Что такое видеокарта? Основные понятия

Вступление

Сегодня мы продолжаем начатый немногим ранее цикл статей, посвящённых компонентам компьютера. В предыдущий раз мы подробно разобрали такую тему, как «Что такое процессор и почему его можно считать сердцем любого современного устройства». Сегодня мы хотим затронуть не менее интересную и важную тему: «Что такое видеокарта или графический процессор (GPU)». Как всегда, наш экскурс начнётся с базовых принципов, терминологии и небольшой предыстории появления графических процессоров.

Что такое видеокарта (GPU)?

Видеокарта (видеоадаптер, графический адаптер, графическая плата, графическая карта, графический ускоритель или на английском: video card, graphics card) - это устройство, преобразующее графический образ или код, хранящийся как содержимое в памяти компьютера (или самого графического адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора.

Проще говоря, видеокарта в совокупности с другими компонентами компьютера позволяет преобразовать протекающий машинный код (последовательность команд) внутри вашего компьютера в удобочитаемое изображение для человеческого глаза.

В первую очередь, под видеокартой подразумевается устройство с графическим процессором, который занимается формированием самого графического образа. Все современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку команд и кода, снимая данную часть задачи с центрального процессора компьютера.

Также современные видеокарты от Nvidia и AMD на аппаратном уровне осуществляют рендеринг графического конвейера для построения и отображения двумерной и трёхмерной компьютерной графики на спецификациях OpenGL, DirectX и Vulkan.

Зачастую видеокарта выполнена в виде отдельной печатной платы и используется в отдельном слоте расширения (AGP, PCI Express) материнской платы. Однако широко распространены и встроенные (интегрированные) в системную плату или процессор видеокарты. Ниже мы посвятим отдельный блок в ключе сравнения интегрированных и внешних (дискретных) видеокарт.

История появления графических процессоров

Пожалуй, это был один из самых сложных и тернистых путей компьютерного прогресса, и начинался он, как могли подумать многие, не с вывода примитивной 2D или 3D графики, а с вывода самого простого текста на монохромный экран монитора.

Итак, давайте начнём по порядку.

Самым первым графическим адаптером стал MDA (Monochrome Display Adapter), разработанный в 1981 году. MDA был основан на чипе Motorola 6845 и оснащен 4 КБ видеопамяти. Он работал только в текстовом режиме с разрешением 80×25 символов и поддерживал пять атрибутов текста: обычный, яркий, инверсный, подчёркнутый и мигающий. Никакой цветовой или графической информации он передавать не мог, и то, какого цвета будут буквы, определялось моделью используемого монитора.

Однако настоящим прародителем современных видеокарт принято считать CGA (Color Graphics Adapter), выпущенный компанией IBM в 1981 году. CGA мог работать как в текстовом режиме с разрешениями 80×25, так и в графическом с разрешениями до 640×200 точек и с возможностью отрисовки 16 цветов.

С момента появления первого цветного графического адаптера CGA в 1981 и вплоть до 1991 никаких революционных инноваций не происходило от слова «совсем». В основном разработчики и конструкторы аппаратных плат представляли небольшое увеличение разрешения, цветности изображения и т. д.

И только в 1991 году появилось такое понятие, как SVGA (Super VGA) — расширение VGA с добавлением новых режимов и дополнительного сервиса, например, возможности поставить произвольную частоту кадров. Число одновременно отображаемых цветов увеличивается до 65 536 (High Color, 16 бит) и 16 777 216 (True Color, 24 бита), появляются дополнительные как текстовые, так и визуальные режимы отображения информации. SVGA является фактическим стандартом видеоадаптеров где-то с середины 1992 года, после принятия ассоциацией VESA стандарта VBE (VESA BIOS Extention — расширение BIOS стандарта VESA) версии 1.0. До того момента практически все видеоадаптеры SVGA были несовместимы между собой.

Ну что, не устали еще? Если нет, предлагаю продолжить и перейти к разбору того, что из себя представляют интегрированные и дискретные видеокарты.

