Материал: Тестирование видеокарт

Развитие в те годы библиотеки Glide от 3Dfx было серьезной проблемой для NVIDIA, помощь в решении которой оказывала, сама того не зная, Microsoft, активно распространявшая Direct3D.

Компания ATI пыталась не отставать от своих конкурентов и выпустила в 1998 году свою 3D RagePro, которая не имела особого успеха и преимущества перед конкурентами. Единственное, чем могла похвастаться эта видеокарта, так это производительность при обработке сжатого потока DVD. Производительность в 3D у этого продукта была не лучше видеокарт предыдущего поколения, а поддержка OpenGL была всего лишь "для галочки". По этим причинам 3D RagePro почти никак не была оценена потребителями и стала всего лишь хорошим 2D-адаптером.

К слову о 2D. В те годы было множество производителей 2D-адаптеров, лидером среди которых была фирма Matrox, которая представила в 1998 году свой адаптер, предназначенный как для 2D, так и для 3D. Этот чип полностью поддерживал 3D-рендеринг и мог держать конкуренцию с Riva TNT от NVIDIA в плане производительности.обладал великолепной производительностью в 2D, и, помимо этого, обеспечивал высокое качество рендеринга в 3D при 16 и 32 битах цвета. Рабочей частотой для G200 являлись от 84 до 90 МГц, он оснащался двумя шинами данных в 64 бита каждая. Обеспечивая такую же пропускную способность, данное решение давало меньше латентности по сравнению с обычной 128-битной шиной. К тому же, благодаря технологии DIME, адаптер мог хранить текстуры с разрешением до 2048*2048 пикселей в системной памяти, а это решение дало возможность остановиться на объеме видеопамяти в 8 Мб, что помогло продукту стать дешевле.

Рис. 13. 3D RagePro с разъемом для дополнительно подключаемой памяти

Смена лидеров

На закате 90-х лидерами производства видеокарт были 3Dfx, занимавшая прочное первое место, за ним следовала NVIDIA, ну а далее их пыталась догнать толпа других производителей (среди которых выделялись ATI, Matrox и S3), которые на то время были статистами. Определяющим стал 1999 год.

В начале года были анонсированы Voodoo3, G400, Rage 128 и Riva TNT2. Рабочая частота у детища 3Dfx была 183 МГц и этот адаптер поддерживал SLI. Однако технологические новинки обошли стороной адаптер от 3Dfx, у которого были возможности 2D-адаптеров, однако у него был всего один конвейер для рендеринга и он не поддерживал 32 бита цвета и текстуры большого разрешение.

Рис. 14. Voodoo 3 от 3Dfx

Ответом от NVIDIA стал чип NV5, устанавливавшийся в TNT2. Главным для NVIDIA было соответствие технологической новизне. Таким образом Riva TNT2 первой получила поддержку AGP 4x, обеспечивала неплохую производительность рендеринга при 32 битах цвета, а работала она на частоте до 150 МГц и 183 МГц для памяти. На то время TNT2 была полностью конкурентоспособным соперником для Voodoo3. Таким образом, безоговорочное лидерство 3Dfx на данном этапе истории видеокарт оказалось под сомнением.

Не отставать от гигантов смогла и Matrox, выпустившая G400. Технологии компании, которые были внедрены в чип G200, получили развитие. У G200 были две шины в 128 бит каждая, частотой в 125-150 МГц, и шину памяти в 128 бит с частотой 166-200 МГц. Новинкой стала технология EMBM (Environment mapped Bumpmapping), которая стала аппаратной поддержкой эффектов рельефности текстур. Благодаря ей графика вышла на принципиально новый уровень.

