Bilgisayarı açtığımızda logo beliriyor Windows yüklü bir oyuna başlayana kadar ışıklar, gölgeler ve dokular, her şey aynı parçadan geçer: Grafik kartıBu bileşen işlemciye entegre edilebildiği gibi özel bir form faktöründe de gelebiliyor ve misyonu verileri akıcılık, hassasiyet ve son yıllarda yapay zeka dokunuşuyla görüntülere dönüştürmek.
Bu gezide, büyüteçle inceliyoruz, Ekran kartlarının "VGA'dan GPU'ya" evrimi, ilk monokrom adaptörlerden gerçek zamanlı ışın izleme teknolojisine geçiş ve tüm bunların Windows ve diğer platformlardaki deneyimi nasıl etkilediği oyunWindows'ta iki tıklamayla tarihçeye, temel teknolojilere, API'lere, üreticilere, veri yollarına, belleğe, satın alma tavsiyelerine ve hatta grafik kartınızı nasıl kontrol edeceğinize bakacağız. dxdiag.
Ekran kartı nedir ve CPU ile nasıl çalışır?
Bir grafik kartı (veya daha kesin anlamıyla GPU), aşağıdaki konularda uzmanlaşmış bir işlemcidir: kayan nokta işlemleriPikselleri şekillendiren binlerce hesaplamayı paralel olarak çalıştırmak üzere tasarlanmıştır. Entegre sürüm, işlemci (iGPU/APU) ise anakart üzerine PCI Express aracılığıyla yerleştirilen ve kendi belleğine sahip olan özel bir GPU'dur. VRAM, güç ve soğutma.
Windows PC ve oyunlarda tipik akış şu şekildedir: işlemci geometriyi (köşeleri), düzenleri ve fiziği hazırlar; GPU sahneyi düzenler (mekansal düzenleme ve kırpma) ve ardından yürütür piksel/parça gölgelendiricileri Renk, malzeme, efekt ve son işlem sağlayan. Sinyal daha sonra VGA, DVI, HDMI, USB-C veya DisplayPort aracılığıyla monitöre aktarılır ve monitör tarafından belirli bir yenileme hızında görüntülenir (50/60/120/144Hz...).
Özel olanlar genellikle entegre olanlardan çok daha güçlüdür, bu nedenle düzenleme için oyun Günümüzde yapay zeka, hızlı VRAM ve yüksek bant genişliğine sahip modellere öncelik veriyor. Oyun dizüstü bilgisayarlarında ise Max-Q çipleri, masaüstü performansını daha da yakınlaştırmak için güç ve sıcaklığı optimize ediyor. daha az watt.
MDA ve CGA'dan HGC, EGA, VGA ve SVGA'ya: temeller
PC'de başlangıç noktası 80'li yılların başında IBM adaptörleri oldu. MDA (Monokrom Ekran Bağdaştırıcısı) yalnızca alfanümerik metinleri (80x25) 4 KB bellek ve monokrom monitörlerle görüntüledi. Denetleyici ASCII değerlerini okudu, karakter üreteci bir raster dizisi işaretle ve monitör bunu yaklaşık 50 Hz'de geri oynattı.
1981 yılında ilk renkli grafikler ortaya çıktı CGA (Renkli Grafik Adaptörü), PC'lerde RGB dünyasının kapılarını araladı: 16 renge kadar (8'i iki yoğunlukta) ve 320x200 (4 renk) veya 640x200 (2 renk) gibi çözünürlükler. Mükemmel olmasa da, renkleri ülke haritasına yerleştirdi.
Buna paralel olarak 1982 yılında Hercules Grafik Kartı (HGC): Monokrom, evet, ancak 720x348 çözünürlüğe ve 64 KB belleğe sahipti. Keskin metinlere (14x9 matris) ve zamanına göre dikkat çekici bir grafik moduna olanak tanıyordu.
