Здравствуйте с вами Ludus. Сегодня мы рассмотрим именно современные дискретные видеокарты, ведь интегрированные имеют совсем другую комплектацию и, в основном, они встроены в процессор. Дискретный графический адаптер представлен в виде печатной платы, которая вставляется в соответствующий разъем расширения. Все компоненты видеоадаптера расположены на самой плате в определенном порядке. Давайте подробнее разберем все составные части.
Что такое видеокарта?
Видеокарта - это устройство, преобразующее графический образ или код, хранящийся как содержимое в памяти компьютера (или самого графического адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора.
Проще говоря, видеокарта в совокупности с другими компонентами компьютера позволяет преобразовать протекающий машинный код (последовательность команд) внутри вашего компьютера в удобочитаемое изображение для человеческого глаза.
В первую очередь, под видеокартой подразумевается устройство с графическим процессором, который занимается формированием самого графического образа. Все современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку команд и кода, снимая данную часть задачи с центрального процессора компьютера.
Также современные видеокарты от Nvidia и AMD на аппаратном уровне осуществляют рендеринг графического конвейера для построения и отображения двумерной и трёхмерной компьютерной графики на спецификациях OpenGL, DirectX и Vulkan.
Зачастую видеокарта выполнена в виде отдельной печатной платы и используется в отдельном слоте расширения (PCI Express) материнской платы. Однако широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату или процессор видеокарты. Ниже мы посвятим отдельный блок в ключе сравнения интегрированных и внешних (дискретных) видеокарт.
Как работает видеокарта?
Видеокарта в первую очередь отвечает за отображение изображений на дисплее, будь то фотографии, видео, игры, документы, обычная среда вашего рабочего стола, папка с файлами и все остальное. Все эти вещи, от задач, требующих огромной вычислительной мощности, таких как видеоигра, до чего-то, что мы считаем "простым", например, открытия нового текстового документа, требуют использования видеокарты.
Немного расширяя это, ваша видеокарта преобразует инструкции, выдаваемые другими программами на вашем компьютере, в визуальный рендеринг на вашем экране. Но современная видеокарта способна обрабатывать феноменальное количество команд одновременно, рисуя и перерисовывая изображения десятки или даже сотни раз в секунду, чтобы гарантировать, что на что бы вы ни смотрели, какие бы задачи вы ни пытались выполнить, все остается гладким.
Итак, центральный процессор отправляет информацию о том, что должно появиться на экране, на видеокарту. В свою очередь, видеокарта принимает эти инструкции и прогоняет их через свой собственный процессор, быстро обновляя встроенную память (известную как VRAM) относительно того, какие пиксели на экране необходимо изменить и каким образом. Затем эта информация передается с вашей видеокарты на монитор (разумеется, по кабелю), где меняются изображения, линии, текстуры, освещение, затенение и все остальное.
До того, как стать изображением на мониторе, цифровые данные в виде двоичного кода (0 и 1) обрабатываются центральным процессором компьютера, после чего они через шину данных направляются в видеокарту, где еще раз обрабатываются, преобразуются в аналоговый сигнал, который направляется на монитор. Это если кратко. Ну а если поподробней - сначала данные из шины данных попадают в графический процессор, где они обрабатываются. После чего эти обработанные цифровые данные через видеоконтроллер поступают в видеопамять видеокарты, где создается некий образ изображения, которое должно выводиться на мониторе. Следующим этапом - будет передача этих данных в RAMDAC (цифро-аналоговый преобразователь), где они преобразуются в аналоговый вид и уже в таком виде поступают на монитор.
Хотя видеокарты могут быть самых разных форм и размеров, существует два основных типа:
Дискретная видеокарта
Незаметный графический процессор - это отдельный от центрального процессора графический процессор, добавляемый в слот расширения, расположенный на материнской плате. Дискретный графический процессор обеспечивает большую мощность, чем встроенный графический процессор, и может использоваться для игр высокого уровня, редактирования видео, рендеринга 3D-моделей и других задач, требующих больших вычислительных затрат. Некоторым современным графическим процессорам для работы требуются сотни ватт.
Интегрированная видеокарта
Интегрированный графический процессор встроен непосредственно в тот же корпус, что и центральный процессор. Встроенная графика полезна для некоторых скромных игр, просмотра веб-страниц, электронной почты и, возможно, просмотра видео. Они также менее энергоемки, чем дискретный графический процессор.
Современный, незаметный графический процессор, как правило, превосходит интегрированный графический процессор, но вы должны принимать во внимание поколения CPU и GPU-процессоров. Если вы сравниваете оборудование, произведенное в ту же эпоху, то дискретный графический процессор выиграет. Он просто обладает большей вычислительной мощностью и большим охлаждением, доступными для обработки сложных задач.
Какие компоненты есть у видеокарты?
