Видеокарты: технологии, характеристики, помощь в выборе
Максим Гусаров / 18.07.2007 / 21:37
Собираете компьютер для игр? Знайте — внимание следует уделить отображению всяческих графических красот, а значит, нужны правильные монитор и... конечно, видеокарта. От мощности центрального процессора (CPU) и объема оперативной памяти производительность тоже зависит. Но если сегодня практически любой игре хватает 1-1,5 Гб памяти за 30-50$ и процессора за 70-100$, то от выбора видеоускорителя очень сильно зависит качество графики и фреймрейт (количество кадров в секунду — т.е. насколько гладко будет идти игра).
Словарь терминов
Для начала ознакомимся с некоторыми базовыми понятиями в мире трехмерной графики:
API (Application Programming Interface) — интерфейс программирования приложений — по сути, набор методов и инструментов, которые используют разработчики игр (и не только), например, при создании графического движка — основы любой игры.
Microsoft DirectX (сокращенно — DX) — наиболее распространенный на сегодняшний день API среди разработчиков игр. В настоящее время можно встретиться со следующими версиями этого API: 8.1, 9.0, 9.0с, 10. Основные отличия между ними — поддержка тех или иных версий шейдеров: DX 8.1 поддерживает шейдеры версии 1.1, DX 9.0 — шейдеры 2.0, DX 9.0c — шейдеры 3.0 и DX10 — шейдеры версии 4.0
Шейдеры — специальные программы для трехмерной графики, выполняются чипом видеокарты либо ЦПУ (в режиме эмуляции). Шейдеры позволяют сложные поверхности изображать посредством простых геометрических форм. Например, при помощи шейдеров можно создать объемную поверхность кирпичной стены, визуально будет присутствовать множество выступов, трещинок, пустот между кирпичами, однако на деле стена останется абсолютно плоской и монолитной. Различают шейдеры вершинные и пиксельные. Ускорители GeForce 3 первыми принесли поддержку аппаратного ускорения работы с шейдерами.
Вершинные (другое название — вертексные) — оперируют с вершинами полигонов (треугольников, из которых составляется любой трехмерный объект в компьютерной графике). Каждая вершина имеет множество параметров: пространственные координаты, данные о цвете, текстуре и другие. Вершинные шейдеры позволяют менять значения этих параметров. Примеры использования вершинных шейдеров: облака, туман, дым, анимация лиц и многое другое.
Пиксельные — дают возможность обрабатывать отдельные пиксели. Примеры пиксельных шейдеров: реалистичное освещение, тени, шероховатые стены, рябь на воде и блики света на металлических и стеклянных поверхностях, многие спецэффекты вроде взрывов или дождя...
High dynamic range (HDR) — технология динамического освещения, вывела реалистичность картинки в играх на новый уровень. Нововведение позволило по-новому отображать блики воды, свет, проходящий через полупрозрачные поверхности (витражи), и многое другое.
Фильтрация текстур — в двух словах: если в виртуальном мире посмотреть издалека на дорогу, то текстуры на ней будут смазаны. Фильтрация текстур убирает это недоразумение. Существует несколько видов фильтрации: билинейная, трилинейная и анизотропная. Самая качественная, но и самая сложная для ускорителя — анизотропная фильтрация. NVIDIA и ATI применяют собственные технологии для расчета фильтрации, поэтому результат получается разный.
Сглаживание (антиалиасинг) — как известно, в играх при низком (и не очень) разрешении на краях объектов можно наблюдать «лесенку», «зубчатую» границу, по-научному такое явление называется алиасинг. Сглаживание — это технология, которая позволяет сделать границы кривых линий более гладкими. Если не вдаваться в подробности, то принцип сглаживания прост — увеличивается разрешение картинки, значения цвета граничных пикселей усредняется между цветом изображения и цветом фона. Таким образом, «лесенка» размывается. Надо сказать, что антиалиасинг — очень ресурсоемкая технология, например, сглаживание в режиме AA 2х удваивает горизонтальное и вертикальное разрешение, AA 8х — увеличивает его в восемь раз! Современный антиалиасинг увеличивает разрешение не всей картинки, а только лежащей на границе объектов.