Bir sonraki adım şuydu: EGA IBM'den (Gelişmiş Grafik Bağdaştırıcısı), MDA ve CGA ile uyumlu, 256 KB bellek ve 64 renkten oluşan bir paletten seçilen 640x350'de 16 renk. Ayrıca, ekran değişimlerini akıcı hale getirerek can sıkıcı görüntüyü azaltıyor. titreme CGA'nın tipik özelliği.
1987 yılında sektör, VGA (Video Grafik Dizisi): Grafik modunda 640×480, metin modunda 720×350, 262.144'lük bir paletten seçilen 256 renk ve büyük fark: sinyal analog monitöre. Bu yüzden VGA'lar ünlü RAMDAC (dijital-analog dönüştürücü bellek) daha sonraki modellerde 450 MHz'e kadar çalışıyordu. VGA ayrıca 800x600, 1024x768 ve 50/60/70 Hz yenileme hızlarını da içeriyordu.
2D'den 3D'ye: Otobüsler, çipler ve ilk büyük devrim
90'lar iki devrim getirdi: otobüsler ve 3D'ye geçiş. VESA yerel veri yolu standardı yerini PCI 1993 yılında Matrox, Creative veya 3dfx (Voodoo) gibi markaların daha kompakt kartları piyasaya sürüldü. Kısa bir süre sonra AGP (x2, x4, x8) doku trafiğini hızlandırmak için, teorik olarak 2,1 GB/s'ye kadar zirvelerle, mevcut olanın bir ön hazırlığı PCI Express 16 şerit.
Çip tarafında, S3 (Trio, ViRGE), Rendition, Matrox, 3dfx, NEC PowerVR, ATI ve o zamanlar yeni olan NVIDIA (RIVA TNT/TNT2) gibi üreticiler ortaya çıktı. Bilgisayarlardaki ilk 3D API'ler, OpenGL (Silicon Graphics'ten), Kayma (3dfx'in sahibi) ve Direct3D içinde Microsoft DirectXWindows'ta PC'deki oyuna hakim olan oyun.
Gerçek dönüm noktası şuydu: GeForce 256 (1999), çokgen 3B hızlandırmayı birleştiren ve geometrik hesaplamaları CPU'dan alan donanım T&L (Transform & Lighting) özelliğine sahip ilk çipti. O zamandan beri ATI, ailesine "Radeon», modern rekabetin doğmasına yol açtı.
Birleşik gölgelendiriciler, sıcak gölgelendiriciler ve DirectX 11'e geçiş
NVIDIA sözde deneyler yaptı «sıcak gölgelendiriciler»GPU'nun geri kalanından daha yüksek MHz'de (örneğin, GPU için 600 MHz ve 8800 GT'deki gölgelendiriciler için 1.500 MHz) çalışan gölgelendiriciler. Bu arada, VRAM popüler hale geldi 1 GB ve darboğazların önüne geçmek için bant genişliği artırıldı.
GeForce GTX 400/500 ve Radeon HD 5000/6000 sahnesi getirildi DirectX 11, daha fazla gölgelendirici sayısı, daha fazla bant genişliği ve ilk kez ulaşan sürümler 3 GB VRAM (üst düzey NVIDIA serisinde, ancak sınırlı bir ölçüde). Kural şuydu: Ham gücü artırmak için hesaplama birimleri ve bellek ekleyin.
GCN, eşzamansız bilgi işlem ve sıcak gölgelendiricilerin sonu
AMD şu şekilde yanıt verdi: GCN 1.0 (Radeon HD 7950/7970), zamanının ötesinde bir mimari olup, DirectX 12 ve eşzamansız bilgi işlem. Ayrıca, daha cömert VRAM'de (NVIDIA muadillerinde 2 GB yerine 3 GB) standartlaştırıldı; bu karar, daha ağır oyunlarda fark edilir hale gelecekti.
