видеоадаптер что это такое
Видеокарта — что это такое, зачем она нужна и как работает
Каждый компьютерный пользователь, а особенно геймеры — отлично знают, что видеокарта является одним из самых главных компонентов компьютера и ноутбука. Чтобы видео и игры не тормозили, работали стабильно и все шло плавно.
Она необходима, чтобы выдавать обрабатываемую информацию компьютера в виде изображения. Так, все, что вы видите сейчас на своем мониторе — обрабатывает и выводит видеоадаптер вашего ПК или ноутбука.
Из аппаратного обеспечения мы уже успели рассмотреть, что такое SSD и жесткий диск. Сегодня речь пойдет о видеоконтроллере компьютера, рассмотрим, что это такое, как работает и какие бывают его виды.
Что такое видеокарта — видеоадаптер
Видеокарта (видеоадаптер) — это часть аппаратного обеспечения компьютера и ноутбука, устройство, которое отвечает за обработку данных — машинного кода, переводя его в доступное изображение. Т.е. простыми словами, видеоадаптер занимается переводом программного кода в понятное для пользователя изображение на его мониторе, телевизоре или любом другом дисплее.
Представляет из себя плату с микросхемами, кулерами и разъемами, которая устанавливается в корпус ПК или ноутбука. Они могут быть, как уже интегрированными в материнскую плату, так и дискретными. О видах графических плат подробнее написано в соответствующей главе этой статьи ниже.
Для чего нужна видеокарта
Видеокарта нужна для вывода и обработки изображения. Она преобразовывает информацию в понятную нам картинку и выводит ее на экран. Не будет графического адаптера, не будет и картинки. Но, к счастью в большинстве современных материнских плат есть уже встроенная — интегрированная графическая плата, и, если вытащить из системного блока внешнюю — дискретную, компьютер все равно будет работать и выводить картинку на экран.
Отвечает за быстроту обработки графических данных. Чем новее и производительнее графическая плата, тем быстрее будет обработка графики. Так, чтобы видео/графические редакторы, игры и т.д. работали быстро и не тормозили — нужна модель помощнее.
Устройство видеокарты — из чего она состоит
Графический процессор — обрабатывает выводимое изображение и 3D графику. Чем он лучше и новее, тем лучше будет производительность.
Видеоконтроллер — обрабатывает данные получаемые от графического процессора, формирует изображение в памяти устройства. Дает сигнал преобразователю для формирования развертки монитора.
ОЗУ — временная память. Здесь хранится уже готовое изображение для быстрого его вывода на экран. Оно может часто меняться, поэтому чем быстрее такая память, и чем ее больше — тем выше будет производительность в играх и при обработке графики в программах.
ПЗУ — постоянная память. Здесь хранится BIOS адаптера и другие системные ресурсы. Доступ к ПЗУ имеет лишь центральный процессор вашего ПК.
Цифро-аналоговый преобразователь — преобразует данные, которые формирует видеоадаптер в понятный нам цветовой диапазон, раскидывая его по пикселям на мониторе, именно это мы и видим на наших дисплеях.
Коннекторы — разъемы подключения.
Система охлаждения — то, что охлаждает видеопроцессор и память устройства. Обычно это кулеры с системой водяного охлаждения.
Как работает видеокарта
1. Центральный процессор компьютера отправляет графическому адаптеру потоки данных, которые необходимо преобразовать в картинку на мониторе.
2. Видеоадаптер производит необходимые расчеты и обработку. Многое зависит в этом процессе от ПО, о том, как установить драйвера на видеокарту — написано в соответствующем материале.
3. Выводит изображение по пикселям монитора — на экран.
Интересно! Чем более высокого разрешения монитор, тем больше соответственно на нем пикселей. Поэтому на экранах с большим разрешением — количеством пикселей, время обработки изображения увеличивается. Больше пикселей-разрешение на дисплее — дольше время обработки.
Как выбрать видеокарту — Характеристики
Рассмотрим основные характеристики графических адаптеров, на которые следует обратить внимание при выборе.
1. Производитель. На данный момент лучшими являются NVidia и AMD Radeon. Для определенных целей выбирайте своего производителя, например, модели от AMD в некоторых случаях лучше справляются с работой в видео-редакторах.
2. Частота работы процессора. От нее будет зависеть производительность в работе с видео и графикой. Выше — лучше.
3. Тип видео памяти. Выбирать следует наиболее производительный и новый тип ОЗУ, на данный момент это GDDR6.
