интерфейс видеокарты что это
ВИДЕОКАРТЫ
Что нужно знать о видеокартах? Руководство THG для начинающих пользователей, часть I
Интерфейсы видеокарт
Своей интерфейсной частью видеокарта вставляется в материнскую плату вашего компьютера. По сути, это слот, с помощью которого компьютер и видеокарта обмениваются информацией. Так как на материнской плате обычно присутствует слот какого-либо одного типа, то важно покупать видеокарту, которая будет ему соответствовать. Например, видеокарта PCI Express не будет работать в слоте AGP. Они не только несовместимы физически, но и используют разные протоколы передачи данных.
Самым важным аспектом интерфейса видеокарты является пропускная способность (bandwidth). Термин «пропускная способность» определяет количество информации, которое может пройти через интерфейс за отведённое время. Чем больше пропускной способности даёт интерфейс, тем быстрее может работать видеокарта. По крайней мере, в теории. Но на практике интерфейс значит не так много, как можно было бы подумать.
Здесь этот интерфейс присутствует только в качестве представителя давней истории, поскольку это самый старый стандарт. Видеокарты с интерфейсом ISA устарели уже очень и очень давно. Сегодня даже материнскую плату со слотом ISA найти очень трудно.
Были 8-битные и 16-битные версии карт ISA. Только последний вариант использовал полностью все контакты (см. фотографию). Карты EISA или Extended ISA позволяли увеличить пропускную способность до ширины 32 бита, кроме того, они поддерживали управление шиной (bus mastering). Но такие карты были слишком дорогие, поэтому они уступили место другим интерфейсам.
PCI расшифровывается как Peripheral Components Interconnect. В базовом варианте это 32-битная шина, работающая на частоте 33 МГц и обеспечивающая пропускную способность 133 Мбайт/с. Интерфейс PCI заменил ISA и её расширение VL (Vesa Local Bus) в 90-х годах, обеспечив более высокую пропускную способность. PCI является современным стандартом для большинства карт расширения, но видеокарты в своё время отошли от интерфейса PCI на стандарт AGP (а позже и на PCI Express).
Некоторые компьютеры не имеют слотов AGP или PCI Express для модернизации графической подсистемы. Единственной возможностью для них остаётся интерфейс PCI, но видеокарты для него встречаются редко, стоят дорого, да и их производительность оставляет желать лучшего.
Интерфейс AGP прошёл через несколько версий, а последней стала AGP 8x со скоростью 2,1 Гбайт/с, которая в восемь раз быстрее начального стандарта AGP со скоростью 266 Мбайт/с (32 бита, 66 МГц). AGP на новых материнских платах уступает место интерфейсу PCI Express, но AGP 8x (и даже AGP 4x) всё же дают достаточную пропускную способность для современных видеокарт. Все карты AGP 8x могут работать как в слотах AGP 4x, так и AGP 8x.
PCI Express
В отличие от ISA, PCI и AGP, стандарт PCI Express является последовательным, а не параллельным. Поэтому число контактов существенно уменьшилось. В отличие от параллельных шин, нужная пропускная способность доступна для каждого устройства. В то время как, например, для PCI пропускная способность разделяется между использующимися картами.
PCI Express позволяет сочетать несколько одиночных линий для увеличения пропускной способности. Слоты PCI Express x1 короткие и маленькие, при этом они дают суммарную скорость 250 Мбайт/с в обоих направлениях (на устройство и от него). PCI Express x16 (16 линий) даёт пропускную способность 4 Гбайт/с в одном направлении или 8 Гбайт/с в сумме. Меньшие варианты слотов PCI Express (x8, x4, x1) для графики не используются. Следует отметить, что механически слот может соответствовать x16 линиям, но логически к нему может быть подведено их меньшее количество. Существует много материнских плат, у которых два слота PCI Express x16 могут работать в режиме x8, что позволяет установить две видеокарты (SLI или CrossFire).
Видеокарта: параметры и компоненты
Видеокарта – компонент архитектуры современного ПК, отвечает за преобразование графической информации в видеосигнал для монитора. Видеокарта представляет собой плату расширения, которая устанавливается в специальный слот (PCI-Express) материнской платы. Также видеокарта может быть встроенной, то есть, входить в состав северного моста чипсета материнской платы или быть интегрированной в центральный процессор.
