于前一年的Basic-16。
ATI图形Ultra ISA（Mach8 + VGA）ATI创建了Wonder XL的变体，其扩展电路板上是Creative Sound Blaster 1.5芯片。 名为VGA Stereo-F / X的设备能够模拟Sound Blaster单声道文件中的立体声，大致相当于FM收音机。
那年5月，从Mach8设备开始出现了Mach系列。 它以芯片或电路板的形式出售，允许使用软件界面（AI）进行2D绘制操作的一部分，例如绘制线条，填充颜色以及组合位图（位BLIT）。
像ATI VGAWonder GT这样的图形卡可以将Mach8与执行3D操作的VGA Wonder +卡的图形核心（28800-2）结合起来，从而可以处理2D和3D。 多亏了Wonder和Mach8，ATI的收入已经超过了加拿大的1亿加元，这主要是由于用户切换到Windows 3.0以及2D操作工作量的增加。
1989年初，创建了S3 Graphics，并在18个月后制造了其首个2D加速器芯片和S3 911图形卡（或86C911）。 最新的钢制1 MB VRAM的重要功能以及对16位颜色的支持。
同年，S3 911被924卡所取代-实际上，它是911的升级版本，具有24位色彩支持。 第二年又在928版本中进行了改进，增加了对32位颜色的支持。 加速器801和805也被释放，加速器801使用ISA接口，而805使用VLB。 从911的发布到3D加速器的问世，市场上到处都是2D卡，可用于基于原始S3设备的GUI。 其中最著名的是Tseng实验室，Cirrus Logic，Trident，IIT，ATI（Mach32）和Matrox（MAGIC RGB）。
1992年1月，Silicon Graphics Inc（SGI）发布了OpenGL 1.0，这是一个用于2D和3D图形的多平台，独立于供应商的应用程序编程接口（API）。
OpenGL是从SGI自己的称为IRIS GL（集成栅格成像系统图形库）的API演变而来的。 这样做的目的是保留IRIS的非图形功能，并允许该API在其他公司制造的系统上工作，因为出现了竞争对手，他们提供了自己的专有API。
最初，OpenGL的目标市场是专业的UNIX市场，但是由于实现扩展的便利性，OpenGL很快就适应了3D游戏。
微软开发了自己的竞争性API，称为Direct3D，因此并没有做出太多努力来确保OpenGL以最佳方式在Windows中工作。
几年后，以前发行过革命性PC游戏《毁灭战士》的id Software的id Carmack使用OpenGL将Quake移植到Windows并
公开批评了Direct3D ，这种情况到了关键时刻。
走向未来：1997 GLQuake和Quake Original微软坚定不移-该公司拒绝为Windows 95授予OpenGL迷你客户端驱动程序（MCD）的许可，该驱动程序允许制造商选择哪些功能可以访问硬件加速。 SGI通过开发可安装客户端驱动程序（ICD）来响应此举，该驱动程序不仅提供了相同的功能，而且还做得更好，因为MCD仅提供光栅化，而ICD添加了照明和变换（T＆L） 。
在最初在工作站上流行的OpenGL开发过程中，Microsoft密切关注了游戏市场的兴起，并开发了自己的专有API。 1995年2月，该公司收购了RenderMorphics，该公司的Reality Lab API得到了第三方开发人员的支持，并成为Direct3D的核心。
同时，3dfx的Brian Hook正在编写Glide API，该API后来将成为主导的游戏API。 这部分是由于Microsoft参与了Talisman项目（基于图块的渲染生态系统），因此该公司不得不限制DirectX的资源。
由于Windows的日益普及，D3D接口变得越来越流行，专有的API如S3d（S3），Matrox Simple接口，Creative图形库，C接口（ATI），SGL（PowerVR），NVLIB（Nvidia），RRedline（Rendition） ）和Glide开始失去对开发人员的热爱。
