 |
|
Тема 3.7. Основные характеристики видеоадаптеров и технология SLI
Тема 3.6. Устройство видеоадаптера
Практически все современные видеоадаптеры состоят из следующих основных компонент:
· видеопамять;
· графический процессор (набор микросхем);
· интерфейс ввода-вывода;
· тактовые генераторы.
Основное назначение видеопамяти – временное хранение выводимого на экран монитора изображения. Поскольку каждое изображение имеет определенный объём памяти, который измеряется в байтах, это также относится и к графике, выводимой на экран монитора, то для получения какого-либо изображения на экране его необходимо предварительно разместить в видеопамяти. Следовательно, чем больше объем этой памяти, тем большее разрешение и глубину цвета можно отобразить на мониторе. Та часть видеопамяти, которая используется для хранения выводимого изображения, называется кадровым буфером (фрейм буфером, Frame Buffer).
Предельные минимальные размеры кадрового буфера видеокарты для различных разрешений экрана монитора и глубины цвета приведены в таб. 3.6.1. Из таб. 3.6.1 следует, что для отображения графического образа на экране монитора с разрешением 1280×1024 при глубине цвета 16 бит размер кадрового буфера должен быть не менее 2.5 Мб. При увеличении глубины цвета до 32 бит размер кадрового буфера должен быть не менее 5 Мб.
Вместе с тем также из таб. 3.6.1 можно проследить, что, обладая кадровым буфера 2 Мб, можно установить разрешение 800×600 при глубине цвета 32 бит, в то же время, уменьшив глубину цвета до 16 бит, можно увеличить разрешение экрана до 1280×768.
Таблица 3.6.1. Зависимость объема видеопамяти от параметров монитора
| № п/п | Разрешение экрана | Объем памяти, Мб, при глубине цвета | ||
| 16 бит | 24 бит | 32 бит | ||
| 1. | 800×600 | 0.9 | 1.4 | 1.8 |
| 2. | 1024×768 | 1.5 | 2.3 | 3.0 |
| 3. | 1152×864 | 1.9 | 2.8 | 3.8 |
| 4. | 1280×720 | 1.8 | 2.6 | 3.5 |
| 5. | 1280×768 | 1.9 | 2.8 | 3.8 |
| 6. | 1280×960 | 2.3 | 3.5 | 4.7 |
| 7. | 1280×1024 | 2.5 | 3.8 | 5.0 |
В современных видеоадаптерах используется память нового открытого стандарта GDDR-3, разработка которой была начата компанией ATI в 2002 г.
Традиционно названия поколений памяти для графических адаптеров соответствовали типам памяти для персональных компьютеров: GDDR-1 соответствовала DDR первого поколения, a GDDR-2 – появившейся в 2004 году DDR-2. Однако архитектурно GDDR-3 практически не отличается от GDDR-2 (и соответственно DDR-2) – данные по-прежнему передаются по двум фронтам сигнала, а эффективная пропускная способность вчетверо превосходит пропускную способность банка памяти. Основное отличие GDDR-3 от GDDR-2 – в напряжении питания, сниженном с 2.5 до 1.8 В. Это позволило значительно снизить уровень тепловыделения, являющийся главным недостатком GDDR-2. Кроме того, была модернизирована архитектура микросхем, что позволило увеличить тактовую частоту шины памяти. В настоящее время максимальная эффективная частота шины при применении памяти GDDR-З может достигать 1.6 ГГц.
Характеристика микросхем памяти для видеоадаптеров приведена в таб. 3.6.2.
