Введение
Приветствую Вас, дорогие читатели!
На сегодняшний день трудно представить персональный компьютер без такого сложного компонента как видеокарта. Ведь согласитесь, понятие видеокарты стало уже синонимом чего-то более совершенного, производительного. Нет, речь сейчас не о "затычках" для PCI-E наподобие GT 710 и ей подобных, а о более дорогих, сложных и производительных решениях. На сайтах магазинов мы видим пёстрые рекламы, которые кричат нам "ПК не тянет игры? Обнови видеокарту!", но на полках магазинов нас встречают эти пятизначные ценники. Мы стоим и думаем "Какого черта? За что такие деньги? За кусок текстолита и кулер?", даже не понимая до конца что за устройство лежит перед нами. Я предлагаю нам, дорогие друзья, немного углубиться в "теорию больших терафлопсов" и взглянуть на видеокарту изнутри. Поехали!
1. На вкус и цвет...
Первое что бросается в глаза при выборе видеокарты это конечно же её внешний вид. Экстерьер играет огромную маркетинговую роль, и немногим лишь имеет практическое значение. Производители стараются переплюнуть друг друга в плане дизайна и угодить все более искушённому и требовательному покупателю, добавляя RGB-подсветку, агрессивные формы корпусу, разрисовывая его всеми цветами радуги и создавая эксклюзивные ограниченные серии. Но все это лишь мишура и гирлянды, настоящая "ёлка" почти везде одинаковая. Главным образом подобные решения рассчитаны на стилизованные кастомные сборки с прозрачной боковой крышкой, ведь вряд ли кто-то захочет покупать красивую видеокарту с RGB и поставить её в глухой черный корпус.
Отдельным пунктом стоит выделить кулеры системы охлаждения видеокарты. Они являются дизайнерским ходом лишь отчасти, так как всё же представляют собой полёт инженерной мысли для обеспечения максимального охлаждения при минимальном уровне шума.
2. Крышку сняли. Глядь, а там...
Под "капотом" видеокарты нас встретит массивный кусок алюминия, пронизанный медными трубками, именуемый радиатором. Он зачастую занимает 3/4 площади печатной платы и накрывает своим массивным телом сердце и душу видеокарты - графический процессор и чипы памяти.
От чипов памяти, как нетрудно догадаться, зависит объём видеопамяти. Чипы различаются по объёму памяти, часто её работы и самое главное - её типу. По своему типу эта память может быть DDR3, GDDR5, GDDR5X и GDDR6. Все они соответственно отличаются частотой работы и максимальному объёму на одном чипе. Для наглядности скажем, что DDR3 память это уже эпоха палеозоя, и видеокарта с таким типом памяти это просто затычка, если ЦП не имеет своего графического ядра. GDDR5 и GDDR5X это самая распространённая память на сегодняшний день и её флагманская Х-вариация. GDDR6 на сегодняшний день это новейшее поколение с сумасшедшими частотами, и установленная в новейшие модели видеокарт (линейка от nVidia с пометкой SUPER и некоторые модели Radeon).
Ну, если с чипами памяти всё предельно ясно, то вот за графический процессор предлагаю поговорить отдельным пунктом, ибо очень уж сложная эта штуковина.
3. Графический процессор и его применение в народном хозяйстве
"Ниндзя" в текстолите, боец невидимого фронта - это наше всё и вся, когда речь заходит о производительности в 3D-приложениях. Именно он даёт нам всеми желанные FPS в играх, облегчает нагрузку на центральный процессор, а некоторым даже майнит крипту. Все Вы поняли что речь о графическом процессоре.
Графические процессоры (GPU) отличаются от центральных процессоров (CPU) наличием текстурных и шейдерных блоков, наличием ядер CUDA, блоков растеризации и геометрических блоков. Всё это в совокупности позволяет генерировать сложные трёхмерные сцены за считанные доли секунды, но, обо всём по порядку:
Блоки текстурирования (TMU) - это специальные блоки GPU, осуществляющие выборку и фильтрацию текстурных и прочих данных, необходимых для построения сцены. Хотя, большая часть текстур сейчас заменена на процедурные (созданные с помощью математических алгоритмов), блоки текстурирования ни капли не потеряли своей значимости ввиду присутствия анизотропной фильтрации, которая требует дополнительных текстурных выборок, а также при сложных алгоритмах мягких теней и новомодных алгоритмах вроде Screen Space Ambient Occlusion.