Компоненты видеокарты
Графический процессор, GPU
Является основой видеокарты, отвечает за вычислительные функции, связанные с обработкой трёхмерной графики, тем самым высвобождает ресурсы центрального процессора. Именно от графического процессора зависит производительность видеокарты.
Видеоконтроллер
Отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Современные видеокарты имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.
Видеопамять
Служит кадровым буфером, в который помещаются изображения, генерируемые графическим процессором перед последующим выводом на экран монитора, а также для хранения промежуточных данных связанных с 3D-вычислениями. Видеокарты комплектуются памятью типа GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры могут использовать в своей работе часть общей системной памяти компьютера.
Цифро-аналоговый преобразователь, RAMDAC
RAMDAC необходим для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Большинство цифро-аналоговых преобразователей имеют разрядность 8 бит на канал, что даёт 256 уровней яркости на каждый основной цвет — 16,7 млн. цветов.
Видео-BIOS
Постоянное запоминающее устройство, в которое записаны: экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. Видео-BIOS не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор. Информация, которая хранится в видео-BIOS применяется для инициализации и работы видеокарты до загрузки основной операционной системы, а также содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы.
Система охлаждения
Предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.
Параметры видеокарты
Частота графического процессора (МГц) — тактовая частота ядра, во многом определяет производительность видеосистемы.
Тип видеопамяти (GDDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4, GDDR5) — определяет частоту, разрядность шины памяти видеокарты.
Объём видеопамяти (Мб) — чем больше объём, тем большее число кадров способен сформировать графический процессор за короткий промежуток времени.
Частота видеопамяти (МГц) — чем выше частота работы видеопамяти, тем выше общая производительность видеокарты.
Ширина шины видеопамяти — указывает на количество бит (64, 128, 256) информации, передаваемой за такт.
Интерфейс — разъем, для установки видеокарты, на материнской плате (PCI-Express).
Количество поддерживаемых мониторов — одновременное подключение нескольких устройств.
Максимальное разрешение — количество точек, по горизонтали и по вертикали, при построении изображения графическим процессором видеокарты.
Число универсальных процессоров — шейдерные конвейеры, отвечающие за расчет цветов и геометрических структур.
Число текстурных блоков — выполняют выборку и фильтрацию текстур, а также наложение текстур на поверхности геометрических объектов.
Число блоков растеризации — отвечает за финальный этап обработки изображения (сглаживание, фильтрация), а также за запись обработанного изображения в буфер видеокарты.
Версия шейдеров — чем выше версия шейдеров, тем больше у видеокарты возможностей по созданию специальных эффектов.
Поддержка:
Разъемы видеокарты:
Видеодрайвер
Специальное программное обеспечение, поставляемое производителем видеокарты и загружаемое в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером.
Описание всех компонентов и разъемов видеокарты
Основные компоненты видеокарты
Вот основные компоненты, которые присутствуют во всех видеокартах.
Графический процессор
Память HBM быстрее, занимает меньше места на печатной плате и имеет меньшее энергопотребление по сравнению с памятью GDDR5. Вы можете прочитать полное сравнение всех этих видеопамяти видеокарт, перейдя по приведенной ниже ссылке.
Количество регуляторов напряжения на видеокарте варьируется от карты к карте. Некоторые видеокарты имеют большее количество VRM по сравнению с другими. VRM может быть очень горячим, а иногда даже более горячим, чем графический процессор, и им требуется хорошее охлаждение, чтобы видеокарта не выключилась.
Кулер
Каждая видеокарта поставляется с кулером, чтобы поддерживать температуру графического процессора, видеопамяти и VRM на более безопасном уровне. Кулеры видеокарты могут быть активными или пассивными. При активном охлаждении кулер имеет радиатор и вентилятор (HSF), тогда как при пассивном охлаждении кулер имеет единственный радиатор.
В большинстве видеокарт используется активное охлаждение, поскольку обычно оно требует меньше места и обеспечивает лучшее охлаждение, особенно при разгоне, тогда как пассивное охлаждение обычно используется в графических процессорах начального уровня и менее мощных и работает совершенно бесшумно. Но есть несколько хороших видеокарт среднего уровня, которые также поставляются с пассивным кулером или только с радиатором. Кроме того, не рекомендуется разгонять вашу видеокарту с помощью решения для пассивного охлаждения, поскольку оно имеет ограниченную охлаждающую способность.
