掐指一算，从GPU诞生至今双方都已推出了十代产品，每一代产品之间的对决都令无数玩家心动不已，而其中最精彩的战役往往在微软DirectX API版本更新时出现。虽说胜败乃兵家常事，但NVIDIA和ATI每一代产品谁更强大似乎有某种规律可循，而且与DirectX有着某种微妙的关系。
相信很多人都有这种感觉，似乎谁与微软走的更近，谁能最先支持新版DirectX API，谁就能占据更多的优势。但也有例外，比如DX8.1对于Radeon 8500的帮助有限，DX10.1也没有给HD3000带来好运。其实这些只是表象，如果我们能够透过现象看其本质的话，就会发现DirectX与GPU的架构是有直接关系的，而GPU架构的优劣直接了决定一代产品的成败。
所以，今天我们就抛开GPU的晶体管数、管线/流处理器规模、工艺、频率、功能等等技术参数不谈，我们将关注的焦点集中在GPU体系架构方面。看看每逢DirectX版本有重大更新时，NVIDIA与ATI是如何博弈的，克敌制胜的关键到底是什么？
在DirectX 5.0以前，这个被微软整合在Windows操作系统内部的图形API并没有现在这么风光，当时的显卡和游戏都以支持OpenGL和Glide（3DFX的专用API）为荣，DirectX在持续不断的改进与发展，但始终都没能超越对手，一方面基于DOS系统的Windows还不够强大，另一方面微软的影响力还没到左右游戏开发商和芯片厂商的地步。
直到Windows 95发布之后，全新的图形界面让整个业界都兴奋不已，90%的占有率直接带动了整个行业的需求，也迫使全球软硬件厂商都不得不向其靠拢。此时整合Win95整合的DirectX 6.0也有了足够的实力与OpenGL/Glide分庭抗力，在技术特性不输与人的情况下，DirectX的影响力与日剧增。
● DirectX 7.0确定权威：核心技术T&L
DirectX 7.0是一次革命性的改进，其最大的特色就是支持Transform & Lighting（T&L，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。
基于T&L技术的演示Demo
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卡核心来计算，这样就可以把CPU从繁忙的劳动中解脱出来，让CPU做他该作的事情，比如逻辑运算、数据计算等等。换句话说，DX7显卡用T&L渲染游戏时，即使没有高速的CPU，同样能能流畅的跑3D游戏。
DirectX 7.0架构：首颗GPU GeForce 256
★ 首颗GPU诞生：GeForce 256（NV10）
T&L优秀的特性成为当时业界关注的焦点，那么首款支持DX7与T&L的显卡自然备受期待，NVIDIA的GeForce 256就是这样一款划时代的产品，为了突出它先进的技术特性，NVIDIA将GeForce 256的显示核心称为GPU（Graphic Processing Unit，图形处理器）。
GeForce 256所采用的核心技术除了硬件T&L之外，还有立方环境材质贴图、顶点混合、纹理压缩和凹凸映射贴图、双重纹理四像素、256位渲染引擎等诸多先进技术。在性能大幅提升的同时，3D游戏的画面得到了质的提升。
此后发布的GeForce 2 GTS就是GeForce 256的提速版本，架构、规格和技术没有多少改变。因此可以说GeForce 256就已经确立了当今GPU的整体架构雏形，我们可以看到它拥有专门的坐标转换与光源引擎，还有装配引擎、渲染管线、后期处理模块等等，这些功能单元基本都被沿用至今。
★ 两强争霸局面形成：Radeon 256
在DX7大势所趋的局面下，ATI也发布了首款DX7显卡，其命名都与NVIDIA惊人的一致——Radeon 256，由此掀开了NVIDIA与ATI、GeForce与Radeon争霸的局面。
Radeon 256独特的单管线3纹理架构
Radeon 256同样支持硬件T&L、环境贴图和凹凸贴图，还支持Hyper及和DOT3压缩技术，Radeon 256只有两条渲染管线，但每条管线拥有多达3个纹理单元，而GeForce 256每条管线只有1一个纹理单元，GeForce 2 GTS才改进为2个。但遗憾的是Radeon 256的第3个贴图单元直到它退市的时候也没有任何程序能够支持它，同时令人诟病的驱动也令用户大为恼火。