4. Объем видео памяти. Чем ее больше — тем большую производительность вы получите.
5. Частота и ширина шины памяти. Это скорость с которой будут обмениваться данными между собой процессор и память. Чем больше показатель в обоих пунктах — тем лучше, чтобы получить пропускную способность нужно разделить частоту на ширину. К примеру: 192 бит/8 * 8000 Мгц = 192.0 GB/s.
6. Форм фактор. Обаятельно отталкивайтесь от того, какой форм фактор подойдет для вашей материнской платы и корпуса. Смотрите сколько слотов она будет занимать и есть ли для нее место в системном блоке.
7. Система охлаждения — шум. От того, какая установлена на видеоадаптер система охлаждения будет зависеть издаваемый ею шум и нагрев. Почитайте отзывы перед приобретением.
8. Максимальное разрешение. Проверьте, чтобы карта поддерживала разрешение монитора.
9. Разъем. Обязательно посмотрите подойдет ли она к разъему вашего монитора. На матерински платах подключение обычно идет через разъем PCI Express.
Виды видеокарт
Видов графических карт на рынке не такое большое количество, по сути основных только три. Основными производителями являются NVidia и AMD Radeon и Intel, остальные фирмы просто пользуются их наработками. Intel планирует в будущем выпустить свои дискретные модели, сейчас они производят только интегрированные.
Дискретная видеокарта — что это
Дискретная видеокарта — это высокопроизводительный видеоадаптер, подключаемый к материнской плате компьютера. Отличается наличием встроенной памяти, но в некоторых моделях может быть и без нее. Заменяема — подключается отдельно.
Именно такие видео-адаптеры можно увидеть в продаже множества магазинов. Если вам нужна хорошая производительность в работе с графикой и в играх — это именно оно. Существуют варианты, как для домашних ПК с системным блоком, так и для ноутбуков.
Интегрированная видеокарта — что это
Интегрированная видеокарта — это видеоконтроллер уже встроенный в материнскую плату. Не отличается большой скоростью в обработке видео и чаще не имеет своей оперативной памяти и системы охлаждения.
Встроена по умолчанию в большинство современных материнских плат и позволяет обеспечивать минимальную производительность в обработке графики.
Внешняя видеокарта — что это
Относительно новый вид видеоадаптеров. Это тоже очень производительная карта, та же дискретная, но уже подключается через специальный переходник к вашему ПК или ноутбуку.
Именно для ноутбуков она пользуется огромной популярностью. Когда нужно обработать большое количество видеоданных и графики — это отличное решение.
В заключение
В следующих публикациях будет продолжена тема аппаратного обеспечения компьютера и вы узнаете, что такое центральный процессор вашего ПК. Хорошего вам настроения.
Встроенная или дискретная видеокарта в ноутбуке — чем отличаются и как работают
Содержание
Содержание
Одним из самых главных вопросов, встающих перед пользователем при выборе ноутбука, является тип используемой в нем видеокарты: встроенной или дискретной, а иногда и обеих сразу. От типа видеокарты напрямую зависят важнейшие характеристики ноутбука: цена, производительность в играх, скорость обработки графики и видео, время работы от батареи, шум, нагрев и вес. Давайте разберемся в типах используемых в ноутбуках видеокарт, их плюсах и минусах, и в том, как правильно выбрать видеокарту под ваши задачи.
Что такое встроенная и дискретная видеокарта
Пользователи не всегда понимают разницу между встроенной и дискретной видеокартой в ноутбуке. Ведь при использовании обычного ПК разницу в типе используемой видеокарты видно наглядно: встроенная в чипсет или процессор графика имеет видеовыходы на материнской плате, а дискретную видеокарту легко заменить. В случае с ноутбуком и встроенная, и дискретная видеокарты обычно расположены на его материнской плате, а замена дискретной видеокарты возможна только в том случае, если она реализована с помощью слота MXM.
Видеокарта для слота MXM
Главное отличие встроенной видеокарты современного ноутбука от дискретной заключается в ее расположении на подложке процессора и отсутствии собственной памяти. Ей приходится резервировать часть общей системной памяти ноутбука, объем которой обычно можно выбрать в BIOS в зависимости от ваших задач.
