Kratka istorija grafičke karte

ISTORIJAT

Prva grafička karta, koja je puštena u prodaju kad i prvi IBM PC, je razvijena od strane IBM-a 1981.god. Ovaj adapter se zvao MDA (Monochrome Display Adapter) i mogao je da radi samo u tekstualnom modu, pri tom pokazujući 80 kolona i 25 linija (80×25) teksta na ekranu. Imao je 4KB video memorije i prikazivao je jednu boju, beo ili zelen tekst na crnoj pozadini. Imao je analogni izlaz za povezivanje sa monitorom i paralelni port za povezivanje sa štampačem.

Prvi opšte prihvaćen standard je bio VGA (video graphics array), koji je na tržište plasirao IBM, 1987. godine sa svojom IBM Personal System/2 (PS/2) serijom računara. Kompanije kao što su ATI, Cirrus Logic i S3 su radili sa ovom kartom, povećavajući rezoluciju i broj boja na displeju. To se, u toku tekuće godine, razvilo u SVGA (Super VGA) standard, koji je dostigao 2MB video memorije, rezoluciju 1024×768 piksela i prikaz od 256 boja. Ovaj standard je zvanično predstavljen tek dve godine kasnije, ali u suštini, razvoj tehnologije je išao relativno velikom brzinom.

VOODOO

Godine 1995. pojavile su se prve grafičke karte za širi krug korisnika koje su imale 2D i 3D akceleraciju. Do tada su ovakve karte bile rezervisane za jake radne stanice ili korisnike koji su se profesionalno bavili dizajnom. 1997. godine, kompanija 3dfx je na tržište izbacila Voodoo grafički čip, koji je bio daleko moćniji od konkurentnih grafičkih karti.

Ovo je bila prva karta za neprofesionalni segment tržišta koja je podržavala tehnike kao što su mip mapping, z-buffering i anti aliasing. Specifično je da ova karta nije imala svoj VGA kontroler, zbog čega je kompjuter koji je imao ovu kartu morao imati odvojenu kartu ili integrisano rešenje za prikaz slike. Zbog ovoga, ukupna cena hardvera je bila veća, ali s obzirom na to da je Voodoo bio namenjen krajnjim korisnicima koji su poboljšavali svoj kompjuter, a ne proizvođačima gotovih konfiguracija, razlika u ceni nije bila toliko drastična, jer ste, u suštini trošili novac na samo jednu komponentu, a ne kupovali nov računar, radi povećanja performansi, što je tada bio mnogo češći trend nego poslednjih godina.
U godinama koje su sledile, 3dfx je bio neprikosnoveni lider na tržištu diskretne grafike, a njegovi sledbenici kompanije kao što su ATI, sa svojim Rage grafičkim rešenjima i NVIDIA sa Riva grafičkim kartama. Ostale firme su polako, ali sigurno potisnute u drugi plan.

Krajem 2000. godine, dve nedelje pre izbacivanja nove grafičke karte na tržište kompanija 3dfx je objavila bankrot. Razlozi bankrota su u najmanju ruku tema za raspravu, ali neki od njih su, loša fleksibilnost firme i neprilagođavanje novim trendovima. Insistirali su na high-end segmentu tržišta i imali duge i ambiciozne cikluse razvoja novih proizvoda. Kontra tome, NVIDIA je imala u ponudi grafičke karte za sve slojeve tržišta, sa odgovarajućim cenama i razvoj proizvoda je trajao jedan ciklus. Sličnu razvojnu i poslovnu strategiju je primenio ATI i sada su ove dve kompanije neprikosnovene na tržištu diskretne grafike. 3dfx je kupila NVIDIA. Od tada, do danas, ATI i NVIDIA su najveći snabdevači diskretne grafike, sa trenutno preko 90% udela na tržištu.

KOMPONENTE

Sada ćemo da pogledamo, od čega se sastoji moderna grafička karta. Na štampanoj ploči se nalaze GPU (Graphic Processing Unit / Grafički procesor), Video BIOS (ili firmware), Video memorija, RAMDAC, izlazi za povezivanje i prikaz slike, interfejs za povezivanje sa matičnom pločom, interfejs za povezivanje dve kartice, neki tip hladjenja i konektori za povezivanje sa napajanjem.

Grafički procesor

GPU je posvećeni procesor, optimizovan za ubrzavanje prikaza grafike. Specifično je dizajniran za izračunavanje operacija u pokretnom zarezu, koje su fundamentalne za 3D renderovanje grafike. Glavni atributi GPU-a su frekvencija jezgra i broj pipeline-ova (sistem struktura cevastog oblika, odatle ime) koji prevode 3D sliku karakterizovanu vektorima i linijama u 2D prikaz na formiran pikselima na displeju.

Video BIOS (firmware)

Firmware je kratak kod koji se nalazi na malom čipu na grafičkoj karti. Kada kartica dobije struju, BIOS se učitava u sistemsku memoriju i izvršava od strane kompjuterskog procesora. On kontroliše operacije i pruža instrukcije koje omogućavaju kompjuteru i softveru da komuniciraju sa karticom. Može sadržati informacije o radnim brzinama i voltažama grafičkog procesora, memorije, šejdera itd. Nekada je moguće menjati vrednosti u BIOS-u, na primer, radi povećavanja performansi karte, ali ovo obično rade samo overklokeri i uvek postoji mogućnost da se grafička trajno ošteti.

