Как называют видеокарту по другому
Видеокарта
Видеока́рта (также видеоада́птер, графический ада́птер, графи́ческая пла́та, графи́ческая ка́рта, графи́ческий ускори́тель) — электронное устройство, преобразующее графический образ, хранящийся, как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Первые мониторы, построенные на электронно-лучевых трубках, работали по телевизионному принципу сканирования экрана электронным лучом, и для отображения требовался видеосигнал, генерируемый видеокартой.
Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (плата расширения) и вставляется в разъём расширения, универсальный либо специализированный (AGP). Также широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату видеокарты — как в виде отдельного чипа, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ); в этом случае устройство, строго говоря, не может быть названо видеокартой.
Содержание
История
Одним из первых графических адаптеров для IBM PC стал MDA (Monochrome Display Adapter) в 1981 году. Он работал только в текстовом режиме с разрешением 80×25 символов (физически 720×350 точек) и поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчёркнутый и мигающий. Никакой цветовой или графической информации он передавать не мог, и то, какого цвета будут буквы, определялось моделью использовавшегося монитора. Обычно они были белыми, янтарными или изумрудными на чёрном фоне. Фирма Hercules в 1982 году выпустила дальнейшее развитие адаптера MDA, видеоадаптер HGC (Hercules Graphics Controller — графический адаптер Геркулес), который имел графическое разрешение 720×348 точек и поддерживал две графические страницы. Но он всё ещё не позволял работать с цветом.
Первой цветной видеокартой стала CGA (Color Graphics Adapter), выпущенная IBM и ставшая основой для последующих стандартов видеокарт. Она могла работать либо в текстовом режиме с разрешениями 40×25 знакомест и 80×25 знакомест (матрица символа — 8×8), либо в графическом с разрешениями 320×200 точек или 640×200 точек. В текстовых режимах доступно 256 атрибутов символа — 16 цветов символа и 16 цветов фона (либо 8 цветов фона и атрибут мигания), в графическом режиме 320×200 было доступно четыре палитры по четыре цвета каждая, режим высокого разрешения 640×200 был монохромным. В развитие этой карты появился EGA (Enhanced Graphics Adapter) — улучшенный графический адаптер, с расширенной до 64 цветов палитрой, и промежуточным буфером. Было улучшено разрешение до 640×350, в результате добавился текстовый режим 80×43 при матрице символа 8×8. Для режима 80×25 использовалась большая матрица — 8×14, одновременно можно было использовать 16 цветов, цветовая палитра была расширена до 64 цветов. Графический режим также позволял использовать при разрешении 640×350 16 цветов из палитры в 64 цвета. Был совместим с CGA и MDA.
Стоит заметить, что интерфейсы с монитором всех этих типов видеоадаптеров были цифровые, MDA и HGC передавали только светится или не светится точка и дополнительный сигнал яркости для атрибута текста «яркий», аналогично CGA по трём каналам (красный, зелёный, синий) передавал основной видеосигнал, и мог дополнительно передавать сигнал яркости (всего получалось 16 цветов), EGA имел по две линии передачи на каждый из основных цветов, то есть каждый основной цвет мог отображаться с полной яркостью, 2/3 или 1/3 от полной яркости, что и давало в сумме максимум 64 цвета.
В ранних моделях компьютеров от IBM PS/2, появляется новый графический адаптер MCGA (Multicolor Graphics Adapter — многоцветный графический адаптер). Текстовое разрешение было поднято до 640×400, что позволило использовать режим 80×50 при матрице 8×8, а для режима 80×25 использовать матрицу 8×16. Количество цветов увеличено до 262144 (64 уровня яркости по каждому цвету), для совместимости с EGA в текстовых режимах была введена таблица цветов, через которую выполнялось преобразование 64-цветного пространства EGA в цветовое пространство MCGA. Появился режим 320x200x256, где каждый пиксел на экране кодировался соответствующим байтом в видеопамяти, никаких битовых плоскостей не было, соответственно с EGA осталась совместимость только по текстовым режимам, совместимость с CGA была полная. Из-за огромного количества яркостей основных цветов возникла необходимость использования уже аналогового цветового сигнала, частота строчной развертки составляла уже 31,5 кГц.