Таблица 3.6.2. Характеристика микросхем памяти
| Тип памяти | Напряжение питания, В | Тактовая частота шины, МГц | Максимальная эффективная частота шины, ГГц | Задержки чтения, такт |
| GDDR-1 | 2.5 | 183-500 | 3,4,5 | |
| GDDR-2 | 2.5 | 400-500 | 5,6,7 | |
| GDDR-3 | 1.8 | 500-800 | 1,6 | 5,6,7 |
Объем видеопамяти является важным параметром видеоадаптера, оказывающим влияние не только на качество работы видеоподсистемы компьютера, но и на стоимость видеоадаптера. Поэтому, производители видеоадаптеров обычно выпускает целую линейку видеоадаптеров, различающихся объемом видеопамяти и рассчитанных на различные сегменты рынка. Наибольшее распространение получили видеоадаптеры с объемами видеопамяти 32, 64, 128 Мб, также известны видеоадаптеры с 256 Мб видеопамяти.
Необходимо учитывать, что, несмотря на то, что объем видеопамяти очень важный параметр, оценивать видеоадаптер только по этому показателю при современных технологиях воспроизведения графики некорректно.
Следующий компонент видеоадаптера – графический процессор, представляющий собой набор микросхем видеосистемы. Раньше этот набор состоял из нескольких микросхем, в настоящее время эти микросхемы объединены в одну – графический процессор. Именно на тип графического процессора следует обращать внимание, в первую очередь, при выборе видеоадаптера, поскольку в нем заложены потенциальные возможности видеоадаптера.
Развитие рынка графических процессоров неразрывно связано с развитием индустрии компьютерных игр: именно появление новых игровых программ с более реалистичной графикой, требующих все более мощных вычислительных средств, стимулирует приобретение новых графических адаптеров. Каждый современный графический процессор (ГП) имеет средства ускорения расчета трехмерной графики, но на деле востребованы они далеко не во всех ПК.
Одним из факторов динамичного развития ГП, несомненно, является бескомпромиссная конкуренция двух крупнейших изготовителей ГП – компаний ATI и NVIDIA.
В 2002 г. каждая компания представила третье поколение графических процессоров (R3xx и NV3x у ATI и NVIDIA соответственно), старшая модель в котором имела в индексе число 700 (RADEON 9700 и GeForce FX 5700), а средняя – 500 (9500 и 5500). Впоследствии появились процессоры семейства "три с половиной" (R35x и NV35). Старшие модели получили обозначения с числом 800 (RADEON 9800 и GeForce FX 5800), средние – 600 (9600 и 5600), а младшие – 200 (9200 и 5200). В 2004 г. обе компании разработали новые семейства графических процессоров – R4xx и NV4x. На рис. 3.6.1 показаны ГП четвертого поколения NVIDIA GeForce 6800 и ATI RADEON X800.
Рисунок 3.6.1.
Тема 3.7. Основные характеристики видеоадаптеров и технология SLI
В таб. 3.7.1 приводятся основные характеристики современных видеоадаптеров и графических процессоров.
Таблица 3.7.1. Характеристики современных видеоадаптеров
| Модель | RADEON X800 XT | RADEON X800 XT PE | RADEON X700 XT | RADEON X700 Pro | GeForce FX 6800 Ultra | GeForce FX 6800 GT | GeForce FX 6600 Ultra | GeForce FX 6200 Ultra |
| Условное название | R423 | R420 | R410 | R410 | NV40 | NV40 | NV43 | NV44 |
| Технологический процесс, мкм | 0,13 | 0,13 | 0,11 | 0,11 | 0,13 | 0,13 | 0,11 | 0,11 |
| Кол-во транзисторов, млн. | ||||||||
| Разрядность ядра, бит | ||||||||
| Разрядность шины памяти, бит | ||||||||
| Частота ядра, МГц | ||||||||
| Частота видео-ОЗУ, МГц | ||||||||
| Тип видео-ОЗУ | GDDR-3 | GDDR-3 | GDDR-3 | GDDR-3 | GDDR-3 | GDDR-3 | GDDR-3 | GDDR-1 |
| Пропускная способность шины памяти, Гбайт/с | 35,8 | 16,8 | 13,8 | 35,2 | ||||
| Кол-во пиксельных конвейеров | ||||||||
| Кол-во блоков текстурирования на конвейер | ||||||||
| Кол-во вершинных конвейеров | ||||||||
| DirectX | 9.0b | 9.0b | 9.0b | 9.0b | 9.0c | 9.0c | 9.0c | 9.0c |
| Интерфейс | PCI Express | AGP8X | PCI Express | PCI Express | AGP8X | AGP8X | PCI Express | PCI Express |
Наиболее революционным решением в развитии ГП последнего поколения является технология SLI (Scanline Interleaving, метод чересстрочного рендеринга), предложенная компанией NVIDIA, заключающаяся в параллельном использовании двух графических процессоров.
