Grafická karta
Grafická karta nebo také videoadaptér je součástí počítače a stará se o zobrazení obrazu na monitoru, grafické výpočty atd. Připojena je většinou přes PCI-Express slot. Některé grafické karty umožňují kromě výstupu i vstup, tato funkce se jmenuje VIVO a v současné době je vidět velice zřídka. V roce 2008 vydala ATi řadu Radeon HD4000 a nVidia řadu GeForce GTX200.
Grafická karta může být i integrována na základní desce. Většinou se jedná o nejnutnější čipy, výjimečně se přidává vlastní paměť. Nazývá se potom IGP (integrovaný grafický čip). V roce 2009 je nejmodernější od AMD HD3200, od NVIDIE GeForce 9400 a od Intelu X4500.
OBSAH
1.2 Popis karty
1.3 Součástky v grafiské kartě
4. Chlazení grafické karty
4.1 Vzduchové chlazení
4.2 Vodní chlazení
4.3 Problémy s chlazením
9.1 Starší
9.2 Novější
9.2.1 Poměr stran 4:3
9.2.2 Poměr stran 5:4
9.2.3 Poměr stran 8:5 (16:10)
9.2.4 Poměr stran 16:9
1. Stavba karty
Grafická karta se stará o grafický výstup na monitor, TV
obrazovku či jinou zobrazovací jednotku. V případě, že grafická karta obsahuje
tzv. VIVO (video - in a video-out), umožňuje naopak i analogový vstup
videosignálu např. při
ukládání videosouborů z videokamery, videopřehrávačů
apod. Dříve byla "grafická karta" (přesněji šlo o grafický čip)
nedílnou součástí základní desky, dnes jsou grafické karty oddělené a připojené
do počítače pomocí některého typu sběrnice. Grafická karta samozřejmě může být
i integrovaná na základní desce počítače, v tomto případě se jedná o tzv.
low-end desky nebo desky nižší střední třídy. Výjimku většinou dnes tvoří notebooky,
u kterých je integrované grafické jádro součástí čipsetu. Pokud je grafická
karta integrovaná na základní desce, lze ji vypnout a nahradit grafickou
kartou, která se zasune do příslušné pozice na desce. Grafické karty jsou rok
od roku složitější a výkonnější, a jelikož již dlouhou dobu obsahují vlastní
mikroprocesor (GPU – graphics processing unit), paměti i sběrnice, daly by se
označit za „počítače v počítači“.
Díky speciální konstrukci grafického čipu ji lze využít na specifické výpočty, kde má přes 10x větší výkon (někdy i 100x), specifické výpočty jsou součástí GPGPU. Dříve se pro výpočty používaly odděleně jednotky vertex a pixel, dnes se používají částečně programovatelné jednotky - "unifikované shadery". Nedokážou tak obecné výpočty jako CPU, ale za to ve své specializaci vynikají. Dále obsahuje TMU, ROP, řadič pamětí, napájecí obvody, výstupní konektory a další.
Dnes se nejběžněji připojuje přes PCI-Express x16 slot.
(= součásti grafické karty)
GPU - "grafický procesor" je výpočetní jádro grafické karty. Obsahuje řadič paměti, unifikované shadery, TMU jednotky, ROP jednotky a další. Zpracovává 3D geometrii na 2D obraz, zobrazitelný na zobrazovacím zařízení.
- Unifikované shadery - moderní náhrada za jednotky Pixel a Vertex. Každá firma má svoji vlastní architekturu shaderů. Jsou programovatelné a díky tomu nemusí počítat pouze zobrazovatelná data, ale i výpočty pro vědu a další... NVIDIA má každý unifikovaný shader plnohodnotný, AMD používá 5D shadery (5 menších shaderů jako celek).
- Řadič pamětí - stará se o komunikaci mezi grafickou pamětí a GPU. NVIDIA zatím má podporu až po GDDR3, AMD má podporu GDDR5.
- TMU jednotky (Texture mapping unit) - mapuje textury na objekty.
- ROP jednotky (Render Output unit) - zabezpečuje výstup dat z grafické karty.
Paměť - zde jsou ukládány informace nutné pro grafické výpočty. Pokud je grafická karta integrovaná na základní desce, používá Operační paměť celého počítače, jinak má vlastní paměť, nejčastěji nějaký typ GDDR (GDDR 2, 3, 4, 5) nebo DDR (1, 2, 3) kvůli nižší cenně. Dříve se používali SDR.
Firmware (=BIOS) - základní programové vybavení grafické karty, které je na vlastním paměťovém čipu. Jsou v něm uloženy informace o jménu grafické karty, GPU, taktech GPU a grafické paměti, napětí GPU a grafické paměti a další informace.