Потом IBM пошла ещё дальше и сделала VGA (Video Graphics Array — графический видео массив), это расширение MCGA, совместимое с EGA и введённое в средних моделях PS/2. Это фактический стандарт видеоадаптера с конца 80-х годов. Добавлены: текстовое разрешение 720×400 для эмуляции MDA и графический режим 640×480 с доступом через битовые плоскости. Режим 640×480 замечателен тем, что в нём используется квадратный пиксел, то есть соотношение числа пикселов по горизонтали и вертикали совпадает со стандартным соотношением сторон экрана — 4:3. Дальше появился IBM 8514/a с разрешениями 640x480x256 и 1024x768x256, и IBM XGA с текстовым режимом 132×25 (1056×400) и увеличенной глубиной цвета (640x480x65K).
С 1991 года появилось понятие SVGA (Super VGA — «сверх» VGA) — расширение VGA с добавлением более высоких режимов и дополнительного сервиса, например возможности поставить произвольную частоту кадров. Число одновременно отображаемых цветов увеличивается до 65 536 (High Color, 16 бит) и 16 777 216 (True Color, 24 бита), появляются дополнительные текстовые режимы. Из сервисных функций появляется поддержка VBE (VESA BIOS Extention — расширение BIOS стандарта VESA). SVGA воспринимается как фактический стандарт видеоадаптера где-то с середины 1992 года, после принятия ассоциацией VESA стандарта VBE версии 1.0. До того момента практически все видеоадаптеры SVGA были несовместимы между собой.
Графический пользовательский интерфейс, появившийся во многих операционных системах, стимулировал новый этап развития видеоадаптеров. Появляется понятие «графический ускоритель» (graphics accelerator). Это видеоадаптеры, которые производят выполнение некоторых графических функций на аппаратном уровне. К числу этих функций относятся: перемещение больших блоков изображения из одного участка экрана в другой (например, при перемещении окна), заливка участков изображения, рисование линий, дуг, шрифтов, поддержка аппаратного курсора и т. п. Прямым толчком к развитию столь специализированного устройства явилось то, что графический пользовательский интерфейс, несомненно, удобен, но его использование требует от центрального процессора немалых вычислительных ресурсов, и современный графический ускоритель как раз и призван снять с него львиную долю вычислений по окончательному выводу изображения на экран.
Устройство
Современная видеокарта состоит из следующих частей:
Графический процессор (Graphics processing unit (GPU) — графическое процессорное устройство) занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства. Современные графические процессоры по сложности мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его как по числу транзисторов, так и по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков. Однако, архитектура GPU прошлого поколения обычно предполагает наличие нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики, блок обработки 3D-графики, в свою очередь, обычно разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.
Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC. Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.
Видео-ПЗУ (Video ROM) — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. 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.
Видеопамять выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое 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. Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры обычно используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ к которой организуется драйвером видеоадаптера через шину AGP или PCIE. В случае использования архитектуры Uniform Memory Access в качестве видеопамяти используется часть системной памяти компьютера.
Видеоадаптеры MDA, Hercules, EGA и CGA оснащались 9-контактным разъёмом типа D-Sub. Изредка также присутствовал коаксиальный разъём Composite Video, позволяющий вывести черно-белое изображение на телевизионный приемник или монитор, оснащенный НЧ-видеовходом.
Видеоадаптеры VGA и более поздние обычно имели всего один разъём VGA (15-контактный D-Sub). Изредка ранние версии VGA-адаптеров имели также разъём предыдущего поколения (9-контактный) для совместимости со старыми мониторами. Выбор рабочего выхода задавался переключателями на плате видеоадаптера.
В настоящее время платы оснащают разъёмами DVI или HDMI, либо DisplayPort в количестве от одного до трёх (некоторые видеокарты ATi последнего поколения оснащаются шестью коннекторами). Порты DVI и HDMI являются эволюционными стадиями развития стандарта передачи видеосигнала, поэтому для соединения устройств с этими типами портов возможно использование переходников. Порт DVI-I также включает аналоговые сигналы, позволяющие подключить монитор через переходник на старый разъём D-SUB (DVI-D не позволяет этого сделать). DisplayPort позволяет подключать до четырёх устройств, в том числе аудиоустройства, USB-концентраторы и иные устройства ввода-вывода.
Также на видеокарте могут быть размещены композитный и компонентный S-Video видеовыход; также видеовход (обозначаются, как ViVo)
Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и (зачастую) видеопамяти в допустимых пределах.
