Pošto uključimo računar i pojavi se logo Windows dok ne započnemo igru punu svjetla, sjene i teksture, sve prolazi kroz isti dio: Grafička karticaOva komponenta može biti integrirana u procesor ili dolaziti u posebnom formatu, a njena misija je da transformira podatke u slike s fluidnošću, preciznošću i, posljednjih godina, s dozom umjetne inteligencije.
Na ovom putovanju pregledavamo, uz pomoć lupe, Evolucija grafičkih kartica "od VGA do GPU", prelazak sa ranih monohromatskih adaptera na praćenje zraka u realnom vremenu i kako je sve ovo uticalo na iskustvo unutar Windowsa i video igrePogledaćemo istoriju, ključne tehnologije, API-je, proizvođače, magistrale, memoriju, savjete za kupovinu, pa čak i kako da provjerite svoju grafičku karticu u Windowsu u dva klika. dxdiag.
Šta je grafička kartica i kako funkcioniše sa CPU-om?
Grafička kartica (ili GPU u užem smislu) je procesor specijaliziran za operacije s pomičnim zarezom, dizajniran za paralelno izvršavanje hiljada proračuna koji oblikuju piksele. Integrisana verzija je ugrađena u CPU (iGPU/APU), dok je namjenski GPU smješten na matičnoj ploči putem PCI Expressa i ima vlastitu memoriju VRAM, napajanje i hlađenje.
Tipičan tok na Windows računaru i igrama je: CPU priprema geometriju (čvorove), redoslijed i fiziku; GPU organizira scenu (prostorno uređenje i odsjecanje), a zatim izvršava shaderi piksela/fragmenata koji pružaju boju, materijale, efekte i naknadnu obradu. Signal se zatim putem VGA, DVI, HDMI, USB-C ili DisplayPort priključka šalje na monitor, koji ga prikazuje određenom brzinom osvježavanja (50/60/120/144 Hz...).
Namjenski su obično mnogo moćniji od integriranih, tako da za uređivanje, video igre ili umjetna inteligencija danas daje prednost modelima s brzim VRAM-om i velikom propusnošću. U laptopima za igranje, Max-Q čipovi optimiziraju snagu i temperaturu kako bi performanse desktop računara približili onima... manje vati.
Od MDA i CGA do HGC, EGA, VGA i SVGA: temelji
Početna tačka za PC računare bili su IBM adapteri početkom 80-ih. MDA (Monohromatski grafički adapter) prikazivao je samo alfanumerički tekst (80x25) sa 4 KB memorije i monohromatskim monitorima. Kontroler je čitao ASCII vrijednosti, generator znakova je sastavljao rasterski niz znakom, a monitor ga je reproducirao na oko 50 Hz.
Prva grafika u boji stigla je 1981. godine. CGA (Color Graphics Adapter), koji je otvorio svijet RGB-a na računarima: do 16 boja (8 sa dva intenziteta) i rezolucije poput 320x200 (4 boje) ili 640x200 (2 boje). Nije bio savršen, ali je stavio boje na domaću mapu.
Paralelno s tim, 1982. godine Hercules grafička kartica (HGC)Monohromatski, da, ali sposoban za rezoluciju od 720x348 i sa 64 KB memorije. Omogućavao je oštar tekst (matrica 14x9) i grafički režim koji je bio izuzetan za svoje vreme.
Sljedeći korak je bio VLASNIK (Enhanced Graphics Adapter) od IBM-a, kompatibilan sa MDA i CGA, sa 256 KB memorije i 16 boja pri rezoluciji 640x350 odabranih iz palete od 64. Osim toga, omogućavao je glatke promjene na ekranu, smanjujući dosadno... treperenje tipično za CGA.
Industrija je prihvatila 1987. godine VGA (Video Graphics Array): 640×480 u grafičkom režimu, 720×350 u tekstualnom režimu, 256 boja odabranih iz palete od 262.144 i velika razlika: signal analogni na monitor. Zato su VGA kartice uključivale poznati RAMDAC (digitalno-analogni pretvarač memorije), koji je u kasnijim modelima radio na frekvenciji do 450 MHz. VGA je također uključivao brzine osvježavanja 800×600, 1024×768 i 50/60/70 Hz.
