Устройство современной видеокарты

 

►NVIDIA Adaptive Vertical Sync – прекрасный способ обработки кадров. При высокой частоте смены кадров V-sync включается для устранения разрывов изображения, при низкой – отключается, чтобы свести дрожание до минимума.

 

►Поддержка NVIDIA 3D Vision обеспечивает пользователям невероятно захватывающую работу со стереоскопическим 3D. Решение 3D Vision представлено комбинацией высокотехнологичных беспроводных очков и продвинутого ПО и превращает сотни игр для ПК в настоящее стереоскопическое 3D. Более того, ты можешь насладиться сногсшибательным кристально четким качеством при просмотре 3D фильмов и цифровых фотографий в 3D с 3DVisionLive.com.

 

►NVIDIA Surround с возможностью подключения до четырех мониторов.

 

►Два новых режима сглаживания: FXAA и TXAA

Сглаживание выравнивает  зубчатые границы изображения, но может  быть очень требовательным к частоте  смены кадров. FXAA – это новая  технология сглаживания, которая обеспечивает прекрасные плавные линии при  минимальном влиянии на производительность. Благодаря GPU на базе архитектуры Kepler ты можешь включить FXAA в сотнях играх  через Панель управления NVIDIA. Второй режим, TXAA, является внутриигровой опцией, которая объединяет MSAA, временную  фильтрацию и постобработку для  еще более высокой точности изображения.

 

►NVIDIA SLI3

Используемая самыми требовательными  геймерами по всему миру, технология SLI позволяет объединять до трех GeForce GTX 690, чтобы добиться сногсшибательной производительности. Благодаря опыту  работы NVIDIA с быстрым и частым обновлением ПО ты получишь лучшую производительность не только в существующих играх, но и в будущих.

►NVIDIA PhysX Обеспечивает еще более динамичную и реалистичную графику при работе с видеокартами GeForce. 

GeForce 600 Series

4. Примеры видеокарт на графических процессорах AMD/ATI

 

 

 

              Бюджетная ВК AMD RadeonHD 6450

Рассмотрим особенности и преимущества «младшего» из современных графических ускорителей AMD – Radeon HD 6450. Ее графическое ядро – ниже. Его кодовое имя – Caicos. Техпроцесс – 40 нм.

Архитектура ядра Caicos совпадает с ядрами Barts, у серии AMD HD 6800, но «урезано» по сравнению со старшими решениями и ~ 1/7 от ресурсов AMD Radeon HD 6870 (полное ядро Barts). Вместо 14 движков SIMD новый Caicos имеет всего два, каждый из которых включает четыре текстурных блока и 16 потоковых модулей, имеющих по 5 ALU (Arithmetic and Logic Unit).

Т.о., Caicos имеет 8 блоков текстуризации и 160 потоковых процессоров, подключённых к четырём блокам Color ROP по общей шине, которая присоединена к одному 64-битному контроллеру памяти. Вот и одно из слабых мест нового графического ядра – узкая шина памяти. Правда контроллер может работать и с DDR3, и с GDDR5. Итого имеем типичное бюджетное решение AMD – современная архитектура, такая же, как и у передовых моделей, но максимально урезанная по всем параметрам. Характеристики нового GPU в сравнении с конкурентами можно посмотреть в таблице ниже: 

В новом AMD Radeon HD 6450 улучшена производительность на ватт, оптимизированы скорости обработки геометрии и тесселяции, улучшено качество сглаживания и текстурной фильтрации, есть поддержка технологии Eyefinity (подключение трёх мониторов к одной видеокарте с созданием общего рабочего пространства) и других технологий, которые сейчас и рассмотрим.

►Решение полностью аппаратно поддерживает DirectX 11.

►Поддержка параллельных вычислений ATI Stream - перенос вычислений с ЦП на графический..

►Вывод все современные форматов HD-звука, используемых на дисках Blu-ray, включая DolbyTrueHD и DTS-HD Master Audio.

►Поддержка технологии объемного изображения AMD HD3D.

Все это благодаря встроенной поддержке интерфейса HDMI 1.4a и обновлению декодера UVD3 (Unified Video Decoder, Унифицированный видео декодер) — аппаратный компонент (блок) графических процессоров производства компании AMD, предназначенный для аппаратного декодирования битовых потоков видеоданных, сжатых видеокодеками H.264, VC-1 и MPEG-2.

Теперь рассмотрим конкретной видеокарту HIS Radeon HD 6450 Silence 1GB GDDR5.

