Устройство видеокарты

Что такое видеокарта компьютера?

Любой геймер знает значимость видеокарты не по наслышке. Ведь очень трудно добиться стабильной работы от одной из игровых новинок на старой графической плате. Негеймеры же могли слышать это слово. Но что такое видеокарта, что делает видеокарта в их компьютере, а также, что из себя представляет устройство видеокарты знают далеко не все. При этом есть желание разобраться со скопившимися вопросами, познакомиться с тем чем является графический адаптер, какие они бывают, все выяснить об их задачах и характеристиках. Ну что же – давайте разбираться!

Графический процессор (GPU)

GPU (графический процессор) – является «сердцем» видеокарты, который отвечает за математические расчеты изображения, выводящегося на экран. Иными словами – обработка графики. GPU по своим свойствам похож на центральный процессор (CPU) компьютера, однако предназначен для построения изображения.

Частота

Одна из важнейших характеристик графического процессора – тактовая частота. С ней всё просто. Она измеряется в мегагерцах и чем выше его показатель, тем быстрее идет обработка информации. Частота современных видеокарт достигает отметки в 1000-1400 Мгц.

Техпроцесс

Важным показателем является техпроцесс, это один из первых пунктов среди характеристик видеоадаптеров. Измеряется в нанометрах.

Грубо говоря, основной движущей силой являются транзисторы. Если взять современные видеокарты, то можно заметить, что показатель нанометров все меньше и меньше с каждым поколением видеочипов. Все это обусловлено тем, что чем меньше размер транзисторов, тем больше их можно разместить на одном видеочипе.

С уменьшением размера транзисторов, в целом у видеокарт уменьшается также:

• Энергопотребление;
• Тепловыделение (TDP);

Производительность при этом увеличивается, так как на одной площади можно разместить больше вычислительной мощности.

Чем меньше техпроцесс, тем лучше.

История появления графических процессоров

Пожалуй, это был один из самых сложных и тернистых путей компьютерного прогресса, и начинался он, как могли подумать многие, не с вывода примитивной 2D или 3D графики, а с вывода самого простого текста на монохромный экран монитора.

Стоит обозначить, что мы не будет разбирать всю хронологию графических адаптеров, а обозначим только самые значимые и переломные моменты истории.

Итак, давайте начнём по порядку.

Самым первым графическим адаптером стал MDA (Monochrome Display Adapter), разработанный в 1981 году. MDA был основан на чипе Motorola 6845 и оснащен 4 КБ видеопамяти. Он работал только в текстовом режиме с разрешением 80×25 символов и поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчёркнутый и мигающий. Никакой цветовой или графической информации он передавать не мог, и то, какого цвета будут буквы, определялось моделью используемого монитора.

Однако настоящим прародителем современных видеокарт принято считать CGA (Color Graphics Adapter), выпущенный компанией IBM в 1981 году. CGA мог работать как в текстовом режиме с разрешениями 80×25, так и в графическом с разрешениями до 640×200 точек и с возможностью отрисовки 16 цветов.

С момента появления первого цветного графического адаптера CGA в 1981 и вплоть до 1991 никаких революционных инноваций не происходило от слова «совсем». В основном разработчики и конструкторы аппаратных плат представляли небольшое увеличение разрешения, цветности изображения и т. д.

И только в 1991 году появилось такое понятие, как SVGA (Super VGA) — расширение VGA с добавлением новых режимов и дополнительного сервиса, например, возможности поставить произвольную частоту кадров. Число одновременно отображаемых цветов увеличивается до 65 536 (High Color, 16 бит) и 16 777 216 (True Color, 24 бита), появляются дополнительные как текстовые, так и визуальные режимы отображения информации. SVGA является фактическим стандартом видеоадаптеров где-то с середины 1992 года, после принятия ассоциацией VESA стандарта VBE (VESA BIOS Extention — расширение BIOS стандарта VESA) версии 1.0. До того момента практически все видеоадаптеры SVGA были несовместимы между собой.

Ну что, не устали еще? Если нет, предлагаю продолжить и перейти к разбору того, что из себя представляют интегрированные и дискретные видеокарты.

