Лекция 12. Современные видеокарты.
Видеокарты обычно являются так называемыми платами расширения, которые устанавливаются в специальные слоты на основной (системной или материнской) плате компьютера. Это сделано для упрощения модернизации, прежде всего. Самые дешевые графические решения могут быть встроены в чипсет системной платы, они обычно хоть и могут выполнять функции игровой 3D видеокарты, но делают это крайне медленно и подходят разве что для обычной офисной работы или двухмерных игр.
Чаще всего в низкой производительности современного компьютера, работающего в режиме обработки/создания графики, а также игрового компьютера будет виновата видеокарта, а не процессор или малый объем памяти. Да, существуют приложения и игры, которые при определенных условиях будут ограничены процессором (они называются «процессорозависимыми»), а также приложения и игры, которые сильно страдают от недостатка оперативной памяти, но в первую очередь, производительность игры зависит от видеокарты. И чем более высокие графические настройки в играх вы хотите использовать, тем большая нагрузка ляжет на неё, и тем большая зависимость будет от её производительности. Особенно к этому относятся такие настройки, как разрешение экрана, уровень антиалиасинга и анизотропной фильтрации, которые нагружают исключительно видеокарту.
Несмотря на то, что идеального сочетания процессора и видеокарты не существует (если только не считать таковыми наиболее мощные CPU и видеокарту из тех, что есть в продаже на данный момент времени), есть диапазон сбалансированных сочетаний. Причем, от игры к игре разница есть, и она может быть заметной — существуют более процессорозависимые игры (автосимуляторы, стратегии) и менее процессорозависимые (шутеры от первого лица, аркадные автогонки), в которых нагрузка на CPU и GPU очень сильно разнится.
А иногда бывает так, что на старых видеокартах в современные игры играть можно, и даже довольно быстро, но с минимальным качеством, из-за отсутствия поддержки установленной видеоплатой последних графических технологий.
При этом, существуют случаи, когда свежая игра вообще не запускается на компьютере, требуя поддержки некоторых возможностей, например — шейдеров последней версии. С такой проблемой в 2006 году столкнулись пользователи видеокарт ATI поколения R3x0/R4x0 (то есть, начиная с RADEON 9500 и заканчивая RADEON X850 XT), в нескольких современных играх, к которым относятся Splinter Cell: Double Agent и Rainbow Six: Vegas. Им было отказано даже в запуске этих игр, так как они в обязательном порядке требуют поддержки Shader Model 3.0. Единственным выходом тут также является апгрейд видеокарты.
Видеокарта вставляется в специальный разъем расширения на системной плате компьютера, через этот слот видеочип обменивается информацией с центральным процессором системы. физически и логически, и видеокарта, предназначенная для одного типа, в другой не вставится и работать не будет.
1. Слоты расширения современных видеокарт.
Современные графические процессоры используют один из двух типов интерфейса: AGP (устаревший) или PCI Express. Абсолютное большинство современных видеоплат рассчитано на интерфейс PCI Express.
AGP 8x — дополнительные изменения в этой модификации позволили получить пропускную способность уже до 2.1 ГБ/с.
PCI Express x16, который применяется для видеокарт, и в котором сочетается 16 линий, обеспечивает пропускную способность до 4 ГБ/с в каждом направлении.
PCI Express отличается не только архитектурой, пропускной способностью, но и новыми возможностями по энергопотреблению. Эта необходимость возникла потому, что по слоту AGP 8x (версия 3.0) можно передать не более 40 с небольшим ватт суммарно, чего уже не хватало видеокартам последних поколений, рассчитанных для AGP, на которых устанавливали по одному или двух стандартным четырехконтактным разъемам питания (NVIDIA GeForce 6800 Ultra).
По разъему PCI Express можно передавать до 75 Вт, а дополнительные 75 Вт получают по стандартному шестиконтактному разъему питания. В последнее время появились видеокарты с двумя такими разъемами, что в сумме дает до 225 Вт.
1.1. PCI Express 2.0.
В дальнейшем, группа PCI-SIG, которая занимается разработкой соответствующих стандартов, представила основные спецификации PCI Express 2.0. Вторая версия PCIe вдвое увеличивает стандартную пропускную способность: разъем x16 позволяет передавать данные на скорости до 8 ГБ/с в каждом направлении. При этом PCIe 2.0 совместим с PCIe 1.1, старые карты расширения будут нормально работать в новых системных платах, появившихся в 2007 году (например, чипсет Intel x38).
Основное нововведение в PCI Express 2.0 — это удвоенная скорость, но это не единственное изменение, есть и другие нововведения для увеличения гибкости, новые механизмы для программного управления скоростью соединений и т.п. В PCI-SIG разработали новую спецификацию для обеспечения увеличивающегося энергопотребления графических карт, она расширяет текущие возможности энергоснабжения до 225/300 Вт на видеокарту. Для поддержки этой спецификации используется новый 2x4-штырьковый разъем питания, предназначенный для обеспечения питанием будущие модели видеокарт.
Видеокарты и системные платы с поддержкой PCI Express 2.0 были анонсированы и появились в широкой продаже уже в 2007 году. Оба основных производителя видеочипов, AMD и NVIDIA, выпустили осенью-зимой новые линейки GPU и видеокарт на их основе, поддерживающие увеличенную пропускную способность второй версии PCI Express и пользующиеся новыми возможностями по электрическому питанию карт расширения. Естественно, все они обратно совместимы с системными платами, имеющими на борту слоты PCI Express 1.x.
1.2. PCI Express External.
В 2007 году группа PCI-SIG, занимающаяся официальной стандартизацией решений PCI Express, объявила о принятии спецификации PCI Express External Cabling 1.0, описывающих стандарт передачи данных по внешнему интерфейсу PCI Express 1.1. Эта версия позволяет передавать данные со скоростью 2.5 Гб/с, а следующая должна увеличить пропускную способность до 5 Гб/с. В рамках стандарта представлены четыре внешних разъема: PCI Express x1, x4, x8 и x16. Старшие разъемы оснащены специальным язычком, облегчающим подключение.
Внешний вариант интерфейса PCI Express может использоваться не только для подключения внешних видеокарт, но и для внешних накопителей и других плат расширения. Максимальная рекомендованная длина кабеля при этом равна 10 метров, но её можно увеличить при помощи соединения кабелей через повторитель.
Чем это может быть полезно для видеокарт? Например, это точно может облегчить жизнь любителей ноутбуков, при работе от батарей будет использоваться маломощное встроенное видеоядро, а при подключении к настольному монитору - мощная внешняя видеокарта. Значительно облегчится апгрейд подобных видеокарт, не нужно будет вскрывать корпус ПК. Производители смогут делать совершенно новые системы охлаждения, не ограниченные особенностями карт расширения, да и с питанием должно быть меньше проблем — скорее всего, будут использоваться внешние блоки питания, рассчитанные специально на определенную видеокарту, их можно в один внешний корпус с видеокартой встроить, используя одну систему охлаждения. Должна облегчиться сборка систем на нескольких видеокартах (SLI/CrossFire). В общем, с учетом постоянного роста популярности мобильных решений, такие внешние PCI Express должны завоевать определенную популярность.