Устройство видеокарты
Мощность видеоускорителя зависит от многих показателей (графические процессоры разных производителей и разных поколений имеют архитектурные различия, в результате может оказаться, что память нового ускорителя работает медленнее, чем у старого; производительность же выше у нового поколения).
Частоты видеопроцессора (GPU) и видеопамяти — тут все ясно: чем больше, тем лучше. Сейчас на видеокартах используются следующие типы памяти: DDR, GDDR2, GDDR3, GDDR4. Микросхемы графической ОЗУ требуют хорошей системы охлаждения, так как работают с большим напряжением питания, чем обычные DDR 2/3.
Типичные диапазоны частот: GDDR — до 400 МГц, GDDR2 — 400-800 МГц, GDDR3 — 800-2500 МГц и GDDR4 — выше 2 ГГц. Тут надо сделать оговорку: особенность памяти DDR (Double Data Rate) всех поколений — эффективная частота в два раза выше рабочей; обычно указывается эффективная частота.
Напрямую с частотой памяти связан такой параметр, как время выборки — время одного такта, измеряется в наносекундах (нс). Чтобы перейти от времени выборки к частоте, надо разделить единицу на время выборки и умножить результат на одну тысячу. Это будет номинальная физическая (не эффективная!) частота памяти, т.е. при штатном напряжении память гарантированно может работать на данной частоте.
Спросите, зачем это надо, если у видеокарт всегда указывается эффективная частота? Если используете карточку только в штатном режиме, то — незачем, но если хотите разогнать ускоритель, то время выборки может иметь ключевое значение, и вот почему. Частоты памяти на видеокартах от разных производителей, основанных на одинаковых GPU, обычно несильно отличаются и почти всегда ниже номинальных, а вот время выборки памяти может отличаться значительно. Поэтому, посмотрев на маркировку памяти видеокарты (где в обязательном порядке указывается ее время выборки), можно выбрать потенциально лучше разгоняющийся продукт. Потенциально — потому, что при разгоне никто никаких гарантий дать не может. Например, напряжение памяти в целях экономии электроэнергии и снижения тепловыделения может быть занижено. Так сделано, например, на топовом ускорителе от NVIDIA — GeForce 8800 Ultra, что делает затруднительным разгон до номинальной эффективной частоты в 2,5 ГГц. В данном случае специально использовали дорогую 0,8 нс память (эфф. частота 2500 МГц), которая при пониженном напряжении питания смогла стабильно отрабатывать на 1080 МГц (эфф. частота). Добиться от памяти работы на 2500 МГц в этом случае вряд ли возможно, максимум, чего получится достигнуть – 2200-2300 МГц.
Разрядность памяти (или интерфейс памяти) — количество бит информации, которые память в состоянии передать за один такт. Нормальным считается от 128 бит; 64 бит — встречается только в бюджетных ускорителях.
Пропускная способность памяти (ПСП) — объем информации, проходящий через память за одну секунду. ПСП равна эффективной частоте памяти, умноженной на разрядность памяти. Естественно, чем выше ПСП, тем лучше. Особенно высокие требования предъявляются при работе видеокарты в сложных режимах (высокое разрешение, сглаживание и фильтрация текстур).
Объем видеопамяти — чем больше, тем лучше, однако есть одно «но» — некоторые производители любят устанавливать на дешевые карточки большой объем памяти, например 512 Мб, а чтобы цена при этом не увеличилась, используют более дешевую и, соответственно, более медленную память. В данном случае предпочтительнее маленький объем высокочастотной памяти, чем большой объем медленной.
Кроме того, при «узкой» шине (64-бит) большой объем памяти бессмыслен, он просто не будет использован из-за низкой ПСП.
Современные GPU состоят из множества функциональных блоков, их количество влияет на производительность самым прямым образом. Необходимо помнить, что ориентироваться по частоте работы блоков их количеству можно только в пределах одного модельного ряда.
Количество пиксельных конвейеров главным образом ответственно за общую производительность в играх. Предназначение данных конвейеров — выполнение пиксельных шейдеров, а современные игры используют их все больше и больше. Поэтому количество пиксельных конвейеров — один из важнейших параметров GPU.
Количество вершинных конвейеров. Не так важно, как количество вершинных конвейеров, но также нельзя сбрасывать со счетов. В сценах со сложной геометрией, где особо много вершинных шейдеров, производительность GPU может упираться именно в недостаточное число вершинных конвейеров.