Модель	HIS 6450 Silence 1GB GDDR5 PCI-E DP/DVI/VGA
Графическое ядро	AMD (ATI) Radeon HD 6450
Конвейера	160 унифицированных потоковых
Поддерживаемые API	DirectX 11 (Shader Model 5.0)  OpenGL 4.1
Частота ядра, МГц	625
Объем (тип) памяти, МБ	1024 (GDDR5)
Частота памяти (эфф-я), МГц	800 (3200)
Шина памяти, бит	64
Стандарт шины	PCI Express X16 2.1
Максимальное разрешение	До 2560x1600 Dual-link DVI или 1920x1200 Single-link DVI  До 2048x1536 VGA   До 1920x1200 HDMI (через переходник DVI-to-HDMI)  До 2560x1600 DisplayPort
Выходы	1x DVI-D, 1x DisplayPort, 1x VGA
Поддержка HDCP и декодирования HD-видео	Есть  Декодирование MPEG-2, MPEG-4, DivX, WMV9, VC-1 и H.264/AVC

Radeon HD 7970 – лучшая на апрель 2012 г. ВК AMD

Это самый быстрым одночиповый адаптер в мире.

Фирмой AMD освоен техпроцесс 28 нм, и с его помощью изготовлен чип Tahiti XT, содержащий рекордное количество транзисторов — 4,31 млрд. Число потоковых процессоров выросло на 500 и достигло 2048. Объем ОЗУ 3 Гбайт.

Самое главное нововведение AMD —увеличенная до 384 бит разрядность шины памяти. Именно это в способствует высоким показателям производительности Radeon HD 7970.

Тактовые частоты очень  высокие: для ОЗУ - 5500 МГц, а ядро может динамично увеличивать частоту с номинальных 925 до 1000+ МГц. Это — первая видеокарта, которая поддерживает интерфейс PCI-Express 3.

Масса полезных технологий: ● AMD ZeroCore Power позволяет остановить вентилятор на ВК, когда пользователь работает в приложениях, не задействующих графику; ● в технологию AMD Eyefinity, куда добавлена поддержка 3D и возможность использования сверхвысоких разрешений с одним и с несколькими дисплеями + ● поддержка DirectX 11.1 для работы с Windows 8. Стоимость 16 тыс. руб.

Энергопотребление: в простое 70 Вт, в режиме максимальной загрузки 320 Вт.

Т.е. это превосходный, производительный продукт. Практически полностью переработана архитектура.

 

5. Технологии  объединения видеокарт

Технология  NVIDIA SLI

NVIDIA SLI (англ. Scalable Link Interface) — технология, позволяющая использовать мощности нескольких видеокарт для обработки трёхмерного изображения.

Принципы  построения и работы

►Для построения компьютера на основе SLI необходимо иметь:

1. материнскую плату с двумя и более разъёмами PCI Express, поддерживающую технологию SLI.
2. качественный блок питания, мощностью минимум 550 Ватт (рекомендуются блоки SLI-Ready);
3. видеокарты GeForce 6/7/8/9, GT200/300/400/500 или Quadro FX с шиной PCI Express;
4. мост, объединяющий видеокарты.

Поддержка чипсетов для работы с SLI осуществляется программно. Видеокарты должны принадлежать к одному классу, при этом версия BIOS плат и их производитель значения не имеют.

►SLI-систему можно организовать двумя способами:

1. С помощью специального мостика SLI;
2. Программным путём. Здесь нагрузка на шину PCIe возрастает, что плохо сказывается на производительности.

►Получила распространение система Quad SLI. Она предполагает объединение в SLI-систему двух двухчиповых плат (GeForce 7950GX2, GeForce 9800GX2, GeForce GTX295 или GeForce GTX 590) или четырёх одночиповых (в данном случае она именуется 4-Way SLI).

Т.о., получается, что в построении изображения работают 4 чипа.

 

Используемая  память. 
Многие производители «двойных» видеокарт предпочитают писать суммарный объём локальной памяти. На самом деле такие видеоадаптеры, фактически являются SLI-картами и могут использовать только собственную память, т.е. только половину от заявленной производителем.

 

Процессорозависимость 
Связка из видеокарт SLI изначально является довольно производительным решением. Но возникает проблема процессорозависимости, т.к. современные игры очень интенсивно используют ЦП, также как и сам SLI. Поэтому, чтобы связка SLI полностью раскрыла свой потенциал, необходим соответствующий мощный процессор с высокой тактовой частотой; в противном случае прироста от использования SLI будет намного меньше ожидаемого.