Основные отличия и использование памяти
Дискретная видеокарта, установленная в слот MXM
Дискретная видеокарта, даже если она распаяна на плате ноутбука и не является съемной, имеет собственную видеопамять, что позволяет ей экономить ОЗУ ноутбука и работать быстрее. Помимо этого, дискретная видеокарта имеет собственную систему питания и охлаждения, что обязательно отражается на стоимости ноутбука, его энергопотреблении и времени автономной работы. Такие видеокарты, например, GeForce RTX 3060 с технологией Max-Q, позволяют играть в самые требовательные игры на ноутбуке, сохраняя все его плюсы, в том числе компактность и небольшой вес.
Распространенные встроенные бюджетные видеокарты, например, Intel UHD Graphics 600 или Radeon RX Vega 2, обладают высокой энергоэффективностью и низкой ценой. Они позволяют создать компактный и легкий ноутбук с возможностью длительной автономной работы. При этом встроенная графика не только обеспечит декодирование видео высокого разрешения, разгрузив процессор, но и ускорит работу браузера. А заодно даст возможность поиграть во множество нетребовательных игр.
Как встроенная и дискретная видеокарта работают в паре
Разработчики ноутбуков стали совмещать встроенную и дискретную видеокарту в одном устройстве, получая экономичность и высокое время автономной работы при работе от батареи с возможностью играть в требовательные игры или выполнять тяжелые рабочие задачи при работе от сети. Иногда такой тип совмещенных видеоускорителей называют гибридной видеокартой.
Переключение режима работы видеокарт может происходить автоматически. При смене плана электропитания на производительный при подключении к сети в ноутбуке задействуется мощная дискретная видеокарта. Переключение может осуществляться и в ручном режиме, позволяя, например, без потери производительности смотреть видео высокого разрешения на встроенной видеокарте в то время, пока на дискретной видеокарте происходит кодирование видео или обработка изображений.
Чем отличаются дискретные видеокарты в ноутбуке и ПК
На обычном ПК у пользователя имеется огромная свобода действий в работе с дискретной видеокартой. Ее легко устанавливать в ПК, подключать к ней питание, чистить от пыли и даже есть возможность менять на ней систему охлаждения или ставить сразу пару видеокарт в один ПК. На ноутбуке таких широких возможностей нет. Даже если видеокарта подключена через слот стандарта MXM (MXM-I, MXM-II, MXM-III, MXM-HE), являющийся мобильной редакцией PCI Express, совмещенной с линиями передачи видеосигнала, поменять ее не так просто.
Во-первых, ограничения на установку более мощной видеокарты накладывает блок питания ноутбука, во-вторых, его система охлаждения может не справиться с возросшим тепловыделением от более мощной видеокарты. В-третьих, найти в продаже подходящую видеокарту стандарта MXM — дело непростое.
А если видеочип и видеопамять распаяны прямо на материнской плате ноутбука, замена видеокарты становится невозможной физически: замену компонентов видеокарты в случае их неисправности могут осуществить лишь сотрудники сервисных центров. Поэтому при покупке ноутбука надо выбирать модель с такой видеокартой, которой вам хватит для игр или работы на все время эксплуатации устройства.
Еще одно важное отличие дискретной видеокарты ноутбука от ее десктопной версии состоит в сильном снижении энергопотребления, чтобы вписаться в рамки, накладываемые компактностью и мобильностью. Частоты и напряжения видеокарты ноутбука сильно урезаются, вызывая иногда двукратное снижение энергопотребления. К примеру, десктопная видеокарта nVidia GeForce RTX 3070 имеет параметры TBP/TDP, равные 220 ваттам, а ее мобильные версии получили варианты исполнения с 80 и 115 ваттами.
Столь радикальное снижение энергопотребления невозможно произвести без потери производительности. В играх в разрешении Full HD 115-ваттная мобильная версия GeForce RTX 3070 отстает от десктопной в среднем на 30–50%, а 80-ваттная и вовсе оказывается слабее в полтора раза, в некоторых играх разница достигает даже 70–80%. Такая огромная разница делает видеокарты мобильной и десктопной версии продуктами совершенно различных классов, и это нужно учитывать при покупке.
Может ли встроенная видеокарта быть быстрее дискретной?
На первый взгляд такое различие в производительности видеокарт кажется абсурдом — зачем производителю дополнительно устанавливать более слабую видеокарту? Но на практике такое сочетание иногда встречается в бюджетных моделях ноутбуков, например, в HP Laptop 15-gw0040ur.
