Видеокарта (также называемая карточкой дисплея , видеокартой , адаптером дисплея или графическим адаптером ) представляет собой карту расширения, которая генерирует подачу выходных изображений на дисплей (например, монитор компьютера ). Часто они рекламируются как дискретные или выделенные графические карты, подчеркивая различие между ними и интегрированной графикой. В основе обоих — графический процессор (GPU), который является основной частью, которая выполняет фактические вычисления, но не следует путать как видеокарту в целом, хотя «графический процессор» часто используется для обозначения видеокарты
Большинство видеокарт не ограничиваются простым отображением. Их интегрированный графический процессор может выполнять дополнительную обработку, удаляя эту задачу из центрального процессора компьютера. Например, созданные Nvidia и AMD (ATi) карты отображают графический конвейер OpenGL и DirectX на аппаратном уровне. В более поздних 2010-х годах также была склонна использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач.
Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (платы расширения) и вставлена в слот расширения, универсальный или специализированный (AGP, PCI Express). Некоторые из них были сделаны с использованием специальных корпусов, которые подключены к компьютеру через док-станцию или кабель.
История
Стандарты, такие как MDA , CGA , HGC , Tandy , PGC , EGA , VGA , MCGA , 8514 или XGA, были введены с 1982 по 1990 год и поддерживаются различными производителями оборудования .
3dfx Interactive была одной из первых компаний, которые разработали графический процессор с 3D-ускорением (с серией Voodoo) и первым разработали графический набор микросхем, предназначенный для 3D, но без поддержки 2D (что поэтому требовало наличия 2D-карты для работы) В настоящее время большинство современных видеокарт построены либо с графическими чипами AMD, либо с Nvidia. До 2000 года 3dfx Interactive был также важным и часто новаторским производителем. Большинство видеокарт предлагают различные функции, такие как ускоренное рендеринг 3D- сцен и 2D-графики , декодирование MPEG-2 / MPEG-4, выход телевизора или возможность подключения нескольких мониторов ( мультимонитор ). Видеокарты также имеют возможности звуковой карты для вывода звука — вместе с видео для подключенных телевизоров или мониторов со встроенными динамиками.
Графические карты не были очень полезны для ранних компьютеров, поскольку у них не было возможности запускать графические игры или видео высокого разрешения, как это делают современные компьютеры. Ранние компьютеры имели очень мало вычислительной мощности с интегрированной интеграцией по сравнению с современными системами. Графические карты на этих более ранних системах работали при значительно более низком энергопотреблении, но при очень низкой производительности 2D. Часто вы могли бы видеть частоту обновления монитора по сравнению с современными мониторами с высокой частотой обновления, работающими от Nvidia и новых архитектур AMD.
В отрасли видеокарты иногда называются графическими надстройками , сокращенно AIB s, со словом «графика», как правило, опущены.
В качестве альтернативы использованию видеокарты видеооборудование может быть интегрировано в материнскую плату , CPU или систему на кристалле. Оба подхода можно назвать интегрированной графикой. Реализации на материнской плате иногда называют «бортовым видео». Почти все настольные компьютерные материнские платы со встроенной графикой позволяют отключить встроенный графический чип в BIOS и иметь слот PCI или PCI Express (PCI-E) для добавления высокопроизводительной видеокарты вместо интегрированной графики. Возможность отключить интегрированную графику иногда также позволяет продолжать использовать материнскую плату, на которой закончилось бортовое видео. Иногда и интегрированную графику, и отдельную графическую карту можно использовать одновременно для подачи отдельных дисплеев. Основные преимущества интегрированной графики включают стоимость, компактность, простоту и низкое потребление энергии. Недостаток производительности встроенной графики возникает из-за того, что графический процессор разделяет системные ресурсы с процессором. Специальная видеокарта имеет свою собственную оперативную память ( ОЗУ ), собственную систему охлаждения и специализированные регуляторы мощности со всеми компонентами, специально разработанными для обработки видеоизображений. Обновление до выделенных графических карт происходит из центрального процессора и системной ОЗУ, поэтому не только ускорить обработку графики, но и производительность компьютера может также улучшиться.
