Многие пользователи, доставая из коробки новенькую видеокарту, ошибочно полагают, что держат в руках просто очередной вспомогательный чип для вывода картинки на монитор – одну из многих комплектующих ПК, подбором которых пришлось озаботиться. Но что на самом деле? Большая плата, скрытая под массивным радиатором с вентиляторами, является, можно сказать, почти автономной системой. И тут важно, как она устроена. По сути, это полноценный высокопроизводительный компьютер внутри вашего "основного". У него есть собственный процессор, своя сверхбыстрая оперативная память, своя электростанция и даже своя базовая операционная система. И всё работает в тесной связке.
Графический процессор видеокарты и VRAM
"Мозгом" упомянутой выше системы выступает графический процессор (GPU, ГПУ). Это обычно довольно большой кремниевый кристалл (а иногда и целый кластер чипов), который занимается исключительно профильными расчётами: отрисовкой сложной трёхмерной графики, расчётом физики света и тяжеловесной математикой для искусственного интеллекта. В отличие от центрального процессора (ЦПУ) компьютера, который вынужден ежесекундно отвлекаться на тысячи самых разных фоновых задач, системных прерываний и команд, графический чип сфокусирован на своей довольно узкой специализации.
Чтобы этот "мозг" работал без простаивания, ему необходимо получать огромные массивы данных прямо здесь и сейчас, без задержек. Использовать для этого обычную оперативную память Вашего компьютера категорически нельзя. Во-первых, она для таких задач слишком медленная, а во-вторых, физически находится слишком далеко на материнской плате – пока сигнал дойдёт по микроскопическим дорожкам, графический чип будет простаивать в ожидании, что в итоге проявится в виде т. н. "лагов". Именно поэтому вокруг ГПУ прямо на текстолите видеокарты распаяны банки собственной видеопамяти (VRAM). Современная память обладает колоссальной пропускной способностью, позволяя чипу мгновенно загружать гигантские текстуры высокого разрешения, натянутые на огромные 3D-модели, без малейших задержек. Ну, и модели ИИ (искусственного интеллекта) работают сильно быстрее, будучи загруженными непосредственно в VRAM, нежели когда их приходится по частям тасовать из оперативной памяти.
VRM – питание видеокарты
Но чтобы заставить всю эту вычислительную мощь работать, её нужно правильно запитать. Современный топовый графический процессор потребляет сотни ватт энергии, а отдельные самые производительные устройства доходят в своём аппетите до киловатта и более при пиковых нагрузках. При этом для работы ему нужно напряжение всего около одного вольта, но с чудовищной силой тока, порой достигающей сотен ампер. Стандартный блок питания компьютера выдаёт 12 вольт, и подать их напрямую на хрупкий кремний – значит просто сжечь его. Задачу преобразования тока решает собственная "электростанция" видеокарты – подсистема питания (VRM). Она ювелирно конвертирует приходящее высокое напряжение к нужным значениям. При таких токах элементы цепи питания испытывают колоссальные нагрузки и раскаляются сопоставимо с самим графическим процессором, поэтому они тоже требуют серьёзного охлаждения.
VBIOS – ОС видеокарты
Также у видеокарты есть собственный BIOS (VBIOS) – независимая микропрограмма, "зашитая" в отдельную флеш-память на плате. Этот внутренний руководитель выполняет функции базовой операционной системы. Он непрерывно опрашивает десятки внутренних датчиков температур, управляет оборотами вентиляторов, жёстко контролирует лимиты энергопотребления и рабочие частоты. Видеокарта сама принимает решения, когда ей нужно ускориться, а когда – экстренно сбросить частоты ради спасения от перегрева, советуясь с остальной Вашей системой в подобных вопросах лишь на уровне рекомендаций (если вручную не задано иное). Детальный разбор компонентной базы мы оставим для статей о внутреннем устройстве железа.
Заключение
Итак, перед нами плата, на которой трудится свой собственный процессор со своей быстрой памятью и цепями питания. Возникает логичный вопрос: а чем же тогда графический чип видеокарты концептуально отличается от привычного нам центрального процессора? Почему сверхмощный ЦПУ не может сам отрисовывать современные игры с хотя бы примерно сопоставимой эффективностью? Об этой фундаментальной разнице архитектур мы подробно поговорим в следующей статье цикла, посвящённого подбору комплектующих ПК.