При выборе видеокарты нельзя полагаться исключительно на её стоимость - наценка на новейшие модели никогда не соответствует степени повышения производительности. С другой стороны, устаревшие модели могут быть по стоимости сравнимы, а то и дороже более новых. Это может быть следствием того, что новая видеокарта выпускается по более современной технологии с меньшими затратами на производство.
Все видеокарты подразделяются на два вида: для обработки двухмерной (2D) и трёхмерной (3D) графики. Массовые графические чипы для 3D-видеокарт производят две фирмы - американская NVIDIA (графические продукты этой фирмы содержат в названии слово GeForce) и канадская ATI (графические продукты этой фирмы содержат в названии слово Radeon). На основе графических процессоров этих фирм свои видеоадаптеры выпускают такие компании, как ASUS, Gigabyte, Sapphire, MSI, ZOTAC и другие. Следует также заметить, что канадский техногигант ATI несколько лет назад был куплен за 5 млрд долларов корпорацией AMD.
Основная задача современной 3D-видеокарты - помогать центральному процессору компьютера выполнять различные приложения, содержащие сложную трёхмерную графику. Видеоплата забирает большую часть необработанных графических данных, позволяя процессору сосредоточиться на выполнении самой программы, а не на её графической составляющей. Первые видеокарты были предназначены только для того, чтобы формировать видеосигнал, который впоследствии передавался для отображения на монитор. Видеоускорители (видеоакселераторы) существовали в виде отдельной платы и к самой видеокарте никакого отношения не имели. Потом 3D-ускорители стали частью видеоплат, при этом видеоплату и акселератор нельзя было друг от друга отделить. В таком случае говорили, что видеокарта обладает возможностями 3D-ускорения.
Современные видеокарты, имеющие в составе только одного графического чипа около миллиарда транзисторов, представляют собой шедевры инженерной мысли. Графическая плата современной системы - это компьютер в компьютере. Она имеет свой процессор, свою оперативную память и свою систему охлаждения. Для графических чипов была разработана специальная система команд. Для того, чтобы понять, каким образом те или иные параметры видеокарты влияют на общую производительность компьютера в целом, нужно изучить принципы её работы.
Процесс построения трёхмерного изображения
Процесс создания трёхмерного изображения называется 3D - рендерингом. Производительность компьютера в современных играх напрямую зависит от трёх основных составляющих: центральный процессор (CPU), оперативная память (RAM) и видеокарта (GPU). И если хотя бы один элемент не соответствует по быстродействию двум другим, то и вся система в целом будет "тормозить", "лагать" и всячески не справляться с возложенными на неё задачами, порой сильно раздражая пользователя.
Дело в том, что центральный процессор передаёт видеокарте что-то вроде схемы будущей сцены, т. е. игрового кадра. Задача видеокарты - довести полученные данные до ума. При этом исходным материалом для строительства будущей картины являются т. н. полигоны (см. Словарь). Если процессор будет не в состоянии быстро обеспечивать необходимой информацией видеокарту, то она будет просто простаивать. Справедливо и обратное утверждение - слишком мощный центральный процессор будет бездействовать, ожидая пока слабая видеокарта наконец обработает переданные им данные.
Все игровые персонажи и предметы, т. е. объекты - деревья, машины, люди, монстры - состоят из многоугольников различного размера. С их помощью создаётся т. н. каркасная модель, которую и предстоит обработать видеокарте. Создание проволочной модели - это первый этап создания трёхмерной картины.
На втором этапе производятся различные геометрические операции - GPU располагает каркасные модели в кадре, определяет их положение относительно точки наблюдения, а также скрывает те из них, которые оказываются заслонёнными другими объектами. Также на этом этапе определяются источники света и их влияние на будущую сцену. Данный этап называется "Трансформация и освещение" (Transformation & Lighting - T&L). Первая аппаратная поддержка данного этапа рендеринга была реализована в игре Max Payne, вышедшей в 2001 году. До этого преобразованием координат и расчётом освещения (т. е. трансформацией и освещением) занимался центральный процессор.