Классы видеокарт

Все GPU можно поделить на сверхбюджетные, бюджетные, среднебюджетные, высокобюджетные и премиальные.

Сверхбюджетные: Nvidia GeForce GT 1030 и AMD Radeon RX 550. Это модели для тех, кто не играет (или практически не играет) в видеоигры и использует процессор без встроенного графического чипа.

Бюджетные: Nvidia GeForce GTX 1650 Super, GTX 1650, AMD Radeon RX 5500 XT, Nvidia GTX 1060, GTX 1050 Ti, GTX 1050, AMD RX 590, RX 580, RX 570 и RX 560. Эти модели в целом подойдут для игр в разрешении 1080p с не слишком высокими настройками графики.

Среднебюджетные: Nvidia GeForce RTX 2060, GTX 1660 Ti, GTX 1660 Super, GTX 1660, AMD Radeon RX 5700, RX 5600 XT, Nvidia GTX 1070 Ti, GTX 1070 и AMD RX Vega 56. Они хорошо подойдут для 1080p (иногда и для 1440p), а также могут без проблем работать с VR-шлемами.

Высокобюджетные: Nvidia GeForce RTX 3070, RTX 3060 Ti, RTX 3060, RTX 2070 Super, RTX 2070, RTX 2060 Super, AMD Radeon RX 6800, RX 5700 XT, Nvidia GTX 1080 Ti, GTX 1080, AMD Radeon VII и RX Vega 64. Отлично подходят для 1080p с высокой разверткой и 1440p, еще лучше работают с топовыми VR-шлемами.

Премиальные: Nvidia GeForce RTX 3090, RTX 3080, RTX 2080 Ti, RTX 2080 Super, Titan RTX, AMD Radeon RX 6900 XT, RX 6800 XT, Nvidia Titan V и Titan Xp. Такие видеокарты подойдут владельцам 4K-мониторов.

Дискретная и интегрированная видеокарты

Полноценная видеокарта, представляющая собой самостоятельное устройство, называется дискретной. У нее отдельный графический процессор, собственная видеопамять, отдельные цепи питания, охлаждение и т.д. Все это расположено на отдельной плате, присоединяемой к материнской плате компьютера (в разъем PCI-E).

Как известно, «сердцем» любого компьютера является его центральный процессор. Многие процессоры, кроме вычислительных ядер, имеют в своем составе графический чип, способный выполнять функции видеокарты. И если в компьютере отдельной видеокарты нет, а за обработку и вывод на монитор графики отвечает встроенный в процессор видеочип, говорят, что у компьютера встроенная (интегрированная) видеокарта. Когда-то графические чипы встраивались не в процессор, а в материнскую плату, но это было очень давно и сейчас такие компьютеры уже не встречаются.

Интегрированная видеокарта позволяет сэкономить на приобретении дискретной карты. Возможностей встроенного в процессор графического чипа достаточно для выполнения офисных задач, просмотра и базовой обработки фото и видео, просмотра страниц Интернета, и даже развлечений в виде простых видеоигр. Некоторые интегрированные видеочипы сопоставимы по быстродействию с дискретными видеокартами начального уровня. Но геймерам и людям, работающим с графикой, хорошая дискретная видеокарта необходима по следующей причине.

Обработка и формирование различных графических данных, отображаемых на мониторе компьютера — очень сложная задача. В компьютерных играх этот процесс требует огромного количества точных расчетов: создание вершин, их собирание в примитивы (треугольники, линии, точки и т.д.), создание пиксельных блоков, операции освещения, затенения, текстурирования, присвоения цвета и т.д. Поскольку картинка в игре постоянно изменяется, все расчеты должны происходить на очень высокой скорости, чтобы обеспечить формирование достаточного количества кадров, выводимых за единицу времени.

Для человека комфортным является уровень не ниже 24 кадров в секунду (FPS, Frames Per Second). В компьютерных играх со сложной графикой встроенная видеокарта не способна обеспечить такой уровень быстродействия. Если FPS опускается ниже 24, человек замечает «торможение». Обычно, когда пользователь говорит, что его видеокарта «не тянет» какую-то игру, имеется ввиду именно ее неспособность вывести достаточное количество кадров в секунду.