Слева с активным, а справа с пассивным охлаждением
Количество вентиляторов, используемых в системе активного охлаждения, зависит от производителя видеокарты. Некоторые высокопроизводительные видеокарты также поставляются с жидкостным/водяным охлаждением или гибридным охлаждением. Вы можете узнать больше о решениях для охлаждения видеокарт, перейдя по приведенной ниже ссылке.
Печатная плата
Основные разъемы видеокарты
Вот различные разъемы, которые вы можете найти в видеокарте. Некоторые разъемы встречаются только в видеокартах среднего и высокого класса, а некоторые присутствуют во всех видеокартах.
Разъем PCI Express x16
6-контактные и 8-контактные разъемы PCI-E
Дисплейные порты/разъемы
Слот SLI и CrossFire
Компьютерный ликбез: видеокарта
Мы уже рассмотрели с вами, из чего состоит персональный компьютер, и подробно разобрались, что такое материнская плата. Теперь пришло время для ещё одного основного компонента ПК, без которого невозможно было бы играть и просматривать любимые фильмы, работать с фотографиями и редактировать очередной реферат. Как вы догадались, речь пойдёт о видеокарте, которая прошла долгий путь от платы, выводящей только текстовую информацию, до современных «игровых» монстров, которых без проблем способны положить на лопатки современные… игры! Но прежде чем мы перейдём к ликбезу по видеокартам, окунёмся немного в историю, в то, как развивалась видеоподсистема компьютера и какие делала шаги.
Считается, что прадедушкой современной видеокарты (также известной как графическая плата, видеоадаптер, графический адаптер, видеоакселератор) является адаптер MDA (Monochrome Display Adapter), представленный в 1981 году для IBM PC. Видеокарта того времени имела 4Кбайт видеопамяти, работала только с текстовой информацией и с разрешением 720х350 точек (80х25 символов), а цвет букв зависел от типа монитора: белые, изумрудные или янтарные. Дальнейшее развитие MDA было выпущено в 1982 году известной компанией Hercules и называлось Hercules Graphics Controller (HGC), но и эта видеокарта не позволяла работать с графикой. Стоит заметить, что длина карты HGC была более 30 см.
Hercules Graphics Controller длиной 33,5 см
Hercules Graphics Controller длиной 33,5 см
И только с выходом видеоадаптера CGA (Color Graphics Adapter), который стал основой для последующих стандартов, появилась возможность работать с цветной графической информацией в разрешении 320х200 (16 цветов) и 640х200 (монохромный режим – то есть чёрно-белый), при этом объём памяти видеокарты уже равнялся 16 Кбайт. Следующий стандарт для видеокарт – Enhanced Graphics Adapter (EGA), разработанный в 1984 году, позволял при разрешении 640×350 работать с 16 цветами из 64-цветной палитры одновременно. Ёмкость видеопамяти составляла всё те же 16 Кбайт, а также была заявлена совместимость с CGA и MDA.
Все описанные выше видеокарты подключались к монитору через 9-контактный разъём и передавали информацию в цифровом виде. Только с выходом адаптера стандарта MCGA (Multicolor Graphics Adapter – многоцветный графический адаптер) произошёл переход на аналоговый сигнал, так как палитра была увеличена до 262144 цветов (по 64 оттенка на каждый из базовых цветов Red/Green/Blue). Разрешение экрана, выдаваемое MCGA при работе с текстом, было 640х400 с 256 одновременно отображаемыми цветами, для графических приложений – 320х200 точек. Разъём для подключения к монитору приобретает привычный для нас вид – 15-контактный D-Sub. Следующим витком эволюции компьютерной видеоподсистемы является VGA (Video Graphics Array – графический видеомассив), который появился в 1987 году. Адаптеры VGA уже поддерживали разрешение 640х480 и 256 цветов (из палитры в 262144 цвета), объём памяти составлял 256 Кбайт, а соотношение сторон экрана равнялось привычным сейчас 4:3. Именно с этого стандарта пошло множество знакомых сейчас простонародных названий: VGA’шный монитор, VGA’шный разъём и так далее. Более того, именно из этой аббревиатуры развились сокращённые названия разрешений (например, теперь считается, что VGA – это 640х480 точек, SVGA – 800х600, XGA – 1024х768 и так далее).