Далее полигоны, а точнее только видимые из них, обтягиваются специальными обоями - текстурами - с применением различных методов фильтрации. Понятное дело, что каркас, к примеру, камня обтягивается текстурой, изображающей поверхность какой-нибудь горной породы. Билинейная фильтрация предусматривает наложение на полигон две версии одной и той же текстуры с разным разрешением, при этом текстура с большим разрешением (т. е. более качественная и чёткая текстура) накладывается на ту часть полигона, которая расположена ближе к точке наблюдения. В результате получаются поверхности с хорошо различимыми областями чётких и сильно размытых текстур. Трилинейная фильтрация позволяет достичь более мягких переходов, т. к. при её использовании на полигоны накладываются уже три варианта текстуры. При включении трилинейной фильтрации нагрузка на видеокарту ощутимо возрастает. Впрочем, при применении обоих типов фильтрации действительно чёткими выглядят только те текстуры, которые расположены перпендикулярно к оси зрения. Текстуры, расположенные под острым углом, всё равно будут выглядеть размытыми, причём чем острее будет угол между поверхностью текстуры и линией наблюдения, тем хуже будут выглядеть поверхности.
По-настоящему чёткие текстуры можно получить, лишь активировав анизотропный метод фильтрации текстур. Силу анизотропной фильтрации можно регулировать (она измеряется в "иксах"). Такой тип фильтрации сильно нагружает видеокарту, однако всё же его следует включать даже если видеокарта "подтормаживает" (желательно установить регулятор хотя бы на 4X, пусть даже в ущерб разрешению или другим графическим параметрам), потому что он действительно очень сильно влияет на качество поверхностей. Чтобы не быть голословными, приведём пример:
Serious Sam - The First Encounter (Храм царицы Хатшепсут) - обратите внимание на плитку, которой вымощен пол. Так выглядит текстура при простой билинейной фильтрации
Как видите, при включённой анизотропной фильтрации (16х) качество визуализации и чёткость текстур резко возрастает. Трилинейная фильтрация является промежуточным вариантом
Serious Sam - The Second Encounter (Змеиные дворы) - здесь следует внимательно посмотреть на каменную брусчатку. Как видно из скриншота, на среднем и дальнем плане она становится расплывчатой
Активация анизотропной (16х) фильтрации в корне меняет дело
Полноэкранное сглаживание или антиалиасинг (antialiasing) позволяет избежать появления эффекта "ёлочки" или "лесенки" на наклонных прямых линиях. Активация данной функции отбирает огромное количество вычислительных ресурсов видеоплаты, независимо от её мощности. Слишком малая степень сглаживания может привести к "замыленности" изображения, а слишком большая - к падению частоты смены кадров, вплоть до появления "тормозов".
После завершения текстурирования полученный кадр попадает в кадровый буфер видеокарты, а затем - на экран монитора.
В последнее время стал очень популярным нашумевший вопрос "Что такое шейдеры?". Мы постараемся ответить на него наиболее полно.
Шейдеры - это микропрограммы, включенные в код основной программы и позволяющие добиться таких графических эффектов, которых достичь при использовании обычных средств 3D-рендеринга невозможно. С их помощью можно в широчайших пределах изменять и улучшать процесс построения трёхмерной сцены. Современная игровая графика немыслима без шейдеров. Шейдеры существуют двух видов: пиксельные и вершинные.
Вершинные шейдеры предназначены для изменения геометрической формы объёмных (т. е. трёхмерных) объектов. Другими словами, вершинные шейдеры могут изменять полигоны в очень широких пределах, позволяя воссоздать сложные естественные изменения окружающей среды и физически корректно деформирующиеся поверхности. С появлением вершинных шейдеров в современных играх резко повысилась степень реалистичности графики. С их помощью, например, можно очень качественно изобразить волны, огонь, развевающиеся волосы, походку человека или монстра (ведь когда персонаж двигается, его каркасная модель изменяется по очень сложной системе). Пиксельные шейдеры, как можно понять из их названия, предназначены для изменения цвета пикселей. С их помощью можно, изменяя текстуры, создавать сложные световые эффекты, например динамическое освещение или водную рябь, а также сверхъяркий свет, размытие быстро движущихся предметов и т. д.