RAMDAC - Převodník digitálního signálu, se kterým pracuje grafická karta, na analogový nebo digitální, kterému rozumí zobrazovací zařízení (CRT monitory a LCD monitory propojeny přes analogové vstupy).
Výstupy:
- VGA - Analogový grafický výstup (používán starými monitory CRT a kompatibilními zařízeními). Možno převést redukcí z digitálního výstupu DVI.
- DVI - digitální grafický výstup (používaný většinou LCD panelů, projektory a novějšími zobrazovacími zařízeními).
- S-Video
- Component video - analogový výstup, používá 3 RCA konektory (Y, CB, CR), konektory jsou na některých projektorech, TV, DVD přehrávačích a dalších.
- Composite Video - analogový výstup s malým rozlišením, používá RCA konektor
- HDMI - Výstup na zobrazovací zařízení (nejčastěji televizor) s vysokým rozlišením. Konektor HDMI získáte většinou připojením redukce do konektoru DVI.
- DisplayPort - Digitální grafický výstup ve vysokém nekomprimovaném rozlišení. S konektory DVI ani HDMI není kompatibilní.
- DB13W3 - analogový výstup používaný v systémech Sun Microsystems, SGI a IBM.
- nVidia - Vývoj grafických čipů, čipsetů a dalších integrovaných obvodů (čipů pro přenosná zařízení)
- ATi - dnes součástí firmy AMD, vývoj grafický čipů, čipsetů a dalších integrovaných obvodů.
- Intel - Grafické čipy od Intelu jsou pouze na základních deskách v podobě IGP provedení.
- VIA Technologies - Vyvíjí levné grafické čipy hlavně pro svoji platformu, ale grafické čipy jsou kompatibilní, takže je možné je použít i u jiných platforem.
- Existují další specificky zaměření výrobci
3. Funkce grafické karty
Grafická karta vykonává grafické výpočty a vytváří údaje srozumitelné zobrazovacímu zařízení (monitor, TV a další). Ovladače informují Operační systém o způsobu komunikace s grafickou kartou.
4. Chlazení grafické karty
Na vzduchové chlazení grafické karty se používá buď pasivní kovový chladič, nebo se přidává ventilátor. Případně se používá v kombinaci s heatpipes ke zvýšení chladicí účinnosti.
Většinou se používá pouze u nejvýkonnějších grafických karet, který produkují největší odpadní teplo a to jenom jako TOP edice. Slouží k snížení teploty a hlučnosti a používá se zejména, pokud je celý počítač chlazen vodním chlazením.
4.3 Problémy s chlazením
Referenční chladiče jsou v 95% dostatečné na uchlazení grafické karty (GPU). Problém vzniká při kombinaci pasivního chlazení a nedostatečného větrání bedny nebo prachu na pasivních částech a znemožnění proudění vzduchu (částečné nebo úplné).
Problémy, ale vzniká taky při výměně chlazení a nedostatečného pohlídaní teploty GPU, paměťových čipů, napájecích obvodů, případně ještě jiné součástky na grafické karty. K tomu většinou dojde při změně aktivního chlazení na pasivní, většinou kvůli snížení teploty. Proto je dobré se informovat (výrobce, prodejce, internet,...), co je potřeba si pohlídat.
5. Omezení grafické karty
Grafická je limitována:
Návrh grafické karty - Grafické karty jsou roztříděny do řad (nižší, střední, vyšší, HIGH-END) a podle toho se škáluje i výkon.
PCB - Stabilitu ovlivňuje použité součástky a chladič.
Výkonem CPU - Podle výkonu grafiky je potřeba výkonné CPU, aby byla schopna dodat potřebná data.
Výkonné grafické karty postavené na 2 více GPU potřebují pro plný výkon buďto vysoko taktovaný dvoujádrový CPU (2,8 GHz a výš) nebo vysoko taktovaný čtyřjádrový CPU (2,5 GHz a výš), třeba u Radeon HD4870 X2 se projeví výkon čtyřjádrového CPU až na 3 GHz.
Velikostí operační paměti - Načíst data z paměti trvá
podstatně kratší dobu než z HDD.
A současně si může do ní přistupovat pro data, ale naopak to nejde.
Rychlostí slotu - To se projevuje hlavně při CF nebo SLI u PCI-Express slotu 1.1, kde při zapojení 8x8 linek nestačí přenosová rychlost.
Ovladače - starají se o to, aby grafická karta pracovala na plný výkon.