Шейдерные блоки нужны для выполнения специальных программ - шейдеров. Шейдер (англ. Shader) — это программа, используемая в трёхмерной графике для определения окончательных параметров объекта или изображения. Она может включать в себя произвольной сложности описание поглощения и рассеяния света, наложения текстуры, отражение и преломление, затенение, смещение поверхности и эффекты пост-обработки.
CUDA ядра на сегодняшний день является привилегией компании nVidia. Они представляют собой маленькие процессорные ядра, наподобие ядер центрального процессора, основной задачей которых является реализация сложных теней и карт освещения, продвинутое сглаживание картинки, затенение Ambient Occlusion и др. Также немаловажную роль они играют при распределении потоков данных между CPU и GPU, где ядра CUDA забирают часть потоков данных у центрального процессора, тем самым разгружая его и давая некий запас производительности. Также, именно ядра CUDA майнят всем известную крипту, так как они могут производить математические вычисления с приличной скоростью.
Блоки растеризации осуществляют операции записи рассчитанных видеокартой пикселей в буферы и операции их смешивания (блендинга). Производительность блоков ROP влияет на филлрейт и это — одна из основных характеристик видеокарт всех времён. Если коротко, то филлрейт это скорость, с которой видеочип способен отрисовывать пиксели. Различают два типа филлрейта: пиксельный (pixel fill rate) и текстурный (texel rate). Пиксельная скорость заполнения показывает скорость отрисовки пикселей на экране и зависит от рабочей частоты и количества блоков ROP (блоков операций растеризации и блендинга), а текстурная — это скорость выборки текстурных данных, которая зависит от частоты работы и количества текстурных блоков.
Вплоть до последнего времени, количество блоков обработки геометрии было не особенно важным. Одного блока на GPU хватало для большинства задач, так как геометрия в играх была довольно простой и основным упором производительности были математические вычисления. Важность параллельной обработки геометрии и количества соответствующих блоков резко выросли при появлении в DirectX 11 поддержки тесселяции геометрии. Компания nVidia первой распараллелила обработку геометрических данных, когда в её чипах семейства GeForce 1xxx появилось по несколько соответствующих блоков. Затем, похожее решение выпустила и AMD (только в топовых решениях линейки Radeon HD 6700 на базе чипов Cayman).
Отдельно стоит отметить разрядность шины памяти. Ширина шины памяти является важнейшей характеристикой, влияющей на пропускную способность памяти (ПСП). Большая ширина позволяет передавать большее количество информации из видеопамяти в GPU и обратно в единицу времени, что положительно влияет на производительность в большинстве случаев. Теоретически, по 256-битной шине можно передать в два раза больше данных за такт, чем по 128-битной. На практике разница в скорости рендеринга хоть и не достигает двух раз, но весьма близка к этому во многих случаях с упором в пропускную способность видеопамяти.
4. И это всё?
Нет, не всё! Помимо всего вышеперечисленного имеется также цифро-аналоговый преобразователь. Вдаваться в подробности его устройства не стоит, да и времени это займет прилично. Достаточно сказать что он состоит из четырёх блоков, три из которых отвечают за преобразование RGB-палитры, а четвёртый хранит информацию о цветовой коррекции и уровне гаммы.
Постоянное запоминающее устройство хранит в себе необходимые экранные элементы, информацию с BIOS и некоторые системные таблицы. Видеоконтроллер никак не задействуется вместе с постоянным запоминающим устройством, обращение к нему происходит только со стороны ЦП. Именно благодаря хранению информации с BIOS видеокарта запускается и функционирует еще до полной загрузи ОС.
И что в итоге?
В конечном счёте, объединив все вышеперечисленные компоненты, представив сложность и стоимость их производства мы можем с Вами сделать вывод, что видеокарта это сложнейшее (с технической точки зрения) устройство, которое сопоставимо с отдельным компьютером внутри другого компьютера. Этот "мини компьютер" имеет свой процессор, свою память, свою постоянную память, кучи разных контроллеров, адаптеров и интерфейсов подключения. Не хватает только своего обособленного питания от сети.
Ну а теперь, когда у Вас, дорогие друзья есть пища для размышлений, можете ответить каждый для себя - так ли проста видеокарта как кажется?
На этом у нас всё!
Подписывайтесь на канал, ведь дальше - лучше!
Удачи и хорошего настроения!