И наконец, в 1991 году появляются первые адаптеры SVGA (Super VGA), позволяющие работать при разрешении 800х600 и 1024х768 точек, количество отображаемых цветов увеличилось до 65536 (High Color) и 16,7 млн (True Color). Также появляется возможность пользователю задать частоту обновления экрана монитора – до этого момента она была жёстко привязана к определённому значению. Память видеоадаптеров SVGA была уже более 1 Мбайт.
Для связи с видеокартой и передачи необходимых данных в самом начале эры IBM PC использовался интерфейс XT-Bus, потом на смену ему пришла шина ISA (Industry Standard Architecture – архитектура промышленного стандарта). Но и ISA уже не хватало для относительно большого потока данных. Тогда она была дополнена интерфейсом VLB (или VESA), который в итоге был заменён шиной PCI (Periferal Component Interconnect – объединение внешних компонентов). PCI является более универсальной шиной, через которую можно было подключать множество других контроллеров, не только видеоадаптеры, к тому же она способна работать и на других платформах.
С развитием графических оболочек операционных систем (например, Windows) видеокарты взяли на себя часть вычислений по окончательному выводу изображения на экран, которые обычно производил центральный процессор: перемещение окон, рисование линий, шрифтов и другие. С появлением трёхмерных игр видеокарты обзавелись 3D-акселератором, который сперва имел вид отдельной платы, вставляемой в свободный разъём на материнской плате, а позже уже был интегрирован дополнительным чипом на видеокарту – до этого момента видеоадаптер позволял работать только с двухмерной графикой (2D). Далее, с развитием технологий производства полупроводников, графический чип стал содержать в себе все необходимые блоки, отвечающие как за 2D-, так и 3D-графику. Для максимальной универсальности и совместимости видеокарт с программным обеспечением компания Microsoft создаёт API DirectX (API – интерфейс программирования приложений), работающий в среде Windows. Так как мир не однополярный и кроме Windows существуют и другие операционные системы, был разработан альтернативный API – мультиплатформенный OpenGL, а также его дополнение для звука – OpenAL.
Именно в те времена доминирующая на тот момент компания 3dfx (все активы 3dfx после банкротства перешли к NVIDIA) представляет технологию SLI (Scan Line Interleave – чередование строчек), благодаря которой появилась возможность объединить две подобные видеокарты с шиной PCI для формирования изображения методом чередования строк, что увеличивало быстродействие графической подсистемы и разрешение экрана. Действительно, всё новое – это хорошо (в данном случае – очень хорошо) забытое старое: спустя почти 15 лет NVIDIA возродила SLI.
Видеокарта Quantum3D Obsidian X-24 на базе двух Voodoo2 в режиме SLI
Видеокарта Quantum3D Obsidian X-24 на базе двух Voodoo2 в режиме SLI
Ближе к концу 90-х прошлого века видеоадаптеры получают собственную шину – AGP (Accelerated Graphics Port – ускоренный графический порт) и приобретают черты современных видеокарт: объём локальной видеопамяти достиг десятков мегабайт, появилась возможность выводить видеоизображение на ещё один приёмник, например, телевизор. Из-за ограничений шины PCI, а именно её разновидностью является AGP, производителям графических процессоров пришлось в итоге отказаться от технологий, подобных SLI (о современных компьютерных шинах вы можете узнать в этом материале).
Видеокарта на базе SiS315 с шиной AGP
Видеокарта на базе SiS315 с шиной AGP
И только в начале 2000 годов происходит революционный скачок, благодаря которому мы теперь можем наслаждаться реалистичной графикой в играх последних лет. Появился более скоростной интерфейс – PCI Express (PCI-E), появилась возможность подключать два монитора, причём информация опять выводится в цифровом виде (в более расширенном виде, чем в первых поколениях видеокарт), объём памяти в некоторых случаях достигает 1 Гбайт (1024 Мбайт). Рассказывать об эволюции видеокарт, экзотических решениях и «выдумках» инженеров можно бесконечно. Однако, учитывая темпы развития IT-индустрии и бесперспективность графических технологий и архитектур прошлого поколения, мы не станем подробно останавливаться на «старых» видеокартах, а рассмотрим современные, поддерживающие интерфейс PCI Express.