NVIDIA ile Kepler (GTX 600/700), sıcak gölgelendiricilere elveda dedi, nesiller arasında gölgelendiricileri üç katına çıkardı (GTX 580'den GTX 680'e) ve DX11'de ivme kazandı, ancak ilk DX12 desteği ılımlıydı. Yine de, 780 GTX Ti (2013) gölgelendiricileri ikiye katladı ve Windows PC'lerde 4K oyunları şaşırtıcı bir kolaylıkla çalıştırmayı başardı.
Büyük sıçrama şu şekilde gerçekleşti: Maksvel (GTX 900): watt başına çok daha verimli ve performanslı; 1.664 gölgelendiriciye sahip bir GTX 970, VRAM (4 GB) eklemenin yanı sıra 2.880 gölgelendiriciye sahip GTX 780 Ti'yi geride bıraktı ve daha iyi anlaştı DX12Dengesi ve uzun ömürlülüğü nedeniyle en çok beğenilen grafiklerden biriydi.
ile Paskal (GTX 10), NVIDIA DX12 ve Vulkan'ı tamamen benimsedi; GTX 1070 (1.920 gölgelendirici, 8 GB), GTX 980 Ti'dan daha iyi performans gösterdi. 1080 Ti Klasik rasterleştirmede 4K performansının hala geçerli olmasıyla efsane haline geldi.
Turing, RT Çekirdekleri ve Tensör: Windows ve Oyunlarda Işın İzleme ve Yapay Zeka
Bir sonraki büyük dönüm noktası geldi Turing (RTX 20), iki özel blok ekledi: RT çekirdekleri (ışın izleme) ve gergi çekirdekleri (Yapay zeka ve çıkarım). O andan itibaren, bir GPU "sadece gölgelendiriciler + dokular + raster" olmaktan çıktı ve daha önce performans maliyetleri nedeniyle engelleyici olan efektleri işleyebildi ve DirectX Raytracing Windows'ta.
Işın izlemenin etkisini dengelemek için NVIDIA, DLSS, ilk versiyonunda başarısız olan ancak DLSS 2 ile başarılı olan bir yapay zeka yükseltmesi geçici yeniden yapılanma Görüntünün AMD'ye yanıtı şu oldu: FSR/FSR 2Yapay zeka kullanmayan ancak iyi bir platformlar arası denge sunan .
Ampere ve Ada (RTX 30/40), RDNA2 ve RDNA3: verimlilik, önbellekler ve yongacıklar
ile Amper (RTX 30), NVIDIA SM başına gölgelendirici sayısını büyük ölçüde artırdı; RTX 3060 (3.584 gölgelendirici), 2060'ın çekirdek sayısını iki katına çıkardı, RT/tensörü iyileştirdi ve saat hızlarını artırdı. Sonrasında, Ada Lovelace (RTX 40) verimlilikte büyük bir sıçrama yaptı: 110W'lık bir RTX 4060, rasterde 170W'lık bir 3060'ı yaklaşık %20 oranında geride bırakıyor.
La RTX 4090 Raster açısından 3090'dan yaklaşık %40 önde ve Cyberpunk 2077'nin Overdrive modunu (yol izleme) sorunsuz bir şekilde çalıştıran tek model. DLSS3 GPU'da sentezlenmiş kareleri "birbirine geçirerek" Windows'taki CPU darboğazlarını hafifleten kare üretimi özelliğini sunar.
Kırmızı tarafta, RDNA2 RDNA'ya kıyasla gölgelendiricileri iki katına çıkardı, üst uçta 16 GB'ta standartlaştırdı, frekansları artırdı ve büyük bir L3 önbellek türü bloğu ekledi «Sonsuzluk Önbelleği» Dış bant genişliğine bağımlılığı azaltmak için. İlk olanlar da geldi ışın izleme birimleri DXR oyun için AMD'de.
ile RDNA3AMD verimliliği artırdı, ikinci nesil RT çekirdekleri ekledi, yapay zeka hızlandırıcılarını entegre etti ve en önemlisi bir tasarım tanıttı çoklu yonga seti Yenilikçi: GPU için tek parça bir kalıp kullandı ve L3 önbelleğini yongalara aktardı. Bu, silikon yüzey alanını azaltır ve verim ve daha düşük maliyetler.