И AMD, и Intel представили процессоры и чипсеты материнских плат, которые поддерживают интеграцию GPU в тот же самый кристалл, что и процессор. AMD продает процессоры со встроенной графикой под торговой маркой Accelerated Processing Unit (APU), в то время как Intel продает аналогичную технологию под брендами Intel HD Graphics и Iris. С процессорами 8-го поколения Intel объявила о выпуске интегрированной графики Intel UHD для лучшей поддержки 4K дисплеев. Хотя они по-прежнему не соответствуют производительности дискретных решений, платформа Intel Graphics Graphics HD обеспечивает производительность, приближающуюся к дискретной графике среднего диапазона, а технология AMD APU была принята как игровыми консолями PlayStation 4, так и Xbox One.
Потребление мощности
По мере увеличения вычислительной мощности видеокарт спрос на электроэнергию также растет. Современные высокопроизводительные видеокарты, как правило, потребляют много энергии. Например, мощность теплового дизайна (TDP) для GeForce GTX TITAN составляет 250 Вт. В то время как производители процессоров и источников питания в последнее время продвигались к повышению эффективности, требования к мощности графических процессоров продолжают расти, поэтому видеокарты могут иметь наибольшее энергопотребление на компьютере. Хотя источники питания также увеличивают свою мощность, узкое место связано с соединением PCI-Express , которое ограничено подачей 75 Вт. Современные видеокарты с потребляемой мощностью более 75 Вт обычно включают в себя комбинацию шестиконтактных (75 Вт) или восьмиконтактных (150 Вт) разъемов, которые подключаются непосредственно к источнику питания. Обеспечение адекватного охлаждения становится проблемой на таких компьютерах. Компьютеры с несколькими видеокартами могут нуждаться в источниках питания в диапазоне 1000-1500 Вт. Извлечение тепла становится основным соображением для компьютеров с двумя или более высококачественными видеокартами.
Размер
Видеокарты для настольных компьютеров входят в один из двух профилей размера, что позволяет добавлять графическую карту даже на ПК небольшого размера. Некоторые видеокарты не имеют обычного размера и поэтому классифицируются как низкопрофильные. Профили видеокарты основаны только на ширине, причем низкопрофильные карты занимают меньше ширины слота PCIe. Длина и толщина могут сильно различаться, причем карты высокого класса обычно занимают два или три слота расширения, а также карты с двумя GPU, такие как Nvidia GeForce GTX 690, как правило, более 250 мм (10 дюймов). Как правило, большинство пользователей предпочтут карту с более низким профилем, если намерение состоит в том, чтобы соответствовать нескольким картам, или они сталкиваются с проблемами очистки с другими компонентами материнской платы, такими как слоты DIMM или PCIE. Это может быть исправлено с большим корпусом, который поставляется в размерах, таких как средняя башня и полная башня. Полные башни обычно подходят для больших материнских плат с размерами, такими как ATX и micro ATX. Чем больше корпус, тем больше материнская плата, тем больше видеокарты или несколько других компонентов, которые будут приобретать реальную недвижимость.