Конкретное аппаратное обеспечение варьируется в зависимости от модели видеокарты, но большинство современных дискретных графических процессоров имеют следующие компоненты:
Графический процессор: Графический процессор - это реальный аппаратный компонент, аналогичный центральному процессору
Память: Видеокарта, также известная как VRAM, поставляется с выделенной памятью для облегчения операций
Интерфейс: Большинство графических процессоров используют PCI Express, расположенный в нижней части карты
Выходы: Вы найдете различные видеовыходы, часто включающие HDMI, DisplayPort, DVI или VGA
Вентиляторы / радиатор: Все графические процессоры поставляются с вентиляторами и радиатором, которые помогают отводить накопившееся тепло во время использования
Разъемы питания: Для современных графических процессоров требуется шестиконтактный или восьмиконтактный разъем питания, иногда даже два или три
BIOS: BIOS графического процессора содержит информацию о начальной настройке и программе, сохраняя данные о напряжениях, памяти и многом другом при выключении компьютера.
Графический процессор
В самом начале нужно поговорить о самой важной детали в видеокарте – GPU (графический процессор). От данного компонента зависит быстродействие и мощность всего устройства. В его функциональность входит обработка команд, связанных с графикой. Графический процессор берет на себя выполнение определенных действий, за счет чего снижается нагрузка на ЦП, освобождая его ресурсы для других целей. Чем современнее видеокарта, тем мощность установленного в ней GPU больше, она может превосходить даже центральный процессор благодаря наличию множества вычислительных блоков.
Примерно в центре печатной платы находится графический процессор. В окружении других компонентов, до которых речь тоже дойдет. Наверняка напрашивается аналогия с центральным процессором, и она вполне уместна. Тем более, что и название похожее – там CPU (Central Processing Unit), здесь GPU (Graphics Processing Unit). И то, и то – процессоры. И в чем между ними отличие? Если измерять транзисторы, из которых состоят CPU и GPU, то у последних их больше. Например, во взятой для образца видеокарты Gtx 1660 super установлен чип TU116, в котором 6.600 миллионов транзисторов. А, скажем, AMD Ryzen 5 3600 обходится 4.800 транзисторов. Выходит, графический процессор круче? В чем-то да, а в чем-то и нет. Некогда большую часть работы по обсчету изображений (например, в играх), которые надо вывести на экран, выполнял CPU. Однако, постоянное усложнение этой работы и необходимость высокой вычислительной мощности привело к тому, что возможностей процессора стало не хватать.
CPU – универсальное устройство, выполняющее множество разных функций. В этом его сила, и в нем же слабость. В данном случае узкоспециализированный GPU позволяет выполнять работу, связанную с подготовкой и выводом изображения на экран монитора, гораздо быстрее.
Связано это в первую очередь с многоядерной и многопоточной обработкой данных. Конечно, CPU тоже умеет выполнять операции параллельно, но давайте посмотрим ядрам и потокам в глаза. Ознакомимся со спецификациями: например, у AMD Ryzen 5 3600 6 ядер и 12 потоков. Немало. А что там с чипом NVidia TU116? Аналогом процессорным ядрам в графических чипах NVidia являются ядра CUDA, коих в данной модели GPU аж 1408. Пусть эти ядра более простые и менее универсальные, но зато их на порядки больше. У GPU AMD архитектура чипов несколько иная, но сути это не меняет. Если брать за пример сопоставимый графический процессор Radeon RX 6500 XT, то тоже видим более 5,400 млн транзисторов и 1024 процессорных ядер.
Надо сказать, что нельзя сравнивать видеокарты просто по количеству этих самых ядер. В пределах одного производителя можно, хотя и с оговорками, но вот предположение, что NVidia TU116 (1408 ядер) мощнее AMD Radeon RX 6500 XT (1024 ядер), неверно.
Ну так какие же функции выполняет GPU? В первую очередь – преобразования данных, переданных центральным процессором в изображение, которое отображается на экране монитора. Эта работа выполняется очень быстро, ведь «картинка» постоянно изменяется и в секунду надо подготовить их десятки, а то и сотни, чтобы все изменения на экране происходили плавно, без рывков и замираний.
Собственно, поэтому GPU и получились такими сложными. Но, согласитесь, было бы неразумно использовать такую мощь только для игр или специфических задач по визуализации. Тысячи простаивающих вычислительных ядер – это слишком расточительно. Поэтому видеокарты активно используются для математических операций в научных программах, инженерных и аналитических расчетах и т. п.
Видеоконтроллер
За генерацию картинки в памяти отвечает видеоконтроллер. Он посылает команды на цифро-аналоговый преобразователь и проводит обработку команд ЦП. В современной карточке встроенно несколько компонентов: контроллер видеопамяти, внешней и внутренней шины данных. Каждый компонент функционирует независимо друг от друга, позволяя осуществлять одновременное управление экранами дисплеев.
