这是这款游戏机最关键的部分之一，它基本上让GameCube成为了GameCube。
这款游戏机GPU的历史有一些有趣的联系： N64的SoC（RCP）的开发主管Wei Yen后来成立了ArtX公司，并与任天堂签订了开发下一代芯片的合同：Flipper。
超级马里奥阳光（Super Mario Sunshine）（2002）
与上一代产品相比，ArtX 有了很多改进，例如，子系统被严格简化为单核（但功能强大）。
在开发过程中，ArtX被ATI收购，六年后ATI又被AMD收购。 因此，你会在游戏机壳子正面看到ATI的贴纸。
架构设计
Flipper是一个处理多种服务的复杂单元，所以现在让我们把重点放在图形组件上（因为它负责让我们的几何图形栩栩如生）。 我们将这一区域称为GPU或图形引擎，如果你一直在阅读N64的文章，我只是想告诉你，这个核心现在已经可以正常工作了，所以程序员无需担心要注入代码才能让它工作。 不过，还有一些有趣的部分可以定制。
Flipper的GPU部分的流水线设计
与往常一样，为了在屏幕上绘制一帧图像，我们的数据将通过GPU的流水线传输。 数据会经过许多不同的组件，我们可以将其分为四个阶段：
数据库
数据库阶段示意图
CPU和GPU通过主RAM中固定长度的FIFO缓冲区相互通信，这是CPU编写绘图命令的预留部分，GPU将读取（并最终显示）这些命令，CPU和GPU本身都支持这一功能。
此外，CPU和GPU不必同时指向同一个FIFO，因此CPU可以在GPU读取第一个FIFO的同时填充另一个 FIFO。 这样可以避免空转。
在复杂的场景中，发出单个命令来构建我们的几何图形会变得非常繁琐，因此官方库中包含了一些工具，可以从游戏资产中生成所需的显示列表（预编译的FIFO命令集），只需将这部分复制到RAM中，GPU就能有效地显示它们。
GPU包含一个命令处理器，负责从FIFO中获取命令。
几何
使用间接模式的顶点阶段示意图。
在这里，基元会根据所需的场景进行相应的形状转换，并为光栅化做好准备。 引擎使用专用的顶点单元（Vertex unit，"VU"）来完成这项工作。
有两种顶点模式可用于处理通过FIFO发送的基元：
- 直接模式：CPU 会向每个FIFO条目发送所有需要的属性（位置、法线、颜色、纹理坐标或矩阵索引）。 在数据已缓存的情况下非常有用。
- 间接模式：FIFO条目包含一个索引值，用于指定属性信息在RAM中的位置，因此顶点单元需要自行查找。。 这些数据的结构是一个数组，因此顶点单元要遍历这些数据，每个顶点条目都必须指定数组的起始位置（基指针）、每个条目的长度（步长）以及顶点所在的位置（索引）
加载完成后，可以对基元进行变换、剪切、光照（每个顶点都有一个RGB值，该值还可以进行内插，用于高洛德着色（Gouraud Shading）），最后进行投影。
纹理
使用默认设置的纹理阶段示意图
现在是为模型应用纹理和特效的时候了，为此GPU包含多个处理像素的单元。 现在，这是一个非常精密（但也相当复杂）的程序，如果你觉得难以理解，就把它想象成一条处理像素的大流水线吧。 因此，有三组单元可供选择：
- 四个并行像素单元（也称为"像素流水线"）： 栅格化我们的基元（将其转换为像素）。 有四个单元可用，每个周期最多可传输2x2像素。
- 每个像素单元的末端有一个纹理映射单元（共四个）： 它们在每个循环中为我们的基元（现在只是像素）处理多达八个纹理。
- 纹理环境单元（Texture Environment unit，"TEV"）： 这是一个功能强大、可编程的16级色彩混合器。 它基本上结合了多个纹理元素（texels）（光照、纹理和常量）来实现大量纹理效果，这些效果将应用到我们的多边形上。
- 该单元的工作原理是接收四个像素，然后根据要求的操作对其进行处理。 之后，它可以将得到的像素作为新的输入，这样在下一阶段/周期，该单元就可以对之前的结果执行不同类型的操作。 这种"循环"最多可持续15次迭代。
- 每个阶段有24种操作可供选择，考虑到结果可以在下一阶段重新处理，因此有~5.64×10511种可能的排列组合！
- 程序员可以在运行时设置 TEV（这意味着它可以随时更改），这一点至关重要，因为它为大量原创素材和效果打开了大门。
所有这一切都得益于1 MB的纹理内存（1T-SRAM 类型），该内存可分为高速缓存和Scratchpad内存（快速 RAM）。 此外，还提供SRTC（S3纹理压缩）纹理实时硬件解压缩功能，可在1 MB 内存中容纳更多纹理。