Также, правильная и полнофункциональная работа современного графического адаптера обеспечивается с помощью видеодрайвера — специального программного обеспечения, поставляемого производителем видеокарты и загружаемого в процессе запуска операционной системы. Видеодрайвер выполняет функции интерфейса между системой с запущенными в ней приложениями и видеоадаптером. Так же как и видео-BIOS, видеодрайвер организует и программно контролирует работу всех частей видеоадаптера через специальные регистры управления, доступ к которым происходит через соответствующую шину.
Интерфейс
Первое препятствие к повышению быстродействия видеосистемы — это интерфейс передачи данных, к которому подключён видеоадаптер. Как бы ни был быстр процессор видеоадаптера, большая часть его возможностей останется незадействованной, если не будут обеспечены соответствующие каналы обмена информацией между ним, центральным процессором, оперативной памятью компьютера и дополнительными видеоустройствами. Основным каналом передачи данных является, конечно, интерфейсная шина материнской платы, через которую обеспечивается обмен данными с центральным процессором и оперативной памятью. Самой первой шиной использовавшейся в IBM PC была XT-Bus, она имела разрядность 8 бит данных и 20 бит адреса и работала на частоте 4,77 МГц. Далее появилась шина ISA (Industry Standart Architecture — архитектура промышленного стандарта), соответственно она имела разрядность 16/24 бит и работала на частоте 8 МГц. Пиковая пропускная способность составляла чуть больше 5,5 МиБ/с. Этого более чем хватало для отображения текстовой информации и игр с шестнадцатицветной графикой.
Дальнейшим рывком явилось появление шины MCA (Micro Channel Architecture) в новой серии компьютеров PS/2 фирмы IBM. Она уже имела разрядность 32/32 бит и пиковую пропускную способность 40 МиБ/с. Но то обстоятельство, что архитектура MCI являлась закрытой (собственностью IBM), побудило остальных производителей искать иные пути увеличения пропускной способности основного канала доступа к видеоадаптеру.
С появлением процессоров серии 486, было предложено использовать для подключения периферийных устройств локальную шину самого процессора, в результате родилась VLB (VESA Local Bus — локальная шина стандарта VESA). Работая на внешней тактовой частоте процессора, которая составляла от 25 МГц до 50 МГц и имея разрядность 32 бит, шина VLB обеспечивала пиковую пропускную способность около 130 МиБ/с. Этого уже было более чем достаточно для всех существовавших приложений, помимо этого возможность использования её не только для видеоадаптеров, наличие трёх слотов подключения и обеспечение обратной совместимости с ISA (VLB представляет собой просто ещё один 116 контактный разъём за слотом ISA) гарантировали ей достаточно долгую жизнь и поддержку многими производителями чипсетов для материнских плат и периферийных устройств, даже несмотря на то, что при частотах 40 МГц и 50 МГц обеспечить работу даже двух устройств подключенных к ней представлялось проблематичным из-за чрезмерно высокой нагрузки на каскады центрального процессора (ведь большинство управляющих цепей шло с VLB на процессор напрямую, безо всякой буферизации).
И всё-таки, с учётом того, что не только видеоадаптер стал требовать высокую скорость обмена информацией, и явной невозможности подключения к VLB всех устройств (и необходимостью наличия межплатформенного решения, не ограничивающегося только PC), была разработана шина PCI (Periferal Component Interconnect — объединение внешних компонентов) появившаяся, в первую очередь, на материнских платах для процессоров Pentium. С точки зрения производительности на платформе PC всё осталось по-прежнему — при тактовой частоте шины 33 МГц и разрядности 32/32 бит она обеспечивала пиковую пропускную способность 133 МиБ/с — столько же, сколько и VLB. Однако она была удобнее и, в конце концов, вытеснила шину VLB и на материнских платах для процессоров класса 486.