Интегрированная или внешняя (дискретная) видеокарта

Интегрированная (встроенная) видеокарта

Интегрированная видеокарта — это видеокарта, которая уже встроена в ваш процессор или материнскую плату. В большинстве современных процессоров от AMD и Intel под защитной крышкой процессора располагается не только кристалл центрального процессора, но и интегрированное в кристалл процессора графическое ядро для вывода графической информации.

Решение со встроенными графическими процессорами (видеокартами) довольно популярно в ноутбуках и другой портативной электронике, где из-за компактных размеров устройства невозможно использовать отдельное внешнее графическое решение для вывода информации.

Интегрированное графическое решение в плане общей производительности и быстродействия зачастую уступает отдельным внешним графическим картам и, скорее, годится как временное решение до момента покупки отдельной внешней видеокарты (в ноутбуках и другой портативной электронике возможность замены видеокарты зачастую отсутствует). Однако производительности интегрированного в материнскую плату или процессор видеочипа вполне хватает для ряда повседневных задач по типу серфинга в интернете, просмотра видео в низком разрешении (битрейде) или работы в офисном пакете приложений. Интегрированные видеокарта в последних линейках процессоров Intel (начиная с интегрированного графического ядра Intel HD Graphics 630) и AMD (начиная с интегрированного графического ядра Radeon Vega 10) вполне могут справиться с простыми и нетребовательными играми в FullHD разрешении.

В дополнение хотелось бы отметить, что все интегрированные графические карты не имеют своей собственной видеопамяти. В качестве видеопамяти интегрированные решения резервируют настраиваемый участок из оперативной памяти для своих нужд и последующей работы.

Внешняя (дискретная) видеокарта

Внешняя или дискретная видеокарта — это устройство (независимое видеоядро), которая располагается на отдельной плате и устанавливается в отдельный AGP (от англ. Accelerated Graphics Port - ускоренный графический порт) или PCI (англ. Peripheral component interconnect - взаимосвязь периферийных компонентов) слот материнской платы компьютера.

Дискретные видеокарты являются самым производительным графическим решением, так как на отдельной плате видеокарты располагается независимый графический процессор и набор отдельной независимой видеопамяти, что позволяет не задействовать в процессе работы графического процессора (видеокарты) вашу основную оперативную память и встроенное в процессор графическое ядро.

Из-за резкой разницы в производительности, по сравнению с интегрированными графическими решениями, прямо пропорционально повышается и рабочая температура видеокарты. Поэтому на все производительные дискретные решения устанавливаются массивные радиаторы для отвода тепла, а количество кулеров используемых для охлаждения может достигать 3-4 штук.

Дискретный вариант видеокарт может быть заменён в будущем, когда производительности текущей видеокарты не будет хватать для запуска новых требовательных игр или работы в графических приложениях.

Характеристики видеокарт

Ну что, достаточно «лирики», давайте пройдёмся по основным характеристикам видеокарт. Ниже мы перечислим только основные характеристики видеокарт, на которые стоит обратить внимание при выборе видеокарты, без углубления в такие параметры, как техпроцесс, количество CUDA блоков или число блоков растеризации.

Производитель

Так сложилось, что рынок видеокарт разделён между двумя игроками - «красными и зелёными». Под «красными» следует понимать графические решения от AMD – Radeon, а под «зелёными» - Nvidia – Geforce.

По данной ссылке вы сможете ознакомиться с нашей отдельной статьей в ключе выбора видеокарты: «Как выбрать видеокарту для компьютера? Какая видеокарта лучше: AMD или Nvidia?»

Тактовая частота ядра и памяти

Здесь можно провести прямую аналогию с тактовой частотой центрального процессора с единственным отличием, что в видеокартах частотой обладает как видеопамять, так и само графическое ядро.

Следовательно, чем выше показатель тактовой частоты графического процессора и памяти, тем выше производительность видеокарты.

Стоит добавить, что большинство видеокарт позволяет поднять показатели тактовой частоты через специальные программы для «разгона» или оверклокинга. В некоторых случаях прирост производительности может достигать от 5% до 20%. Но не стоит забывать об обратной стороне медали — возможности появления артефактов или графических ошибок в различных приложениях и потенциальном ускоренном износе видеокарты или перегреве.