Видеокарта, как и любой другой продукт, рассчитанный на розничный рынок, поставляется в коробке (Retail-версия) как обычной, так и оригинальной формы. Изредка, в последнее время всё реже, покупателю предлагают приобрести продукт в OEM- или так называемой bulk-комплектации, то есть без коробки: антистатический пакет с видеокартой, необходимые кабели и переходники, диск с драйвером. Такая комплектация предназначена для продажи только компаниям – сборщикам компьютеров и не должна попадать в розничную продажу. Естественно, никакой разницы в видеокартах нет, не хватает лишь красивой коробки, которая обеспечивает заметную долю удовольствия от приобретения.
Стандартная упаковка видеокарты
Стандартная упаковка видеокарты
В комплект поставки современного видеоадаптера обычно входят всевозможные переходники, инструкция, диск с драйверами, иногда и с дополнительным программным обеспечением, а также различные бонусы (но не обязательно): игры, чехлы, джойстики.
Кабели и переходник
Кабели и переходник
В качестве основного примера мы рассмотрим видеокарту производства Chaintech, построенную на базе GeForce 7600GT и оснащённую 256 Мбайт видеопамяти.
Видеокарта Chaintech GeForce 7600GT
Видеокарта Chaintech GeForce 7600GT
Видеокарта, как и материнская плата, представляет собой очень сложное устройство, но меньших размеров и с небольшим количеством разъёмов. Размеры видеокарт примерно зависят от того класса, к которому они относятся, так как имеют схематические решения различной сложности: карты начального – Low-End – класса имеют длину около 15-18 см, Middle-End – в среднем 20 см, а длина High-End достигает 25-27 см. Конечно, это не регламентированное требование, а результат того обстоятельства, что мощные контроллеры требуют более сложного набора сопутствующих компонентов. Печатная плата видеоадаптера состоит из нескольких слоев, каждый из которых содержит тонкие токопроводящие дорожки, компоненты видеокарты устанавливаются только на верхних слоях: лицевой и обратной. И ни в коем случае нельзя делать дополнительные отверстия на плате – прецеденты были, и не один раз, – видеокарта сразу же выйдет из строя. С каждой стороны плата покрыта диэлектрическим лаком и усеяна множеством мелких элементов (резисторы, конденсаторы), так что обращаться с видеоадаптером необходимо аккуратно, чтобы не повредить эти элементы.
Все дорожки на плате объединяют между собой графическое ядро (GPU – графический процессор, видеоядро), видеопамять, раздельные подсистемы питания ядра и памяти (иногда и разъём для дополнительного питания – в случае мощной видеокарты), интерфейсный разъём для подключения к материнской плате, а также разъёмы для подключения мониторов и телевизора.
Основные компоненты видеокарты: ядро (1), память (2), подсистема питания (3), интерфейс PCI-E (4), разъёмы DVI (5) и ТВ-выход (6)
Основные компоненты видеокарты: ядро (1), память (2), подсистема питания (3), интерфейс PCI-E (4), разъёмы DVI (5) и ТВ-выход (6)
Ключевым компонентом любой современной видеокарты является графический процессор, который занимается расчётами выводимой на экран информации и трёхмерных сцен. На данный момент разработкой графических процессоров занимаются в основном компании NVIDIA, продвигающая серию GeForce, и AMD, купившая канадскую компанию ATI с её линейкой Radeon. Остальные игроки графического рынка, увы, не выдержали конкуренции и той скорости, с которой разрабатываются очередные поколения видеокарт, и если и выпускают свою продукцию, то отличной производительностью и массовостью похвастаться не могут. В зависимости от того, какой GPU положен в основу видеокарты, определяются её характеристики: поддержка тех или иных технологий визуализации и рендеринга, тип памяти и ширина её шины.
Печатная плата Chaintech 7600GT: тыльная сторона
Печатная плата Chaintech 7600GT: тыльная сторона
Графическое ядро представляет собой припаянный к плате чип, в большинстве случаев без защитной крышки, кристалл которого содержит сотни миллионов транзисторов (даже в несколько раз больше, чем у центральных процессоров). Каждый такой чип состоит из вычислительных блоков, контроллеров шины и памяти, блоков для вывода видеоинформации (RAMDAC). Вся эта структура определяется архитектурой ядра, которая сперва разрабатывается для самого мощного видеоадаптера в семействе-поколении, например: G70, G80 – NVIDIA, R580, R600 – AMD. Затем «топовое» ядро упрощается для менее производительных решений методом исключения определённых блоков. Случаи разработки принципиально новых ядер для среднего и нижнего уровня рынка довольно редки.