С появлением процессоров Pentium II и серьёзной заявкой PC на принадлежность к рынку высокопроизводительных рабочих станций, а также с появлением 3D-игр со сложной графикой стало ясно, что пропускной способности PCI в том виде, в каком она существовала на платформе PC (обычно частота 33 МГц и разрядность 32 бит), скоро не хватит на удовлетворение запросов системы. Поэтому фирма Intel решила сделать отдельную шину для графической подсистемы, несколько модернизировала шину PCI, обеспечила новой получившейся шине отдельный доступ к памяти с поддержкой некоторых специфических запросов видеоадаптеров и назвала это AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт). Разрядность шины AGP составляет 32 бит, рабочая частота 66 МГц. Первая версия разъёма поддерживала режимы передачи данных 1x и 2x, вторая — 4x, третья — 8x. В этих режимах за один такт передаются соответственно одно, два, четыре или восемь 32-разрядных слов. Версии AGP не всегда были совместимы между собой в связи с использованием различных напряжений питания в разных версиях. Для предотвращения повреждения оборудования использовался ключ в разъёме. Пиковая пропускная способность в режиме 1x — 266 МиБ/с. Выпуск видеоадаптеров на базе шин PCI и AGP на настоящий момент ничтожно мал, так как шина AGP перестала удовлетворять современным требованиям для мощности новых ПК, и, кроме того, не может обеспечить необходимую мощность питания. Для решения этих проблем создано расширение шины PCI — PCI Express версий 1.0, 1.1 и 2.0. Это последовательный, в отличие от AGP, интерфейс, его пропускная способность может достигать нескольких десятков ГБ/с. На данный момент произошёл практически полный отказ от шины AGP в пользу PCI Express. Однако стоит отметить, что некоторые производители до сих пор предлагают достаточно современные по своей конструкции видеоплаты с интерфейсами PCI и AGP — во многих случаях это достаточно простой путь резко повысить производительность морально устаревшего ПК в некоторых графических задачах.
Видеопамять
Кроме шины данных второе узкое место любого видеоадаптера — это пропускная способность (англ. bandwidth ) памяти самого видеоадаптера. Причём, изначально проблема возникла даже не столько из-за скорости обработки видеоданных (это сейчас часто стоит проблема информационного «голода» видеоконтроллера, когда он данные обрабатывает быстрее, чем успевает их читать/писать из/в видеопамять), сколько из-за необходимости доступа к ним со стороны видеопроцессора, центрального процессора и RAMDAC’а. Дело в том, что при высоких разрешениях и большой глубине цвета для отображения страницы экрана на мониторе необходимо прочитать все эти данные из видеопамяти и преобразовать в аналоговый сигнал, который и пойдёт на монитор, столько раз в секунду, сколько кадров в секунду показывает монитор. Возьмём объём одной страницы экрана при разрешении 1024×768 точек и глубине цвета 24 бит (True Color), это составляет 2,25 МБ. При частоте кадров 75 Гц необходимо считывать эту страницу из памяти видеоадаптера 75 раз в секунду (считываемые пикселы передаются в RAMDAC, и он преобразовывает цифровые данные о цвете пиксела в аналоговый сигнал, поступающий на монитор), причём, ни задержаться, ни пропустить пиксел нельзя, следовательно, номинально потребная пропускная способность видеопамяти для данного разрешения составляет приблизительно 170 МБ/с, и это без учёта того, что необходимо и самому видеоконтроллеру писать и читать данные из этой памяти. Для разрешения 1600x1200x32 бит при той же частоте кадров 75 Гц, номинально потребная пропускная составляет уже 550 МБ/с. Для сравнения, процессор Pentium-2 имел пиковую скорость работы с памятью 528 МБ/с. Проблему можно было решать двояко — либо использовать специальные типы памяти, которые позволяют одновременно двум устройствам читать из неё, либо ставить очень быструю память. О типах памяти и пойдёт речь ниже.
Объём памяти большого количества современных видеокарт варьируется от 33 МБ (напр. Matrox G550) [1] до 6 ГБ (напр. NVIDIA Quadro 6000). [2] Поскольку доступ к видеопамяти GPU и другими электронным компонентами должен обеспечивать желаемую высокую производительность всей графической подсистемы в целом, используются специализированные высокоскоростные типы памяти, такие как SGRAM, двухпортовые (англ. dual-port ) VRAM, WRAM, другие. Приблизительно с 2003 года, видеопамять, как правило, базировалась на основе DDR технологии памяти SDRAM, с удвоенной эффективной частотой (передача данных синхронизируется не только по нарастающему фронту тактового сигнала, но и ниспадающему). И в дальнейшем DDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Пиковая скорость передачи данных (пропускная способность) памяти современных видеокарт достигает 327 ГБ/с (напр. у NVIDIA GeForce GTX 580 или 320 ГБ/с у AMD Radeon™ HD 6990). [3] [4]
Видеопамять используется для временного сохранения, помимо непосредственно данных изображения, и другие: текстуры, шейдеры, вершинные буферы (en:vertex buffer objects, VBO), Z-буфер (удалённость элементов изображения в 3D графике), и тому подобные данные графической подсистемы (за исключением, по большей части данных Video BIOS, внутренней памяти графического процессора и т. п.) и коды.