Цифро-аналоговый преобразователь
Видеоконтроллер формирует изображение, однако его нужно преобразовать в необходимый сигнал с определенными уровнями цвета. Данный процесс выполняет ЦАП. Он построен в виде четырех блоков, три из которых отвечают за преобразование RGB (красный, зеленый и синий цвет), а последний блок хранит в себе информацию о предстоящей коррекции яркости и гаммы. Один канал работает на 256 уровнях яркости для отдельных цветов, а в сумме ЦАП отображает 16,7 миллионов цветов.
Видео-ПЗУ
Видео-ПЗУ (Video ROM) — не путайте с видеопамятью— постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и тому подобное ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор.
BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, задаёт все низкоуровневые параметры видеокарты, в том числе рабочие частоты и питающие напряжения графического процессора и видеопамяти, тайминги памяти. Также VBIOS содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS). На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи специальной программы.
Видео-ОЗУ
Видеопамять(VRAM) — это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.
Видеопамять выполняет функцию кадрового буфера, в котором хранится изображение, создаваемое и постоянно изменяемое графическим процессором, пока то не выведется на экран монитора (или нескольких мониторов).
В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте, о ней мы еще поговорим ниже, когда я буду затрагивать характеристики видеокарт.
Техпроцесс
Важным показателем является техпроцесс, это один из первых пунктов среди характеристик видеоадаптеров. Измеряется в нанометрах. Грубо говоря, основной движущей силой являются транзисторы. Если взять современные видеокарты, то можно заметить, что показатель нанометров все меньше и меньше с каждым поколением видеочипов. Все это обусловлено тем, что чем меньше размер транзисторов, тем больше их можно разместить на одном видеочипе.
С уменьшением размера транзисторов, в целом у видеокарт уменьшается также:
- Энергопотребление;
- Тепловыделение (TDP);
Производительность при этом увеличивается, так как на одной площади можно разместить больше вычислительной мощности. Чем меньше техпроцесс, тем лучше.
Тактовая частота ядра и памяти
Здесь можно провести прямую аналогию с тактовой частотой центрального процессора с единственным отличием, что в видеокартах частотой обладает как видеопамять, так и само графическое ядро.
Следовательно, чем выше показатель тактовой частоты графического процессора и памяти, тем выше производительность видеокарты.
Рабочая частота GPU обычно измеряется в мегагерцах, т. е. миллионах тактов в секунду. Эта характеристика прямо влияет на производительность видеочипа — чем она выше, тем больший объем работы GPU может выполнить в единицу времени, обработать большее количество вершин и пикселей. Пример из реальной жизни: частота видеочипа, установленного на плате GeForce RTX 2070 равна 1 410 МГц, а точно такой же чип в модели GeForce RTX 2060 работает на частоте в 1365 МГц. Соответственно будут отличаться и все основные характеристики производительности. Но далеко не только рабочая частота чипа определяет производительность, на его скорость сильно влияет и сама графическая архитектура: устройство и количество исполнительных блоков, их характеристики и тому подобное.
В некоторых случаях тактовая частота отдельных блоков GPU отличается от частоты работы остального чипа. То есть, разные части GPU работают на разных частотах, и сделано это для увеличения эффективности, ведь некоторые блоки способны работать на повышенных частотах, а другие — нет. Такими GPU комплектуется большинство видеокарт GeForce от NVIDIA. Из свежих примеров приведём видеочип в модели GeForce RTX 2080 Ti, большая часть которого работает на частоте 1 350 МГц, а универсальные вычислительные блоки чипа имеют повышенную в 17,5% частоту — 1 635 МГц.
Стоит добавить, что большинство видеокарт позволяет поднять показатели тактовой частоты через специальные программы для «разгона» или оверклокинга. В некоторых случаях прирост производительности может достигать от 5% до 20%. Но не стоит забывать об обратной стороне медали — возможности появления артефактов или графических ошибок в различных приложениях и потенциальном ускоренном износе видеокарты или перегреве.
Тип и объем видеопамяти
Под видеопамятью следует понимать отдельную независимую память, распаянную на плате видеокарты под нужды самой видеокарты при работе с графическими задачами. Память видеокарты по своим свойствам похожа на оперативную память компьютера.
На современном рынке представлены видеокарты с видеопамятью следующих типов - GDDR3, GDDR4, GDDR5, GDDR6 и GDDR6X, HBM. Тип видеопамяти и её количество определяет основной параметр – пропускную способность памяти. Но не всегда объем видеопамяти говорит о производительности видеокарты, поэтому нужно обращать внимание и на другие важные характеристики, такие как используемой тип памяти и разрядность шины.
Следовательно, чем новее тип используемой памяти и больше её количество, тем быстрее видеокарта сможет отрисовывать/прогружать новые текстуры в играх или, как вариант, сможет задействовать текстуры более высокого качества и разрешения.
Разрядность шины памяти
Разрядность шины памяти отвечает за то, насколько быстро графический процессор видеокарты обменивается обрабатываемой информацией с памятью видеокарты. Чем выше разрядность, тем быстрее происходит обмен данной информацией, что весьма важно в требовательных играх или задачах обработки графики.
