Технологии в приобретаемой видеокарте (расшифровка некоторых терминов, используемых при описании видеосистем персональных компьютеров).

Технологии в приобретаемой видеокарте (расшифровка некоторых терминов, используемых при описании видеосистем персональных компьютеров).

Современная видеокарта использующая интерфейс PCI Express (PCI-E) может быть сложнее и значительно дороже материнской платы, она представляет собой очень сложное устройство, но меньших размеров. При описании современных видеокарт и современных технологий применяемых в видеосистеме персональных компьютеров авторы часто используют технические термины не всегда понятные специалистам сервисных служб по ремонту и техническому обслуживанию. Обычно это не влияет на качество ремонта аппаратуры, но при замене видеокарт, при покупке конечно не будет лишним знание технологий, которые использованы в приобретаемой (обычно достаточно дорогой) видеокарте.

Шейдерный блок.
Технология эта сравнительно новая. Шейдер - это специальная программа, которая использует определенные программируемые регистры видеокарты для создания различных графических эффектов (регистры - это ячейки памяти). Всего различают два вида шейдеров: вершинные и пиксельные шейдеры.
Вершинные шейдеры

Вершинные шейдеры позволяют гибко управлять ядром T&L (от англ. Transformation and Lighting - Трансформация и Освещение), то есть дают разработчику широкие возможности по аппаратному ускорению обработки вершин полигонов (позволяют производить различные геометрические преобразования и вычисления). В наборе команд вершинных шейдеров присутствуют 127 инструкций. Что же реально можно получить с помощью вершинных шейдеров? Область их применения практически не ограничена (а если и ограничена, то только фантазией разработчика). С помощью этих шейдеров можно получить объемный реалистичный туман, всевозможные деформации объектов, плавный морфинг (это когда одно изображение "перетекает" в другое), эффект motion blur (размытие при движении, т.е. при очень быстром движении объекта, он начинает казаться нечетким, немного смазанным), практически неограниченное количество источников света, и многое другое.
Пиксельные шейдеры

Пиксельные шейдеры в свою очередь дают широкие возможности по обработке пикселей (экранных точек). Инструкций пиксельных шейдеров всего 8. Эти шейдеры позволяют программисту по шагам управлять процессом наложения текстур и вычисления цвета пикселей. Что это дает разработчику (и пользователям)? Что касается игр, то здесь использование шейдеров, как пиксельных, так и вершинных, возрастает все больше и больше. Во-первых, можно получить в играх (и не только) реальное освещение (ведь с помощью этих шейдеров возможно делать освещение определенных пикселей). Во-вторых, в арсенале разработчика появились микрополигоны, что позволяет создавать реалистичные эффекты взрыва, дождя, пыли, дыма, и т.п. В-третьих, шейдеры дают точные тени (теперь тени образуются даже от малейших неровностей поверхности). С помощью пиксельных шейдеров можно получить еще множество интересных эффектов, но главная суть пиксельных и вершинных шейдеров, я думаю, стала понятной - это добиться максимальной реалистичности. Кстати, в отличии от вершинных шейдеров, нет способа эмулировать пиксельные шейдеры программным путем.

Унифицированная архитектура

В основе унифицированной архитектуры взята концепция потоковой обработки данных, благодаря которой появилась возможность отправки данных на повторную обработку без ожидания завершения всех стадий конвейера. Также был добавлен новый вид шейдеров – геометрический, работающий с геометрией на уровне примитивов, а не вершин, что способствует разгрузке центрального процессора от лишней работы. Произошел отказ от разделения на пиксельные и вершинные процессоры – теперь они общие, получили новое название – потоковые процессоры (стрим-процессоры) и в любой момент могут быть перепрограммированы под конкретные нужды приложения.

Конвейер

В предпоследнем поколении видеокарт данные, полученные от центрального процессора, сперва обрабатываются конвейером (он также называется процессором, вершинным блоком): создаются вершины, над которыми производятся преобразования, дополненные вершинными шейдерами (программы, добавляющие некоторые эффекты объектам, например – мех, волосы, водная гладь, блеск и так далее).