Масштабирование нескольких видеокарт
Некоторые видеокарты могут быть связаны друг с другом, чтобы позволить масштабирование обработки графики по нескольким картам. Это делается с использованием либо шины PCIe на материнской плате, либо, чаще всего, моста данных. Как правило, карты должны быть одной и той же модели для связи, и большинство карт с низкой мощностью не могут быть связаны таким образом. AMD и Nvidia имеют запатентованные методы масштабирования, CrossFireX для AMD и SLI для Nvidia. Карты от разных производителей чипсетов, архитектуры не могут использоваться вместе для масштабирования нескольких карт. Если графическая карта имеет разные размеры памяти, будет использоваться самое низкое значение, при этом игнорируются более высокие значения. В настоящее время масштабирование карт потребительского класса может осуществляться с использованием до четырех карт. Использование четырех карт требует большой материнской платы с надлежащей конфигурацией. Видеокарта Nvidia GeForce GTX 590 имеет возможность конфигурироваться в этой конфигурации с четырьмя картами. Как указано выше, пользователи захотят придерживаться одной и той же карты производительности для оптимального использования. Материнские платы ASUS Maximus 3 Extreme и Gigabyte GA EX58 Extreme сертифицированы для работы с этой конфигурацией. Для правильной работы вашей конфигурации 4-х карт рекомендуется использовать центральный процессор i7 с турбонаддувом, чтобы избежать пропускной способности узкого места. Для запуска карт в SLI или CrossFireX необходим сертифицированный большой источник питания. Требования к электропитанию должны быть известны до того, как будет установлен надлежащий источник питания. Для конфигурации с четырьмя картами требуется 1000-ваттный источник питания. Примерами являются AcBel PC8055-000G и Corsair AX1200. С помощью любой мощной видеокарты, такой как GTX 1060+ или 1080, можно игнорировать управление температурой. Для видеокарт требуется хорошо вентилируемое шасси и тепловое решение. Для всех видеокарт требуется водяное или воздушное охлаждение, при этом большие конфигурации нуждаются в водных растворах для достижения надлежащей производительности.
3D графика API
Графический драйвер обычно поддерживает одну или несколько карт одного и того же поставщика и должен быть специально написан для операционной системы. Кроме того, операционная система или дополнительный программный пакет могут предоставлять определенные программные API для приложений для выполнения 3D-рендеринга.
| Nvidia/AMD | Microsoft | Нет | Нет | Да | Да |
| Paid (MoltenVK) | Нет | Нет | Apple | Apple | Нет |
| Да | Нет | Нет | Нет | Да | Да |
| Да | Нет | Нет | Нет | Nvidia | Да |
| Paid (MoltenVK) | Нет | Нет | Apple | Нет | Apple |
| В развитии | Нет | Нет | Нет | Нет | Да |
| В развитии | Нет | Нет | Нет | Нет | Да |
| Нет | Да | Нет | Нет | Нет | Нет |
| Нет | Нет | Да | Нет | Нет | Нет |
| Да | Нет | Нет | Нет | Да | Да |
Использование специального графического процессора
Большинство графических процессоров разработаны с учетом конкретного использования:
1. Аркадные игры
2. Облачные игры
3. Hабочая станция
3. Облачная рабочая станция
4. Облачный искусственный интеллект
5. Беcпилотный автомобиль
Отрасли использования
По состоянию на 2016 год основными поставщиками графических процессоров (видеочипов или чипсетов), используемых в видеокартах, являются AMD и Nvidia. В третьем квартале 2013 года доля AMD составляла 35,5% рынка, а доля Nvidia составляла 64,5% рынка, согласно данным Jon Peddie Research. В экономике эта отраслевая структура называется дуополией. AMD и Nvidia также создают и продают видеокарты, которые называются графическими надстройками (AIB) в отрасли. Помимо маркетинга своих видеокарт AMD и Nvidia продают свои графические процессоры авторизованным поставщикам AIB, которые AMD и Nvidia называют «партнерами». Тот факт, что Nvidia и AMD конкурируют напрямую со своими клиентами / партнерами, усложняют отношения в отрасли. Примечателен и тот факт, что AMD и Intel являются прямыми конкурентами в индустрии процессоров, поскольку видеокарты на базе AMD могут использоваться на компьютерах с процессорами Intel. Переход Intel на APU может ослабить AMD, которая до сих пор получила значительную часть своего дохода от графических компонентов. По состоянию на второй квартал 2013 года было 52 поставщика AIB. Эти поставщики AIB могут продавать видеокарты под собственными брендами или создавать видеокарты для брендов частных марок или производить видеокарты для производителей компьютеров. Некоторые поставщики AIB, такие как MSI, создают как видеокарты на базе AMD, так и Nvidia. Другие, такие как EVGA, строят только видеокарты Nvidia, а XFX теперь строят только видеокарты на базе AMD. Некоторые поставщики AIB также являются поставщиками материнских плат. Крупнейшие поставщики AIB, основанные на глобальной розничной цене на графические карты, включают в себя тайваньский Palit Microsystems , партнер на базе ПК в Гонконге (который продает видеокарты на базе AMD под маркой Sapphire и видеокарты Nvidia под брендом Zotac ), Тайваньский компьютер-производитель Asustek Computer (Asus), тайваньская компания Micro-Star International (MSI), тайваньская компания Gigabyte Technology, Brea, Калифорния , США, компания EVGA (которая также продает компьютерные компоненты, такие как источники питания) и Онтарио, Калифорния, США, XFX. (Материнская корпорация XFX основана в Гонконге.)