Очень важным элементом является шина памяти видеокарты и ее пропускная способность. Именно она гоняет информацию между процессором графического адаптера и его памятью. Частота памяти и шина влияют на производительность видеокарты. Частота измеряется в Мгц (мегагерцах), и чем больше она, тем быстрее работает память. Шина измеряется в bit, от 64 — до 448 bit. Чем «шире» шина, тем быстрее память взаимодействует с графическим процессором (GPU).
Самый распространенный размер шины – 128bit. Однако топовый уровень – это 256 и 384. Благодаря размеру шины и тактовой частоте, в принципе, и строится ее пропускная способность. Чем выше эти показатели, тем быстрее графический процессор обменивается данными с видеопамятью.
Частота видеопамяти
Ещё одним параметром, влияющим на пропускную способность памяти, является её тактовая частота. А повышение ПСП часто напрямую влияет на производительность видеокарты в 3D-приложениях. Частота шины памяти на современных видеокартах бывает от 2001(8004, с увеличением в 4 раза) МГц до 1313(21000, с увеличением в 16 раз) МГц, то есть, может отличаться более чем в шестнадцать раз! И так как ПСП зависит и от частоты памяти, и от ширины ее шины, то память с 256-битной шиной, работающая на частоте 800(3200) МГц, будет иметь бо́льшую пропускную способность по сравнению с памятью, работающей на 1000(4000) МГц со 128-битной шиной.
Особенное внимание на параметры ширины шины памяти, её типа и частоты работы следует уделять при покупке сравнительно недорогих видеокарт, на многие из которых ставят лишь 128-битные или даже 64-битные интерфейсы, что крайне негативно сказывается на их производительности. Вообще, покупка видеокарты с использованием 64-битной шины видеопамяти для игрового ПК мной не рекомендуется вовсе. Желательно отдать предпочтение хотя бы среднему уровню минимум со 128- или 192-битной шиной.
Например, современная NVIDIA RTX 3080 Ti имеет скорость работы памяти 19000 МГц. Это же значение указывается как 19 Гбит/c — в этом случае имеется ввиду пропускная способность на один вывод памяти, то есть на один бит шины. Это может запутать неподготовленного пользователя, ведь в случае видеокарты имеет смысл не один вывод, а общая пропускная способность шины. Которая, к тому же, измеряется не в Гбит/с, а в Гбайт/c.
Как узнать реальную пропускную способность памяти видеокарты, у которой вместо частоты указаны МТ/c, ГТ/c или Гбит/c? Все очень просто. Указанные величины соответствуют эффективной частоте памяти. 19000 мегатранзакции в секунду, 19 гигатранзакции в секунду, и 19 Гбит/c — все это равно эффективной частоте памяти в 19 ГГц. А зная частоту, можно вычислить пропускную способность установленной видеопамяти по формуле: Частота (ГГц) х ширина шины памяти (бит) : 8 (бит в байте)
В случае RTX 3080 Ti мы получаем пропускную способность 19 ГГц × 384 бит ÷ 8 = 912 Гбайт/c, что соответствует официальному значению, указанному компанией NVIDIA. Откуда же берутся такие высокие результирующие частоты памяти? Чтобы понять принцип их формирования, предлагаем взглянуть на таблицу. (Картинка 1.1)
Разберем на примере все той же RTX 3080 Ti с памятью GDDR6X. Эффективная частота в 19000 МГц в этом случае имеет соотношение к частоте шины 16:1. То есть для вычисления последней 19000 нужно разделить на 16. Результат будет равен 1187,5 МГц, что и наблюдается в округленном виде в программе GPU-Z.
Система охлаждения
Тут тоже все весьма просто — чем производительней видеокарта, тем больше тепла она выделает. Поэтому все современные графические решения используют от двух и более кулеров (вентиляторов) для охлаждения видеопроцессора и памяти видеокарты.
В некоторых моделях видеокарт система охлаждения может работать тише, чем в других моделях, поэтому, если для вас важен такой параметр, как издаваемый шум при нагрузке, советуем ознакомиться с отзывами пользователей перед приобретением конкретной модели видеокарты.
Если же мы говорим о чем-то типа RTX 2060/3060 или AMD 6700 и выше, то система охлаждения будет внушать уважение, как минимум своим весом.
Радиатор представляет собой довольно замысловатую железяку с большим количеством тонких ламелей, состоящую из нескольких секций и теплорассеивающих пластин, контактирующих с графическим процессором, чипами памяти и силовыми элементами системы питания.
Практически все производители устанавливают несколько тепловых трубок для повышения эффективности работы радиатора.
Тепловая трубка – металлическая (часто медная, может быть покрыта никелем) герметичная, с легкоиспаряющейся жидкостью внутри. Эта жидкость испаряется в месте соприкосновения одного конца трубки с горячим элементом, после чего пар конденсируется на противоположном, холодном конце, после чего жидкость возвращается в горячий конец трубки.