Существует несколько версий реализации шейдерной модели (Shader Model). Самая новая из них - это версия 4.0, работающая только в среде Windows Vista и Windows 7. Эта шейдерная модель поддерживается версией DirectX не ниже DirectX10, обеспечивая более высокую степень реалистичности по сравнению с предыдущей, третьей версией шейдеров. Для корректной работы Shader Model необходима её аппаратная поддержка со стороны графической платы.
Эта реалистичная и красивая водная гладь ( Far Cry) создана с применением третьей версии шейдеров
Компоненты видеокарты
Главными компонентами видеоплаты являются графический процессор и видеопамять.
Графический процессор
Главной технической характеристикой графического (как и центрального) процессора является его тактовая частота. При прочих равных условиях чем она выше, тем выше и производительность видеокарты. Однако частота - важный, но не единственный параметр графического чипа, влияющий на его быстродействие. Зачастую видеоадаптеры с сопоставимой производительностью характеризуются разными частотами GPU.
Наряду с частотой, GPU современных видеоплат обладают следующими важнейшии характеристиками:
1). Количество текстурных модулей (TMU - Texture Mapping Units) - компонентов графического процессора, производящих наложение текстур на полигоны. От количества TMU напрямую зависит количество FPS (Frames Per Seconds) в играх - чем их больше, тем быстрее происходит соединение прозрачного многоугольника с текстурой.
2). Количество шейдерных блоков или шейдерных процессоров - особых элементов GPU, выполняющих обработку пиксельных и вершинных (вертекстных) шейдеров. В современных играх всегда присутствуют шейдеры, и поэтому количество шейдерных процессоров сильно влияет на производительность видеоплаты именно в современных играх.
Ещё совсем недавно выполнением программ вершинных и пиксельных шейдеров занимались разные блоки видеопроцессора. Название блока совпадало с названием обрабатываемого им шейдера. Количество вертекстных шейдеров (в данном случае - блоков видеочипа) и пиксельных шейдеров было разным, например графический чип NVIDIA GeForce 7900GTX содержал 24 пиксельных и 6 вертекстных шейдеров. Пиксельные шейдеры часто назывались конвейерами (pixel pipeline), а вертекстные - движками (vertex engine). Видеочипы, начиная с ATI Radeon HD2000 и NVIDIA GeForce 8000 первыми перешли на унифицированную архитектуру. Они содержат блоки, которые могут заниматься выполнением любых шейдеров - это позволяет задействовать всю мощь видеокарты независимо от соотношения в программе пиксельных и вершинных шейдеров.
Следует обратить внимание на то, что компании ATI и NVIDIA по - разному подсчитывают количество шейдерных блоков в своих чипах. Например, ATI Radeon HD 3870 содержит 320 шейдерных процессоров, а NVIDIA GeForce 8800 GTX - всего 128. И это при том, что NVIDIA GeForce 8800 GTX обладает более высокой производительностью. Такое несоотвествие имеет место из-за того, что NVIDIA указывает количество цельных шейдерных процессоров, а ATI - количество их составных частей. А каждый шейдерный блок содержит 5 компонентов, таким образом ATI Radeon HD 3870 содержит только 64 шейдерных блока.
3). Количество конвейеров рендеринга (ROP - Render Output Pipeline) - блоков, выполняющих различные "вспомогательные функции".
Видеопамять
Видеопамять по отношению к графическому процессору выполняет те же функции, что и оперативная - к центральному. Количество видеопамяти, необходимой для работы компьютера, можно рассчитать по следующей формуле: Ln = L * X * Y / 8, где
Ln - требуемый объём видеопамяти
L - глубина цвета в используемой цветовой схеме
X - количество пикселей по горизонтали
Y - количество пикселей по вертикали
Результатом будет размер минимального объёма видеопамяти, необходимой для работы в данном графическом режиме, выраженный в байтах.
Но эта формула будет верна только в том случае, если видеокарта не используется в качестве графического ускорителя. При работе современных игр в видеопамяти хранятся различные данные, которые только что обработал или обработает в ближайшем будущем графический процессор, например это могут быть текстуры, шейдеры и т. д.
Какие характеристики видеопамяти влияют на её производительность?