Od 2D do 3D: autobusi, čipovi i prva velika revolucija
Devedesete su donijele dvije revolucije: autobusi i prelazak na 3D. VESA standard lokalne magistrale ustupio je mjesto PCI 1993. godine, s kompaktnijim karticama marki kao što su Matrox, Creative ili 3dfx (Voodoo). Ubrzo nakon toga pojavio se AGP (x2, x4, x8) za ubrzanje teksturnog prometa, s teorijskim vršnim brzinama do 2,1 GB/s, što je uvod u trenutni PCI Express 16 traka.
Što se tiče čipova, pojavili su se proizvođači kao što su S3 (Trio, ViRGE), Rendition, Matrox, 3dfx, NEC PowerVR, ATI i tada još mlada NVIDIA (RIVA TNT/TNT2). Prvi 3D API-ji na računarima uspostavljeni su sa... OpenGL (od Silicon Graphicsa), klizanje (vlasnik 3dfx-a) i Direct3D-a unutar Microsoft DirectX, koja bi na Windowsu na kraju dominirala igrom na PC-u.
Prava prekretnica bila je GeForce 256 (1999), prvi čip sa hardverskim T&L (Transform & Lighting), koji je ujedinio poligonalno 3D ubrzanje i rasteretio CPU geometrijske proračune. Od tada je ATI svoju porodicu nazvao "radeon», što je dovelo do modernog rivalstva.
Ujedinjeni shaderi, vrući shaderi i prelazak na DirectX 11
NVIDIA je eksperimentisala sa tzv. „vrući shaderi“, pokrećući shadere na višim MHz od ostatka GPU-a (npr. 600 MHz za GPU i 1.500 MHz za shadere na 8800 GT). U međuvremenu, VRAM je postao popularan 1 GB i propusni opseg je povećan kako bi se izbjegla uska grla.
Pojava GeForce GTX 400/500 i Radeon HD 5000/6000 grafičkih kartica donijela je DirectX 11, veći broj shadera, veća propusnost i izdanja koja su prvi put dostigla 3 GB VRAM-a (u vrhunskom NVIDIA asortimanu, iako u ograničenoj mjeri). Pravilo je bilo: dodajte računarske jedinice i memoriju kako biste povećali sirovu snagu.
GCN, asinhrono računanje i kraj vrućih shadera
AMD je odgovorio sa GCN 1.0 (Radeon HD 7950/7970), arhitektura ispred svog vremena koja je favorizirala DirectX 12 i asinhrono računarstvo. Također je standardiziran na izdašnijoj VRAM memoriji (3 GB u odnosu na 2 GB na NVIDIA ekvivalentima), odluka koja bi bila primjetna u zahtjevnijim igrama.
NVIDIA, sa Kepler (GTX 600/700), oprostila se od vrućih shadera, utrostručila shadere između generacija (GTX 580 do GTX 680) i dobila na zamahu u DX11, iako je njegova rana podrška za DX12 bila mlaka. Ipak, sa GTX 780 Ti (2013) udvostručili su shadere i uspjeli pokrenuti 4K igre na Windows računarima sa iznenađujućom lakoćom.
Veliki skok je došao sa maksvel (GTX 900): mnogo efikasnija i performansnija po vatu; GTX 970 sa 1.664 shadera nadmašila je GTX 780 Ti sa 2.880, pored dodate VRAM (4 GB) i boljeg funkcionisanja sa... DX12Bila je to jedna od najomiljenijih grafika zbog svoje uravnoteženosti i dugovječnosti.
con paskal (GTX 10), NVIDIA je u potpunosti prihvatila DX12 i Vulkan; GTX 1070 (1.920 shadera, 8 GB) je nadmašila GTX 980 Ti. GTX 1080 Ti Postao je legenda sa 4K performansama koje su i dalje važeće u klasičnoj rasterizaciji.
Turing, RT jezgre i Tensor: Praćenje zraka i umjetna inteligencija u Windowsu i igrama
Sljedeća velika prekretnica došla je sa Turing (RTX 20), koji je dodao dva specijalizirana bloka: RT jezgra (praćenje zraka) i jezgra zatezača (AI i inferencija). Od tada, GPU je prestao biti "samo shaderi + teksture + raster" i mogao je obraditi efekte koji su ranije bili previsoki zbog troškova performansi, integrirajući se sa DirectX Raytracing na Windows-u.