Рынок
В 1999 году продажи видеокарты достигли в общей сложности 114 млн. Долл. США. В третьем квартале 2013 года они составили 14,5 млн. Единиц, что на 17% меньше, чем в третьем квартале 2012 года и 44 млн. В 2015 году. видеокарты имеют тенденцию к снижению из-за улучшений в интегрированных графических технологиях high-end, встроенная в CPU графика способна обеспечить производительность, конкурентоспособную с низкокачественными видеокартами. В то же время продажи видеокарты выросли в сегменте high-end, так как производители переключили свое внимание на приоритетность рынка игр и энтузиастов.
Помимо игровых и мультимедийных сегментов видеокарты все чаще используются для вычислений общего назначения , таких как большая обработка данных. Рост криптовалютности поставил чрезвычайно высокий спрос на высокопроизводительные видеокарты, особенно в больших количествах, из-за их преимуществ в процессе добычи. В январе 2018 года видеокарты среднего и высшего класса столкнулись с серьезным ростом цен, поскольку многие розничные торговцы испытывали нехватку запасов из-за значительного спроса на этом рынке.
Современная видеокарта состоит из печатной платы, на которой установлены компоненты. These include: К ним относятся:
— Графический процессор. Графический процессор ( GPU ), также иногда называемый визуальным процессором ( VPU ), представляет собой специализированную электронную схему, предназначенную для быстрого манипулирования и изменения памяти для ускорения построения изображений в буфере кадра, предназначенном для вывода на дисплей. Из-за большой степени программируемой вычислительной сложности для такой задачи современная видеокарта также является компьютером для себя.
— Теплоотвод. На большинстве современных видеокарт установлен радиатор. Теплоотвод распределяет тепло, производимое графическим процессором, равномерно по всему радиатору и самому блоку. В радиаторе обычно установлен вентилятор, чтобы охладить радиатор и блок обработки графики. Не у всех карт есть радиаторы, например, некоторые карты с жидкостным охлаждением и вместо этого имеют водяной блок. Кроме того, карты с 1980-х и начала 1990-х годов не выделяли много тепла и не нуждались в радиаторах. Для большинства современных видеокарт требуется надлежащее тепловое решение. Это может быть жидкий раствор или радиаторы с дополнительной подключенной тепловой трубой, обычно сделанной из меди для лучшей теплопередачи. Следует также отметить, что правильный случай, либо Mid-tower или Full-tower, либо какая-либо другая производная, должна быть правильно настроена для управления температурой. Это может быть достаточно места с надлежащим нажатием или противоположной конфигурацией, а также жидкостью с радиатором либо вместо установки вентилятора.
