对于3G移动终端的3D图形绘制应用,研究可编程的高性能3D图形处理器具有重要意义,而顶点着色器和像素着色器是实现3D图形处理器可编程功能的核心,因此设计功能强、性能高、面积小和功耗低的着色器对于高性能3D图形处理器的开发具有重要作用。本文统一架构设计、自动线程调度和超长指令设计三个方面探讨了研发新一代着色器的技术与方法。在统一架构的着色器设计方面,开发了一套统一的指令集及执行架构,使图形处理器在面积上减小了一个着色器的规模,约为12.1%；同时,为提升多媒体SoC处理器的性能,进一步将统一架构进行扩展,集成了处理视频编解码运算的指令和执行单元以替代固定处理单元,进一步降低了SoC处理器的面积。在自动线程调度机制方面,提出了基于线程、指令两级调度的自动线程调度模型,提高了指令执行的自动化；同时,为进一步提高着色器的性能,又提出基于线程、指令和操作码三级调度的自动线程调度模型,在较大程度上降低了对CPU的依赖。由于相邻指令之间的数据依赖性会降低自动线程调度机制的性能,本文提出了一种有效的数据组织方式,即单点所有元素同步处理方式,以避免大量分支跳转。在基于超长指令字的设计方面,提出长度可变的指令格式,不同的应用处理采用不同长度的指令可以减少对指令缓存和读写带宽的浪费；同时,提出两通路的单操作数多操作的串并行执行架构,以实现对单笔数据连续执行多个操作,指令执行的效率。基于统一架构、自动线程调度和超长指令而设计的着色器,在SMIC5nm工艺下,工作频率可达400MHz,顶点渲染的性能达到300M vertices/s,像素渲染的性能达到400M pixels/s,而平均功耗为248mW,取得了较高的功耗效率和硬件效率。