Устройство современной видеокарты

Без применения двойной  буферизации изображение не будет  иметь требуемой плавности, то есть будет прерывистым.

Технологии  повышения реалистичности трехмерного  изображения

Для повышения реалистичности отображения наложенных на полигоны текстур используются самые различные  технологии:

● сглаживания (Anti- Aliasing), ● MIP mapping, ● текстурной фильтрации.

◙ Технология сглаживания (Anti-Aliasing) — это технология устранения эффекта ступенчатых краев.

Изображение на экране состоит из множества мелких точек  — пикселов, которые, как маленькие  кирпичики, формируют любое изображение. Однако из-за того, что пикселы имеют  конечный размер, на краях трехмерных объектов можно различить так  называемую лестницу, или ступенчатые края. ● Чтобы минимизировать эффект лестницы, проще всего увеличить разрешение экрана (уменьшив тем самым минимальный размер формируемых пикселов). Правда, такой способ минимизации паразитного эффекта подходит не всегда, поскольку это зависит от конкретного монитора, а если речь идет об игре — то и от возможности игры переключаться на более высокое разрешение. ● Если избавиться от ступенчатого эффекта за счет повышения разрешения монитора нельзя, можно использовать технологию Anti-Aliasing, которая позволяет визуально сгладить эффект лестницы. Наиболее часто используемая для этого техника — это создание плавного перехода от цвета линии или края к цвету фона. Цвет точки, лежащей на границе объектов, определяется как среднее значение цветов двух граничных точек.

 

◙ Технология MIP mapping

Дело в том, что  для придания реалистичности трехмерному  изображению необходимо учитывать  глубину сцены. По мере удаления от точки наблюдения накладываемая текстура должна выглядеть все более размыто. Поэтому при текстурировании даже однородной поверхности чаще всего используется несколько текстур. Представим, что нам необходимо изобразить брусчатую мостовую, уходящую вглубь сцены. Если попытаться использовать для этого всего одну текстуру по всей длине, то по мере удаления от точки наблюдения (на заднем плане) может проявиться рябь или просто один сплошной цвет. В этой ситуации сразу несколько пикселов текстуры (текселов) попадает в один пиксел на мониторе. Возникает вопрос: в пользу какого одного тексела сделать выбор при отображении пиксела?

Для решения подобных проблем используется технология MIP mapping, которая подразумевает возможность использования набора текстур с различной степенью детализации. То есть на базе каждой текстуры создается целый набор текстур с меньшим уровнем детализации. Текстуры такого набора называются МIР-картами (MIP map).

В простейшем случае наложения текстуры для каждого  пиксела изображения определяется соответствующая ему МIP-карта согласно таблице детализации LOD (Level Of Detail). Далее из MIP-карты выбирается только один тексел (пиксел карты), который присваивается пикселу.

◙ Технологии фильтрации

MIP mapping используется в сочетании с технологиями фильтрации, призванными исправить артефакты MIP-текстурирования. Например, при удалении объекта все дальше от точки наблюдения происходит переход от низкого к высокому MIP map-уровню. В момент нахождения объекта в переходном состоянии от одного уровня к другому появляется особый тип ошибок визуализации — явно различимые границы перехода от одного MIP map-уровня к другому.

Смысл фильтрации состоит  в том, что цвет пикселов объекта рассчитывается по соседним точкам текстуры (текселам). Существует несколько типов фильтрации, поддерживаемых видеокартами.

• Билинейная - для отображения точки поверхности берется взвешенное среднее значение четырех смежных текстурных пикселов.
• Трилинейная - для определения цвета пиксела берется среднее значение цвета восьми текселов, по четыре из двух соседних текстур, и в результате семи операций смешивания определяется цвет пиксела.

□ Анизотропная. Самая прогрессивная на сегодняшний день технология фильтрации, при использовании которой один-единственный пиксел может рассчитываться по 8-32 текселам. Для сравнения, в простейшем варианте фильтрации, билинейной, для расчета цвета пиксела используется всего четыре ближайших тексела.

 

3. Примеры видеокарт на графических процессорах NVIDIA

Несмотря на большое  количество компаний, присутствующих на рынке дискретных видеоускорителей, их продукция совершенно незначительно отличается друг от друга по своей производительности и функциональности.

Это объясняется  тем, что видеокарты построены на одних и тех же графических процессорах. Зачастую они как две капли воды похожи друг на друга и в точности повторяют т.н. референсный дизайн, предложенный разработчиком графического процессора.

Поэтому, чтобы получить представление о продукции, нет смысла описывать видеокарты различных производителей - достаточно рассмотреть особенности графических процессоров и референсных видеокарт, построенных на них. Чтобы избежать путаницы в референсных видеокартах - будем именовать их по названию используемого графического процессора.