Для того чтобы удалось разместить всё больше и больше транзисторов в кристалле ядра, используются новые, более тонкие техпроцессы, благодаря которым уменьшаются размеры элементов и повышается рабочая частота чипа. На данный момент графические процессоры производятся по 90, 80 и 65 нм технологическим нормам. В сравнении с концом 90-х годов и началом 2000-х, когда доминировал техпроцесс 250-220 нм, современное производство без каких-либо оговорок можно считать настоящим прорывом, тем более что на носу уже техпроцесс 45 нм. Общее правило «тоньше техпроцесс – выше частота – меньше тепла» объясняется следующим образом: транзистор, мельчайшая единица, из которого состоят все блоки GPU, представляет собой своеобразные ворота для электронов. Стенки и «створка ворот» – затвор транзистора – изготавливаются из диэлектрика, не пропускающего ток, а передаются электроны по стоку. Но так как идеального диэлектрика нет, существуют токи утечки – некоторое количество электронов всё же пробивается через закрытый затвор, вызывая тот самый нагрев. Для того чтобы заставить транзисторы переключаться быстрее (повысить частоту), нужно подать на них больший ток, а это приведёт к большему нагреву. Более мелкие транзисторы, произведённые по более тонкому техпроцессу, требуют для своей работы меньшие токи, а следовательно, и токи утечки у них меньше. Вот потому-то более «тонкие» чипы, как правило, работают на более высокой частоте и греются меньше. Кроме того, производители полупроводников и занимающиеся собственно производством чипов неустанно изыскивают новые способы уменьшить токи утечек: новые диэлектрические сплавы и вещества с низкой проницаемостью. Вот уже мы дожили до того, что, например, ядро G86 (GeForce 8600) при хорошем охлаждении достигает и перешагивает через порог 1 ГГц.
В данный момент времени происходит переход от архитектуры традиционной конвейерной обработки данных графическим процессором к унифицированной и более гибкой благодаря новому API DirectX 10. В предыдущем поколении видеокарт данные, полученные от центрального процессора, сперва обрабатываются вершинным блоком (также называется процессором, конвейером): создаются вершины, над которыми производятся преобразования, дополненные вершинными шейдерами (программы, добавляющие некоторые эффекты объектам, например – мех, волосы, водная гладь, блеск и так далее). Далее вершины собираются в примитивы – треугольники, линии, точки, после чего переходят в пиксельный блок. Здесь определяются конечные пиксели, которые будут выведены на экран, и над ними проводятся операции освещения или затенения, текстурирования (этим занимается блок TMU – Texture Mapping Unit, который связан с пиксельным конвейером), присвоения цвета, добавляются эффекты от пиксельных шейдеров.
Далее вычисляются координаты конкретного пикселя, чтобы отбросить те, которые будут скрыты другими объектами и не видны пользователю. В следующем блоке фрагменты собираются в полигоны, состоящие из отдельных пикселей, и уже готовая картинка передаётся в память для последующей выборки и вывода на экран. В характеристиках видеокарт, поддерживающих DirectX 9, всегда упоминается количество пиксельных, вершинных процессоров и текстурных блоков. Например, в видеоадаптере GeForce 7600 GT есть 12 пиксельных и 5 вершинных процессора (ввиду меньшей нагрузки на вершинные конвейеры их количество – в пределах 2-8 шт. в зависимости от уровня графического процессора) и 12 TMU – по одному на пиксельный конвейер. Естественно, чем больше текстурных блоков, тем больше будет производительность видеокарты. Но компания ATI, начиная с серии Radeon X1000, отошла от привычной формулы «один TMU на один пиксельный конвейер», уменьшив общее количество «текстурников», которые теперь не связаны напрямую с пиксельными процессорами благодаря оптимизации архитектуры видеоядра. При этом количество пиксельных конвейеров в самой старшей модели видеокарты было увеличено до 48, а количество TMU осталось на уровне 16 шт. Такое решение – своего рода задел на будущее, так как в последние годы всё более заметно, что разработчики игр ориентируются не на грубую силу в виде огромного числа полигонов, а на тонкий расчёт, то есть использование сложных шейдеров, требующих математической вычислительной мощи.