İleriye baktığımızda her şey GPU'lara işaret ediyor MCM (çoklu çip modülü) birbirine bağlı birkaç GPU'ya sahip. Bu sadece bir zaman meselesi: On binlerce GPU söz konusu olduğunda, tek bir çipin alanı artık maliyet ve karmaşıklık açısından iyi ölçeklenemiyor. shader.
Temel bileşenler: GPU, VRAM, RAMDAC, VRM ve soğutma
Plaka ile birlikte var olur GPU (L1/L2 önbelleklerine sahip hesaplama çekirdeği), bellek VRAM (dokular, çerçeve tamponları, ara tamponlar), VRM (MOSFET'ler, bobinler ve kapasitörler ile güç fazları) ve sistem soğutmaÖzel olanlar genellikle 6+2 pin konnektörleri kullanır çünkü PCIe yuvası en fazla 75 W sağlar.
Tarihsel RAMDAC Dijital verileri VGA/CRT monitörler için analog sinyale dönüştürdü. Günümüzde her şey dijital olsa da (HDMI/DP), geçişteki rolünü anlamak çok önemlidir: frekansı görüntü kararlılığını belirlerken, gelişmiş modeller elde etti. 450 MHz.
Dağılımda, türbin tasarımları bir arada bulunur (üfleyici(kutudan sıcak havayı dışarı atan) ve eksenel akış (kanatçıklı bir radyatörün üzerinden havayı iten birkaç fan). Üfleyiciler kompakt ancak gürültülüdür ve daha az verimlidir; eksenel Geliştirilmiş termal performansları nedeniyle özel modellerde standarttırlar.
Video bellekler: EDO/SGRAM/VRAM/WRAM'den GDDR6 ve HBM2'ye
Modern çağdan önce, grafik kartları EDO RAM ve SDRAM, ardından SGRAM (Grafiksel Olarak Optimize Edilmiş SDRAM), VRAM (aynı anda okuma ve yazma için çift port) ve WRAM (VRAM'den daha hızlı ve blok hızlandırma işlevleriyle, Windows için ideal) Windows). Bu, 300-800 Mbps'den çok daha büyük bant genişliklerine geçişi işaret ediyordu.
Bugün onlar hakim GDDR6 ve GDDR6X: Çok yüksek etkili frekanslara (14–21 Gbps) ve 128 ila 384 bit veri yollarına sahip, büyük bant genişliklerine ulaşan "DDR" bellekler. AMD, HBM2 (3D yığınlama ile 2048 bit veri yoluna kadar), daha az MHz ancak aşırı bant genişliği senaryolarında kullanışlı, acımasız bir genişlik.
Klasik bellek çözünürlük oranı (2D dönemi): 512 KB ile 16 renkte 1024x768; 1 MB ile 16 renkte 1280x1024 veya 256 renkte 1024x768; 2 MB ile 256 renkte 1280x1024 ve 65.536 renkte 1024x768; 4 MB ile şu anda popüler olanlar şunlardır: 16,7 millones 800x600 ve üzeri çözünürlüklerde renk seçenekleri mevcuttur. Günümüzde modern oyunlar için 4-8 GB makul bir minimumdur. 1080p–1440p.
Video bağlantı noktaları: VGA, DVI, HDMI, DisplayPort ve USB‑C
Analog VGA sinyali artık geçmişte kaldı, ancak bilinmeye değer DVI: DVI‑D (yalnızca dijital), DVI‑A (yalnızca analog) ve DVI‑I (her ikisi de). HDMI 2.1, 4K@120 ve 8K@60'a kadar destekler; 2.0, 4K@60'ta (8 bit) durur. DisplayPort 1.4 DSC ile 4K@120 ve 8K@60'ı destekler; DP, PC'lerde yüksek yenileme hızına sahip monitörler için tercih edilen arayüzdür.