Рис. 15. Matrox Millenium G400MAX и ее два разъема для подключения мониторов

Ко всему прочему у G400 впервые появилась поддержка двух мониторов. Таким образом G400 смогла на время выйти на первое место среди видеокарт. К сожалению, G400 теряла производительность в работе с OpenGL играми, а большинство игр того времени не поддерживали Direct3D., все еще отстававшая от лидеров, выпустила достаточно интересный для геймеров Rage 128. Он был гораздо дешевле новинок от NVIDIA и 3Dfx, однако скорость рендеринга при 32 битах цвета была выше RivaTNT, а также чип получил поддержку OpenGL и Direct3D. Таким образом дела у ATI пошли гораздо лучше.

Рис. 16. Небольшой рывок от ATI: их Rage 128

К концу 1999 года наступил еще один этап противостояния лидеров производства видеокарт. 3Dfx запустил VSA-100, который должен был исправить отставания в технологическом плане, NVIDIA готовила NV10, обещавший стать "сюрпризом", а ATI и S3 пытались прорваться на передовые позиции своими Rage Fury MAXX и Savage 2000 соответственно.обладала технологией T-Buffer, которая обеспечивала постобработку изображения использующую кинематографические спецэффекты. Полноэкранное сглаживание (Full-sceneAnti-aliasing), размытие в движении (Motion Blur), глубина резкости (Depth Of Field) и мягкие тени (Soft Shadows) должны были улучшить качество картинки без падения производительности.

Преимуществом NVIDIA стала технология расчета трансформации и освещения (Transformand Lighting, T&L). С использованием этой технологии с центрального процессора снималась часть задач по расчету вершин треугольников, обеспечивая тем самым прирост производительности в играх.Rage Fury MAXX был по сути своей соединением двух Rage 128 Pro на одной плате, которые формировали кадры по очереди. Стоимость должна была стать огромной.

Рис. 17. Слишком дорогая ATI Rage Fury MAXX

Savage 2000 обладал T&L, как и продукт NVIDIA, у него была передовая технология сжатия текстур. Этот адаптер планировался как дешевая, более технологичная альтернатива Voodoo3, способная вытеснить NVIDIA на второй план.

На деле же все оказалось совсем не так. 3Dfx не успела выпустить свои Voodoo4, Voodoo5 и Voodoo6 до лета 2000 года. А вот NVIDIA смогла к тому времени вывести в свет свой NV15, который был гораздо мощнее Voodoo6. Voodoo 4 и Voodoo5, обладавшие одним чипом серьезно проигрывали конкурентам в плане производительности, а двух- и четырехчиповые Voodoo5 были дорогостоящими и изрядно грелись. Это явилось ударом для 3Dfx, которая не так давно была флагманом производства видеокарт. Потерю лидирующей позиции сразу заметили кредиторы.

Рис. 18. Шумный и совсем не быстрый Voodoo5 с 4 чипами

Выход Savage 2000 от S3 состоялся немного позднее. T&L и сжатие текстур на самом деле хорошо работали и давали увеличение производительности, но только при поддержке этих технологий приложениями. Таким образом при отсутствии данной поддержке Savage 2000 серьезно проигрывал конкурентам, а S3 совершенно не интересовал создателей игр. Помимо прочего, у этого продукта были большие проблемы с установкой драйверов, а также со сравнительно низкой производительностью блока T&L. Несмотря на это, технология S3TC, которая занималась сжатием текстур, заинтересовала компанию Microsoft, и они выкупили ее и лицензировали под названием DXTC. Соответственно, видеокарты всех компаний смогли получить эту технологию.

Адаптер от ATI в целом стал удачным решением, но не для своей цены. К тому же для него было очень сложно написать драйвер, который программисты ATI смогли выпустить лишь через несколько месяцев после того, как появился сам адаптер.

Лучше всех стал адаптер NVIDIA. GeForce 256 смог опередить все другие адаптеры за счет отличной функциональности. У него было четыре конвейера рендеринга, рабочая частота 120 МГц и 32 Мб памяти (с частотой 166 МГц и 128-битной шиной) SDRAM (которая с 2000 года стала DDR SDRAM). Не забыли в NVIDIDA и про T&L, который начинали поддерживать все выходящие игры.