Недостаток процесса формирования 3D-сцены при классическом рендеринге состоит в том, что, если уже обработанные данные нужно снова запросить и изменить, приходится дожидаться завершения всего конвейера и заново вычитывать их из памяти или вообще снова получать данные от центрального процессора. Также разделение ядра на отдельные вершинные и пиксельные процессоры сильно ограничивает разработчиков графических приложений, ведь необходимо предусмотреть все варианты геометрии и эффектов в будущих играх, учитывая особенности решений обоих ведущих производителей видеокарт.
Теперь поговорим о будущем графических процессоров. В основу унифицированной архитектуры легла концепция потоковой обработки данных, благодаря которой появилась возможность отправки данных на повторную обработку без ожидания завершения всех стадий конвейера. Также был добавлен новый вид шейдеров – геометрический, работающий с геометрией на уровне примитивов, а не вершин, что способствует разгрузке центрального процессора от лишней работы. И, конечно же, отказ от разделения на пиксельные и вершинные процессоры – теперь они общие, получили новое название – потоковые процессоры (стрим-процессоры) и в любой момент могут быть перепрограммированы под конкретные нужды приложения. Если необходим просчёт «скелета» сцены, то для текстурирования и пиксельной работы выделяется необходимое число блоков, а остальное идёт на вершинные операции. Если же, например, необходимо воссоздать бушующее море, всё наоборот: все силы бросаются на пиксельную обработку, а для геометрии, естественно, только необходимое. Количество стрим-процессоров в новых ядрах достигает 128 шт. (NVIDIA) или 320 шт. (AMD), но напрямую их сравнивать нельзя из-за их особенностей. Кстати, если говорить по всей строгости, процессоров у AMD R600 не 320, а 64, но каждый из них за один такт выполняет до 5 инструкций, что равняется 320 виртуальным процессорам. Блоки TMU теперь не связаны напрямую с шейдерными, и их количество не сильно изменилось при переходе к унифицированной архитектуре. Более подробно о тонкостях каждой из архитектур можно прочитать в наших материалах: «NVIDIA GeForce 8800: революция свершилась!» и «Свершилось! Архитектура Radeon HD 2000 – достойный ответ конкуренту».
Частота графического процессора задаётся, исходя из возможностей чипа или маркетинговых соображений разработчиков, иногда даже поддаётся заводскому разгону (оверклокинг – повышение рабочих частот компонентов компьютера) производителями видеокарт, чтобы выделить продукт и привлечь потенциального покупателя. Плохого в этом ничего нет, так что если есть возможность приобрести изначально разогнанный видеоадаптер, да ещё и по той цене, что и обычный, то это будет отличным выбором. Ядро рассматриваемой нами видеокарты Chaintech GeForce 7600GT функционирует на частоте 600 МГц, в отличие от номинальной в 560 МГц, – налицо заводской разгон. Обычно высокоуровневые видеокарты работают на более низких частотах, чем младшие собратья, – виной тому более высокая сложность чипа класса High-End, и с ростом частоты таких ядер будет повышаться уровень энергопотребления, а следовательно, и тепловыделение. В видеокартах классом ниже справиться с повышенным тепловыделением куда проще, чем в высокоуровневом сегменте. В некоторых графических процессорах компании NVIDIA используются различные частоты для большей части ядра и некоторых функциональных блоков, например, в GeForce 8800GTX ядро работает на частоте 575 МГц, а стрим-процессоры на частоте 1350 МГц. Или же в GeForce 7900GS ядро работает на частоте 450 МГц, а блок геометрии на 470 МГц. Более того, частота стрим-процессоров растёт не линейно по отношению к основной частоте ядра, а в процентном соотношении: если ядро разогнать с 575 до 625 МГц, то есть на 8,6%, то частота шейдерного домена составит 1466 МГц.
Для охлаждения графического процессора Chaintech GeForce 7600GT используется активное охлаждение (кулер), состоящее из медного радиатора и небольшого вентилятора-турбинки.
Некоторые маломощные видеокарты обходятся пассивным охлаждением, то есть обычным радиатором из алюминия или сплава. Самые производительные видеоадаптеры снабжаются высокими монстрообразными комбинированными кулерами, использующими тепловые трубки. Такие кулеры накрывают практически всю поверхность платы, охлаждают попутно видеопамять, но из-за их размеров соседний слот на материнской плате становится недоступным. Зато горячий воздух от карты выгоняется из корпуса наружу, чего не происходит с обычными системами охлаждения. Также некоторые производители оснащают высокоуровневые адаптеры системами водяного охлаждения, которые по эффективности могут превосходить лучшие воздушные кулеры, а иногда и более экзотическими решениями вроде термоэлектрического кулера Пельтье.