Характеристики видеокарт
Видеокарты, интегрированные в набор системной логики материнской платы или являющиеся частью ЦПУ, обычно не имеют собственной видеопамяти и используют для своих нужд часть оперативной памяти компьютера (UMA — Unified Memory Access).
3D-ускорители
Игровые видеоускорители
Профессиональные видеоускорители
Профессиональные графические карты — видеокарты, ориентированные на работу в мощных графических станциях и использования в профессиональных математических и графических пакетах 2D- и 3D-моделирования, на которые ложится значительная нагрузка при обсчёте и прорисовке моделей проектируемых объектов.
Ядра профессиональных видеоускорителей основных производителей, AMD и NVIDIA, «изнутри» мало отличаются от их игровых собратьев. Они давно унифицировали свои GPU и используют их в разных областях. Именно такой ход и позволил этим фирмам вытеснить с рынка компании, занимавшиеся разработкой и продвижением специализированных графических чипов для профессиональных применений.
Особое внимание уделяется подсистеме видеопамяти, поскольку это — особо важная составляющая профессиональных ускорителей, на долю которой выпадает основная нагрузка при работе с моделями гигантского объёма.
Интегрированные (встроенные) видеокарты
Программное обеспечение
На программном уровне видеопроцессор для своей организации вычислений (расчётов трёхмерной графики) использует тот или иной интерфейс прикладного программирования (API).
Самые первые ускорители использовали Glide — API для трёхмерной графики, разработанный 3dfx Interactive для видеокарт на основе собственных графических процессоров Voodoo Graphics.
Затем поколения ускорителей в видеокартах можно считать по версии DirectX, которую они поддерживают. Различают следующие поколения:
Также поколения ускорителей в видеокартах можно считать по версии OpenGL, которую они поддерживают:
Основные производители
А видеокарта (также называемый видеокарта, карта дисплея, графический адаптер, или же адаптер дисплея) является карта расширения который генерирует поток выходных изображений на устройство отображения (например, компьютерный монитор). Часто они рекламируются как дискретная или выделенная графика, подчеркивая различие между ними и интегрированная графика. В основе обоих лежит графический процессор (GPU), который является основной частью, которая выполняет фактические вычисления, но не следует путать с видеокартой в целом, хотя «GPU» часто используется как метонимический сокращение для обозначения видеокарт.
Большинство видеокарт не ограничиваются 6-дюймовым простым выходом. Их встроенный графический процессор может выполнять дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального процессора компьютера. [1] Например, Nvidia и AMD (ранее ATI) произведенные карты, которые визуализируют графические конвейеры OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. [2] Позже 2010-е, также существовала тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач, что может быть выполнено с помощью OpenCL и CUDA. Видеокарты могут также может использоваться для обучения ИИ. [3] [2]
Обычно видеокарта выполняется в виде печатной платы (платы расширения) и вставляется в слот расширения, универсальный или специализированный (AGP, PCI Express). [4] Некоторые из них были сделаны с использованием специальных корпусов, которые подключаются к компьютеру через Док-станция или кабель. Они известны как eGPU.
Отображение через один из:
Содержание
История
Стандарты Такие как MDA, CGA, HGC, Тэнди, PGC, EGA, VGA, MCGA, 8514 или же XGA были введены с 1982 по 1990 год и поддерживались различными производители оборудования.
В отрасли видеокарты иногда называют графические надстройки, сокращенно AIBс, [5] при этом слово «графика» обычно опускается.