1). Объём. Современные игры используют огромное количество различных текстур с большим разрешением, кроме того, само разрешение экрана современных мониторов довольно велико. Сейчас в мире наблюдается тенденция к приобретению мониторов с широкоформатными жидкокристаллическими дисплеями. Их разрешение составляет, как правило 1650X1200 точек (или около того), поэтому видеокарте вполне может не хватить "сил" для создания кадров с такой разрешающей способностью. Тяжёлые графические эффекты, сложные шейдеры также занимают много памяти. Большинство современных видеокарт среднего ценового диапазона снабжаются 512 мегабайтами памяти, однако довольно давно на рынке появились модели, имеющие "на борту" два гигабайта RAM. Видеоплаты нижнего ценового уровня располагают, как правило, 256 мегабайтами - для современных игр этого уже недостаточно. Излишки видеопамяти никаких приростов производительности не дадут, однако следует помнить, что видеопамять, в отличии от памяти оперативной, нельзя нарастить путём покупки новых модулей.
2). Частота. Частота памяти гораздо важнее объёма - чем она выше, тем лучше, ведь графический чип будет меньше простаивать в ожидании новой порции данных. Частота памяти в первую очередь зависит от её типа. Память типа DDR для современных видеоплат не подходит - вместо неё была разработана особая память GDDR (Graphics Double Data Rate). Чипы памяти GDDR2 способны обеспечить частоту вплоть до 800 МГц и в более-менее новых видеоадаптерах не используются. Память типа GDDR3 используется в большинстве бюджетных типов видеокарт. Память типа GDDR4 увеличивает частотный потенциал до 2400 МГц, а память GDDR5, используемая только в видеокартах ATI Radeon HD 4870 поднимает частотный потенциал до фантастической отметки - 3200 МГц.
3). Разрядность шины памяти оказывает гораздо большее влияние на общую производительность видеокарты, чем частота. Она показывает, сколько бит информации может передать память за один такт. Отсюда можно сделать вывод, что удвоение разрядности видеопамяти эквивалентно удвоению её тактовой частоты. Снижение разрядности шины до 128 и уж тем более до 64 бит наносит сильнейший удар по производительности. Хорошим скоростным показателем является разрядность шины в 256 бит, однако в самых новых видеоплатах, начиная с GeForce CTX 280, память может быть "расширена" до 512 бит.
Конструкция видеокарты
Видеокарты отличаются друг от друга физической конструкцией. На что следует обратить внимание при покупке новой видеоплаты?
1). Разъём для подключения к материнской плате. Большинство современных видеокарт используют разъём PCI Express x16, однако до сих пор можно встретить "материнки" со старым разъёмом AGP8x. Во втором случае апгрейд сильно ограничен - максимум, на что можно рассчитывать, это ATI Radeon HD 3850.
Интерфейс PCI Express существует в двух версиях - 1.0 и 2.0. Первый обеспечивает пропускную способность 0.25 Гб/с, второй - в два раза больше. Эти интерфейсы между собой полностью совместимы, поэтому материнская плата, поддерживающая только PCI Express 1.0 будет работать без каких-либо проблем с видеокартой, обладающей более новым вариантом интерфейса.
2). Разъёмы дополнительного питания. Графическая карта является одним из самых прожорливых компонентов компьютера. Некоторые модели способны потреблять до 200 Вт электроэнергии в час! Столько не потребляет ни одно другое устройство, даже RAID-массив. Питания, поступаемого через разъём AGP или PCI Express современным картам, как правило, не хватает (PCI Express x16, к примеру, предоставляет видеоплате источник питания с максимальной мощностью 75 Вт), поэтому им необходима электроэнергия непосредственно с блока питания компьютера. Самые новые видеокарты подключаются к БП через специальный шести - или восьмиконтактный разъём, более старые (например, все AGP) подключаются через стандартный четырёхжильный разъём типа Molex. Самые новые видеоплаты, кроме того, могут иметь сразу несколько разъёмов для дополнительного питания - одного им может не хватить. Следует убедиться, располагает ли ваш БП достаточной мощностью и необходимыми "вилками". Впрочем, в комплекте к видеокарте нередко идут переходники со стандартного разъёма Molex на разъём, применяемый в той или иной видеоплате.
Восьми- и шестиконтактные разъёмы для дополнительного питания, встречающиеся на самых новых видеокартах.
Переходник со стандартного четырёхжильного разъёма типа Molex на шестиконтактный, применяемый в современных видеоплатах.