DP/Thunderbolt 3 Alt Moduna sahip USB-C, 4K@60 video çıkışı sağlayabilir ve veri ile gücü birleştirebilir. Modern Windows bilgisayarlarda, DP ve HDMI bir arada bulunurken, dizüstü bilgisayarlarda çok amaçlı çıkış olarak USB-C kullanılıyor.
Windows'ta 3B API'leri: OpenGL, Glide, DirectX ve Vulkan
API'ler oyunun GPU ile konuştuğu "dil"dir. OpenGL (endüstriyel ve çok yetenekli) ve Glide (3dfx için optimize edilmiş alt küme) 90'lara damgasını vurdu. Microsoft, aileyi Windows'a entegre etti DirectX (Direct3D) başlangıçta aksaklıklar yaşadı, ancak DX8/DX11'den itibaren PC'de baskın standart haline geldi.
Ayrıca, orada Vulkan (Khronos), AMD'nin Mantle'ına dayanan düşük seviyeli, çapraz platformlu bir oyundur. Uygulamada, Windows'taki çoğu büyük oyun DirectX11/12, ışın izleme için DXR ile; OpenGL/Vulkan belirli motorlarda ve portlarda bir arada bulunur.
Otobüsler: PCI, AGP ve PCI Express
Veri yolu, GPU ile sistem arasındaki veri yolunu tanımlar. PCI, 90'ların köprüsüydü. AGP bant genişliğini artırdı ve sistemden RAM çekilmesine olanak sağladı (gecikme pahasına). PCIe x16 (3.0, 4.0 ve 5.0), GPU'lar doğrudan işlemci 16 özel şeritle. PCIe 3.0 x16, yaklaşık 15,8 GB/sn çift yönlü hız sunar; 4.0 bunu iki katına çıkarır; 5.0 ise bir kez daha iki katına çıkarır. Günümüzde oyunlarda nadiren doygunluğa ulaşır.
Performans ve ölçümler: FPS, TFLOPS, TMU'lar/ROP'lar ve hız aşırtma
Jardines de Viveros FPS Akıcılığı belirlerler: daha yüksek FPS, daha akıcı bir his, monitörün yenileme hızıyla sınırlıdır (V-Sync/G-Sync/FreeSync aracılığıyla dikey senkronizasyon). GPU'nuzun "tavan değerini" görmek için senkronizasyonu devre dışı bırakın ve test araçlarında kare süresine bakın.
Jardines de Viveros Teraflop Saniyedeki kayan nokta işlemlerini ölçerler, ham gücün bir referansıdır, ancak kesin değildir: mimari, önbellekler, renk sıkıştırması, bant genişliği ve sürücüler çok önemlidir. TMU'lar (doku eşleme/filtreleme) ve ROP'lar (rasterleştirme, karıştırma, z-tamponu, kenar yumuşatma) piksellerin ve dokuların gerçek verimini belirler.
El overclock GPU hızları genellikle +100–150 MHz civarındadır ve GDDR6 VRAM'de +900–1000 MHz'e kadar etkindir; GPU, CPU ile sınırlı değilse, gözle görülür FPS kazanımları elde edilebilir. Popüler araçlar: MSI Afterburner, EVGA Precision X1 veya AMD Adrenalin (WattMan).
Doğru ekran kartını seçmek, bunu CPU ile eşleştirmek ve darboğazlardan kaçınmak
Ofis işleri ve multimedya için modern bir iGPU (entegre Intel UHD/ARC veya APU'larda AMD Radeon Vega) yeterlidir; özel bir iGPU'ya yatırım yapmak buna değmez. Oyun oynamak için 1080p6-8 GB kapasiteli orta seviye bir GPU ve 6 çekirdekli bir CPU, harika bir fiyat/performans dengesi sunuyor.
