从模拟接口到8K传输 显卡接口这些年变得太多

在英伟达RTX30系列显卡发售前夕,我们将和跟大家一起回顾一下显卡史上的一些有趣内容,这一期我们首先来聊聊显卡视频输出接口的发展。

显卡上的视频输出接口的发展主要就是为了匹配显卡输出性能的提升,从最开始的240P和灰度输出到如今的8K和HDR,视频输出接口也见证着显示技术的发展。

模拟时代:DB13WVGA和S端子

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从模拟接口到8K传输 显卡接口这些年变得太多

DB13W3(13W3)可以算是VGA接口的前辈,出现时间比独立显卡还早,是用作模拟视频接口的特殊D-sub端子。

独立显卡出现前主要使用在Sun微系统、硅图(SGI)和IBM RISC 的工作站上,由于没有遵循具体的技术规范,该接口在不同设备上拥有不同的运作模式,

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这个接口包含10个标准信号插针和3个较大的插口,可以与带有两个同心触点(同轴电缆)的特殊插针或特殊大电流插针配合使用(这接口也曾用于供电)。

三个大插口的同轴连接器分别承载红(A1)、绿(A2)和蓝(A3)三种视频信号,其他针脚还承担垂直同步,水平同步和复合同步信号,运作原理跟VGA基本一致。

DB13W3跟VGA接口最大的不同是,该接口并没有一套行业的标准规范,每个厂商在使用该接口时都有一套自己的定义标准。

三个颜色信号外的针脚在不同设备上会有不同的功能,导致该接口缺乏通用性。

在NVDIA早期的独立显卡上只能搭配苹果、NEXT(乔布斯创立的那个)和鹰图(Intergraph Corporation)等指定的显示器使用,并逐渐被通用性更强的VGA接口所替代。

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VGA接口也被称为D-Sub接口,是显卡模拟输出时代最具代表性的接口。

最早出现在IBM于1987年推出的PS/2(Personal System 2)电脑上,采用的VGA(Video Graphics Array视频图形阵列)标准也被同时推出,跟我们熟知的PS/2接口(老式鼠标键盘接口)同属IBM在当时提出的PC新标准。

VGA标准的提出同时也是显卡从主板上独立出来的重要基础,该接口自然也成为独立显卡在很长一段时间内的标配。往后的十多年里这个接口几乎成为电脑视频接口的代名词

NVIDIA这边直到GTX1000系列显卡才彻底取消了对这种接口的支持(GTX1000系列完全取消对模拟信号的支持,之前会有不少非公版显卡保留该接口或附送DVI转VGA线)。

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该接口共有15针,分成3排,每排5个孔,分别传输传输红、绿、蓝的模拟颜色信号和同步信号(水平和垂直信号)。

最大支持的分辨率达到2048*1536(60Hz),能在较低分辨率下最高提供100Hz的刷新率(1600*1200),这个参数放到现在也足以满足90%用户的日常使用需求。

不过受限于线材和使用采用模拟信号进行传输,这种接口除了容易受到干扰,物理上限已经不能满足当前市场的需求。

由于使用模拟输出,VGA接口在分辨率高于1280×1024时的显示精度就会受到影响。

同一显示器下,使用VGA接口的显示效果远不如“点对点”的数字接口(当时以DVI为主)。

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这个问题在显示器全面进入1080P时代后被进一步扩大,当时很多用户出现的显示内容边缘模糊、字体发虚和颜色偏移就是受VGA接口的限制所致。

NVIDIA也早在2005年的GeForce 7800系列(G70架构)时即开始在公版显卡上取消这一接口,现在该接口主要是入门平台搭配一些低分辨率显示设备一起使用。

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S端子接口也称二分量视频接口,英文全称为SeparateVideo,简称为S-Video。

在独立显卡上出现的时间略晚于VGA,该接口的连接规格由日本在AV端子接口的基础上改进而来。

最大的特点就是将模拟视频的亮度和色度进行分离传输,拥有比AV端子接口更出色的显示效果,最大分辨率达到 1024*768,在进入1080P时代后基本被淘汰。

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S端子接口拥有多个不同版本,最常见的是7PIN和4PIN版本。4PIN是S端子接口最原始的版本,广泛兼容各类显示设备,作为独立显卡的输出接口只出现在早期的几款产品上。

而7PIN版本在独立显卡上则更加常见,它是在4PIN版本的基础上多出了一路复合信号(但仍兼容4PIN线材)。

该信号还可以单独分离输出一路RCA信号(分离出一路AV端子视频线),意味着独立显卡可以通过该接口直接跟绝大部分电视机进行连接,因此该接口也被许多显卡厂商和用户列为TV输出口。