Чаще всего применяются тепловые трубки с пористыми внутренними стенками, по которым жидкость под воздействием капиллярных сил перемещается в зону испарения вне зависимости от положения самой трубки в пространстве. Этой жидкостью может быть вода, аммиак, этанол и т. п.
У разных производителей количество и конфигурация трубок различается. Часть их может использоваться для контакта с GPU, а для элементов системы питания устанавливается индивидуальная трубка. Может использоваться технология «прямого контакта», при которой тепловые трубки непосредственно контактируют с графическим процессором. Это позволяет улучшить теплообмен.
Однако недостаточно просто забрать тепло тем или иным способом – тепловой трубкой или радиатором, это тепло надо еще куда-то деть. Для этого применяют вентиляторы.
Рассматриваемая сегодня Gtx 1660 super имеет два вентилятора диаметром 88 мм каждый. Их максимальная скорость вращения составляет 3 518 об/мин, но надо очень постараться, чтобы ветродуи разогнались до таких скоростей. В реальности даже под максимальной нагрузкой они вращаются на меньших скоростях, а при температуре графического чипа ниже 60°C вообще останавливаются.
Интерфейсы или разъемы подключения
На данный момент существуют 4 версии, следуя порядковому номеру. Самой последней является, PCIe 4.0. С каждым разом разработчики увеличивали пропускную способность интерфейса. Сейчас им удалось достигнуть отметки в 16 Гбит/с. Не стоит забывать про то, что PCI Express видеоадаптера и материнской платы зачастую не совпадают. Однако особого риска и страха здесь нет. Видеокарта будет работать на старой материнке, хоть и не сможет работать на всю свою мощность. При обратной совместимости вообще не возникает проблем.
Интерфейс подключения определяет то, посредством чего ваш монитор или телевизор будет подключен к видеокарте для вывода изображения. На данный момент в мониторах и телевизорах используется четыре разъема подключения, это — DVI-D, VGA, HDMI и DisplayPort.
DVI-D и VGA относятся к морально устаревшим стандартам подключения и зачастую используются в старых моделях мониторов и телевизоров, где разрешение редко превышает 1920×1080, а частота обновления 75 Гц. Поэтому, если вы хотите использовать разрешение выше, чем FullHD (1920×1080), вам следует обратить внимание на варианты с HDMI и DisplayPort разъемами подключения.
Стоит добавить, что HDMI и DisplayPort, помимо вывода изображения, могут передавать и звуковой сигнал с устройства, что очень удобно в случае подключения и вывода изображения на телевизор или монитор со встроенными динамиками.
Разъемы питания
C ростом производительности видеокарты прямо пропорционально увеличивается её потребляемая мощность, следовательно, чем лучше и производительней видеокарта, тем больше линий дополнительного питания ей потребуется для работы.
Не удивляйтесь, но большинство современных видеокарт являются самыми «прожорливыми» элементами компьютера в плане электропитания. В качестве примера: видеокарта GeForce RTX 3070 требует подключения 8-pin + 6-pin разъемов дополнительного питания и потребляет в момент нагрузки порядка ~300 Вт, в то время как графические решения начального уровня по типу GeForce GT 1030 вполне способны работать без наличия дополнительного питания и обходятся питанием с линии PCI-Express.
И возможно, что смена видеокарты в вашем компьютере на новую повлечёт за собой еще одну трату - покупку нового более мощного блока питания. Зачастую производители любезно указывают рекомендуемый по мощности блок питания, в случае с примером выше (GeForce RTX 3070) производитель рекомендует использовать блок питания не менее 650 Вт.
При покупке видеокарты нужно убедиться, что блок питания компьютера отвечает ее требованиям. Топовые видеокарты могут требовать от блока мощности до 850W. Если БП недостаточно мощный, под нагрузкой (в игровых или других приложениях, активно использующих видеокарту) компьютер будет "зависать" или же он перестанет включаться вообще. И это не самое худшее, что может произойти. Слишком "слабый" блок питания может "сгореть", попутно утащив с собой в небытие видеокарту или что-то еще.
Что делает видеокарта в играх?
Видеокарта формирует сцену. Фраза так же не способствует раскрытию ситуации, поэтому давайте более детально поговорим об этом. Видеокарта отвечает за:
- Формирование мира. Получив от процессора координаты всех объектов, их нужно воплотить в 3D.
- Текстуризация, рельефное текстурирование. Если посмотреть вокруг нас, одноцветных объектов почти нет. Хоть мы и говорим, что асфальт грязносерый, а листья зелёные, на деле всё сложнее. Построение таких одноцветных объектов будет напоминать рисунок ребёнка, т. к. мы знаем, что в реале лист не одноцветный, имеет жилки, пожухлости и разную интенсивность цвета. Поэтому приходится использовать текстуры — изображение, приближенное к реальному визуалу. Порой используется фраза «фотореалистичная текстура» в том смысле, что изначально была сфотографирована поверхность, которую позже доработали для «натягивания» на объект. Создание полноценной сетки кирпичной кладки выльется в существенные проблемы при рендеринге картинки в реальном времени. Для экономии ресурсов придуманы технологии, позволяющие имитировать поверхности, например: Отображение рельефа, Нормальное отображение, Отображение окклюзии параллакса и прочие.