В обзоре будут рассмотрены  видеокарты, выходящие под брендом GeForce. В каждом семействе выпускаются платы различного класса, производительность которых порой отличается в разы. Ориентироваться можно по номерам моделей (например, GeForce 9300 уступает по производительности GeForce 9800) и по буквенным индексам:

• G — экономичная серия;
• GT — средняя производительность;
• GTS — геймерские видеоплаты с высокой производительностью;
• GTX — решения экстрим-класса для энтузиастов.

NVIDIA GeForce – История

☻ GeForce (решения для игроков и пользователей домашних ПК) —

Серия GeForce 256 — поддерживает Direct3D 7, OpenGL 1.

Серия GeForce 2 — поддерживает Direct3D 7, OpenGL 1.

Серия GeForce 3 — поддерживает Direct3D 8, OpenGL 1.5.

Серия GeForce 4 — поддерживает Direct3D 8.1 (частично), OpenGL 1.5.

Серия GeForce FX — поддерживает Direct3D 9, OpenGL 1.5.

Серия GeForce 6 — поддерживает Direct3D 9.0c, OpenGL 2.0.

Серия GeForce 7 — поддерживает Direct3D 9.0c, OpenGL 2.0.

Серия GeForce 8 — поддерживает Direct3D 10, OpenGL 3.3.

Серия GeForce 9 — поддерживает Direct3D 10, OpenGL 3.3.

Серия GeForce 200 — поддерживает Direct3D 10, OpenGL 3.3.

Серия GeForce 400 — поддерживает Direct3D 11, OpenGL 4.1.

Серия GeForce 500 — поддерживает Direct3D 11, OpenGL 4.1.

Серия GeForce 600 — поддерживает Direct3D 11.1, OpenGL 4.2.-  СЕГОДНЯ

☻ NVIDIA Quadro (решения для профессионалов, работающих с 2D и 3D приложениями) — аппаратная поддержка OpenGL и DirectX.

Quadro FX 370, Quadro FX570, Quadro FX 1700, Quadro FX 3700, Quadro FX 4800, Quadro FX 5800, Quadro FX 4700X2.

Quadro NVS 280 PCI, Quadro NVS 290 PCIE 1X и  16X, Quadro NVS 440 PCIE 1X и 16X, Quadro NVS 450 PCIE 16X.

Quadro Plex 2100 D4 (на 2x Quadro FX 4700X2), 2200 D4 (на 2× Quadro FX 5800), 2100 S4 (сервер на 4×  Quadro FX5600), 2200 S4 (сервер на 4× Quadro FX5800).

Quadro CX для Adobe CS4 ПО.

☻ GoForce — для PDA и мобильных телефонов.

☻ NVIDIA Tesla — для кластерных вычислений с одинарной и двойной точностью.

 

Бюджетная карта 210      Характеристики подсистемы GPU: Ядра CUDA 16 Частота ядра (МГц) 589 Частота процессора (МГц) 1402    Характеристики памяти: Частота памяти (МГц) 500 Стандартная конфигурация памяти 512MB / 1GB DDR2 Интерфейс памяти 64-bit DDR2 Полоса пропускания памяти (ГБ/сек) 8.0    Поддерживаемые функции: Технология NVIDIA PureVideo®  Технология NVIDIA CUDA™  Microsoft DirectX 10.1 OpenGL 3.1 Поддерживаемые шины PCI-E 2.0 Сертифицировано для Windows Vista

Поддерживаемые дисплеи: Максимальное разрешение цифрового монитора 2560x1600x32bpp Максимальное VGA разрешение 2048x1536x32bpp Стандартные разъемы монитора DVI + DisplayPort + VGA (опционально) Поддержка нескольких мониторов HDCP HDMI как заглушка (DVI-HDMI или DP-HDMI) Аудио вход для HDMI внутренний    Стандартные размеры видеокарты: Высота 7 см  Длина 16.8 см Ширина одинарный слот    Температура и мощность: Максимальная температура (в C) 105 Максимальная мощность ВК (Вт) 30.5 Питание (Вт) 300

 

Фактически современное  графическое ядро семейства GeForce GTX 200 можно представить как универсальный чип, поддерживающий два разных режима – графический и вычислительный. Архитектура чипов семейства GeForce GTX 200 основана на доработанной и улучшенной архитектуре, состоящей из ряда так называемых "кластеров обработки текстур" (TPC, Texture Processing Clusters) в графическом режиме или "кластеров обработки потоков" в режиме параллельного вычисления. При этом каждый модуль TPC состоит из массива потоковых мультипроцессоров (SM, Streaming Multiprocessors), и каждый SM содержит восемь процессорных ядер, также называемых потоковыми процессорами (SP, Streaming Processor), или тредовыми процессорами (TP, Thread Processor). Каждый SM также включает в себя процессоры текстурной фильтрации для графического режима, также используемый для различных операций фильтрации в вычислительном режиме.

