3．理解流水线真正概念：Pixel Shader+TMU+ROP

在讨论显卡GPU的流水线之前，我们想先让大家了解一下3D游戏的制作过程，这对于理解后续的流水线概念将有很大的帮助。事实上，3D游戏初期的开发就好象一部电影：游戏策划、剧本撰写、角色圈定等等，在确定主角的造型风格之后，制作厂商将把原画交给3D建模部门。至此，3D工作正式开始，此时需要处理纹理，后期混合等等，具体的工作内容就是构造顶点、几何变换（Transform）、光照（Lighting）、设定（Setup）、光栅化（Rasterize）等。

对于传统的图形芯片，以上的一些工作全部由CPU代为执行。到了3D时代，GPU作为图形处理单元开始承担更多的工作，因此我们也开始接触纹理贴图、像素渲染等概念。然而时至今日，GPU已经发展得更为全面，其所谓的流水线作为一个完全的处理单元而存在，几乎每一款GPU都内置了多个流水线。

不过值得指出的是，不同时代对于流水线的定义完全不相同。如今我们对于一条流水线定义是“Pixel Shader（像素着色器）+TMU（纹理单元）+ROP（光栅化引擎，ATI将其称为Render Back End）。从功能上简单的说，Pixel Shader完成像素处理，TMU负责纹理渲染，而ROP则负责像素的最终输出，因此 ，一条完整的传统流水线意味着在一个时钟周期完成1个Pixel Shader运算，输出1个纹理和1个像素。以GeForce 6600LE为例，一块传统的4流水线构架显卡（4X1）在一个时钟周期内完成4个Pixel Shader运算，输出4个纹理和4个像素。

在3D游戏工作时，其实Pixel Shader、TMU以及ROP部分都非常重要。让我们回想一下当年《FIFA98》等老一代3D游戏，当时三角形生成能力是最为看重的，基本没有应用到纹理贴图与像素着色，真正的工作部分是被成为顶点生成器的单元，而且也可以由CPU来模拟执行。但是发展到DirectX 6与DirectX 7时期，大量3D游戏开始追求更加丰富真实的表面效果，此时贴图技术则迅速普及，如何提供强大的纹理填充率成为关键。至于DirectX 8之后的时代，像素处理则异军突起并且展现出令人惊艳的画质。相对而言，ROP的概念比较难理解，这实际上是像素结果输出处理器负责像素的最终输出，执行像素读/写操作、Z-buffer检查、色彩混合、抗锯齿操作等。

4．DirectX 10核心：追求像素渲染

进入DirectX 9时代以后，Pixel Shader技术开始应用得十分普遍，此时显卡能否提供更多的像素渲染管线成为关键因素。当然，造成GPU开始追求更多像素渲染管线的因素绝不仅仅是3D游戏普及化应用Pixel Shader，Pixel Shader本身版本的提升也是一个重要原因。单流水线内置一条像素渲染管线在DirectX8游戏横行的时代是比较合理的，因为DirectX8的Pixel Shader1.3允许的着色器程序比较短，此时单流水线内的多个像素渲染管线无法发挥并行工作的优势。然而DirectX9时代的Pixel Shader 2.0/3.0则全然不同，更长的着色器程序指令让多个像素渲染管线有了用武之地。

当然，我们也并非单纯否定TMU纹理填充单元的作用。但是也应该清楚地意识到，随着纹理压缩以及Z缓存技术的不断成熟，再加上显存带宽越来越出色，TMU逐渐摆脱了性能瓶颈，此时自然也就无需在单流水线中集成多个TMU单元。而与此同时，ROP也在数量上足以满足GPU的需求，因此也没有随着像素渲染管线数量的递增而不断增长。

按照ATI和nVIDIA对于未来3D游戏技术的预测，今后像素渲染将会越来越得到重用。在2001年刚刚出现具备像素着色器的显卡时，当时游戏的像素着色器程序中算术指令和纹理指令数量的比例在1:1左右，打这以后，算术指令的数量呈显著增加之势。在2007年，游戏中每个像素的平均着色器程序指令数目是30条，算术指令和纹理指令数量平均比率达到了5:1，也就是说现在的像素着色器程序中，平均每5条算术指令才会出现一条贴图指令，而这样的算术指令数量急剧增长趋势仍将继续保持下去。

四、写在最后：DirectX 10最终受益者是谁？

DirectX已经成为3D技术竞争的舞台，任何一项先进的硬件技术都必须在DirectX API的支持下才能发挥威力。从未来的发展趋势来看，伴随着DirectX的成熟，3D游戏对于硬件的利用效果将会很快提高，届时真正的电影级游戏效果或许就真的离我们不远了。在整个DirectX 10时代，其实并没有哪一个受害方，因为即便是nVIDIA和ATI，不断的产品更新依然会给他们带来巨大的利润，而Microsoft永远是干着保赚不赔的大买卖，让Windows Vista的强势地位更加巩固。对于消费者而言，DirectX 10时代将会看到更加出色的3D渲染效果，只不过我们又得升级显卡了。