- Освещение. Глобальное (Солнце) и локальные (лампы, фонари, факелы и т. п.) источники света вносят немалую порцию жизненности в игры.
- Исполнение шейдеров. Это специальные программы, написанные для процессоров видеокарт. Могут применяться для: заданного деформирования объектов, отражения, текстурирования сложных объектов, особого преломления света и прочего.
- Дополнительные вычисления. Чип видеокарты содержит множество процессоров, которые в некоторых случаях можно использовать вместо центрального (но это ложится на плечи разработчика). Как вариант, мощности видеокарты на базе чипов от NVidia используют движок PhysX. Примером произвольных однотипных вычислений служит майнинг, который успешно применяется уже несколько лет.
- Детализация (Уровень детализации) — определяет не количество и качество проработки мелких деталей на объектах, а расстояние, на котором они будут отображаться. Для каждого объекта в игре существует несколько моделей с разной степенью детализации, которые сменяют одна другую в зависимости от близости к игроку и видимости. Низкое значение LoD уменьшает проработку объектов в отдалении и хорошо сказывается на частоте кадров, но может привести к внезапному появлению деревьев и пресонажей прямо на глазах у игрока.
- Отражения — бывают как симулированные (экранное пространство), так и с использованием трассировки лучей (DXR). В первом случае на «отражающей» поверхности появляется текстура отражения при условии, что отражаемый объект также находится в кадре. Реалистичные отражения с трассировкой работают в пределах всей сцены и могут отражать даже то, что в кадр не попадает, но намного более требовательны к железу.
- Тени — как и отражения, бывают статичными («запечёнными») и процедурными, которые генерируются при помощи трассировки лучей. Тени с трассировкой требуют намного больше производительности и работают не на всех видеокартах.
- Фоновое затенение (Окружающая окклюзия) — существует несколько технологий для создания «контактных» теней и наложения теней друг на друга. «Окклюзиями» называется наложение теней от других объектов, тогда как стандартными методами в играх расставляются только тени, отбрасываемые непосредственно самими объектами. Технология Horizon-Based Ambient Occlusion (HBAO/HBAO+) достаточно требовательна при условии, что в игре много объектов, к которым применяется фоновое затенение.
За что отвечает видеокарта
Видеокарта отвечает за производство изображения — большинство настроек влияют именно на её загрузку. Ниже мы разбили наиболее распространённые настройки по уровню требовательности и коротко описываем их эффект.
Низкая нагрузка
Отключение этих параметров на современных ПК не даёт ощутимого прироста производительности. В зависимости от игры и конфигурации железа можно выиграть до 10% fps, но оно того не стоит.
Размытие в движении, хроматические аберрации и зернистость — фильтры, призванные добиться «кинематографичного» эффекта. Они симулируют эффекты, присущие съёмке на киноплёнку и не наносят критического вреда производительности.
Фоновое затенение (Окружающая окклюзия) — если в игре много мелких объектов и помещений со сложной геометрией, HBAO может сильно нагружать видеокарту. Тогда можно переключиться на SSAO — намного менее требовательную альтернативу, которая не всегда работает корректно из-за достаточно примитивного алгоритма, но всё равно делает объекты более объёмными, чем совсем без затенения.
Тесселляция — позволяет улучшать качество текстур. Каждый полигон на изначальной модели процедурно разбивается на несколько, благодаря чему визуально объект становится более детализированным. В современных видеокартах для этого есть отдельные блоки, поэтому на производительности процесс сказывается незначительно.
Глубина резкости — симуляция оптического эффекта, который обычно используют в кино или на фотографиях. «Главный» объект находится в фокусе, а фон — размывается, чтобы сконцентрировать внимание зрителя. Чаще всего это эффект не очень сильно сказывается на производительности, и его использование в основном зависит от предпочтений игрока.
Анизотропная фильтрация — в некоторых играх есть возможность выбрать опции Билинейный или Трилинейная фильтрация, но это устаревшие технологии, которые заменила анизотропная фильтрация. Фильтрация улучшает видимое качество текстур на объектах, расположенных под углом и создаёт плавные переходы между разными уровнями проработки текстур в зависимости от дальности. Чем выше уровень (до х16), тем острее может быть угол, под которым игрок смотрит на объект, чтобы на нём сработала фильтрация
Высокая нагрузка
В зависимости от особенностей оптимизации конкретных игр, перечисленные ниже настройки могут оказывать разное влияние на производительность. Также многое зависит от архитектуры графического процессора и графического API (DirectX, Vulkan) — но чаще всего именно эти параметры необходимо снижать в первую очередь.
- Разрешение — чем выше разрешение рендеринга, тем больше пикселей видеокарта должна выводить на экран. При переходе с 1080p на 1440p количество пикселей увеличивается на 70%, а в 4К — в 4 раза.