1. См. блок-схему GeForce 280 GTX в традиционном графическом режиме.

2. Переключаясь в вычислительный режим, аппаратный диспетчер потоков (вверху) управляет тредами TPC.

 

 

 

 

 

3 Кластер TPC при ближайшем рассмотрении: распределённая память для каждого SM; каждое процессорное ядро SM может распределять дан-ные между други-ми ядрами SM посредством распределённой памяти, без необходимости обращения к внешней подсистеме памяти.

   Т.о., унифицированная шейдерная и компьютерная архитектура NVIDIA использует две совершенно разные вычислительные модели: ● для работы TPC используется MIMD (multiple instruction, multiple data), ● для вычислений SM - SIMT (single instruction, multiple thread) и продвинутая версия - SIMD (single instruction, multiple data).

Топовая NVIDIA GeForce GTX 690

Техпроцесс 28 нм

Спецификации GPU
Ядер CUDA	2 x 1536=3072
Базовая тактовая частота	915
Тактовая  частота с ускорением	1019
Скорость  заполнения текстур	234

Спецификации памяти
Быстродействие  памяти ( Gbps )	6.0
Объем памяти	4096 MB (2048 MB на GPU)
Интерфейс памяти	512-bit GDDR5
Максимальная  полоса пропускания памяти	384

Двухядерная видеокарта GeForce GTX 690

Возможности
Поддержка технологии NVIDIA SLI
Purevideo
3D Vision
PhysX
Программное окружение	CUDA
DirectX	11
OpenGL	4.2
Шина	PCI-E 3.0
3D Игры
Blu Ray 3D
Спецификации
Максимальное DVI разрешение	2560x1600
Максимальное VGA разрешение	2048x1536
Медиа соединение	Dual Link DVI-D Two Dual Link DVI-I Mini DisplayPort
Поддержка нескольких дисплеев
HDCP
HDMI
Аудио вход для HDMI	Internal

Размеры
Высота	4.376 дюймов
Длина	11 дюймов
Ширина	Два слота

Мощность и температура
Максимальная  температура	98 C
Потребление энергии	300 W
Минимальные системные требования по питанию	650 W
Разъемы питания	8-pin x2

 

 

 

  Технические характеристики GeForce GTX 690 – два GPU GeForce GTX 680 с ядром GK104 (Kepler)

Эта двухпроцессорная карта - полноценная замена двух GeForce GTX 680. Базовая частота чипов уменьшена с 1006 до 915 МГц, но видеопамять работает на такой же частоте, 6008 МГц.

GTX 690 потребляет меньше  энергии, чем пара GeForce GTX 680: 300 Вт против 195 Вт х 2 =390/

GTX 690 работает с шиной PCI-E 3.0.

GTX 690 позиционируется как эквивалент двух GTX 680 не только по производительности, но и по цене. Рекомендованная розничная стоимость составляет $999 (у GTX 680 – $499).

 

 

Архитектура GPU GK104 Kepler

Архитектура NVIDIA GPU Kepler была создана с нуля не только для максимальной производительности в последних  играх с поддержкой DirectX 11, но и для оптимальной производительности на ватт. Новая структура потокового мультипроцессора в два раза эффективнее структуры процессоров предыдущего поколения, а новый геометрический движок строит треугольники в два раза быстрее. В результате – производительность мирового уровня и высокое качество изображения.

Kepler имеет легко масштабируемый  модульный дизайн. Все вычислительные  компоненты распределены между  четырьмя «графическими кластерами»  (Graphics Processing Cluster, GPC). Вне кластеров находится только общий кеш L2, контроллеры памяти, ROP (на схеме — голубые блоки рядом с кешем), блок GigaThread Engine, распределяющий нагрузку между GPC, и четыре контроллера памяти.

Каждый GPC состоит из блока  растеризации (Raster Engine) и потокового мультипроцессора (SMX).

Raster Engine представляет собой  конвейер из трех стадий, на  которых происходит вычисление  граней геометрических примитивов, проекция пикселей на поверхности  и отсечение невидимых пикселей  соответственно.

Ниже представлены основные технологии. 

►NVIDIA GPU Boost отслеживает графическую нагрузку и увеличивает тактовую частоту, когда это возможно. В результате GPU всегда работает на пике своей производительности и обеспечивает самую возможную высокую скорость передачи кадра. Смотреть видео про GPU Boost