流水线

在计算机处理的上下文中，流水线是一种同时执行多条指令的技术。计算机处理器每秒可以处理数百万条指令。每条指令都要经过多个阶段，每个阶段由处理器的不同部分处理。在每个时钟周期内，一条指令会从一个阶段移动到下一个阶段；当一条指令经过某个阶段时，其他指令也会同时经过不同的阶段。

典型的CPU流水线包括五个阶段——取指令、指令解码、执行、内存访问和写回不过具体阶段可能因(架构而异）。如果没有流水线，处理器一次只能处理一条指令。由于每条指令都需要经过多个时钟周期才能完成所有阶段，因此当一条指令从一个阶段移动到下一个阶段时，处理器的大部分会处于空闲状态。不采用流水线处理并不会让单条指令耗时更长，但这意味着处理器每秒能够处理的指令更少。

指令流水线的工作方式很像汽车装配线，每个工作站只负责一项任务——安装座椅、装配发动机、安装车轮等。如果生产线上一次只有一辆汽车在移动，大多数工作站都会处于空闲状态，工厂一天无法生产很多汽车。但是，如果生产线上同时有几十辆汽车——足以让每个工作站都保持忙碌——那么一天内完成的汽车数量就会多得多，尽管每辆汽车仍然需要相同的时间。

GPU 图形流水线

除了CPU之外，计算机GPU也使用流水线来处理指令。GPU图形流水线更加复杂，其中包含多个专用处理组件，这些组件执行数学函数，将3D场景和对象渲染为显示在屏幕上的2D图像。

GPU架构在不同代际之间差异很大，但大多数图形流水线都遵循类似的模式。简单的图形流水线首先会将顶点的3D坐标（组成每个3D对象的三角形的角）转换为屏幕平面上的2D坐标。然后，它会将这些坐标转换为线框，再填充这些顶点之间的几何区域以创建形状。接下来，流水线通过添加纹理贴图、光照和其他着色器效果，将这些形状光栅化为像素。隐藏的像素以及“摄像机”看不到的其他信息会被丢弃，最后将图像保存到帧缓冲区并显示在屏幕上。