- Качество текстур — этот параметр в основном зависит от объёма видеопамяти, нежели от производительности графического процессора. Если вы замечаете, что текстуры на объектах не успевают прогрузиться, значит, они слишком тяжёлые и видеокарта не может держать на готове все необходимые ресурсы. Для современных игр желательно иметь не менее 6 ГБ видеопамяти.
- Сглаживание (Anti Aliasing) — применяется для того, чтобы скрыть «лесенки» по краям объектов. Существует несколько способов сглаживания с разным эффектом и разной требовательностью, мы рассмотрим их отдельно.
- Глобальное освещение — общий термин, который обозначает симуляцию реалистичного освещения. Сюда входят и классические методы, и трассировка лучей в реальном времени, но на производительность освещение влияет в любом случае.
- Объёмные лучи и туман (Объемное освещение / Туман, Лучи Бога) — техноллогия создания выразительных эффектов вроде отдельных лучей света, проходящих через окно или облаков густого тумана/пыли которые реалистично перекрывают видимость. Это одна из самых требовательных настроек графики.
Далее разберем более подробно какие настройки нагружают видеокарту на примере игры Red Dead Redemption 2.
Качество текстур Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: расход видеопамяти.
В PC-версии игры текстуры разительно отличаются по четкости и детализации от консольной. Даже максимальное их качество практически не повлияет на частоту кадров, если у вас от 6 гигабайт видеопамяти. А вот обладателям еще не так давно приемлемого объема в 3-4 гигабайта лучше снизить с «Ультра» до «Высокого» качества, иначе начнутся фризы, когда игра будет восполнять нехватку за счет более медленной основной ОЗУ. Если памяти еще меньше, то ставьте «Средние». А с 1 гигабайтом VRAM игра и вовсе не запустится.
Анизотропная фильтрация нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: отсутствует.
Анизотропная фильтрация заметно бьет по производительности лишь в последних проектах Ubisoft, тогда как во всех остальных играх совсем не влияет на FPS. На любом компьютере, способном запустить Red Dead Redemption 2, эту настройку стоит устанавливать на максимум. Она улучшает текстуры на поверхностях, наклоненных относительно камеры игрока.
Качество освещения Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: иногда высокое (возле источников света до 33%).
У этой настройки не совсем точное название. Она влияет на качество проработки не всего освещения, а только от местных источников света вроде ламп или костров. Правда, довольно сложно заметить разницу между средним качеством и максимальным. Поэтому, если не хотите терять аж до трети «фреймрейта» во время красивых ночных сцен, то смело снижайте до среднего.
Если ваш ПК едва соответствует минимальным системным требованиям, то это одна из первых настроек, которую надо снижать до упора
Качество глобального освещения Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: крайне низкое (до 2%).
Отвечает за основное освещение от светлого неба днем. На высоких значениях выглядит более естественно, с эффектом воздушной перспективы. На низких освещение становится максимально нейтральным, что делает картинку более искусственной.
Нам так и не удалось уловить заметное снижение производительности при повышении качества глобального освещения от минимального до максимального, но на старых моделях видеокарт этот параметр может стать более ресурсоемким.
Затенение SSAO Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: низкое (до 8%).
Этот параметр добавляет тени возле оснований объектов, которые соприкасаются с полом, столом или другими поверхностями, а также в различных углублениях. Если выключить параметр, то картинка становится более мультяшной, а не реалистичной. Даже среднее качество выглядит хорошо, так что можно оставить его или слегка увеличить на мощном ПК. Кадров в последнем случае потеряется совсем немного.
Качество зеркал Что нагружает:видеокарту
Влияние на производительность: крайне низкое (до 1%).
Видимо этот параметр недоработан, потому что даже минимальные значения не отличимы от максимальных как по качеству, так и по производительности. На «Ультра» изображение в зеркалах выглядит весьма посредственно.
Качество объемных эффектов Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: высокое (до 21%).
Под объемными эффектами в Red Dead Redemption 2 в основном подразумеваются туман, дым, облака и тому подобные явления. Чем выше значение — тем они плотнее и детальнее. Разница хорошо заметна лишь начиная со среднего значения, а «Высокое» и «Ультра» малоразличимы. Поэтому владельцам производительных видеокарт стоит остановиться на «Высоком», а остальным понизить до «Среднего», чтобы объемные эффекты оставались хоть сколько-то пристойными.
Качество тесселяции Что нагружает:видеокарту
Влияние на производительность: низкое (до 3%).
Тесселяция делает объекты менее угловатыми, заполняя пустое пространство между полигонами, а также добавляет объем поверхностям вроде земли или стен. В Red Dead Redemption 2 это особенно хорошо заметно во время перемещения по сугробам. Без тесселяции снег выглядит менее натурально, особенно когда проминается под копытами лошадей или сапогами персонажей.
Если на значении «Ультра» будет заметно провисать производительность, то снизьте до «Среднего», хотя на последних трех поколениях видеокарт проблем быть не должно.