Поскольку скорость обработки графики зависит не только от мощности видеокарты, но и от сложности обрабатываемой графики, остроту проблемы можно снизить, опустив до минимума качество графики в настройках игры. Но удовольствие от игрового процесса будет уже не то.

То же самое касается и профессиональной работы с графикой. Создание сцены, которая у дискретной видеокарты займет несколько минут, в случае с интегрированной графикой может затянуться на несколько часов или вообще закончиться ничем. Если проектирование, 3D-рендеринг и анимация является вашей работой, без хорошей дискретной видеокарты много заработать вряд ли получится.

Интегрированные системы

Кроме дискретных адаптеров, в настольных ПК можно встретить интегрированные GPU. Как следует из названия, эта карта несъемная и запаивается в схему на заводе. Видеоадаптеры такого типа нашли свое место в смартфонах, планшетах, ультрабуках и других устройствах, где недопустимо использование активного охлаждения. Интегрированные видеокарты встроены несколькими способами:

1. В материнскую плату в виде отдельного чипа. Такой тип устарел и в данный момент практически не используется в домашнем оборудовании.
2. В кристалл центрального процессора (APU). Довольно популярный в последние годы вид видеокарт, использующийся на многих ноутбуках и бюджетных ПК.

В случае использования APU, есть возможность замены поврежденного графического ядра вместе с процессором, но такие ситуации практически не встречаются.

Предназначение

Для чего нужна видеокарта? Пожалуй, это ключевой вопрос, на который следует ответить в первую очередь. В зависимости от типа компьютера, комплектующие в него подбираются по соответствующим параметрам. Нет никакого смысла ставить топовую модель в офисный компьютер. И, наоборот, дешевый экземпляр в ПК, на который потрачено немало денег

С офисными задачами справится абсолютно любая видеокарта. Ведь её главная задача лишь в отрисовке интерфейса операционной системы. С игровыми ПК всё несколько сложнее. Иногда нужно немного подкопить, чтобы урвать лакомый кусочек. А иногда можно сэкономить, ведь часто незначительный прирост производительности не стоит потраченных денег.

Тактовые частоты

На производительность видеокарты влияют два параметра: тактовая частота графического процессора и тактовая частота видеопамяти. Чем они выше, тем больше у вас FPS в играх. И при выборе видеокарты следует уделять особое внимание этим характеристикам.

Современные процессоры состоят из множества транзисторов, которые располагаются на основе из кремния. Размер этих транзисторов очень маленький и измеряется в нанометрах (в одном миллиметре — 1 000 000 нанометров). Чем меньше размер транзистора, тем больше их поместится на той же площади. А чем больше транзисторов, тем выше производительность процессора и меньше его энергопотребление.

Технологическим процессом называется разрешающая способность оборудования по созданию процессоров и измеряется в нанометрах. На сегодняшний момент графические процессоры для видеокарт создаются на 16-ти, 14-ти и 12-нм техпроцессе.

Современные видеокарты на 12-нм техпроцессе более производительны, чем видеокарты предыдущего поколения на 14-нм техпроцессе.

Производители

Основными производителями видеокарт на рынке считаются AMD и NVIDIA.

Кто-то отдает предпочтение первому производителю. А кто-то второму потому, что каждый из производителей имеет и плюсы, и минусы. Поэтому всегда стоит смотреть на то, какая именно видеокарта вам нужна. Превыше всего на ее характеристики, цену и производительность. К счастью видеокарты как от AMD, так и от NVIDIA имеются в каждой ценовой категории, с определенным набором характеристик.

Обе компании стремительно развиваются, а выпускаемая продукция с каждым годом становится все лучше.

Таким образом, мы видим, что существует несколько видов видеокарт и имеются различные производители.

Видеокарта – важнейший компонент компьютера и играет в нем особую роль.

Без нее работа на компьютере или ноутбуке была бы невозможной. Безусловно потому что видеокарта делает немыслимое! Подобно магии, из цифр и битов, она выводит на экран фильмы, документы, компьютерную графику в играх.

Видеокарта, буквально, делает все из ничего. Поэтому к ее выбору стоит подходить ответственно и с умом.