Kako bi ublažila utjecaj praćenja zraka, NVIDIA je lansirala DLSS, nadogradnja umjetne inteligencije koja je propala u svojoj prvoj verziji, ali je uspjela s DLSS 2 zahvaljujući svom privremena rekonstrukcija slike. AMD je odgovorio sa FSR/FSR 2, koji ne koristi vještačku inteligenciju, ali nudi dobru ravnotežu između platformi.
Ampere i Ada (RTX 30/40), RDNA2 i RDNA3: efikasnost, keš memorije i čipleti
con amper (RTX 30), NVIDIA je značajno povećala broj shadera po SM-u; RTX 3060 (3.584 shadera) je udvostručio broj jezgara u odnosu na 2060, poboljšao RT/tenzor i povećao brzinu takta. Nakon toga, Ada Lovelace (RTX 40) je napravio ogroman skok u efikasnosti: RTX 4060 od 110W nadmašuje 3060 od 170W za oko 20% u rasteru.
La RTX 4090 Po rasteru je oko 40% ispred 3090 i jedini je koji glatko pokreće Overdrive mod (tracing puta) iz Cyberpunk 2077. Nadalje, DLSS3 uvodi generiranje okvira, ublažavajući uska grla CPU-a na Windowsu "ispreplitanjem" sintetiziranih okvira na GPU-u.
Na crvenoj strani, RDNA2 Udvostručio je shadere u poređenju sa RDNA, standardizovao na 16 GB u high-end segmentu, pojačao frekvencije i dodao veliki blok L3 keš memorije.Infinity Cache» kako bi se smanjila ovisnost o vanjskom propusnom opsegu. Prvi su također stigli jedinice za praćenje zraka na AMD-u za DXR igranje.
con RDNA3AMD je poboljšao efikasnost, dodao RT jezgre druge generacije, ugradio AI akceleratore i, što je najvažnije, predstavio dizajn višečipletni inovativno: zadržao je monolitni čip za GPU i eksternalizirao L3 keš memoriju na čipove. Ovo smanjuje površinu silicija, poboljšava prinos i niže troškove.
Gledajući unaprijed, sve ukazuje na GPU-ove MCM (višečipni modul) sa nekoliko međusobno povezanih grafičkih procesora. Samo je pitanje vremena: površina jednog čipa više se ne skalira dobro u pogledu troškova i složenosti kada govorimo o desetinama hiljada shader.
Osnovne komponente: GPU, VRAM, RAMDAC, VRM i hlađenje
Ploča koegzistira sa GPU (jezgro za izračunavanje sa L1/L2 keš memorijama), memorija VRAM (teksture, framebufferi, međubaferi), the MIA (faze napajanja sa MOSFET-ovima, prigušnicama i kondenzatorima) i sistem hlađenjeNamjenske kartice obično koriste 6+2-pinske konektore jer PCIe slot isporučuje samo do 75 W.
Povijesni RAMDAC Pretvarao je digitalne podatke u analogni signal za VGA/CRT monitore. Iako je danas sve digitalno (HDMI/DP), ključno je razumjeti njegovu ulogu u tranziciji: stabilnost slike određena frekvencijom; napredni modeli su postigli 450 MHz.
U disipaciji, dizajni turbina koegzistiraju (kompresor, koji izbacuju vrući zrak iz kutije) i aksijalni tok (nekoliko ventilatora gura zrak preko rebrastog radijatora). Ventilatori su kompaktni, ali bučni i manje efikasni; aksijalno Oni su standardni u prilagođenim modelima zbog poboljšanih termalnih performansi.
Video memorije: od EDO/SGRAM/VRAM/WRAM do GDDR6 i HBM2
Prije moderne ere, grafičke kartice su koristile EDO RAM i SDRAM, zatim SGRAM (Grafički optimizovana SDRAM), VRAM (dvostruki port za istovremeno čitanje i pisanje) i WRAM (brži od VRAM-a i sa funkcijama ubrzanja blokova, idealan za Windows u Windows). To je označilo prelazak sa 300–800 Mbps na mnogo veće propusne opsege.