Je pouze grafikou - Nemůže zastat funkci CPU ani jiné součástky v PC.
Kompatibilita - To, že má deska PCI-Express x16 slot, nezaručuje funkčnost grafiky, některé součástky se k sobě nehodí.
Zdroj - Pokud máte slabý zdroj, nemusí dodat dostatek elektrické energie počítači a díky tomu se PC chová nestabilně a nepodává maximální možný výkon.
Nedostatečné chlazení - Pokud máte na grafické kartě nedostatečné chlazení, může dojít k přehřátí pamětí, napájecích obvodů nebo dalších součástí. Moderní grafický čip má ochranu proti přehřátí, jako CPU, která při dosažení určité teploty vypne. Přesto ve výjimečných případech, třeba rychlé sundání a max. výkon grafiky, může dojít k spálení části jádra.
Typ paměti na grafice nesmí být vyšší než na základní desce - není to pravda, není vyloučená například spolupráce operační paměti DDR1 počítače a paměti GDDR5 na grafické kartě.
Podle velikosti paměti je výkon grafiky - tady vždy záleží nejdřív na grafickém čipu a až pak na paměti. Na 64-bit sběrnici to je 256 MB, 128-bit to je 512 MB, 256-bit to je 1 GB, 512-bit to je 1,5 GB, berte to orientačně, přesně sejde na daném kusu grafiky, použitých pamětech a použitém grafickém čipu.
Vyšší cena rovná se vyšší výkon - to neplatí už dávno, vždy je dobré si projít testy a vybrat si tu pravou.
Vyšší taktovací frekvence znamená vyšší výkon - u dané karty ano, ale všeobecně je nejdůležitější architektura a programové vybavení jádra a až potom taktovací frekvence.
7. Historie
První "2D" akcelerátor byl vyvinut firmou IBM pro IBM PC v roce 1981. Jednalo se o MDA (Monochrome Display Adapter), který uměl pracovat v textovém režimu.
Původní 3D akcelerátor byl vyráběn na desce, která byla spojena s normální grafickou kartou.
Jedním z největších představitelů grafických karet byla karta Hercules Graphics Adapter (HGC). Ta s sebou přinesla i další možnosti v rozlišení, kdy se v jednobarevných obrázcích hodnota rozlišení zvedla z doposud maximálních 80×25 znaků na vysoce kvalitních 720×348 pixelů.
Pravou revoluci mezi 3D akcelerátory udělala firma 3dfx s řadou Voodoo. Na tu dobu "velmi revoluční", ale i "moc výkonné" řešení. A nejdřív firma 3dfx nenašla ani nikoho, kdo by podporoval její API Glide nebo vyrobil karty (a to nabízely "výhodné" nabídky). Nakonec po méně vydařené řadě Voodoo 4 a problémové řadě Voodoo 5 byla odkoupena společností NVIDIA.
V dnešní době jsou na trhu již velice výkonné grafické
adaptéry, které bez
problému zvládají i rozlišení 3200×2400 pixelů při barevné
hloubce 32 bitů, tak vysoké hodnoty však obvykle nedokáže zobrazit jeden
monitor. Hlavní výrobci těchto grafických karet jsou firmy ATI (koupena
společností AMD v roce 2006) a nVidia a v oblasti integrovaných grafických
karet především Intel. Firma ATI( AMD) svou řadu grafických karet pojmenovala
Radeon, firma nVidia GeForce. V polovině roku 2006 byly na světovém trhu vládci
v oboru grafických karet grafické čipy nVidia 7900 GTX (která již podporovala
SLI) od firmy nVidia a grafický čip Radeon X1900 XTX od firmy ATI. V roce 2007
má obrovský náskok nVidia, díky svojí sérii GeForce8, podporující DirectX 10,
kdy první dvě karty 8800GTX/GTS vyšly už na podzim 2006. Během května 2007 se
na trhu objevila nová vlajková loď nVidie - 8800 Ultra, nejvýkonnější karta ze
série GeForce8, a od AMD Radeon HD 2900 XT. Dle očekávání není verze 2900 XT
výkonnější než starší 8800GTX od nVidie. Další výrobci, jako je např. Matrox,
Kyro, S3/Via, Rendition, SIS, Trident, XGI zaujímají v současnosti pouze
minoritní část trhu, nebo se soustředí na specifické grafické požadavky.
Zaměřují se (např. Matrox) na profesionální oblast trhu (zpracování videa a CAD
programy).