Рис. 19. Великолепная GeForce 256

К сожалению, свой штрих в этот этап истории видеокарт не смогла вписать Matrox. Они не последовали принципу выпуска новых адаптеров каждые 6 месяцев, а G400 проигрывал GeForce из-за плохой производительности в OpenGL, а также пресловутого T&L. Так, G400 стал востребованным лишь теми, кому нужно было использовать для работы или игры 2 монитора. У Matrox просто-напросто кончились идеи.

Новейшая история

год ознаменовал новый виток развития компьютерной графики. NVIDIA выпустила свой новый чип NV20, который стал основой GeForce3. Производительность не слишком далеко ушла от GeForce2, однако вышел он в одно время с DirectX 8.0, стандартизировавший пиксельные и вершинные шейдеры 1.0. По факту, шейдерные блоки присутствовали и в GeForce2, однако им нужна была поддержка от графических библиотек в самих играх, иначе они попросту не работали. Но игры, которые получили поддержку DirectX 8.0, показывали великолепную картинку.

Рис. 20. NVIDIA GeForce2

Рис. 21. GeForce3 с чипом NV20

Ответ, последовавший от ATI, оказался очень мощным. ATI не собирались продолжать занимать второе место и попытались обогнать главного конкурента. Выпущенный компанией R200 обладал поддержкой шейдеров версии 1.4, которые были в составе DirectX 8.1. Помимо прочего, Radeon добавил аппаратную тесселяцию, которая дала чипу возможность самостоятельно делать модели объектов более сложными.

Рис. 22. Удар ATI по NVIDIA: видеокарта ATI R200

Ну а ответ NVIDIA удивил всех. Его попросту не было. Однако в компании рассуждали очень даже хитро и умно: ведь разработчики игр не будут вкладывать деньги для поддержки технологий, принадлежащих только ATI. Получается, что NVIDIA не пыталась догнать флагмана от ATI и следующим адаптером у неё стал NV25 (GeForce4Ti), не поддерживающий тесселяцию и версию шейдеров, используемую товаром ATI. Замысел NVIDIA можно сказать оправдался: разработчики игр не очень хотели внедрять в свои игры поддержку новых версий шейдеров и TruForm. Несмотря ни на что, NVIDIA не занимала четко второе место - компании делили лидерство, а NVIDIA готовила мощные ответы для ATI (ныне купленная компанией AMD).

Так и началась новейшая история видеокарт. С 2001 года история видеокарт пишется двумя компаниями: ATI и NVIDIA. За декаду появлялись и исчезали новые поколения чипов обеих компаний, а изначальные геометрические и текстурные блоки превратились в тысячи свободно программируемых ядер, а компания-лидер в этой гонке постоянно меняется.

Благодаря этой борьбе, компании разрабатывают новые решения, технологии, устанавливая все новые рекорды производительности, а также постоянно меняются цены. Обидно, конечно, что в этой борьбе третий лишний. И не факт, что он вообще сможет когда-нибудь появиться.

1.2 Устройство видеокарты

Рис. 23. Устройство видеокарты

1.      TV-выход

2.      Разъем DVI (можно преобразовать в аналоговый сигнал)

.        Выход VGA

.        Разъем питания вентилятора охлаждения

.        Графический процессор с интегрированной DAC и теплоотводом/вентилятором

.        Разъем AGP 8х

.        Модули памяти DDR

.        Микросхема регулировки напряжения

Графический процессор

Рис. 24. Графический процессор

Графический процессор (Graphics processing unit - графическое процессорное устройство) - занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства. Современные графические процессоры по сложности мало чем уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его как по числу транзисторов, так и по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков. Однако, архитектура GPU прошлого поколения обычно предполагает наличие нескольких блоков обработки информации, а именно: блок обработки 2D-графики, блок обработки 3D-графики, в свою очередь, обычно разделяющийся на геометрическое ядро (плюс кэш вершин) и блок растеризации (плюс кэш текстур) и др.