В этой модели установлена встроенная в процессор Athlon Gold 3150U видеокарта Radeon RX Vega 3, дополнительно имеется схожая по производительности дискретная видеокарта Radeon 620, имеющая 2 ГБ видеопамяти стандарта GDDR5, но с разрядностью шины памяти, равной всего лишь 64 битам.
В некоторых играх встроенная видеокарта Radeon RX Vega 3 опережает Radeon 620, особенно если в ноутбуке установлен достаточный объем ОЗУ, имеющий прямое влияние на производительность встроенной графики. Производительность встроенной видеокарты может подрасти и из-за оптимизации в новых драйверах, ведь в них делают упор на самые массовые продукты, к которым и относится Radeon RX Vega 3.
В популярной игре Fortnite Radeon RX Vega 3 опережает Radeon 620
Ноутбук — это платформа, позволяющая установить различные сочетания процессоров и дискретных видеокарт. Иногда производителю выгоднее оставить две схожие по производительности видеокарты, чем отключать одну из них. Пользователю это дает возможность выбора той видеокарты, которая будет быстрее в его задачах, главное — чтобы цена такого решения не отличалась от аналогов с одной видеокартой.
Правда ли, что встроенные видеокарты AMD намного быстрее видеокарт Intel?
Встроенная графика Radeon RX Vega появилась в 2018 году и сразу произвела фурор на рынке, занятом массовыми решениями от Intel, такими как HD Graphics 610 и HD Graphics 630. Младшее решение — графика Radeon RX Vega 3, встраиваемая в процессоры Athlon G, уверенно обходит в играх HD Graphics 610, а старшие модели, Radeon RX Vega 8, 10 и 11, не только обходят по скорости любую встроенную графику от Intel, но и на равных соревнуются с дискретными видеокартами Radeon RX 550 и GeForce GT 1030.
Пользователи возлагали надежды на новую графику Intel UHD 750 с архитектурой Xe-LP, встраиваемую в процессоры Rocket Lake-S, но, несмотря на неплохую прибавку в производительности по сравнению с графикой прошлого поколения, Intel UHD 630, достичь уровня Radeon RX Vega 8 в большинстве игр решению от Intel не удалось.
Встроенная графика Radeon RX Vega дала пользователям недорогих ноутбуков играть в современные игры, пусть даже и на минимальных настройках. Но надо учитывать, что для реализации ее потенциала в ноутбуке должен стоять солидный объем ОЗУ, работающей в двухканальном режиме.
Что выбрать?
Итак, мы подходим к главному вопросу: ноутбук с какой графикой выбрать под ваши нужды, ведь цены разных моделей, их производительность в рабочих программах и играх, а также время автономной работы радикально отличаются. Неправильный выбор в одном случае заставит вас переплатить, а в другом — не даст полноценно работать и играть на ноутбуке.
И если при приобретении обычного ПК такие проблемы можно решить апгрейдом, то в случае с ноутбуком придется менять устройство целиком.
Если ваши основные задачи:
Тогда вам стоит присмотреться к ноутбукам с встроенной видеокартой, например, Intel UHD Graphics: вы не только сэкономите, но и получите устройство, позволяющее дольше работать автономно, с низким уровнем шума и небольшим нагревом.
Если вы хотите получить большую производительность в играх, запускать некоторые новинки на минимальных настройках, а в такие хиты, как The Elder Scrolls V: Skyrim или Grand Theft Auto V, играть с комфортом, то стоит присмотреться к ноутбукам с встроенной видеокартой Radeon RX Vega 8, 10 или 11. Стоят они вполне демократично, например, Acer Aspire 3 A315-23-R8D5.
Если ваши задачи включают в себя:
В этом случае стоит присмотреться к игровым моделям с производительной дискретной видеокартой, например, GeForce RTX 3060. Цена на них уже кусается и может вдвое или втрое превышать цену бюджетных устройств, но вы получите ноутбук, способный полностью заменить мощный ПК в работе и играх и дающий свободу передвижения.
Выводы
Выбор оптимального ноутбука под ваши задачи — дело непростое. Особенно тяжело выбрать мощную модель с производительной видеокартой. Почти всегда это будет компромисс: мощное «железо» в небольшом корпусе греется заметно сильнее, чем в обычном ПК, а цена устройства будет высока. Но если вы часто переезжаете, путешествуете или вынуждены брать ноутбук с собой на работу, то выбор становится очевиден.
Главное — собрать как можно больше информации об интересующей вас модели, почитать отзывы пользователей и гайды о самых важных компонентах ноутбука, тогда выбор станет немного проще.
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).