Radeon 256及其衍生的Radeon VE/LE/SE等都是优秀的产品，技术与架构不输给GeForce系列，功能甚至还更丰富，但糟糕的软硬件支持度导致它无法同GeForce相抗衡，口碑和市场都不如人意。
★ 小结：DX7架构平分秋色，硬件规格决定性能
GeForce 256与Radeon 256的基本架构是相同的，不同的是管线设计，GeForce 256拥有更多4条管线，但纹理单元也只有4个；Radeon 256虽然只有2条管线，但每管线拥有3个纹理单元，而且工作频率很高，因此在理论性能上占优势。
在当时来说，游戏大量使用了各种纹理贴图，因此对纹理单元提出了很高的要求，所以NVIDIA在GeForce 2 GTS当中改进为单管线双纹理。NVIDIA管线:纹理=1:2、ATI管线:纹理=1:3的架构都维持了很多年，直到DX9时代才有了较大的变化。
● DirectX 8.0：引入像素和顶点两大渲染管线
面向图形计算，让GPU逐渐找到了自己的方向，那就是给予用户更真更快地视觉体验，但是GPU架构也遇到一些问题亟待解决。首要问题就是，要实现更加复杂多变的图形效果，不能仅仅依赖三角形生成和固定光影转换，虽然当时游戏画面的提高基本上都是通过大量的多边形、更复杂的贴图来实现的。
但后期的发展中，顶点和像素运算的需求量猛增。每个顶点都包含许多信息，比顶点上的纹理信息，散光和映射光源下表现的颜色，所以在生成多边形的时候带上这些附加运算，就可以带来更多的效果，但这也更加考验顶点和像素计算能力。
2001年微软发布了DirectX 8.0，一场新的显卡革命开始，它首次引入了ShaderModel的概念，ShaderModel就相当于是GPU的图形渲染指令集。其中像素渲染引擎(Pixel Shader)与顶点渲染引擎(Vertex Shader)都是ShaderModel 1.0的一部分，此后每逢DirectX有重大版本更新时，ShaderModel也会相应的升级版本，技术特性都会大大增强。
与DX7引入硬件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，时至今日DX11时代ShaderModel都在不停地更新，以便渲染出更逼真更完美的画面。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，但在当时来说可编程性还是很弱，GPU的这一特性还是太超前了。
DX8动态光影效果展示：变色龙和不同角度的人脸
DirectX 8.0当中的Pixel Shader和Vertex Shader的引入，使得GPU在硬件逻辑上真正支持像素和顶点的可编程，反映在特效上就是动态光影效果，当时波光粼粼的水面都是第一次展现在玩家面前。
但是DX8的普及之路并不顺畅，主要是因为当时的DX8显卡都定位太高，NVIDIA和ATI双方都没有推出过低端DX8显卡，热卖的产品都是DX7，直到DX9诞生之后，双方才把昔日高端的DX8显卡当作低端产品处理。
★ 首款DX8显卡：GeForce 3 Ti
在DX8之前，无论NVIDIA还是ATI，都在强调显卡前端及后端输出。而Shader理念提出之后，双方逐渐将竞争重点放在了显卡的渲染核心部分——像素渲染管线和顶点渲染管线，无论是GeForce 3 Ti还是Radeon 8500都内置的规格和频率更强的PS和VS单元。当然也对显卡的后端ROP（光栅化引擎，负责完成像素的输出）也做了相应的改进，各种各样的多重采样AA模式和材质过滤技术逐步得以实现。
上图就是GeForce 3的核心架构图，可以看出，由于DX8渲染模式的改变，GeForce 3相对于DX7的GeForce 2/256有了天翻地覆的变化，一半以上的模块需要重新设计（绿色部分）。
GeForce 3的顶点管线设计