 

Алгоритмы построения изображений

Схема алгоритма Split Frame Rendering

Изображение разбивается  на несколько частей, количество которых  соответствует количеству видеокарт в связке. Каждая часть изображения обрабатывается одной видеокартой полностью, включая геометри-ческую и пиксельную составляющие. Аналог в CrossFire — алгоритм Scissor

 

Схема алгоритма Alternate Frame Rendering

Обработка кадров происходит пооче-рёдно: одна видеокарта обрабатывает только чётные кадры, а вторая — только нечётные. Однако у этого алгоритма есть недостаток. Дело в том, что один кадр может быть простым, а другой сложным для обработки.

Этот алгоритм запатентован ATI во время выпуска двухчиповoй видеокарты.

SLI AA

 

Данный алгоритм нацелен  на повышение качества изображения.

Одна и та же картинка генерируется на всех видеокартах с разными шаблонами сглаживания.

Видеокарта производит сглаживание  кадра с некоторым шагом относительно изображения другой видеокарты.

Затем полученные изображения  смешиваются и выводятся.

Таким образом достигается  максимальные чёткость и детализованность изображения. Доступны следующие режимы сглаживания: 8x, 10x, 12x, 14x, 16x и 32x.

Аналог в ATI CrossFireX — SuperAA.

 

Технология AMD CrossFire

AMD (ATI) CrossFireX — технология, позволяющая одновременно использовать мощности двух и более (до четырех графических процессоров одновременно) видеокарт Radeon для построения трёхмерного изображения.

Каждая из видеокарт, используя определённый алгоритм, формирует  свою часть изображения, которое  передаётся в чип Composing Engine мастер-карты, имеющий собственную буферную память. Этот чип объединяет изображения каждой видеокарты и выводит финальный кадр.

Ранее система CrossFire формировалась путем соединения видеокарт Y-образным кабелем с задней стороны карт. В настоящее время система использует специальные гибкие мостики.

Принципы  построения

Для построения на компьютере CrossFireX-системы, необходимо иметь:

● материнскую плату с двумя и более разъёмами PCI Express x16 с чипсетом AMD или Intel определённой модели, поддерживающей CrossFireX;

● мощный блок питания, как правило мощностью от 700Вт;

● видеокарты с поддержкой CrossFireX.

● специальный гибкий мостик CrossFireX для соединения видеокарт.

Видеокарты должны быть одной серии, но необязательно  одной модели. При этом быстродействие и частота CrossFire-системы определяется характеристиками чипа наименее производительной видеокарты.

CrossFireX-систему можно  организовать двумя способами:

1) Внутреннее соединение — видеокарты объединяются с помощью специального гибкого мостика CrossFireX, при этом, для соединения более, чем двух видеокарт, не нужно использовать специализированные многоразъемные мостики (типа NVIDIA 3-way SLI или 4-way SLI), видеокарты соединяются последовательно простыми CrossFireX мостиками.

Соединение ведется  примерно так: от первой ко второй - от второй к третьей - от третьей к  четвертой (для соединения 4 видеокарт); от первой ко второй - от второй к третьей (для 3 карт); от первой ко второй (для 2 карт).

 

2) Программный метод — видеокарты не соединяются, обмен данными идёт по шине PCI Express x16, при этом их взаимодействие реализуется с помощью драйверов.

Недостатком данного способа являются потери в производительности на 10-15% по сравнению с другим способом. На данный момент практически полностью утерял актуальность, оставшись способом соединения низкопроизводительных видеокарт, для которых отсутствие соединительного мостика не является значимой потерей.

Высокопроизводительные  видеокарты можно объединить только используя мостики, т.к. без них  драйвер не поймет, что карты можно  объединить.

  

Алгоритмы построения изображений

Схема алгоритма SuperTiling

Картинка разбивается  на квадраты 32x32 пикселя и принимает вид шахматной доски. Каждый квадрат обрабатывается одной видеокартой.

 

Схема алгоритма Scissor

Изображение разбивается  на несколько час-тей, количест-во которых соответствует количеству видеокарт в связке. Каждая часть изображения обрабатывается одной видеокартой полностью, включая геометрическую и пиксельную составляющие.

 

 

Аналог в nVidia SLI — алгоритм Split Frame Rendering

 

 

Схема алгоритма Alternate Frame Rendering

Обработка кадров происходит поочередно: одна видеокарта обрабатывает только чётные кадры, а вторая — только нечётные. Однако, у этого алгорима есть недостаток. Дело в том, что один кадр может быть простым, а другой сложным для обработки.