Подобный подход к увеличению производительности видеоподсистемы не является новым, поскольку впервые такую технологию предложила компания 3dfx в 1998 г., у которой графический адаптер Voodoo2 был оснащен двумя ГП. Для согласования данных и синхронизации контроллеры соединялись специальным кабелем. Каждый контроллер обрабатывал половину кадра – один окрашивал точки нечетных строк, второй четных. Однако вследствие некоторых сложностей фирма 3dfx прекратила самостоятельное существование и была поглощена компанией NVIDIA вместе с правами на уникальные технологии и командой разработчиков.
Вариант параллельного включения ГП, предложенный компанией NVIDIA, заметно отличается от реализованного некогда инженерами 3dfx. Во-первых, NVIDIA отказалась от использования двух микросхем на одной плате, каждый графический адаптер в SLI-связке оснащен только одним ГП. Во-вторых, изменен и сам подход к разделению нагрузки между платами: в отличие от конфигураций с Voodoo2, в которых нагрузка распределялась симметрично, в NV40 реализовано динамическое распределение нагрузки. При таком подходе кадр делится не чересстрочно, а на две сплошные части. Самое важное, что эти части могут содержать разное количество строк – в этом и заключается динамическое распределение нагрузки. Соотношение количества строк зависит от сложности, т. е. числа объектов в разных частях экрана: как правило, в компьютерных играх нижняя часть кадра насыщена деталями, в то время как верхняя, изображающая, например, небо, в основном однородна. Динамическое распределение нагрузки позволяет, с одной стороны, уравнять время, затрачиваемое каждым графическим адаптером на обработку своей части кадра, а с другой – минимизировать дублирование передаваемой адаптерам информации.
Графические адаптеры в SLI-конфигурации соединяются платой-перемычкой, надеваемой на специальные 26-контактные разъемы в верхней части платы. Именно название этой платы Scalable Link Interface (интерфейс масштабируемых соединений) и позволило компании NVIDIA сохранить известную пользователям аббревиатуру SLI.
На рис. 3.7.1 показан пример реализации технологии SLI и специальная перемычка, обеспечивающая физическое соединение между видеоадаптерами.
Рисунок 3.7.1.
Одна из важных частей ГП – RAMDAC (цифро-аналоговый преобразователь данных, хранящихся в памяти). Он выводит на экран содержимое кадрового буфера. Все современные ГП оснащаются 300–400-МГц RAMDAC и блоками TDMS для вывода сигнала на цифровые панели и позволяют выводить одновременно два независимых изображения на разные мониторы. От возможностей RAMDAC (частота, разрядность и т.д.) зависит качество получаемого изображения. В процессе работы видеоадаптера, сформированное для вывода на экран монитора изображение, хранящееся в кадровом буфере, последовательно считывается графическим контроллером и передается в RAMDAC. RAMDAC формирует аналоговый RGB-сигнал, который вместе с сигналами синхронизации передаётся на монитор.
Видеокарта помимо стандартного интерфейса подключения монитора содержит один или несколько разъемов для внутренних соединений. Один из них носит название Feature Connector и служит для предоставления внешним устройствам доступа к видеопамяти и изображению. К этому разъему может подключаться телеприемник, аппаратный декодер MPEG, устройство ввода изображения и т.п. На некоторых платах предусмотрены отдельные разъемы для подобных устройств