Выделенная и встроенная графика
В качестве альтернативы использованию видеокарты, видеооборудование может быть интегрировано в материнская плата, ЦПУ, или система на кристалле. Оба подхода можно назвать интегрированной графикой. Реализации на базе материнских плат иногда называют «бортовым видео». Почти все материнские платы настольных компьютеров со встроенной графикой позволяют отключать встроенный графический чип в BIOS, и иметь PCI, или же PCI Express (PCI-E) слот для добавления высокопроизводительной видеокарты вместо встроенной графики. Возможность отключить встроенную графику иногда также позволяет продолжать использовать материнскую плату, на которой не работает встроенное видео. Иногда и встроенная графика, и выделенная видеокарта могут использоваться одновременно для питания отдельных дисплеев. Основные преимущества интегрированной графики: стоимость, компактность, простота и низкое энергопотребление. Недостаток производительности интегрированной графики возникает из-за того, что графический процессор разделяет системные ресурсы с центральным процессором. Выделенная видеокарта имеет собственную оперативную память (баран), собственная система охлаждения и специальные регуляторы мощности со всеми компонентами, разработанными специально для обработки видеоизображений. Переход на выделенную видеокарту снимает нагрузку с ЦП и системной оперативной памяти, поэтому не только ускоряется обработка графики, но и значительно улучшается общая производительность компьютера. Это часто необходимо для видеоигр, работы с 3D-анимацией или редактирования видео.
И AMD, и Intel представили процессоры и наборы микросхем материнских плат, которые поддерживают интеграцию графического процессора в тот же кристалл, что и процессор. AMD продает процессоры со встроенной графикой под торговой маркой Блок ускоренной обработки (APU), а Intel продает аналогичные технологии под «Intel HD Graphics и Ирис». С процессорами 8-го поколения Intel анонсировала серию интегрированной графики Intel UHD для лучшей поддержки дисплеев 4K. [6] Хотя они по-прежнему не эквивалентны производительности дискретных решений, платформа Intel HD Graphics обеспечивает производительность, приближающуюся к дискретной графике среднего уровня, а технология AMD APU была принята обоими PlayStation 4 и Xbox One игровые приставки. [7] [8] [9]
Потребляемая мощность
По мере увеличения вычислительной мощности видеокарт возрастает и их потребность в электроэнергии. Современные высокопроизводительные видеокарты, как правило, потребляют большое количество энергии. Например, расчетная тепловая мощность (TDP) GeForce Titan RTX составляет 280 Вт. [10] При тестировании во время игры GeForce RTX 2080 Ti Founder’s Edition потребляла в среднем 300 Вт энергии. [11] Пока процессор и источник питания производители недавно перешли к более высокой эффективности, требования к мощности графических процессоров продолжали расти, поэтому видеокарты могут иметь самое большое энергопотребление среди всех отдельных компонентов компьютера. [12] [13] Хотя блоки питания тоже увеличивают свою мощность, горлышко бутылки связано с PCI-Express подключение, которое ограничено мощностью 75 Вт. [14] Современные видеокарты с потребляемой мощностью более 75 Вт обычно включают комбинацию шестиконтактных (75 Вт) или восьмиконтактных (150 Вт) разъемов, которые подключаются напрямую к источнику питания. Обеспечение надлежащего охлаждения для таких компьютеров становится проблемой. Для компьютеров с несколькими видеокартами могут потребоваться блоки питания мощностью более 750 Вт. Отвод тепла становится основным соображением при проектировании компьютеров с двумя или более высокопроизводительными видеокартами.
Размер
Видеокарты для настольных компьютеров бывают одного из двух профилей размера, что позволяет добавлять видеокарту даже на небольшие ПК. Некоторые видеокарты имеют нестандартный размер и поэтому относятся к категории низкопрофильных. [15] [16] Профили видеокарт основаны только на высоте, при этом низкопрофильные карты занимают меньше высоты слота PCIe, а некоторые могут достигать «половинной высоты». [ нужна цитата ] Длина и толщина могут сильно различаться: карты высокого класса обычно занимают два или три слота расширения, а карты с двумя графическими процессорами, такие как Nvidia GeForce GTX 690, обычно превышают длину 250 мм (10 дюймов). [17] Как правило, большинство пользователей предпочтут карту с более низким профилем, если намерены установить несколько карт или если они столкнутся с проблемами зазора с другими компонентами материнской платы, такими как слоты DIMM или PCIE. Это можно исправить с помощью более крупного корпуса, который бывает таких размеров, как средний и полный корпус. Полные башни обычно подходят для материнских плат большего размера, таких как ATX и micro ATX. Чем больше корпус, тем крупнее материнская плата, тем больше видеокарта или несколько других компонентов, которые будут занимать место в корпусе.