该接口的传输性能虽然比VGA接口弱,但是凭借更简单的结构和更出色的兼容性,它在公版独立显卡(包括NVIDIA和AMD/ATI)上的使用周期甚至比VGA还长。

它跟DVI接口一起完成了显卡输出从模拟输出向数字输出的过渡,因为兼顾着跟电视进行连接的任务,直到HDMI接口出现后才被完全取代。

过渡时期:DVI

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DVI接口遵循的是DVI(数字视频接口Digital Visual Interface)标准。

该标准由Silicon Image、intel(英特尔)、Compaq(康柏)、IBM、HP(惠普)、NEC、Fujitsu(富士通)等公司于1999年共同推出的,目的是推动个人电脑的视频输出从模拟转向数字。

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作为从模拟输出过渡到数字输出时代的接口,DVI拥有5种不同规范。

最早的是DVI-A(A后缀意为Analog模拟信号),该接口实际上是一种DVI形态的VGA规范接口,只支持模拟信号输出。

性能表现跟普通VGA接口没有本质区别,出现时间较短,很快被更新DVI-D和DVI-I接口所取代。

其他的规格中,DVI-D(D后缀为Digital数字信号)只支持数字信号,是最纯粹的数字接口。

而DVI-I(I后缀为Integrated混合式)则是在DVI-D的基础上演化而来,兼容数字和模拟信号,而DVI-I和DVI-D又分为“双通道”和“单通道”两种类型。

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性能表现方面,DVI-A跟VGA接口完全一致外,单通道DVI接口(18+5) 支持的最大分辨率为1920*1200@60Hz。

双通道DVI接口(24+5) 支持的最大分辨率为2560*1600@60Hz或1920*1200@120Hz,能充分满足1080P时代的使用需求;

由于使用数字模式进行传输,该接口在高分辨率下的画面比使用VGA接口更加细腻。

不过DVI接口作为初代数字接口,它身上还存在不少问题。

首先就是接口兼容性,DVI接口跟VGA接口一样都是专门为电脑设计的,对于电视的兼容性较差(也给S端子接口留足了使用空间)。

本身的标准较多,又导致了对线材的兼容性远不如VGA。

此外它还有体积较大、不支持数字音频和不支持热插拔等问题,注定了它只能作为一种过渡性的接口,它的影响力远不如VGA或后来的HDMI和DP。

数字时代:DP、HDMI

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HDMI(High Definition Multimedia Interface)是由日立、松下、飞利浦、Silicon Image、索尼、汤姆逊、东芝七家公司共同制定一种符合高清时代标准的全新数字化音视频接口技术。

随着HDMI 1.0版标准在2002年12月9日被正式发布,HDMI技术也正式进入历史舞台。

跟DVI接口相比,HDMI在初期最大的优势就是可以同时支持音视频同时传输。

不过初代接口最高只支持1920*1080@60Hz,跟DVI接口相比也不算突出,因此该接口前期主要应用在蓝光播放机和高端平板电视上,并没有在PC市场上开展大规模应用。

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该标准的技术规格也随着硬件性能的发展不断提高,目前最新的HDMI 2.1标准已经能够支持4K@120Hz及8K@60Hz,并且支持高动态范围成像(HDR),可以针对场景或帧数进行优化,并且向下兼容HDMI 2.0、HDMI 1.4技术。

HDMI在物理接口上,有几种类型。除了标准的HDMI接口,还有mini HDMI和Micro HDMI两种规格的接口,可以分别适应不同形态的设备,随着技术规格的升级完善和应用实践,HDMI已经成为目前最应用范围最广的视频输出接口。

DP接口即DisplayPort 接口,跟HDMI一样可以同时传输音频和视频信号,1.0版的标准由视频电子标准协会(VESA)在2006年5月制定,是目前主流独立显卡视频输出接口中最新的。

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DP接口规范是作为HDMI的竞争对手和DVI的潜在继任者而制定的,获得了Intel、NVIDIA、AMD、戴尔、惠普、联想、飞利浦、三星等行业巨头的支持。

该接口在前期相对HDMI最大的优势就是免认证和免授权费,后续也增加了HDR、FreeSync、G-Sync等技术的支持。

而到了现在,DP规范跟HDMI相比最大的优势就是在传输视频信号外还能兼顾数据传输,而且在DP1.4规范就加入了对Type-C接口的支持,在移动设备上拥有更广的使用范围。

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目前最新的标准是DP2.0,拥有提供最大77.4Gbps的带宽,是DP1.4的近三倍;

它可以传输16K(15360 x 8640)@60Hz、30色深(bpp)的视频资源,传输带宽也远超竞争对手HDMI2.1(48 Gbps)。

相比HDMI在接口形态和传输速率上都有一定优势,不过目前最大的劣势应该是在跟平板电视和投影仪等设备的连接上。

因此目前主流的显卡产品虽然会更多地使用DP接口,但在大部分情况下仍会保留HDMI接口。

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