2002年底，微软发布了新一代的DirectX――DirectX 9.0。DX9.0随后被直接集成在当时发行的操作系统Windows XP中。依靠着自身的优势和操作系统的威力，Direct X 9.0再度垄断了主流的3D API。DirectX9.0 的再度升级引发的冲击绝不亚于当初DirectX 7.0带来的“硬件T&L”。
前一版的Pixel Shader语言被限制为只能使用最多6个材质和28条指令，2.0版则将这一上限提升至最大16材质和160条指令，新增了很多强化的运算和操作。DX9的另一项重大改进是彻底抛弃“硬件T&L”单元，象素着色引擎（Pixel Shader）的精度达到了浮点级，Vertex Shader(顶点着色引擎)的编程比以往更为复杂。DX9中的Vertex Shader还增加了流程控制以及更多的常量，每个引擎的着色指令增加到了1024条。

    DX9将Shader的版本全部从1.4版升级到了2.0版，因为基于强大可编程的Pixel Shader是实现电影级别效果的3D场景的真正精华和要素所在。在DX9中，2.0版的Shader，可以支持高级程序和汇编语言，软件开发人员还可以将其汇编代码嵌入较高级的程序语言中。Pixel Shader2.0的架构是完全可编程的，它可以在不占用显存的情况下实现纹理效果的即时演算以及动态纹理贴图。在DX 8.1中，Pixel Shader 1.4只能支持28个硬件指令，操作6个材质；DX9.0中的Pixel Shader 2.0则可以支持160个硬件指令，同时操作16个材质。理论上，有了DX9.0 API，软件上离实现电影级别的显示效果又离PC近了一步，确实，在硬件的配合下，基于DX9.0 API的3D画面又有了长足的进步。
DX9中的Vertex Shader 2.0增加Vertex程序的灵活性，因为它引入了流程控制，增加了新的指令。Vertex程序最多可以由1024条指令组成（之前的DX8只能用128条指令），增加指令可以带来更为宏大和卓越的3D表现，新的操作不仅大大简化了代码的编写，并且能够表现更加复杂的效果。

代表产品  nVIDIA：NV30/NV35/NV38；ATI：R420/R423

　　nVIDIA也清楚，单靠驱动程序软件是无法弥合两代显卡之间的差距的，nVIDIA需要的是一款真正的DX9产品。压力之下，nVIDIA拿出了堪称其历史上最失败的一款产品：GeForce FX 5800。FX5800是nVIDIA收购3Dfx之后推出的首款产品。产品中“FX”的字样也满足了3Dfx的忠实粉丝对这家传奇公司的思念。代号为NV30的GeForce FX 5800原本被nVIDIA寄予厚望，是一位经历数度跳票的难产儿。可惜的是，更长时期的“孕育”没有使FX 5800更成熟，相反FX5800更像是一位被匆匆推上战场的“童子军”：巨大的发热，犹如飞机引擎的散热器噪声还有诸多无缘无故挂掉的产品成就了nVIDIA历史上的传奇败笔。迄今，能够正常工作的FX5800已经不多了，完好的5800Ultra更是罕见。

GeForce FX5800Ultra

 
　　延伸阅读：在FX5800上栽了大跟头之后，nVIDIA在下一款产品中体现了一贯的保守作风：GeForceFX 5900。FX 5900是nVIDIA在DX9时代中第一位有竞争力的战士。FX5900的代号为NV35，根据nVIDIA的惯例，尾数为5的芯片属于上一代的改进型。的确，FX5900的改进相当多，比如使用更为成熟的制造工艺，重新使用DDR内存。不久，nVIDIA又推出了基于NV38的更高频的旗舰产品：GeForceFX 5950Ultra

GeForceFX 5900Ultra

GeForceFX 5950Ultra

 　　GeForceFX 5900系列还诞生了一位经典：5900XT；这款产品在内部规格上完全保留了NV35的全部特征，仅仅是降低了GPU和显存的频率，将优异产品与主流的产品的差距交由超频来弥补。

延伸阅读：率先进入DX9领域的是ATI。ATI也终于首次在规格上领先nVIDIA的产品。ATI的Radeon9700 Pro（R300）系列以及Radeon9500 Pro系列曾经将nVIDIA逼到了绝境：在完全基于DX9 API的3DMark03测试中，nVIDIA当时的旗舰产品GeForce4 Ti4600的得分居然只有Radeon9700Pro的1/4到1/5，这种成绩一度引起了nVIDIA的强烈反应，甚至不惜通过以驱动优化的方法来提高GeForce4的得分，进一步引发了3DMark03封杀部分Forceware驱动的事件。

R9700Pro