Система охлаждения «монстра» GeForce 8800Ultra
Система охлаждения «монстра» GeForce 8800Ultra
Не менее важной характеристикой активной системы охлаждения является уровень шума вентилятора, который бывает порой невыносимым, особенно во время игры в любимый шутер. Так как большинство видеокарт снабжено управлением оборотов вентилятора в зависимости от температуры ядра, то, естественно, чем выше температура чипа, тем будет выше уровень шума системы. Обычно шумноватыми бывают «жужжалки» до 50 мм в диаметре и турбины на GeForce 7600/7900, а также на адаптерах AMD Radeon X1800/1900. Вентиляторы размером 60-80 мм особым шумом не выделяются, так же как и видеокарты класса GeForce 8800 и AMD HD 2900, в которых инженеры уделили должное внимание уровню шума, издаваемого кулером.
Ещё один из «монстров»: Radeon HD 2900XT
Ещё один из «монстров»: Radeon HD 2900XT
Чтобы передача тепла от видеоядра и памяти к системе охлаждения была хорошей, используется термоинтерфейс: термопаста или более твёрдый состав, который называется «терможвачка» – из-за полного сходства с жевательной резинкой. Если по каким-либо причинам необходимо заменить кулер на видеокарте, то о термопасте забывать не стоит, иначе будет наблюдаться нестабильная работа видеоконтроллера – до полного его выхода из строя.
На видеокарте, как и на материнской плате, имеется микросхема BIOS, в которой хранится информация о видеоадаптере, экранные шрифты и так далее, но в отличие от материнской платы в BIOS видеоадаптера зайти практически нельзя, его можно лишь сохранить, изменить и затем прошить заново.
Для хранения изображений, текстур и другой необходимой информации на плате видеокарты установлены чипы памяти, соединённые с графическим процессором специальной шиной, ширина которой определяется в битах: 64, 128, 256, 320, 384, 512. Необходимая разрядность шины, поддерживаемая видеопроцессором, получается путём установки определённого количества микросхем с интерфейсом 16 или 32 бит. Шиной в 16 бит снабжены чипы первого стандарта графической памяти GDDR и второго поколения – GDDR2, шиной в 32 бит могут похвастаться чипы как первого поколения, так и третьего – GDDR3, а также вышедшего совсем недавно четвёртого – GDDR4. Так, если карта оборудована памятью стандарта GDDR2, то для шины 128 бит необходимо будет 8 микросхем, если же на карте установлена GDDR3, то хватит и четырёх. Чем больше общая ширина шины, тем выше пропускная способность памяти, а это, в свою очередь, влияет на производительность видеоадаптера в играх при высоком разрешении и при качественной графике (все настройки – на максимуме). Шина памяти в 64 бит сильно ограничивает скорость пересылки данных и используется в видеокартах начального уровня (в среднем до 70 долларов США), производительность которых не позволяет насладиться в полной мере всеми красотами современных игр. Видеокарта GeForce 7300GS, серия Radeon HD 2400 как раз являются представителями видеоадаптеров с 64-битной шиной, заложенной ещё в процессе разработки, а не путём искусственного ограничения методом недоустановки чипов памяти. Более интересен адаптер с шиной в 128 бит, которая используется в картах среднего класса, а также в производительных Low-End-решениях (карты стоимостью от 70 до 200 долларов), – в таком случае можно будет использовать разрешение экрана 1024х768 пикселей и настройки качества графики в широких пределах. Рассматриваемый нами образец Chaintech GeForce 7600GT имеет шину в 128 бит и всего 4 чипа памяти (32х4=128). Видеокарты, находящиеся в самом начале класса High-End, используют 256-битную шину, что позволяет играть на таких адаптерах уже при разрешении 1280х1024 точек с довольно «тяжёлыми» настройками. И именно с такими видеокартами складывается интересная ситуация при выходе нового поколения акселераторов Middle-End с 128-битной шиной – производительность в обоих случаях примерно равна: GeForce 6800GS (256 бит) и GeForce 7600GT (128 бит), GeForce 7900GS (256 бит) и GeForce 8600GTS (128 бит).