Устройство и основные характеристики
видеокарты компьютера
Из статьи читатель узнает об устройстве и основных характеристиках видеокарты, которые нужно учитывать при ее выборе и приобретении.
Видеокарта (видеоадаптер, графическая плата, графический адаптер, графическая карта, GPU, Graphics Processing Unit) – важная и очень сложная составная часть компьютера. Можно сказать, что она является своего рода отдельным специализированным компьютером, состоящим из собственного процессора, оперативной памяти и прочих компонентов, по своей структуре и организации взаимодействия между собой приспособленных для максимально эффективного решения одной задачи – обработки графических данных.
Основными разработчиками видеокарт (графических чипов) являются американские компании Nvidia, AMD и Intel. Ну а выпускать карты этих разработчиков могут разные производители (ASUS, MSI, Gigabyte, Inno3D, Palit и др.), привнося в каждую конкретную модель некоторые изменения. В частности, они могут немного изменять частоту графического процессора и памяти, использовать разные по качеству микросхемы памяти, дроссели, конденсаторы и другие компоненты, делать разные по эффективности системы питания, охлаждения и т.д. Обо всем этом речь пойдет чуть ниже.
Существует два типа видеокарт: игровые и профессиональные. Игровые видеокарты от Nvidia выпускаются под брендом GeForce, профессиональные – Quadro. Игровые карты от AMD называются Radeon, профессиональные – FirePro.
Игровые видеокарты являются более универсальными устройствами. Как правило, они хорошо справляются как с играми, так и с другими задачами. Профессиональные же карты, даже те, которые хорошо показывают себя в трёхмерном моделировании и проектировании, в играх могут выглядеть заметно хуже игровых аналогов. Главный плюс профессиональных карт – специальные драйверы и улучшенная поддержка специализированного программного обеспечения.
Не трудно догадаться, что для домашнего использования лучшим вариантом будет игровая видеокарта.
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.
Устройство видеокарты и как ее выбрать
При выборе видеокарты обращать внимание необходимо на характеристики следующих ее компонентов:
• Графический процессор (графическое ядро, GPU) – это процессор, занимающийся расчётами и формированием графической информации. Он является основой видеокарты и по своей сложности не уступает центральному процессору компьютера.
Как и в случае с центральным процессором, быстродействие графического процессора определяется его частотой, а также качеством и количеством вычислительных блоков, которые он содержит (шейдерные блоки, TMU, ROP и др.). Но подробно вникать в этот вопрос особого смысла нет. Сравнивать карты по упомянутым характеристикам целесообразно, если они принадлежат к одной линейке (архитектуре). Более новая карта может оказаться значительно быстрее старой, даже если частота или количество блоков у последней будут выше.
Правильно оценить быстродействие видеокарты возможно лишь по ее результатам в различных бэнчмарках и игровых приложениях. Общий рейтинг быстродействия видеокарт можно посмотреть здесь. На нашем сайте есть также страница сравнения видеокарт, позволяющая быстро определить лидера среди нескольких приглянувшихся моделей.
Кроме общего уровня быстродействия, важными моментами при оценке графического процессора видеокарты являются поддерживаемая им версия DirectX и наличие аппаратной поддержки трассировки лучей (Ray Tracing).
DirectX – это набор функций, разработанных для быстрого решения задач, связанных с игровым и видеопрограммированием под ОС Microsoft Windows. Он широко используется разработчиками компьютерных игр и программного обеспечения. Если видеокарта компьютера поддерживает, например, только DirectX 11, то все видеоигры, разработанные с использованием DirectX 12, играть на нем будет невозможно.
Могут также возникнуть сложности с установкой на компьютер программного обеспечения. В частности, одним из требований для установки Windows 11 является поддержка видеокартой компьютера DirectX 12.
Трассировка лучей (англ. Ray Tracing) — относительно новая технология отрисовки трехмерной графики, позволяющая симулировать физическое поведение света и значительно повышающая реалистичность компьютерных игр. При выборе видеокарты для игрового компьютера желательно, чтобы ее графический процессор на аппаратном уровне поддерживал трассировку лучей. То есть, он должен включать в себя специальные RT-ядра. Это позволит наслаждаться более красивой графикой в играх, поддерживающих упомянутую технологию. Подробнее о трассировке лучей можно узнать здесь.