Разрешение ближних объемных эффектов Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: среднее (до 14%).
Помните настройку «Качество объемных эффектов» выше? Это одна из трех, которые отвечают за ее более тонкую подстройку. Вблизи туман, дым и подобные вещи разумеется расходуют больше ресурсов, чем вдали (об этом — следующая настройка из списка). Поэтому можете оставить эту опцию такой, какой она стала после установки основного параметра.
Разрешение дальних объемных эффектов Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: крайне низкое (до 1%).
Дальние объемные эффекты изначально отрисовываются с пониженной детализацией. Мы так и не заметили, чтобы максимальная настройка просаживала кадры, поэтому советуем здесь ничего не менять после настройки основной опции или даже повысить качество.
Качество освещения объемных эффектов Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: среднее (до 12%).
Кроме детализации у объемных эффектов есть еще и освещение, когда лучи солнца или другого источника света красиво пронизывают клубы тумана. Вот только стоить эта красота может немало, особенно на устаревших моделях видеокарт. Если вы устанавливали «Среднее» качество для основной настройки, то здесь лучше не повышать и оставить как есть. А может даже и снизить, если вашему ПК много лет.
Высокая детализация лучей света Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: среднее (до 12%).
Эта настройка ощутимо бьет по производительности на повышенных разрешениях вроде 1440p или 4K. Она отвечает за красоту лучей света, проходящих сквозь облака. И чем их больше на небе, тем сильнее падает частота кадров. Разница между включенной «Высокой детализацией лучей света» и выключенной не сильно заметна — просто лучей проходит слегка меньше. На небо во время игры вы все равно будете смотреть редко, поэтому рекомендуем выключить высокую детализацию.
Качество освещения частиц Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: крайне низкое (до 1%).
Можете попробовать выставить на максимум качество освещения частиц и потом снизить, если заметите проблемы во время перестрелок. Напоминаем, что просадки частоты кадров обычно случаются на старых моделях видеокарт, которые часто плохо совместимы с последними технологиями и новыми спецэффектами.
Мягкие тени Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: крайне низкое (до 2%).
Очень полезная настройка, которая позволяет сделать более приятным для глаза среднее (и даже низкое) качество теней при минимальных затратах ресурсов. Попробуйте выставить здесь «Высокое» значение — больше 1 кадра потерять не должны.
Длинные тени Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: крайне низкое (до 1%).
Добавляет красивый эффект удлиненных теней в сумерках. При этом практически ничего не потребляет. Можете смело включать на ПК любой мощности.
Затенение SSAO Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: среднее (до 10%).
Очень спорная настройка, которая повышает разрешение теней на стыках и в углублениях. При этом разницу заметить сложно, а 3-5 кадров теряется даже в Full HD. Лучше выключить ее совсем.
Качество преломления воды Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: низкое (до 8%).
Отъедает пару-тройку кадров на максимуме, создавая более правдоподобный эффект прозрачной воды. Для мощного ПК лучше поставить здесь значение повыше, иначе водоемы станут больше похожи на болота. А для слабого неплохим решением будет среднее качество.
Качество отражения Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: высокое (до 20%).
Когда рядом с водоемом много объектов вроде деревьев, то высокое качество отражений может сильно просаживать частоту кадров. При Full HD даже с неплохой видеокартой вроде GeForce GTX 1060 теряется сразу около десятка FPS. Лучше остановиться здесь на среднем значении.
Качество физики воды Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: высокое (до 20%).
Еще одна настройка, которую стоит оставить на среднем значении. Качество волн пострадает, но лучше все же им пожертвовать.
Масштабирование разрешения Что нагружает:видеокарту
Опция позволяет увеличить разрешение рендера вплоть до 4K даже на Full HD экране — не вариант в случае с Red Dead Redemption 2, которой мало даже RTX 2080 Ti. А если разрешение рендера наоборот снизить, то все изображение сразу станет чересчур мутным. Довольно сомнительный способ получить пару FPS, поэтому лучше всего оставить эту настройку выключенной.
Резкость сглаживания (TAA Sharpening) Что нагружает:видеокарту
Влияние на производительность: крайне низкое (до 1%).
Сглаживание TAA не мылит текстуры, но зато делает всю картинку в целом более мягкой. Если вам это не нравится, то можете выкрутить ползунок на максимум, чтобы прибавить картинке четкости. Производительность при этом не пострадает.
Качество деревьев Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: низкое (до 8%).
Влияет на качество прорисовки отдаленных деревьев. Если нужно сэкономить пару-тройку кадров, то можно снизить до среднего значения. А оптимальным будет «Высокое».
Качество меха Что нагружает: видеокарту
Влияние на производительность: крайне низкое (до 1%).
Удивительно, но в RDR 2 качество мехового покрытия практически не влияет на производительность. При этом высокая настройка выглядит значительно лучше средней.
Всем спасибо до свидания.
Ссылка на видео https://rutube.ru/video/44f48793d3d1831fa9940a65f9b66f9a/