Danas oni dominiraju GDDR6 i GDDR6X: "DDR" memorije sa vrlo visokim efektivnim frekvencijama (14–21 Gbps) i 128- do 384-bitnim magistralama, postižući ogromne propusne opsege. AMD je koristio HBM2 (sabirnica do 2048-bita sa 3D slaganjem), manje MHz ali brutalna širina, korisna u scenarijima ekstremne propusnosti.
Klasični odnos memorije i rezolucije (2D era): sa 512 KB, 1024x768 sa 16 boja; sa 1 MB, 1280x1024 sa 16 boja ili 1024x768 sa 256; sa 2 MB, 1280x1024 sa 256 i 1024x768 sa 65.536; sa 4 MB, sljedeće su već bile popularne: 16,7 miliona boja u rezoluciji od 800×600 i više. Danas je za moderne igre razuman minimum 4–8 GB. 1080p–1440p.
Video priključci: VGA, DVI, HDMI, DisplayPort i USB-C
Analogni VGA signal je stvar prošlosti, ali vrijedi znati... DVIDVI-D (samo digitalni), DVI-A (samo analogni) i DVI-I (oba). HDMI 2.1 podržava do 4K@120 i 8K@60; 2.0 se zaustavlja na 4K@60 (8-bita). DisplayPort 1.4 Omogućava 4K@120 i 8K@60 sa DSC; DP je preferirani interfejs za monitore sa visokom brzinom osvježavanja na računarima.
USB-C sa DP/Thunderbolt 3 Alt načinom rada može reproducirati 4K@60 video i kombinirati podatke i napajanje. Na modernim Windows računarima uobičajeno je vidjeti... DP i HDMI koji koegzistiraju, a na laptopima i USB-C kao višenamjenski izlaz.
3D API-ji na Windowsu: OpenGL, Glide, DirectX i Vulkan
API-ji su "jezik" kojim igra govori GPU-u. OpenGL (industrijski i vrlo sposoban) i Glide (podskup optimiziran za 3dfx) obilježili su 90-te. Microsoft je integrirao porodicu u Windows. DirectX (Direct3D), koji je u početku bio spor, ali je od DX8/DX11 nadalje postao dominantan standard na PC-u.
Osim toga, tamo vulkan (Khronos), igra niskog nivoa, za više platformi, s korijenima u AMD-ovom Mantleu. U praksi, većina glavnih igara na Windowsu koristi DirectX 11/12, sa DXR-om za praćenje zraka; OpenGL/Vulkan koegzistiraju u određenim engine-ima i portovima.
Magistrale: PCI, AGP i PCI Express
Magistrala definira putanju podataka između GPU-a i sistema. PCI je bio most 90-ih. AGP je povećao propusni opseg i omogućio da se RAM memorija izvlači iz sistema (po cijenu latencije). PCIe x16 (3.0, 4.0 i 5.0), GPU-ovi komuniciraju direktno sa CPU sa 16 namjenskih linija. PCIe 3.0 x16 nudi ~15,8 GB/s dvosmjerno; 4.0 udvostručuje; 5.0 ponovo udvostručuje. Danas, u igrama, rijetko dođe do zasićenja.
Performanse i metrike: FPS, TFLOPS, TMU/ROP i overklok
u FPS Oni određuju fluidnost: viši FPS, glatkiji osjećaj, ograničeno brzinom osvježavanja monitora (vertikalna sinhronizacija putem V-Sync/G-Sync/FreeSync). Da biste vidjeli "plafon" vašeg GPU-a, onemogućite sinhronizaciju i pogledajte vrijeme kadrova u alatima za testiranje.
u TFLOPS Oni mjere operacije s pomičnim zarezom u sekundi, referencu sirove snage, ali ne i konačnu: arhitekturu, keš memorije, kompresiju boja, propusnost i drajveri imaju veliku težinu. TMU-ovi (mapiranje/filtriranje tekstura) i ROP-ovi (rasterizacija, miješanje, z-bafer, antialiasing) određuju stvarni protok piksela i tekstura.