• Видеопамять (VRAM, Video Random Access Memory) – это встроенная в дискретную видеокарту быстрая память, выполняющая роль буфера, в который временно помещаются данные, обрабатываемые графическим ядром.
В случае с видеочипом, интегрированным в центральный профессор, в качестве VRAM используется часть оперативной памяти компьютера, что не лучшим образом сказывается на его быстродействии.
Главными характеристиками памяти видеокарты являются ее объем и пропускная способность (простым языком — сколько данных в ней могут одновременно находиться и как быстро к ним можно получить доступ).
При подборе объема памяти видеокарты нужно ориентироваться по разрешению монитора компьютера. Если оно не превышает Full HD (1920х1080), достаточно 4–6 GB видеопамяти. Для 2K-мониторов (2560х1440) нужно уже 6–8 GB. Ну а для 4K (3840×2160) – 8 GB и больше. Эти рекомендации касаются только игрового использования. Для офисных приложений, просмотра фото, видео, страниц Интернета и других несложных задач подойдет видеокарта с любым объемом VRAM, даже если разрешение монитора будет 4K. Нужно также учитывать, что актуальны эти цифры сейчас (2022 год), но со временем, когда игры станут более требовательными к «железу», памяти нужно будет больше.
Пропускная способность видеопамяти – это скорость доступа к находящимся в ней данным. Измеряется она в GB/s и чем этот показатель выше, тем лучше.
Пропускная способность в свою очередь определяется несколькими факторами:
• тип памяти (DDR3, GDDR5, GDDR6 и др. (чем новее тип, тем на более высоких частотах способна работать память);
• частота памяти (количество тактовых колебаний за единицу времени);
• ширина шины памяти (количество данных, передаваемых за каждое колебание).
По большому счету, на тип, частоту и ширину шины можно вообще не смотреть. Они могут быть самыми разными. Главное, чтобы пропускная способность в итоге была высокой. Но для лучшего понимания все же приведу пример.
Допустим, некая видеопамять, имея ширину шины 256 бит, работает на частоте 14000 МГц. Это значит, что за 1 секунду она совершает 14 миллиардов колебаний, передавая за каждый такт 256 бит информации (14000000000х256=3584000000000 бит/с или 417 GB/s). Другая память, работает на частоте 18000 МГц, но при этом имеет шину 192 бит (18000000000х192=3456000000000 бит/с или 402 GB/s). Как видно в примере, память со значительно большей частотой является менее продуктивной в связи с более узкой шиной. Это, конечно, теоретический пример, но он демонстрирует реальное положение вещей.
Нужно также учитывать, что во многих видеокартах от AMD (например, в картах серии Radeon 6000) используется так называемый Infinity Cache. Это своеобразный сверхбыстрый запоминающий буфер, встроенный в графический процессор. Он служит для сглаживания проблем, связанных с узкой шиной видеопамяти, и значительно повышает эффективность использования VRAM, даже если ее пропускная способность не очень высокая.
• Качество VRM видеокарты.
Требования графического процессора и видеопамяти к электропитанию весьма высокие. Им нужен постоянный ток большой мощности (до 400 Ватт у топовых моделей) при низком напряжении (~1,35 Вольт). Не сложно посчитать, что сила тока при этом составляет внушительные 296 Ампер. Для беспроблемной передачи такого тока даже на относительно небольшое расстояние потребовались бы очень толстые провода. Допустим, для передачи на 1 метр будут нужны медные провода толщиной около 1,5 см., а также контактные клеммы как у сварочного аппарата. В противном случае все это будет сильно греться и плавиться.
Поэтому на видеокарту подается питание 12 Вольт (при мощности 400 Ватт это чуть больше 30 Ампер), которое превращается в требуемое напряжение уже на самой ее плате в непосредственной близости от графического процессора и видеопамяти. За это превращение отвечает импульсный понижающий преобразователь, который чаще называют VRM.
От качества исполнения VRM зависит долговечность видеокарты и стабильность ее работы под нагрузкой. На специализированных сайтах в описании каждой конкретной модели можно найти информацию о количестве силовых фаз VRM, предназначенных для питания GPU и памяти (чем их больше, тем лучше). Представление о этих цифрах можно также получить при визуальном осмотре платы видеокарты, однако, придется снять радиатор системы охлаждения. Выглядит VRM примерно так (участки с VRM я «подсветил» желтым).