1440p/4K'da yüksek gamutu düşünün (daha fazla gölgelendirici, iyileştirilmiş RT ve boş alan VRAM'i). Unutmayın: işlemci GPU'ya ne kadar geometri/fizik yüklendiğini belirler; çözünürlüğü düşürmek GPU'nun yükünü hafifletir, ancak CPU yükünü neredeyse hiç azaltmaz. CPU'yu "etkileyen" ayarlar: nesne yoğunluğu, NPC'ler, simülasyon, fizik; GPU'yu "etkileyen" ayarlar: karar, dokular, AA, ortam tıkanıklığı, mozaikleme ve tabii ki ışın izleme.
Form faktörleri ve dağılım önemlidir: Kasanızı ölçün ve iki veya üç fanlı tasarımlar, hatta ekstrem modellerde sıvı AIO arasında seçim yapın. Üreticiler (ASUS, MSI, Gigabyte vb.) genellikle fabrika hızlarını aşırtıp, VRM daha sağlam.
Oyun ve Max-Q Dizüstü Bilgisayarlar
Dizüstü bilgisayarlarda GPU lehimlenmiş ve optimize edilmiştir (RTX/GTX serisi) Max-Q) masaüstü bilgisayarlara göre daha düşük güç tüketimi ve biraz daha düşük performansa sahiptir. GDDR6 VRAM'i, Windows için birleşik sürücüleri ve aşağıdaki gibi teknolojilere desteği paylaşırlar: DLSS ve RT, sınırlı sıcaklıklara ve özerkliğe öncelik vererek ve aşağıdaki gibi seçeneklere öncelik vererek mux anahtarı Performansı artırmak için.
Windows'ta hangi grafik kartına sahip olduğunuzu nasıl öğrenebilirsiniz (dxdiag)
Kartınızı saniyeler içinde Windows'tan tanımlamak istiyorsanız, tanılama aracını kullanın DirectX:
- Tıklayın Ana Sayfa.
- Menüden "Çalıştır"ı açın Ana Sayfa.
- yazmak dxdiag ve Tamam'ı tıklayın.
- Yardımcı program açıldığında sekmeye gidin Ekran.
- "Cihaz" altında GPU'nuzun adını ve bellek Mevcut.
Üreticiler ve ekosistem: NVIDIA, AMD, Intel ve montajcılar
Bugün piyasa şu şekilde yönetiliyor: NVIDIA (GeForce RTX) ve AMD (Radeon RX). Intel oyuna geri döndü yay Özel olarak tasarlanmış ve çoğu CPU'ya grafik entegre ediyor. AMD, 2006 yılında ATI'yi satın aldı; o zamandan beri CPU'ları ve GPU'ları (APU'lar) birleştirdi ve oyun ve masaüstü bilgisayarlarda rekabete girdi.
Montajcılar (ASUS, MSI, Gigabyte vb.) GPU/bellek satın alır ve kendi PCB'lerini, VRM'lerini ve soğutucularını tasarlar. Bazıları RGB, çift BIOS, sensörler ve "OC" profilleri ekler. NVIDIA, 2004 yılında SLI (çoklu GPU) performansı artırmak için ve bulut bilişim çözümleri gibi çözümler de mevcuttu GRID Uzak sunuculardan grafikleri, mevcut oyun akışının önüne taşıyan.
VGA'nın analog sinyalinden yol izleme ve AI çerçeve üretimine kadar tüm yolculuğa bakıldığında, Grafik kartları basit adaptörlerden büyük paralel işlemcilere doğru evrimleşti. Windows, motorlar ve oyunlar üzerinde doğrudan etkisi olan gelecek, güç tüketimini artırmadan daha yüksek sadakat ve daha yüksek FPS vaadiyle daha fazla uzmanlaşma (RT/AI), yonga tasarımları ve verimlilik görecek.