Видеопамять

Рис. 25. Видеопамять

Видеопамять - выполняет роль кадрового буфера, в котором хранится изображение, генерируемое и постоянно изменяемое графическим процессором и выводимое на экран монитора (или нескольких мониторов). В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные. Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте. Современные видеокарты комплектуются памятью типа DDR, DDR2, GDDR3, GDDR4 и GDDR5. Следует также иметь в виду, что помимо видеопамяти, находящейся на видеокарте, современные графические процессоры обычно используют в своей работе часть общей системной памяти компьютера, прямой доступ к которой организуется драйвером видеоадаптера через шину AGP или PCIE. В случае использования архитектуры UMA в качестве видеопамяти используется часть системной памяти компьютера.

Видеоконтроллер

Рис. 26. Видеоконтроллер

Видеоконтроллер - отвечает за формирование изображения в видеопамяти, даёт команды RAMDAC на формирование сигналов развёртки для монитора и осуществляет обработку запросов центрального процессора. Кроме этого, обычно присутствуют контроллер внешней шины данных (например, PCI или AGP), контроллер внутренней шины данных и контроллер видеопамяти. Ширина внутренней шины и шины видеопамяти обычно больше, чем внешней (64, 128 или 256 разрядов против 16 или 32), во многие видеоконтроллеры встраивается ещё и RAMDAC. Современные графические адаптеры (ATI, nVidia) обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.

Цифро-аналоговый преобразователь

ЦАП (RAMDAC - RandomAccessMemoryDigital-to-AnalogConverter) - служит для преобразования изображения, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на аналоговый монитор. Возможный диапазон цветности изображения определяется только параметрами RAMDAC. Чаще всего RAMDAC имеет четыре основных блока - три цифроаналоговых преобразователя, по одному на каждый цветовой канал (красный, зелёный, синий, RGB), и SRAM для хранения данных о гамма-коррекции. Большинство ЦАП имеют разрядность 8 бит на канал - получается по 256 уровней яркости на каждый основной цвет, что в сумме дает 16,7 млн цветов (а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство). Некоторые RAMDAC имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд цветов, но эта возможность практически не используется. Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП. Стоит отметить, что мониторы и видеопроекторы, подключаемые к цифровому DVI выходу видеокарты, для преобразования потока цифровых данных используют собственные цифроаналоговые преобразователи и от характеристик ЦАП видеокарты не зависят.

Видео-ПЗУ (Video ROM) - постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую - к нему обращается только центральный процессор. Хранящийся в ПЗУ видео-BIOS обеспечивает инициализацию и работу видеокарты до загрузки основной операционной системы, а также содержит системные данные, которые могут читаться и интерпретироваться видеодрайвером в процессе работы (в зависимости от применяемого метода разделения ответственности между драйвером и BIOS). На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись видео-BIOS самим пользователем при помощи специальной программы.

Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и видеопамяти в допустимых пределах.

Рис. 27. Система охлаждения

.3 Основные характеристики видеокарт

Тактовая частота видеочипа

Рабочая частота GPU обычно измеряется в мегагерцах, т. е. миллионах тактов в секунду. Эта характеристика прямо влияет на производительность видеочипа - чем она выше, тем больший объем работы GPU может выполнить в единицу времени, обработать большее количество вершин и пикселей. Пример из реальной жизни: частота видеочипа, установленного на плате Radeon HD 6670 равна 840 МГц, а точно такой же чип в модели Radeon HD 6570 работает на частоте в 650 МГц. Соответственно будут отличаться и все основные характеристики производительности. Но далеко не только рабочая частота чипа определяет производительность, на его скорость сильно влияет и сама графическая архитектура: устройство и количество исполнительных блоков, их характеристики и т. п.