Прочитать про разгон (оверклокинг) видеокарты вы можете в нашей отдельной статье - «Разгон видеокарты».

Тип и объем видеопамяти

Под видеопамятью следует понимать отдельную независимую память, распаянную на плате видеокарты под нужды самой видеокарты при работе с графическими задачами.

На современном рынке представлены видеокарты с видеопамятью следующих типов - GDDR3, GDDR4, GDDR5, GDDR6 и GDDR6X. Тип видеопамяти и её количество определяет основной параметр – пропускную способность памяти. Но не всегда объем видеопамяти говорит о производительности видеокарты, поэтому нужно обращать внимание и на другие важные характеристики, такие как используемой тип памяти и разрядность шины.

Следовательно, чем новее тип используемой памяти и больше её количество, тем быстрее видеокарта сможет отрисовывать/прогружать новые текстуры в играх или, как вариант, сможет задействовать текстуры более высокого качества и разрешения.

Разрядность шины памяти

Разрядность шины памяти отвечает за то, насколько быстро графический процессор видеокарты обменивается обрабатываемой информацией с памятью видеокарты. Чем выше разрядность, тем быстрее происходит обмен данной информацией, что весьма важно в требовательных играх или задачах обработки графики.

Система охлаждения

Тут тоже все весьма просто — чем производительней видеокарта, тем больше тепла она выделает. Поэтому все современные графические решения используют от двух и более кулеров (вентиляторов) для охлаждения видеопроцессора и памяти видеокарты.

В некоторых моделях видеокарт система охлаждения может работать тише, чем в других моделях, поэтому, если для вас важен такой параметр, как издаваемый шум при нагрузке, советуем ознакомиться с отзывами пользователей перед приобретением конкретной модели видеокарты.

Интерфейсы или разъемы подключения

Интерфейс подключения определяет то, посредством чего ваш монитор или телевизор будет подключен к видеокарте для вывода изображения. На данный момент в мониторах и телевизорах используется четыре разъема подключения, это — DVI-I, DVI-D, VGA, HDMI и DisplayPort.

DVI-I, DVI-D и VGA относятся к морально устаревшим стандартам подключения и зачастую используются в старых моделях мониторов и телевизоров, где разрешение редко превышает 1920×1080, а частота обновления 75 Гц. Поэтому, если вы хотите использовать разрешение выше, чем FullHD (1920×1080), вам следует обратить внимание на варианты с HDMI и DisplayPort разъемами подключения.

Стоит добавить, что HDMI и DisplayPort, помимо вывода изображения, могут передавать и звуковой сигнал с устройства, что очень удобно в случае подключения и вывода изображения на телевизор или монитор со встроенными динамиками.

Разъемы питания

C ростом производительности видеокарты прямо пропорционально увеличивается её потребляемая мощность, следовательно, чем лучше и производительней видеокарта, тем больше линий дополнительного питания ей потребуется для работы.

Не удивляйтесь, но большинство современных видеокарт являются самыми «прожорливыми» элементами компьютера в плане электропитания. В качестве примера: видеокарта GeForce RTX 3070 требует подключения 8-pin + 6-pin разъемов дополнительного питания и потребляет в момент нагрузки порядка ~300 Вт, в то время как графические решения начального уровня по типу GeForce GT 1030 вполне способны работать без наличия дополнительного питания и обходятся питанием с линии PCI-Express.

И возможно, что смена видеокарты в вашем компьютере на новую повлечёт за собой еще одну трату - покупку нового более мощного блока питания. Зачастую производители любезно указывают рекомендуемый по мощности блок питания, в случае с примером выше (GeForce RTX 3070) производитель рекомендует использовать блок питания не менее 650 Вт.

Заключение

Надеемся, что после прочтения данной статьи вы смогли разложить все по своим местам и поняли, что видеокарта - не менее сложный и функциональный компонент большинства современных компьютеров, чем процессор. А если у вас остались вопросы, не стесняйтесь и задавайте их в комментариях к данной статье, мы с радостью ответим на них!