— Видео BIOS или прошивка содержит минимальную программу для первоначальной настройки и управления видеокартой. Он может содержать информацию о времени памяти, рабочих скоростях и напряжениях графического процессора, ОЗУ и других деталях, которые иногда могут быть изменены. Обычная причина для этого — разогнать видеокарту, чтобы ускорить скорость обработки видео, однако это может привести к необратимому повреждению карты с возможностью каскадного повреждения материнской платы. Современный Video BIOS не поддерживает все функции видеокарты, будучи достаточным для идентификации и инициализации карты для отображения одного из нескольких режимов буфера кадров или текстового отображения. Он не поддерживает YUV для перевода RGB, масштабирования видео, копирования пикселей, компоновки или любого из множества других 2D и 3D-характеристик видеокарты.
| DDR | 166–1500 | 8–96 |
| DDR2 | 2000–2500 | 128–230 |
| DDR3 | 2500–3500 | 160–224 |
| GDDR4 | 3000–4000 | 160–256 |
| GDDR5 | 1000–2000 | 288–336.5 |
| GDDR5X | 1000–1750 | 160–673 |
| HBM | 250–1000 | 512–1024 |
Объем памяти большинства современных видеокарт составляет от 1 ГБ до 12 ГБ. Поскольку видеопамять необходимо получить с помощью графического процессора и схемы отображения, часто используется специальная высокоскоростная или многопортовая память, такая как VRAM , WRAM, SGRAM и т. Д. Примерно в 2003 году видеопамять обычно основывалась на по технологии DDR . During and after that year, manufacturers moved towards DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 and GDDR5X . В течение и после этого года производители перешли на DDR2 , GDDR3 , GDDR4 , GDDR5 и GDDR5X . Эффективная тактовая частота памяти в современных картах обычно составляет от 1 ГГц до 10 ГГц.
Видеопамять может использоваться для хранения других данных, а также изображения на экране, например Z-буфера , который управляет координатами глубины в 3D-графике , текстурах , буферах вершин и скомпилированных шейдерных программах.
RAMDAC
RAMDAC или цифро-аналоговый преобразователь с произвольной записью преобразует цифровые сигналы в аналоговые сигналы для использования на компьютерном дисплее, который использует аналоговые входы, такие как дисплеи с электронно-лучевой трубкой (CRT). RAMDAC — это своего рода чип RAM, который регулирует работу видеокарты. В зависимости от количества используемых битов и скорости передачи данных RAMDAC, конвертер сможет поддерживать различные частоты обновления компьютера. При использовании дисплеев с ЭЛТ лучше работать более 75 Гц и никогда не ниже 60 Гц, чтобы минимизировать мерцание. (С ЖК-дисплеями мерцание не является проблемой. Из-за растущей популярности цифровых дисплеев компьютеров и интеграции RAMDAC на матрицу GPU она в основном исчезла как дискретный компонент. Все текущие LCD / плазменные мониторы и телевизоры и проекторы с только цифровыми соединениями работают в цифровом домене и не требуют RAMDAC для этих соединений. Существуют дисплеи, в которых есть только аналоговые входы ( VGA , компонентный, SCART и т. Д.). Для них требуется RAMDAC, но они снова преобразуют аналоговый сигнал в цифровой, прежде чем они смогут его отобразить, с неизбежной потерей качества, вытекающей из этого цифро-аналогового преобразования. С постепенным отказом от стандарта VGA в пользу цифровых, RAMDAC начинают исчезать с видеокарт.
Выходные интерфейсы
Наиболее распространенными системами соединения между видеокартой и компьютерным дисплеем являются:
— VGA
— DVI
— S-Video
— HDMI
— DiplayPort
Для подключения видеокарты к компьютеру сужат следующие интерфейсы:
Шина S-100 : разработанная в 1974 году как часть Altair 8800, это был первый в отрасли промышленный автобус для микрокомпьютерной индустрии.
ISA : Введенная в 1981 году IBM , она стала доминирующей на рынке в 1980-х годах. It was an 8- or 16-bit bus clocked at 8 MHz. Это была 8- или 16-разрядная шина с тактовой частотой 8 МГц.
NuBus : Используется в Macintosh II , это была 32-разрядная шина со средней пропускной способностью от 10 до 20 Мбайт / с.