由于不断需要扩展功能列表，这些专有API的一些开发人员与电路板制造商合作对他们没有帮助。 其中包括屏幕分辨率的增加，颜色深度的增加（从16位增加到24位，然后增加到32位）以及诸如抗锯齿这样的改善图像质量的方法。 由于增加的吞吐量，图形性能和更快的产品开发周期，因此需要所有这些功能。
1993年标志着图形市场上新竞争者的出现，其中最引人注目的是Nvidia，该公司于当年1月由Jensen Huang，Curtis Reception和Chris Malahowski创立。 Huang曾是LSI核心软件的负责人，Reception和Malahowski来自Sun Microsystems，在那里他们致力于
基于SunSPARC的
GX图形体系结构 。
此后不久，新手动态图片，ARK Logic和Rendition也加入了Nvidia。
由于市场动荡，许多图形公司已经停止营业或被竞争对手吸收。 其中包括Tamerack，Gemini Technology，Genoa Systems，Hualon，Headland Technology（由SPEA收购），Acer，Motorola和Acumos（由Cirrus Logic收购）。
但是，ATI仍然是唯一一家从胜利走向胜利的公司。
同年11月，ATI宣布发布了68890 PC TV解码器芯片，该芯片首次出现在Video-It卡中！。该芯片可以捕获分辨率为15 fps的320x240或30 fps的160x120的视频，以及压缩/解压缩借助集成的Intel i750PD VCP（视频压缩处理器），可以实时进行监控。 他还可以通过数据总线与图形卡进行通信，从而无需额外的卡，端口或电缆。
视频吧！ 零售价为399美元； 具有较少功能的Video-Basic模型也补充了产品线。
5个月后的3月，ATI迟迟发布了64位加速器-Mach64。
本财年对ATI不利，它损失了270万加元，由于激烈的竞争而失去了市场份额。 在竞争的主板中，有许多主板制造商选择了S3 Vision 968，而Trio64则与Dell（Dimension XPS），Compaq（Presario 7170/7180），AT＆T（Globalyst），HP（Vectra VE 4）和DEC签订了OEM合同。 （文氏管/ Celebris）。
Vision 968：首款S3视频加速器Mach64于1995年发布，基本上是第一款。 它成为第一个适用于PC和Mac的Xclaim格式的图形适配器（450或650美元，取决于内存量）； 像S3 Trio一样，它提供了加速的视频播放。
Mach64还成为ATI首批专业图形卡的先驱-3D Pro Turbo和
3D Pro Turbo + PC2TV ，其价格为每个版本599美元（2 MB）和899美元（4 MB）。
ATI Mach64 VT，具有电视调谐器支持次月，一家名为3DLabs的技术初创公司出现在现场，当时杜邦像素艺术部门
收购了其母公司的
一个部门，以及能够执行OpenGL渲染，片段处理和光栅化的GLINT 300SX处理器。 由于成本高昂，该公司的卡最初瞄准了专业市场。 富士通Sapphire2SX 4MB零售价为1,600-2,000美元，而8兆字节的ELSA GLoria 8零售价为2,600-2,850美元。 但是，300SX旨在用于游戏市场。
在1995年发布的GLINT 300SX游戏卡中，内存减少到2 MB。
1兆字节用于纹理和Z缓冲区，以及所有其他内容（用于帧缓冲区）。与原来的349美元相比，要多花50美元，该卡还可以选择扩展VRAM以与Direct3D兼容。该产品未能设法进入一个已经很拥挤的市场，但是3DLabs已经在Permedia系列中研究其后代。那时，S3似乎无处不在。 Trio64芯片组凭借集成的DAC，图形控制器和时钟合成器在高端OEM市场上独领风骚。他们使用了通用的帧缓冲区并支持视频覆盖的硬件功能（图形存储器的分配部分，用于渲染应用程序所需的视频）。 Trio64及其32位兄弟Trio32被Diamond，ELSA，Sparkle，STB，Orchid，Hercules和Number Nine等公司作为OEM设备和个人卡出售。 