硬件规格方面，GeForce 3依然只有4条渲染管线，每条管线内置2个纹理单元，这与上代的GeForce 2没有区别。但是GeForce 3的核心晶体管数竟然是GeForce 2的两倍以上，额外的晶体管大都用在了顶点管线部分，虽然它只有一个顶点着色单元。这个顶点着色单元其实就是一个4D SIMD（单指令多数据流）处理器，可以计算最多16项数据的顶点，这在当时来说运算能力已经非常富裕了。
不过，主流的游戏还是基于DX7开发，因此GeForce 3的VS单元很多时候都派不上用场，由此导致GeForce 3在DX7游戏当中领先GeForce 2 Ti的优势并不大，毕竟它们的像素渲染管线和纹理单元数目是相同的，频率也没有提升太多。
★ ATI直上DX8.1：Radeon 8500
DX8方面ATI再次落后于NVIDIA，但后发制人也有好处，ATI直接采用了微软更新的DX8.1 API，因此在硬件特性方面要更胜一筹。不过DX8.1的改进极为有限，只是改进了大纹理水波纹的效能，未能得到整个业界的重视。
Radeon 8500与DX7版的Radeon系列相比，架构上也产生了翻天覆地的变化，除了加入顶点引擎外，更多尚处于实验性的技术都被置于其中，而且2D输出部分的功能更为丰富，可以说在技术和功能方面完全超越了GeForce 3 Ti。
规格方面，Radeon 8500拥有4条像素渲染管线，这与GeForce 3是相同的，但是8500拥有2个顶点着色单元，而GeForce 3只有1个，这就使得8500的理论性能更占优势。纹理单元方面ATI放弃了管线:纹理=1:3的设计，采用了与NVIDIA相同的1:2设计，因为第3个纹理单元在多数游戏中都毫无用处，这样双方的纹理单元数量也完全相同。
★ 小结：DX8架构ATI更出色，NV性能更强
整体来看双方都是重新设计的优秀架构，考虑到众多的特色功能和技术，Radeon 8500的确要优于GeForce 3 Ti。这是在3DFX灭亡之后，第一次有一家公司对NVIDIA造成如此大的压力，所以NVIDIA发布了更高频率的GeForce 3 Ti 500才勉强夺回性能之王的宝座。当然NVIDIA成熟稳定的驱动和长期积累的用户口碑以帮助GeForce 3 Ti力压Radeon 8500系列。
后期NVIDIA推出更多管线的GeForce 4 Ti自然拥有更强的DX8性能，但考虑到ATI方面没有与之相对应的产品，就不做对比了，因为ATI已经直接进入了DX9时代。
● DirectX 9.0：高精度渲染时代来临
2002年底，微软发布DirectX 9.0，如果从技术规格上看，DX9似乎没有DX7和DX8那种让人眼前一亮的革命性技术，它只是将ShaderModel版本从1.0升级到2.0而已。其实不然，此次ShaderModel指令集的改进让图形渲染画质提高到了新的水平。
首先，PixelShader 2.0具备完全可编程架构，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。
3DMark03中的最后一个场景就是DX9渲染，让人眼前一亮
其次，VertexShader 2.0通过增加顶点指令的灵活性，显著的提高了老版本的顶点性能，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。
Radeon 9700所提供的HDR Demo
另外，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。
★ 首款DX9显卡——Radeon 9700
当NVIDIA沉浸于GeForce 4 Ti大获全胜的DX8时代时，ATI在DX9标准正式确立之前就提前发布了Radeon 9700显卡，打得NVIDIA措手不及。这款产品来得如此突然，以至于ATI发布之时甚至没有提供相关技术PPT/PDF。
由于DX9相比DX8并没有改变3D渲染流程，仅仅是强化了ShaderModel指令集，因此R300的架构相比R200改进并不大，主要的变化是规模的扩充与外围控制模块的加强。比如：首次使用256bit显存控制器、类似CPU的FCBGA封装、更先进的纹理压缩技术以及后期处理单元。
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