MCA : В 1987 году IBM представила 32-битную шину с тактовой частотой 10 МГц.
EISA : выпущенный в 1988 году, чтобы конкурировать с MCA IBM, он был совместим с более ранней шиной ISA. It was a 32-bit bus clocked at 8.33 MHz. Это была 32-разрядная шина с тактовой частотой 8,33 МГц.
VLB : расширение ISA, это была 32-разрядная шина с тактовой частотой 33 МГц. Also referred to as VESA. Также упоминается как VESA.
PCI : с 1993 года заменены шины EISA, ISA, MCA и VESA. PCI allowed dynamic connectivity between devices, avoiding the manual adjustments required with jumpers . PCI допускает динамическую связь между устройствами, избегая ручных настроек, требуемых с помощью перемычек . It is a 32-bit bus clocked 33 MHz. Это 32-разрядная шина с тактовой частотой 33 МГц.
UPA : архитектура шины межсоединений, внедренная Sun Microsystems в 1995 году. Она имела 64-битную шину с тактовой частотой 67 или 83 МГц.
USB : Хотя в основном используется для разных устройств, таких как устройства и устройства для хранения данных , существуют USB-дисплеи и адаптеры отображения.
AGP : впервые используется в 1997 году, это специальная графическая шина. It is a 32-bit bus clocked at 66 MHz. Это 32-разрядная шина с частотой 66 МГц.
PCI-X : расширение шины PCI, оно было введено в 1998 году. Оно улучшает PCI, расширяя ширину шины до 64 бит и тактовую частоту до 133 МГц.
PCI Express : сокращенный PCIe, это точечный интерфейс, выпущенный в 2004 году. В 2006 году удвоил скорость передачи данных AGP. It should not be confused with PCI-X , an enhanced version of the original PCI specification. Его не следует путать с PCI-X , расширенной версией оригинальной спецификации PCI.
Таблица сравнения характеристик интерфесов подключения видеокарт.
| ISA XT | 8 | 4.77 | 8 | Параллельно |
| ISA AT | 16 | 8.33 | 16 | Параллельно |
| MCA | 32 | 10 | 20 | Параллельно |
| NUBUS | 32 | 10 | 10–40 | Параллельно |
| EISA | 32 | 8.33 | 32 | Параллельно |
| VESA | 32 | 40 | 160 | Параллельно |
| PCI | 32–64 | 33–100 | 132–800 | Параллельно |
| AGP 1x | 32 | 66 | 264 | Параллельно |
| AGP 2x | 32 | 66 | 528 | Параллельно |
| AGP 4x | 32 | 66 | 1000 | Параллельно |
| AGP 8x | 32 | 66 | 2000 | Параллельно |
| PCIe x1 | 1 | 2500 / 5000 | 250 / 500 | Последовательное |
| PCIe x4 | 1 × 4 | 2500 / 5000 | 1000 / 2000 | Последовательное |
| PCIe x8 | 1 × 8 | 2500 / 5000 | 2000 / 4000 | Последовательное |
| PCIe x16 | 1 × 16 | 2500 / 5000 | 4000 / 8000 | Последовательное |
| PCIe x1 2.0 | 1 | 500 / 1000 | Последовательное | |
| PCIe x4 2.0 | 1 x 4 | 2000 / 4000 | Последовательное | |
| PCIe x8 2.0 | 1 x 8 | 4000 / 8000 | Последовательное | |
| PCIe x16 2.0 | 1 × 16 | 5000 / 10000 | 8000 / 16000 | Последовательное |
| PCIe X1 3.0 | 1 | 1000 / 2000 | Последовательное | |
| PCIe X4 3.0 | 1 x 4 | 4000 / 8000 | Последовательное | |
| PCIe X8 3.0 | 1 x 8 | 8000 / 16000 | Последовательное | |
| PCIe X16 3.0 | 1 x 16 | 16000 / 32000 | Последовательное |