Po vydání řady HD3000 od AMD dorovnala poměr výkon/cena s NVIDIÍ, ale už nikdy nevydala HIGH-END jádro. Používá 2 GPU na 1 PCB pro dosažení vyššího výkonu (používá přitom CF technologie). NVIDIA při vydání 8800GT ohrožuje trh, je velmi prodávaná a má v tu dobu jeden z nejlepších poměrů výkon/cena. Dokonce ohrozí i HIGH-END, při použití SLI má vyšší výkon než nejvýkonější grafiky. Následuje vydání řady HD4000 od AMD. Díky zvýšení výkonu se může s NVIDIÍ měřit ve všech segmentech. NVIDIA odpoví vydáním řady GTX 200, která má vysoký výkon, ale přesto model GTX280 neporazí 9800GX2, přestože cenou se mu vyrovná. V Q3 2008 vydává NVIDIA grafiky na 55 nm a ohrožuje AMD, díky vyšším frekvencím a menší spotřebě. V roce 2009 ohlasila AMD vydání RV740 (HD47x0) na 40 nm a RV790 (výkonější RV770) stále na 55 nm. NVIDIA přejmenovala 9800GTX+ na GTS250, ale pozměnila PCB karty, kvůli lepší konkurenci a ohlašuje vydání GTX275.
8. Sběrnice IBM PC
- PC-BUS
- ISA - univerzální 16bitová sběrnice
- ISA, AT-BUS - takřka stejná specifikace univerzální 16bitové sběrnice 4,77 MHz (max. 9,6 MB/s), 8 MHz (max. 16 MB/s), 10 MHz (max. 20 MB/s), 12 MHz (max. 24 MB/s) a 16 MHz (max. 32 MB/s)
- MCA
- EISA - 32bitová sběrnice zpětně kompatibilní se sběrnicí ISA
- VESA
- VLB - 32bitové rozšíření ke sběrnici ISA, především pro videokarty
- PCI - univerzální 32bitová sběrnice, 33 MHz (max. 132 MB/s), 66 MHz (max. 264 MB/s), 133 MHz (max. 532 MB/s)
- PCI64 - univerzální 64bitová sběrnice, 33 MHz (max. 264 MB/s), 66 MHz (max. 532 MB/s), 133 MHz (max. 1066 MB/s)
- AGP - pouze na videokarty
- PCI-Express - univerzální sběrnice, ve verzi 16x se používají většinou pouze pro grafiky, ostatním kartám (zvukové, síťové a další) stačí nižší 8x, 4x, 1x provedení slotu.
9. Grafické módy (PC)
|
Rok |
Text mód |
Grafický mód |
Barev |
Paměť |
|
MDA |
1981 |
80*25 |
320×200 |
2 4 KB |
|
CGA |
1981 |
80*25 |
640*200 |
4 16 KB |
|
HGC (Hercules) |
1982 |
80*25 |
720*348 |
2 64 KB |
|
EGA |
1984 |
80*25 |
640*350 |
16 256 KB |
|
EGC |
1984 |
80*25 |
640*400 |
16 |
|
IBM 8514 |
1987 |
80*25 |
1024*768 |
256 |
|
MCGA |
1987 |
80*25 |
320*200 |
256 |
|
VGA |
1987 |
80*25 |
640*480 |
256 256 KB |
|
SVGA |
1989 |
80*25 |
800*600 |
256 512 KB |
|
XGA |
1990 |
80*25 |
1024*768 |
65,536 2 MB |
9.2 Novější
Veškeré současné grafické adaptéry (pro obyčejné
spotřebitele) podporují 32 bitovou barevnou hloubku. Následující seznam
obsahuje některá nejpoužívanější rozlišení.
9.2.1 Poměr stran 4:3
- XGA 1024×768
- 1280×960
- SXGA+ 1400×1050
- UXGA 1600×1200
- QXGA 2048×1536
- QSXGA+ 2800×2100
- QUXGA 3200×2400
9.2.2 Poměr stran 5:4
- SXGA 1280×1024
- QSXGA 2560×2048
9.2.3 Poměr stran 8:5 (16:10)
- WXGA 1280×800
- WXGA+ 1440×900
- WSXGA+ 1680×1050
- WUXGA 1920×1200
- WQXGA 2560×1600
9.2.4 Poměr stran 16:9
- WVGA 854×480
- HD 720 1280×720
- 1366x768
- WXGA++ 1600×900
- HD 1080 1920×1080 (full HD)
- WUXGA 1920×1200
- SINS 3200x2560
10. Výrobci grafických karet
- ASUS
- BFG
- EVGA
- Gainward
- GigaByte
- Hewlett-Packard
- Leadtek
- MSI
- PowerColor
- Sapphire
- Zotac