Video memorija

Memorijski kapacitet većine modernih karti je izmedju 128MB i 4GB, ali u praksi je malo onih koje imaju više od 1GB. S’obzirom da memoriji mora da pristupi GPU i integrisana kola displeja, često se koristi memorija velike brzine, kao što su, ranije, VRAM, WRAM, SGRAM a u novije doba (od 2003. godine) DDR (Double Data Rate) memorija i napredniji vrste DDR2, GDDR3, GDDR4 i GDDR5, pri čemu 4 i 5 koriste za sada samo ATI grafičke karte. Frekvencija memorije na modernim kartama je približno između 400MHz i 3.8GHz.

RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter)

Kao što mu ime kaže, konvertuje signal iz digitalnog u analogni, za displeje koji koriste analogne ulaze. U skorije doba je integrisan u GPU, a i većina današnjih displeja radi digitalno, tako da ne koristi ovu komponentu. Ono što se dešava kod monitora sa analognim priključkom je da se signal iz karte konvertuje iz digitalnog u analogni, ide kroz kabl i konvertuje se ponovo iz analognog u digitalni, pri čemu dolazi do gubitka informacija i time nižeg kvaliteta slike.

IZLAZI

Izlaza iz grafičke karte ima raznih. Medju standardnima su:

1. VGA (DE-15 / D-sub)

Analogni standard u upotrebi od 1981. godine i još uvek je u upotrebi. Mane su mu distorzija slike, greške u proceni prilikom prikazivanja piksela i elektromagnetne smetnje

2. DVI (Digital Visual Interface)

Digitalni standard za displeje kao što su LCD, plazma i TV uredjaji visoke definicije i video projektori. Nema gore navedenih mana koje se javljaju kod analognih displeja, jer koristi precizan prikaz slike pomoću native rezolucije, koja odgovara broju fizičkih piksela koji se nalaze na ovakvim displejima. Ima više varijacija koje se razlikuju po signalima koje implementiraju.

3. VIVO (Video In Video Out)

Koristi se za povezivanje sa TV i DVD uređajima, video rekorderima i igračkim konzolama. Najčešće je neka od dve varijante Mini-DIN konektora i kabla koji se razdvaja na 4 ili 6 konektora .

4. HDMI (High-Definition Multimedia Interface)

Napredni audio/video digtalni standard. Najčešće se koristi za povezivanje igračkih konzola i video plejera na displej.

Među ređe korišćenim su:

1. DB13W3 (13W3)

Analogni standard koji su koristili Sun, IBM i SGI

2. DMS-59

Konektor koji omogućava dva DVI izlaza na jednom konektoru.

Interfejs sa matičnom pločom

Interfejsi koji se koriste su hronološki poredjani u tabeli, pri čemu su čestoj upotrebi i dalje AGP 8x na starijim matičnim pločama i PCIe x16 i PCIe x16 2.0 na novijim.

Interfejsi se razlikuju fizički, ali što je mnogo bitnije, drastično se razlikuju u frekvenciji i propusnoj moći, to jest, količini podataka koje mogu preneti u jedinici vremena.

HLAĐENJE

Grafičke karte mogu da koriste veliku količinu elektriciteta, čiji deo se pretvara u toplotu. Ako se ta toplota ne odvodi, kartica se može pregrejati i oštetiti. Postoje dva tipična načina hladjenja: pomoću vazduha i vode.

Hladjenje se obavlja putem hladnjaka, elementa koji ima ulogu da fizički odvodi toplotu od karte. Najčešće je napravljen od metala koji ima dobru termalnu provodljivost kao što su aluminijum ili bakar. Nekad se koristi u kombinaciji sa heat pipe tehnologijom, koja funkcioniše na principu termalne provodljivosti i promene stanja materije.

Prilikom zagrevanja, radna tečnost prelazi u gasovito stanje i odvodi toplotu. Putuje do druge, hladnije strane sistema, kondenzuje se i vraća nazad, pri čemu se postupak ponavlja.
U hlađenju pomoću vazduha, često se koriste i ventilatori kao aktivna komponenta, koji drastično poboljšavaju efikasnost hlađenja.
U hlađenju pomoću vode, hladnjak koji je dizajniran da koristi vodu umesto vazduha za hlađenje, ima šupljine kroz koje teče voda. Voda se pumpa u hladnjak, toplota se prenosi na nju i rasipa kad stigne do spoljnjeg hladnjaka koji se nalazi udaljen od karte. Bez ekstremnog modifikovanja, ovo je najefikasnija metoda za hladjenje.

POTROŠNJA STRUJE

Kako se povećavala procesorska moć grafičkih karti, povećavala se i količina električne energije koju koriste. Dok proizvođači centralnih procesora prate trend smanjivanja količine energije potrebne za rad, kod grafičkih karti, ona je i dalje u porastu. S obzirom da PCIe interfejs snabdeva grafičku kartu sa samo 75W, na novijim kartama se nalaze konektori sa 6 ili 8 pinova preko kojih se direktno iz napajanja karte snabdevaju sa dodatnih 75W ili 150W zavisno od konektora u pitanju

Za kraj sam, možete videti Unigine DirectX 11 Hardware tessellation demo and benchmark – demonstraciju nekih od novih efekata koje podržavaju nove ATI kartice, a ako imate kartu koja podržava directX 11, možete joj testirati performanse i sami videti kako se snalazi.