Далее вершины собираются в примитивы – треугольники, линии, точки, после чего переходят в пиксельный блок.

Пиксельныйблок. Блок TMU – Texture Mapping Unit

Здесь определяются конечные пиксели, которые будут выведены на экран, и над ними проводятся операции освещения или затенения, текстурирования (этим занимается блок TMU – Texture Mapping Unit, который связан с пиксельным конвейером), присвоения цвета, добавляются эффекты от пиксельных шейдеров.

Количество конвейеров Чем больше конвейеров поддерживает видеокарта, тем, естественно, лучше. Кроме количества поддерживаемых конвейеров очень важно число текстурных блоков. Если взять, к примеру, две видеокарты с одним и тем же количеством конвейеров, но разным количеством текстурных блоков, то при наложении одной текстуры на объект разницы во времени мы не почувствуем вообще. Когда же придет пора мультитекстурирования, то видеокарта с меньшим числом текстурных блоков проиграет. Чтобы узнать, сколько текстур видеокарта сможет наложить на объект за один проход, необходимо количество конвейеров умножить на число текстурных блоков. Кстати, минимальное требование для DirectX9-совместимых ускорителей - это 16 текстур за один проход.

T&L(Transform&Lighting).
Трансформация и Освещение (так звучит название этой технологии на русском языке) - это процесс переноса информации о 3D мире (позиция объектов, дистанция между ними, источники света) в 2D изображение, которое в действительности и отображается на экране. С появлением аппаратной поддержки T&L увеличилась скорость игр, а также их качество (не только графика, но и искусственный интеллект и физика). Причем же здесь трансформация и освещение к, например, искусственному интеллекту? Дело в том, что создание объектов со сложной геометрией (а тем более, освещением) требует очень больших скоростей обработки данных. И всю эту работу приходилось делать процессору (при использовании программного T&L). И после того, как видеокарта начала сама "беспокоиться" о трансформации и освещении, довольно большая нагрузка спала с центрального процессора, тем самым, дав больше процессорного времени и мощности для других задач (ИИ, физические расчеты, и др.). Так что наличие аппаратной поддержки T&L играет очень важную роль (во всех новых ускорителях она есть).

T&L-конвейер

Сейчас значительно улучшен блок T&L. В первую очередь, возросла производительность: теперь акселератор способен на 3D-расчеты, эквивалентные по сложности 76 млрд. операций с плавающей точкой в секунду. Во-вторых, блок стал программируемым, и это мощный инструмент для разработчиков игровых приложений. И это очевидная «статья расходов» новых транзисторов - они обеспечивают логику и математику GPU нового поколения. Разумеется, T&L необходима большая пропускная способность шины, так как ее ширины постоянно не хватает. По заявлению Nvidia, все данные о геометрии полигонов хранятся в специальном буфере локальной видеопамяти. Благодаря конвейерам, оснащенным программируемым T&L-блоком, в NV20 введена поддержка 3D-текстур и, следовательно, воксельной графики. Технология 3D-текстур позволяет создавать более точные 3D-объекты, передавая специфику материалов, обрабатывать объемные среды (туман, взвесь частиц в луче света), а также создавать объекты с изменяющейся структурой - разрушающиеся стены, вмятины, трещины и тому подобное. Открывается интересная возможность поддержки сплайновых полигонов. Сплайновые криволинейные поверхности, это уже почти реальность.

Программируемый T&L-блок (nfiniteFX Engine).

Программируемый T&L-блок открывает технологию пиксельных и вершинных шейдеров, позволяя программистам регулировать процесс рендеринга, что дает практически бесконечные возможности по созданию новых эффектов. Ведь, если разобраться, в GeForce256, как и в GeForce2, не было настоящего геометрического процессора. Конечно, в GeForce256 и GeForce2 очень помогала возможность аппаратной трансформации и освещения полигонов, но это же и ограничивало программистов, которые не были больше способны управлять процессами рендеринга и наложения текстур. Теперь появился первый настоящий GPU.

