上文我们提到了GPU的由来以及渲染过程，以及象征着初期GPU标识的T&L。GPU通过硬件T&L，实现大量的坐标和光影转换。随着更加复杂多变的图形效果的出现，顶点和像素运算的需求量大幅提升，此时的GPU架构也遇到了一些麻烦的问题。游戏画面的提高对GPU有了更高的要求，图形处理生成多边形的过程中需要加上许多附加运算，比如顶点上的纹理信息、散光和映射光源下的颜色表现等等，有了这些就可以实现更多的图形效果。

当然，与此同时带来的就是对GPU顶点和像素的计算能力极具考验。通过对GPU图形流水线的分析，工程师们发现与传统的硬件T&L相比，另一种方案具有更高的效率和灵活性，这就是Shader（渲染器/着色器）的出现。2001年微软发布的DirectX 8带出了Shader Model（渲染单元模式），Shader也由此诞生。

DX8显卡体系结构及渲染流水线

本质上来说，Shader是一段能够针对3D图像进行操作并被GPU所执行的图形渲染指令集。通过这些指令集，开发人员就能获得大部分想要的3D图形效果。在一个3D场景中，一般包含多个Shader，这些Shader中有的负责对3D对象顶点进行处理，有的负责对3D对象的像素进行处理。所以最早版本的Shader Model 1.0中，根据操作对象的不同分别Vertex Shader（顶点着色器/顶点单元，VS）和Pixel Shader（像素着色器/像素单元，PS）。

相比T&L实现的固定的坐标和光影转换，VS和PS拥有更大的灵活性，使得GPU在硬件上实现了顶点和像素的可编程（虽然当时的可编程特性与现在相比很是孱弱），反映在图形特效上就是出现了动态的光影效果，游戏玩家们第一次见到了更加逼真波光粼粼的水面；而对于开发者来说，游戏的开发难度也大大降低了。从历史意义上来讲，Shader Model的出现对GPU来说是一场空前的革命，日后也成为DirectX API的一个重要部分。每逢DirectX版本升级，Shader Model的技术特性都会随之增强和扩充。

具体来说，VS的主要作用就是构建3D图形的骨架，也就是顶点。本质上，任何3D图形在计算机中只有两种存在形式，构建骨架的顶点以及连接顶点之间的直线。比如，我们划一个圆，计算机会把它当做多边形来处理；如果精度较低，可能是5边形和或6边形；如果精度较高，则会是500边形或600边形，也就是几百个顶点和几百个直线。

而PS的作用就更好理解了，主要负责VS之后的处理，比如图形表面的纹理以及像素值、颜色等等，使其达到预期的的效果。不过PS中根据各工种的不同细化分为像素渲染单元（Pixel Shader Unit，PSU）、纹理贴图单元（Texture Map Unit，TMU）以及光栅化单元（Raster Operations Pipe，ROP；A卡中叫做Render Back End，RBE）。PSU主要负责像素的处理工作，比如我们在游戏中见到的场景、光影效果等；TMU主要负责纹理处理工作，比如树木、石头的纹理以及水面反射等等；而ROP/RBE负责像素的最终输出工作，执行像素的读／写操作、Z-Buffer检查、色彩混合及抗锯齿等。