Количество текстурных блоков (TMU). TMU отвечают за скорость фильтрации текстур, в том числе и за скорость трилинейной и анизотропной фильтрации. Особенно заметна работа TMU в «тяжелых» графических режимах.
Количество блоков растеризации (ROP) характеризует скорость отрисовки пикселей на экране и блендинг (смешивание цветов). ROP отвечают за запись обработанных пиксельных данных в буфер и за смешивание пикселей. Чаще всего число блоков растровых операций не является узким местом в современных GPU. В последнее время значимость ROP несколько упала.
С приходом нового API DirectX 10, а главное — видеокарт, его поддерживающих, появилось понятие — унифицированные шейдерные процессоры. Эти процессоры пришли на замену раздельным пиксельным и вершинным конвейерам и, в зависимости от требования конкретных сцен, могут выполнять как пиксельные, так и вершинные шейдерные операции.
Вопрос цены
Итак, основные ценовые сегменты видеокарт:
Low-end — до $100 (2600 рублей) — довольно широкий класс, можно купить Radeon 9250 за 1000 рублей, но тогда ни о каких современных играх не будет идти и речи. В этом случае покупку лучше вообще не совершать и ограничиться интегрированным в северный мост матплаты видеочипом. С другой стороны, за 2500 рублей можно купить GeForce 7600 GS, с ним возможно играть во все современные игры, если не увлекаться высоким разрешением и технологиями типа HDR. Покупая low-end ускоритель последнего поколения, пользователь получает доступ ко всем новейшим технологиям, даже на слабой системе можно будет в полной мере насладиться комфортным просмотром HD-видео — ЦПУ нагружается при этом не сильно. У NVIDIA данная технология называется PureVideo, у AMD-ATI — AVIVO HD.
Middle-end или mainstream — $100-$300 (2500-8000 рублей). За эти деньги можно купить видеокарту, которая позволит выставить максимальное качество графики и при этом обеспечит частоту кадров в 30-50 fps. Разрешение можно будет поставить повыше, скажем 1280х1024, но сглаживание и фильтрацию текстур в особо тяжелых играх включать не рекомендуется.
Hi-end — цена не ограничена, самые дорогие видеокарты сегодня стоят около 900$. Абсолютный лидер в этом сегменте на данный момент компания NVIDIA, которая в ноябре прошлого года выпустила исключительно мощную линейку видеоускорителей GeForce 8800. С GeForce 8800 ULTRA/GTX/GTS можно смело ставить максимальное качество графики, максимально доступное для монитора разрешение и максимальные режимы сглаживания и фильтрации текстур. Кроме того, GeForce 8800 — первый ускоритель с поддержкой новейшего API DirectX 10. Естественно, чтобы прокачать hi-end-видеокарту, потребуется неслабый центральный процессор.
При выборе видеокарты нельзя ориентироваться только на цену — дескать, чем дороже, тем лучше. Недобросовестные продавцы в компьютерных магазинах наживаются на неосведомленных покупателях, например, до сих пор можно встретить в продаже ускоритель Radeon 9800 ценой в $500. За эти деньги можно купить карточку на порядок более быструю и с поддержкой всех современных технологий.
Определившись с назначением видеокарты (игры, просмотр видео, работа в офисных программах, интернете) и суммой, которую готовы потратить, самым разумным вариантом будет взять прайс-лист солидной фирмы и выбрать оттуда все подходящее по цене. Далее — читаем обзоры, опрашиваем друзей/знакомых и, наконец, делаем выбор. Гнаться за разницей в производительности в 2-3 кадра не стоит, если вы, конечно, не оверклокер (читай маньяк-энтузиаст). Покупать видеокарты лучше известных производителей — ASUS, Sapphire, MSI, Gecube и других.
***
На сегодняшний день все дискретные ускорители, продающиеся в России, выпущены на базе GPU всего двух мегакомпаний: калифорнийской NVIDIA и канадской ATI (стала подразделением AMD). Есть еще PCIe-карты Chrome от компании S3 (принадлежит VIA) , но они к нам не поставляются, да и не особо интересны из-за своей невысокой производительности.