GPU（Graphics Processing Unit）是一种专门用于处理图形和图像处理的处理器，其主要任务是在计算机系统中渲染和加速图形显示。本文将深入解析GPU的工作原理，尤其是从中我们能看到从传统的固定功能架构到可编程GPU的演变。
早期的GPU主要负责三角形设置、纹理映射、光照等基础图形运算，这些工作在第一代GPU中通过T&L（Transform and Lighting）单元完成。T&L单元处理物体的几何变换和光照计算，减轻了CPU的负担，使得图形处理更加高效。然而，T&L虽然提高了图形性能，但也带来了新的问题，即GPU本身的计算压力增加。
随着技术的发展，DirectX 8.0引入了可编程Shader的概念，这是GPU的一个重大飞跃。第二代GPU，如NV2X系列（GeForce3/4 Ti）、R2X系列（Radeon 8500）等，具备了硬件级别的可编程Shader运算能力。可编程Shader分为Vertex Shader（顶点着色器）和Pixel Shader（像素着色器）两部分。
Vertex Shader允许程序员对每个顶点进行定制化的运算，无需CPU介入。每个顶点携带了大量的信息，包括坐标、权重、法线、颜色、纹理坐标等。顶点处理器可以使用简单的程序改变这些信息，这些程序直接由顶点着色引擎执行，极大地扩展了3D图形的表现力。游戏设计师因此可以更自由地操纵3D物体，创造出更为逼真的动态效果。
Pixel Shader则在像素级别进行操作，处理颜色、投影、凹凸贴图等效果。与早期的固定指令集相比，可编程Pixel Shader提供了更大的灵活性，允许开发者实现更多复杂的视觉效果，如光线追踪、自定义光照模型等。
NSR（NVIDIA Scene Render）是NV15中尝试引入的一种像素处理单元，它在数据进入像素流水线之前对每个像素进行一系列计算。尽管NSR也是一种像素操作，但它与可编程Pixel Shader相比，仍属于固定模式，程序员需要按照预设规则编写程序。
GPU从最初的固定功能硬件发展到可编程Shader，极大地推动了图形处理能力的提升，使得游戏和图形应用的视觉效果更加丰富和真实。这一演变不仅改善了性能，也为创新提供了无限可能。随着技术的不断进步，GPU将继续在图形渲染领域扮演关键角色，带来更为惊艳的视觉体验。