Diamond Multimedia的价格从基于ViRGE的卡169美元到具有4 MB VRAM（基于Trio64 +）的Diamond Stealth64视频的569美元不等。Trident公司是一家长期提供朴实2D图形适配器的OEM供应商，该公司最近在其产品阵容中增加了9680芯片，该芯片具有Trio64的大多数功能，并且这些主板通常以170-200美元的价格出售。在他们的利基市场中，他们提供了可接受的3D性能和良好的视频播放功能。进入主流市场的其他新手包括Weitek的Power Player 9130和Alliance Semiconductor的ProMotion 6410（通常与Alaris Matinee或FIS OptiViewPro一起使用）。这两块板均提供了出色的CPU速度扩展能力，并且后者将强大的扩展引擎与防阻塞方案相结合，可以流畅地播放视频，这比ATI Mach64，Matrox MGA 2064W和S3 Vision968等以前的芯片要好得多。5月，Nvidia发布了其首款NV1图形芯片，这是首款能够进行3D渲染，视频加速和集成GUI加速的商用GPU。该公司与意法半导体（ST Microelectronic）签订了合作协议，为其500纳米工艺生产该芯片，后者发布了STG2000芯片版本。尽管缺乏巨大的成功，他还是为公司带来了第一笔利润。对于Nvidia来说不幸的是，在供应商（特别是Diamond Edge 3D卡）于9月开始首次销售之后，Microsoft就完成了DirectX 1.0的工作并发布了。D3D图形API基于渲染三角形多边形，而NV1在四边形上使用纹理映射。使用驱动程序时，添加了与D3D的有限兼容性：三角形变成了四边形表面，但是缺少为NV1设计的游戏注定了它会被击败：该芯片是各行各业的杰作，但在任何领域都没有取得优势。大多数游戏已与世嘉土星一起移植。具有4 MB的NV1和用于土星的集成端口（每个扩展卡有两个通过电缆连接到扩展卡）于1995年9月上市，价格约为450美元。Microsoft最近所做的更改以及DirectX SDK的发布使电路板制造商无法直接访问数字视频播放。这意味着几乎所有分立的图形卡都无法在Windows 95中运行。相比之下，许多制造商的Win 3.1驱动程序通常都没有问题。1995年11月，ATI宣布推出其首款3D Rage加速器芯片（也称为Mach 64 GT）。明年5月在洛杉矶的E3电子游戏大会上举行了首次公开芯片演示。该卡本身在一个月后出现。3D Rage将Mach64 2D内核与3D功能结合在一起。最近对DirectX规范的修改导致3D Rage与许多使用此API的游戏存在兼容性问题-大多数情况下没有深度缓冲。当具有2 MB的帧缓冲区EDO RAM时，使用3D的工作被限制为640x480x16位或400x300x32位。尝试在600x480中启用32位颜色通常会损坏屏幕内容，最大2D分辨率为1280x1024。在游戏中，性能中等，但是MPEG视频全屏播放的可能性在某种程度上平衡了它。ATI重新设计了该芯片，Rage II于9月发布。他解决了第一个芯片的D3DX的问题，并增加了对MPEG2播放的支持。但是，首批卡仍带有2 MB的内存，这降低了性能，并且还存在透视图/几何变换的问题。随着Rage II + DVD和3D Xpression +扩展设备系列，最大存储容量增加到8 MB。尽管ATI是第一个使用3D图形芯片进入市场的公司，但竞争对手还是通过其他3D实现方法迅速出现在了现场。特别是3dfx，Rendition和VideoLogic。Screamer 2于1996年推出，并通过3dfx Voodoo 1卡在Windows 95上推出，Rendition和VideoLogic赢得了将新产品推向3Dfx市场的竞赛。但是，性能竞赛是在比赛开始之前完成的-3Dfx Voodoo Graphics实质上摧毁了所有竞争对手。这是有关视频处理器历史的四篇文章的第一篇。在下一部分中，我们回顾3Dfx，Rendition，Matrox和一家名为Nvidia的年轻公司的辉煌岁月。