Каждая фаза состоит из двух транзисторов, дросселя и конденсатора. Те прямоугольные штуки с надписью «R15» на фото — это дроссели. Их количество равно количеству силовых фаз VRM.
На изображении выше плата видеокарты Nvidia Geforce RTX 3090, модель Gigabyte Eagle. Можно посчитать, что ее VRM включает 18 силовых фаз. В то же время, на рынке присутствуют модели Geforce RTX 3090, VRM которых состоят из заметно большего количества фаз (до 26). Понятное дело, они будут надежнее и долговечнее этой, смогут работать на более высоких частотах (то есть, будут немного быстрее). Но многое зависит не только от количества фаз VRM. Значение имеет также качество используемых дросселей, конденсаторов и транзисторов.
В общем, оценить VRM конкретной модели видеокарты – та еще задача. В этом вопросе можно полагаться лишь на независимые обзоры блогеров и отзывы людей, которые ее приобрели. Но интересоваться этим моментом однозначно нужно. Особенно, если речь идет о видеокарте с потреблением больше 200W.
• Требования к блоку питания.
При покупке видеокарты нужно убедиться, что блок питания компьютера отвечает ее требованиям. Топовые видеокарты могут требовать от блока мощности до 850W. Если БП недостаточно мощный, под нагрузкой (в игровых или других приложениях, активно использующих видеокарту) компьютер будет «зависать» или же он перестанет включаться вообще. И это не самое худшее, что может произойти. Слишком «слабый» блок питания может «сгореть», попутно утащив с собой в небытие видеокарту или что-то еще.
Необходимо также убедиться, что у блока питания есть необходимые коннекторы, которыми его можно подключить к видеокарте (у разных моделей видеокарт разные разъемы питания).
У некоторых видеокарт вообще отсутствует коннектор для подключения блока питания. Это один из косвенных признаков невысокой производительности. Такие карты питаются через шину PCIE материнской платы, к которой они подключаются. Максимальная мощность, обеспечивающаяся при этом, не может превышать 75W. Для «офисной» карты этого достаточно, для игровой – нет.
• Система охлаждения – часть видеокарты, отвечающая за отвод и рассеивание тепла от основных ее компонентов с целью обеспечения нормального температурного режима их работы (процессор, памяти, VRM и др.). Чем мощнее видеокарта, тем в более эффективной системе охлаждения она нуждается. Если у видеокарты плохое охлаждение, она будет перегреваться и «тротлить», то есть, самостоятельно снижать свое быстродействие чтобы снизить нагрев. Ее кулеры (вентиляторы) будут постоянно раскручиваться до максимума, доставляя акустический дискомфорт. Кроме того, карта, которая регулярно перегревается, долго не прослужит.
Оценить систему охлаждения карты можно не только по отзывам и обзорам в Интернете, но и визуально. Добротная система охлаждения состоит из большого радиатора (или нескольких), через который проходят теплопроводные трубки, а также одного или нескольких куллеров. Существуют также модели видеокарт с жидкостным охлаждением.
О вопросе стоимости
При выборе видеокарты нужно учитывать, что ее быстродействие и стабильность работы зависят от всех упомянутых выше компонентов в комплексе. Но чем это все мощнее и качественнее, тем карта дороже.
При выборе видеокарты важно не переплачивать за ненужные возможности и избыточную производительность. Так, если частота вашего монитора составляет обычные 60 Гц, вы не почувствуете разницы между среднебюджетной графической картой, выдающей 60 FPS в определенной игре, и дорогущим «монстром», показывающим в той же игре 150 FPS и стоящим в 5 раз дороже. Если же частота монитора 144 Гц, разница будет заметна. Однако стоит ли за нее столько платить?
В большинстве случаев оптимальным вариантом будет приобретение карты из «золотой середины», обеспечивающей комфортное быстродействие с небольшим запасом. Компьютерная техника развивается огромными темпами. Сегодняшние топовые видеокарты через 1-1,5 года по быстродействию будут соответствовать «середнячкам» из новых линеек, у которых ценник будет ниже в разы. Разумнее вместо этого чаще менять видеокарту на новую.
ПОДЕЛИТЬСЯ:
НАПИСАТЬ АВТОРУ
Источник https://www.chaynikam.info/stat_gpu.html