El overclockati Brzine GPU-a su obično oko +100–150 MHz, a na GDDR6 VRAM-u čak +900–1000 MHz efektivno, sa značajnim dobicima u FPS-u ako GPU nije ograničen CPU-om. Popularni alati: MSI Afterburner, EVGA Precision X1 ili AMD Adrenalin (WattMan).
Odabir prave grafičke kartice, njeno usklađivanje s procesorom i izbjegavanje uskih grla
Za kancelarijski rad i multimediju, dovoljna je moderna integrirana grafička kartica (integrirana Intel UHD/ARC ili AMD Radeon Vega na APU-ima); ulaganje u zasebnu grafičku karticu se ne isplati. Za igranje igara 1080p, GPU srednje klase sa 6-8 GB i 6-jezgreni CPU nude odličan odnos cijene i performansi.
Pri 1440p/4K, razmislite o visokom rasponu boja (više shadera, poboljšani RT i rezervni VRAM). Zapamtite: CPU Određuje koliko geometrije/fizike se dovodi do GPU-a; smanjenje rezolucije smanjuje opterećenje GPU-a, ali jedva smanjuje opterećenje CPU-a. Postavke koje "pogađaju" CPU: gustoća objekata, NPC-ovi, simulacija, fizika; one koje "pogađaju" GPU: rezolucija, teksture, AA, ambijentalna okluzija, teselacija i naravno praćenje zraka.
Format i disipacija su bitni: izmjerite svoje kućište i birajte između dizajna s dva ili tri ventilatora, ili čak AIO s tekućinom u ekstremnim modelima. Proizvođači (ASUS, MSI, Gigabyte, itd.) često overklokuju tvorničke taktove i instaliraju MIA robusniji.
Gejming i Max-Q laptopi
Na laptopima, GPU je lemljen i optimizovan (RTX/GTX serija) Max-Q) sa nižom potrošnjom energije i nešto slabijim performansama od desktop računara. Dijele GDDR6 VRAM, objedinjene drajvere za Windows i podršku za tehnologije kao što su DLSS i RT, dajući prioritet kontroliranim temperaturama i autonomiji, te opcije kao što su multipleks prekidač kako bi se poboljšale performanse.
Kako saznati koju grafičku karticu imate u Windowsu (dxdiag)
Ako želite identificirati svoju karticu za nekoliko sekundi iz Windowsa, koristite dijagnostički alat DirectX:
- Kliknite na inicio.
- Otvorite "Pokreni" iz menija inicio.
- pisati dxdiag i pritisnite OK.
- Kada se uslužni program otvori, idite na karticu Screen.
- Provjerite pod "Uređaj" naziv vašeg GPU-a i memorije na raspolaganju.
Proizvođači i ekosistem: NVIDIA, AMD, Intel i montažeri
Danas tržište predvodi NVIDIA (GeForce RTX) i AMD (Radeon RX). Intel se vraća u igru sa Arc u namjenskom procesoru i integriše grafiku u većinu CPU-a. 2006. godine, AMD je preuzeo ATI; od tada je spojio CPU-ove i GPU-ove (APU-ove) i direktno se takmiči u segmentu igranja i desktop računara.
Asembleri (ASUS, MSI, Gigabyte, itd.) kupuju GPU-ove/memoriju i dizajniraju vlastite PCB-ove, VRM-ove i hladnjake. Neki dodaju RGB, dvostruki BIOS, senzore i "OC" profile. 2004. godine, NVIDIA je ponovo predstavila... SLI (višestruki GPU) za dodavanje performansi, a postoje i rješenja za računarstvo u oblaku poput onih od GRID koji premještaju grafiku sa udaljenih servera, prije trenutnog strimovanja igara.
Posmatrajući cijeli put, od analognog signala VGA do praćenja puta i generiranja AI okvira, jasno je da Grafičke kartice su evoluirale od jednostavnih adaptera do masovno paralelnih procesora. Sa direktnim uticajem na Windows, engine-e i igre, budućnost će vidjeti povećanu specijalizaciju (RT/AI), dizajn čipova i efikasnost, sa obećanjem povećane vjernosti i većeg FPS-a bez povećanja potrošnje energije.