3). Система охлаждения. Если вы собираетесь оснастить свой ПК системой жидкостного охлаждения, вам следует заранее позаботиться о приобретении видеоплаты с установленным в заводских условиях водоблоком. Если вам достаточно воздушной системы охлаждения, то примите к сведению следующий факт: современные видеокарты охлаждаются огромными "двухэтажными" радиаторами, которые зачастую блокируют слот расширения (PCI - разъём), находящийся сверху или снизу относительно разъёма PCI - Express x16. А такие слоты являются довольно дефицитными на некоторых современных материнских платах. Что касается пассивного охлаждения, то знайте - оно является признаком невысокой производительности видеокарты.
Пример видеокарты, оснащённой штатным (т. е. заводским) водоблоком.
4). Интерфейсные разъёмы. Стандартным набором являеются два разъёма DVI и один S-Video. Существуют переходники DVI -> HDMI и S-Video -> "тюльпан", поэтому если видеоплата снабжена именно такими разъёмами, то ни с подключением к монитору, ни с подключением к плазменной панели с поддержкой Full HD проблем возникнуть не должно. Кроме того, если видеокарта обладает интерфейсом HDMI, то, скорее всего, она обладает и встроенным звуковым чипом (звуковой картой) для передачи по одному и тому же проводу аудио и видеосигнала, однако убедиться в этом не помешает. Также видеокарта может иметь в наличии разъём для получения аудиосигнала с обычной звуковой карты.
Стандартный разъём RCA, более известный как "Тюльпан".
Цифровые "от и до" разъёмы DVI (вверху) и HDMI (внизу).
Метод параллельной обработки графики
Для того чтобы максимизировать производительность видеоподсистемы компьютера, можно использовать сразу две или три (и даже четыре) видеокарты. NVIDIA предусмотрела для этого технологию SLI (Scalable Link Interface), а ATI - технологию CrossFire. Для того чтобы воспользоваться преимуществом распределённых вычислений недостаточно только быть владельцем материнской платы с двумя портами PCI Express x16 - нужно чтобы материнская плата (как и видеокарты) именно поддерживала одну из этих технологий. Если "материнка" не может использовать сразу две видеокарты, то работать будет только одна, а вторая лишь даст возможность вывода изображения на дополнительный монитор. Кроме того, для соединения двух видеоплат нужна специальная планка, а использование двух абсолютно идентичных графических адаптеров не приводит к удвоению производительности, как это может показаться на первый взгляд. Как правило, следует ожидать пятидесятипроцентный прирост скорости.
Повысить производительность путём распределения вычислительной нагрузки можно даже в том случае, если материнская плата не поддерживает ни технологию CrossFire, ни технологию SLI. Производители проделали весьма умный ход, попросту объединив в некоторых моделях видеокарт два графических чипа и два канала памяти. Такие видеокарты имеют в конце названия приписку x2 (если видеочипы от компании AMD) или GX2 (если видеочипы от компании NVIDIA).
Видеокарта HIS Radeon HD 3870 X2 оснащена двумя графическими процессорами ATI Radeon HD 3870 и двумя отдельными блоками памяти по 512 Мб каждый. Данная модель представляет собой прекрасную альтернативу системам с поддержкой ATI CrossFire. Впрочем, поставить две такие видеокарты на одну "материнку" вам всё равно никто не запретит...
То, чего мы все так долго ждали: ультраэкономичная красная-прекрасная "трудяга" с поддержкой API DirectX 11.(см. фото)
Технические характеристики у сорокананометровой красавицы таковы:
Частота графического ядра: 850 МГц
Тип памяти: GDDR5
Частота памяти: 1200 МГц
Ширина шины памяти: 256 бит
Количество потоковых (шейдерных) процессоров: 1600
Количество текстурных модулей: 80
Количество модулей ROP: 32
Скорость обработки текстур: 68 гигатекселов в секунду
Рекомендуемая розничная цена: 12500 руб.
Официальный сайт компании NVIDIA: www.nvidia.ru
Официальный сайт компании ATI: www.ati.amd.com.ru
Некоторую интересную информацию можно узнать на неофициальных сайтах, посвящённых видеокартам:
www.nvworld.ru
и
www.radeon.ru
|