Аппаратный T&L, и не какой-нибудь, а уже программируемый. Программируемый T&L-конвейер, помимо повышения скорости, дает известные преимущества. Аппаратная поддержка воксельной геометрии, 3D-текстур, сплайновых поверхностей. Множество фактов говорит о том, что чип способен создавать криволинейные полигоны, причем сложности высокого порядка. В чип введена поддержка уже привычной технологии сжатия текстур FXT1 (а также S3TC). Видеочипы все больше походят на процессоры. Это и полностью программируемые этапы рендеринга, и реализация нестандартных контроллеров памяти, и даже постоянное увеличение объема накристальной кэш-памяти.

Графический процессор

Ключевым компонентом любой современной видеокарты является графический процессор (или набор микросхем - графический чипсет), который занимается расчётами выводимой на экран информации и трёхмерных сцен. На данный момент разработкой графических процессоров занимаются в основном компании NVIDIA, продвигающая серию GeForce, и AMD, купившая канадскую компанию ATI с её линейкой Radeon. Программные драйверы, с помощью которых операционные системы и приложения управляют видеокартой, как правило, разрабатываются именно с учетом параметров конкретного набора микросхем.

Видеопамять

Для хранения изображений, текстур и другой необходимой информации на плате видеокарты установлены чипы памяти (GDDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4), соединённые с графическим процессором специальной шиной, ширина которой определяется в битах: 64, 128, 256, 320, 384, 512. Эффективные частоты могут достигать: 1000 МГц для GDDR и GDDR2, на картах с GDDR3 - 2200 МГц, а GDDR4 – более 2 ГГц.

DAC (Digital to Analog Converter)

Цифроаналоговый преобразователь, он же DAC (Digital to Analog Converter). Ранее используемый в качестве отдельной микросхемы, DAC зачастую встраивается в графический процессор новых наборов микросхем.

RAMDAC

Цифроаналоговый преобразователь видеокарты с собственной памятью с произвольным доступом (обычно называемый RAMDAC) преобразует генерируемые компьютером цифровые изображения в аналоговые сигналы, которые может отображать монитор.

Разъём Dual-LinkDVI-I

Современные ускорители обычно снабжены самыми современными видеовыходами, в том числе двумя интерфейсами Dual-Link DVI, поддерживающими вывод на два монитора с разрешением 2560х1600.

Присутствие двух разъёмов Dual-Link DVI, что позволяет работать с плоскопанельными дисплеями больших форматов с разрешением до 2560 x 1600 пикселей;

BIOS видеокарты

BIOS видеокарты (подобно системной BIOS персонального компьютера, хранится в микросхеме ROM) содержит основные команды (программы), которые предоставляют интерфейс между оборудованием видеоадаптера и программным обеспечением, информацию о видеоадаптере, экранные шрифты и т. д. Программа, которая обращается к функциям BIOS видеокарты, может быть автономным приложением, операционной системой или системной BIOS. Обращение к функциям BIOS позволяет вывести информацию о мониторе во время выполнения процедуры POST и начать загрузку системы до начала загрузки с диска любых других программных драйверов.

Видеодрайвер

Программный драйвер является одним из важнейших элементов видеосистемы, с его помощью осуществляется связь программного обеспечения с видеокартой. Видеодрайверы используются для поддержки процессора видеоадаптера. Несмотря на то, что видеокарты поставляются изготовителем вместе с драйверами, иногда используются драйверы, поставляемые вместе с набором микросхем системной логики. Желательноиспользовать драйверы, поставляемые производителем адаптера. Программные драйверы разрабатываются для взаимодействия непосредственно с API, а не с операционной системой и программным обеспечением (API - OpenGL и Direct 3D).

Fillrate.
Fillrate - это величина, которая указывает на скорость закраски треугольников. По большому счету это основной фактор, сдерживающий быстродействие 3D ускорителей. Fillrate указывается в двух видах - мегапикселей/секунду (MPix/s) и мегатекселей/секунду (MTexels/s, где тексель - это элемент текстуры, т.е. определенный пиксель в текстуре). Вывод здесь напрашивается один: чем больше эти два показателя, тем быстрее будет работать видеокарта.