計算機圖形系統的發展以提供更快的圖形數據處理和更真實的視覺效果為目標！

? ? ? ?基于光柵化（Rasterization）圖形管線如圖-2所示，圖中下部虛線部分數據流向代表固定圖形管線。應用程序通過點、線、多邊形等幾何圖元構建出物理模型或可視化的數據結構，這些模型最后表示成具有對象空間坐標、法向量、顏色、紋理坐標等屬性的頂點集（Vertex）。對頂點進行坐標變換、光照計算后，圖元裝配和光柵化操作對幾何圖元進行紋理和顏色的插值，生成和窗口屏幕像素相對應的片元集（Fragment）。片元集具有窗口坐標、顏色、紋理坐標、霧化坐標等屬性，每個片元經過紋理應用顏色混合以及霧化等操作后計算出片元最終顏色和深度。通過模板、深度、透明混合等測試的片元最終寫入幀緩存中顯示出來。???

圖-2

? ? ? ?從圖形學算法到圖形庫函數再到硬件圖形管線，圖形處理器用硬件固化算法，加速數據流處理；從固定圖形管線到可編程圖形管線，圖形處理器不斷提高其數據處理的靈活性以滿足更復雜但更真實的圖形效果。經過大致三個階段的演變，圖形處理器已發展成計算機系統中專注圖形應用而兼顧數據流處理的高性能協處理器。

? ? ? ?大致在1998 年后期, 以Nvidia TNT2、ATI Rage 和3DFX Voodoo3為代表的圖形芯片支持多紋理操作，在光柵化過程中完成多幅紋理的融合操作。1999 年后期，以Nvidia GeForce256、GeForce 2 和ATI Radeon 7500為代表的圖形芯片可以處理頂點的矩陣變換和進行光照計算。這一時期，圖形特性的固化和硬件加速是圖形處理器設計的方向，這一階段的圖形處理器特點是“固定圖形管線（Fix Function)”。

? ? ? ?但很快就發現，照這樣的方向發展下去，不斷增加的圖形新特性將會使得圖形庫和圖形處理器設計不堪重負。同時，有限的特性終究束縛了圖形應用開發者的手腳，不能滿足人們對更真實的場景和更絢麗的動畫效果的需求。2001年底和2002年初，以Nvidia和ATI為代表的主流圖形處理器廠商將硬件圖形管線的流水線作為流處理器來解釋，頂點級出現可編程性，片元級出現有限的可編程能力。這一重要的變革使圖形芯片成為真正意義的圖形處理器，這一時期的處理器有Nvidia GeForce3、GeForce4和ATI Radeon 8500。2003年Nvidia GeForce FX 系列和ATI Radeon 9700/9800最終通用化了頂點和片元級可編程能力。固定的圖形管線中頂點的光照和坐標變換由頂點程序取代，片元的顏色融合及紋理操作由片元程序取代，固定圖形管線演變為可編程圖形管線，如圖-2上部實線所示。人們可以在頂點和片元兩個級別上編程實現靈活的處理，滿足不同的要求。頂點和片元程序在圖形應用中統稱為渲染程序（Shader）。以及后來的GeForce 6x、7x系列和相應的ATI 5xx核心的處理器都是沿著擴展圖形可編程能力的方向發展，這一階段圖形處理器的特點是“可編程圖形管線（Programable Pipleline）”。
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? ? ? ?隨著通用可編程能力的提高，圖形處理器迎來新的變革與發展，頂點處理和片元處理在統一的硬件處理單元上執行，體系結構更加通用化，如Nvidia G8x 和 AMD/ATI R6xx。由圖形處理器衍生出的協處理器，將會提升個人電腦的并行計算能力。這個階段的圖形處理器的特點是“數據流通用計算（GPGPU)”。