渲染
渲染阶段示意图
渲染流程的最后阶段包括对场景进行一些可选但有用的润色：
- 雾：将TEV中的最后一种颜色与雾常量颜色混合，以有效模拟多雾环境。
- Z-比较：后期阶段的Z缓冲。 引擎将使用2 MB的嵌入式1T-SRAM进行Z缓冲计算。
- 混合：将当前帧的颜色与上一帧缓冲区的颜色相结合。
- 抖动：顾名思义，对帧进行抖动处理。
生成的帧最终会写入嵌入式1T-SRAM中的帧缓冲区，但它仍被锁定在 Flipper 内部（该区域被称为"嵌入式帧缓冲区"（Embedded Frame Buffer，"EFB"），虽然它也包括Z缓冲区）。 因此，要在电视上显示它，我们必须将其复制到外部帧缓冲区（External Frame Buffer，"XFB"），这可以通过视频接口（Video Interface，"VI"）来获取。 此外，复制过程还可以应用抗锯齿（减少块状边缘）、去闪烁（平滑亮度的突然变化）、RGB到YUV转换（类似格式，占用内存空间更少）和Y缩放（垂直缩放帧）等效果。
值得一提的是，XFB区域也可由CPU操作，这使它能将先前渲染的位图与我们最近渲染的帧结合起来；或者当某些游戏需要渲染色彩非常丰富的帧时，EFB无法容纳这些帧，因此它们被分块渲染，之后由CPU进行合并（始终与VI保持同步）。
交互式比较
是时候将这一切纳入视野了，看看程序员们是如何利用这台游戏机的新图形功能，对以前的游戏设计进行进化的。 别忘了，这些例子都是互动的！
升级
在上一代游戏机中，由于多边形数量的限制，马里奥的模型不得不缩减，而在这一代游戏中，马里奥的模型被完全重新设计，请仔细看看马里奥的模型是如何从素面朝天演变成皱巴巴的袖子的。
"现代版本"中可用的互动模型
N64的任天堂明星大乱斗（Super Smash Bros）（1999）
320个三角形
"现代版本"中可用的互动模型
NGC的任天堂明星大乱斗DX（Super Smash Bros. Melee）（2001）
4718个三角形
在短短两年时间里，我们获得了如此多的细节，真是令人印象深刻，不是吗？
更新
在这种情况下，Sonic Team已经为其独特的游戏机设计了索尼克模型，但在将游戏移植到GameCube之后，他们发现自己可以在模型上添加更多的多边形，从而获得更好的细节。
"现代版本"中可用的互动模型
Dreamcast的索尼克大冒险（Sonic Adventure）（1999）
1001个三角形
"现代版本"中可用的互动模型
NGC的索尼克大冒险DX（Sonic DX）（2003）
1993个三角形
创造力
从这条流水线的内部工作原理可以看出，图形技术一直在不断发展，现在程序员可以控制渲染过程中的某些功能。
塞尔达传说: 风之杖（The Legend of Zelda: Wind Waker）（2003）
在同一时期，PC显卡开始放弃固定功能的流水线，转而使用着色器核心（运行定义像素操作方式的小程序的单元）。 尽管Flipper仍然包含一个固定功能的GPU，但通过加入TEV单元等组件，可以说任天堂提供了自己的类似着色器的解决方案。
我觉得塞尔达传说：风之杖（The Legend of Zelda: Wind Waker）是利用这种新功能的最佳游戏之一，它采用了一种称为卡通渲染/三渲二（Cel Shading）的独特色彩/光照技术，使纹理看起来很卡通。
视频输出系统
视频信号输出分辨率可达640x480像素（PAL制式为768×576像素），色彩高达1670万种（24位色深）。 此外，该系统还能以逐行模式播放信号（图像更清晰，但当时并非所有电视都支持这种模式）。
XFB可以有多种尺寸，因此出于兼容性的考虑，视频接口会根据区域对XFB进行重新采样，以适应电视屏幕，从而尽力显示帧。
连接
游戏机包含的视频输出接口不是一个，而是两个：
机子背面的A/V端口。
- 其中一个名为模拟A/V输出，实际上就是古老的多路输出。 这是最常用的一种。
- 该游戏机的PAL版本不带 S-Video，NTSC版本不提供RGB（无奈！）。
- 另一种称为数字A/V的电缆以数字形式发送音频和视频（类似于现在的HDMI，但使用的是完全不同的协议！）。
- 任天堂发布了一套分量电缆，可以连接到这个插座。 同一个插头包含一个视频DAC和编码器，用于将数字信号转换为YPbPr（最佳质量）。
- 该电缆作为额外配件出售，现在已被视为某种遗物！