Масштабирование нескольких карт
Некоторые видеокарты можно связать вместе, чтобы обеспечить масштабирование обработки графики на нескольких картах. Для этого используется либо шина PCIe на материнской плате, либо, что чаще, мост данных. Как правило, для связывания карты должны быть одной модели, и большинство карт с низким энергопотреблением не могут быть связаны таким образом. [18] У AMD и Nvidia есть собственные методы масштабирования, CrossFireX для AMD и SLI (начиная с поколения Тьюринга, сменившего NVLink) для Nvidia. Карты от разных производителей или архитектур чипсетов не могут использоваться вместе для масштабирования нескольких карт. Если видеокарта имеет другой объем памяти, будет использоваться наименьшее значение, а более высокие значения не будут учитываться. В настоящее время масштабирование карт потребительского уровня может быть выполнено с использованием до четырех карт. [19] [20] [21] Использование четырех карт требует большой материнской платы с правильной конфигурацией. Видеокарта Nvidia GeForce GTX 590 может быть сконфигурирована в этой конфигурации с четырьмя видеокартами. [22] Как указано выше, для оптимального использования пользователи захотят использовать одну и ту же карту производительности. Материнские платы ASUS Maximus 3 Extreme и Gigabyte GA EX58 Extreme сертифицированы для работы с этой конфигурацией. [23] Для работы карт в SLI или CrossFireX необходим сертифицированный источник питания большой мощности. Потребляемая мощность должна быть известна до установки надлежащего источника питания. Для конфигурации с четырьмя картами требуется источник питания мощностью 1000+ Вт. Примерами являются расходные материалы AcBel PC8055-000G и Corsair AX1200. [23] С любой относительно мощной видеокартой нельзя не заметить тепловое управление. Для видеокарт требуется корпус с хорошей вентиляцией и система охлаждения. Обычно требуется воздушное или водяное охлаждение, хотя графические процессоры с низким энергопотреблением могут использовать пассивное охлаждение, в более крупных конфигурациях используется водные растворы или иммерсионное охлаждение для достижения надлежащих характеристик без теплового дросселирования. [24]
SLI и Crossfire встречаются все реже, поскольку большинство игр не полностью используют несколько графических процессоров, поскольку большинство пользователей не могут себе их позволить. [25] [26] [27] На суперкомпьютерах по-прежнему используются несколько графических процессоров (например, в Саммит), на рабочих станциях для ускорения видео [28] [29] [30] и 3D-рендеринг, [31] [32] [33] [34] [35] для VFX [36] [37] и для моделирования, [38] и в области ИИ для ускорения обучения, как в случае с линейкой рабочих станций и серверов DGX от Nvidia.
3D-графические API
Графический драйвер обычно поддерживает одну или несколько карт от одного производителя и должен быть специально написан для операционной системы. Кроме того, операционная система или дополнительный программный пакет могут предоставлять определенные программы. API для приложений для выполнения 3D-рендеринга.
Использование конкретного графического процессора
Некоторые графические процессоры разработаны с учетом специфики использования:
Промышленность
Рынок
Пик отгрузок видеокарт составил 114 миллионов в 1999 году. Для сравнения, в третьем квартале 2013 года они составили 14,5 миллионов единиц, что на 17% ниже уровня 3 квартала 2012 года. [39] и 44 миллиона в 2015 году. Продажи видеокарт имеют тенденцию к снижению из-за усовершенствования технологий интегрированной графики; высокопроизводительная графика со встроенным процессором может обеспечить производительность, не уступающую по производительности видеокартам младшего класса. В то же время продажи видеокарт в сегменте high-end выросли, поскольку производители сместили акцент на рынок игр и энтузиастов. [40] [41]
Помимо игрового и мультимедийного сегментов, видеокарты все чаще используются для универсальные вычисления, Такие как большое количество данных обработка. [42] Рост криптовалюта предъявил очень высокий спрос на видеокарты высокого класса, особенно в больших количествах, из-за их преимуществ в процессе майнинга. В январе 2018 года видеокарты среднего и высокого класса испытали значительный рост цен, и многие розничные торговцы столкнулись с нехваткой запасов из-за значительного спроса на этом рынке. [43] [41] [44] Производители видеокарт выпустили карты для майнинга, предназначенные для работы 24 часа в сутки, семь дней в неделю, и без портов вывода видео. [45]