Przegląd akceleratorów graficznych [17.09.08!]

Autor: Dawid Kosiński 2008-09-04 21:11

Wprowadzenie

Bardzo wiele osób potrzebuje w swoim komputerze wydajnego procesora graficznego. Mimo że nie przyda się on nam podczas pracy biurowej, może uprzyjemnić znacząco życie przez umożliwienia grania w najnowsze produkcje w satysfakcjonujących nas ustawieniach, czy obejrzenie filmu HD w bardzo dobrej jakości obrazu. Jednakże czym lepszy produkt wybierzemy, tym więcej będziemy musieli za niego zapłacić. Czy warto kupować drogie GPU? Jaką kwotę powinniśmy na niego przeznaczyć? Jaka karta graficzna będzie wystarczająca do naszego monitora? Na te i inne podstawowe pytania odpowiemy w tym artykule.

 

Układy graficzne

Graphics processing unit, czyli GPU (znany także jako visual processing unit, czyli VPU) jest urządzeniem służącym do renderowania grafiki trójwymiarowej. Znaleźć go można w komputerach osobistych, stacjach roboczych oraz konsolach do gier. Najnowsze układy graficzne pod względem renderowania grafiki, wyświetlania obrazu i związanych z nimi operacjami daleko przeganiają zwykłe procesory (CPU). Procesor graficzny znajduje się na karcie graficznej, gdzie współpracuje z dedykowaną pamięcią, bądź na płycie głównej, komunikując się z pamięcią RAM komputera. Ponad 90% komputerów posiada GPU wbudowane w płytę główną. Jest to rozwiązanie o wiele mniej wydajne niż karta graficzna, ale wystarczające do podstawowych zadań takich jak prace biurowe.

GPU

Układy graficzne są produkowane głównie przez dwie firmy: AMD (wcześniej znane jako ATI) i NVIDIA. Co prawda SiS ostatnio próbuje reanimować swoje karty graficzne z serii Chrome, lecz nie są to najwydajniejsze lub nawet średnie konstrukcje. Inne firmy takie jak Intel oraz PowerVR produkują głównie układy zintegrowane do najprostszych biurowych komputerów oraz urządzeń przenośnych.

producenci

NVIDIA i AMD tworzą układy o podobnej mocy. Co prawda w każdej generacji jedna bądź druga firma góruje nad konkurentem, ale obie produkują sprzęt pozwalający zagrać w najnowsze produkcje. Przykładowo, NVIDIA rządziła w czasach kart graficznych GeForce 8 oraz 9, zaś teraz lepsze karty posiada AMD (rodzina Radeon HD 4000). AMD ma również przewagę nad NVIDIĄ na innej płaszczyźnie, a mianowicie używanego API. Co prawda układy obu korporacji wspierają DirectX 10, ale akceleratory AMD mogą wykorzystać funkcje jego aktualniejszej wersji oznaczonej numerkiem 10.1. Na razie jest to przewaga czysto marketingowa, gdyż gier obsługujących najnowsze uaktualnienie DirectXa jest jak na lekarstwo. Jednak producenci gier zamierzają wydawać coraz więcej gier DX 10.1. Cały ich wysyp ma się pojawić już na gwiazdkę.

Najmocniejsze konstrukcje NVIDII oraz AMD to kolejno GeForce GTX 280 i Radeon HD 4870 X2. Pierwsza karta charakteryzuje się 240 shaderami (jednostki cieniujące), 1GB pamięci GDDR3 komunikującej się z rdzeniem przez szynę o szerokości 512bit. Konstrukcja ta posiada ponadto 80 jednostek teksturujących (TMU) i 32 jednostki końcowego renderingu (ROP). Z kolei najlepszy produkt AMD jest tak naprawdę… dwoma kartami. Składa się on z dwóch chipów używanych w kartach Radeon HD 4870 i posiada 2 x 1GB RAM GDDR5. Łącznie dwa takie chipy posiadają 1600 Shaderów, 80 TMU oraz 32 ROP. Jak widać, w numerkach góruje AMD, teoretycznie ma o wiele więcej jednostek cieniujących niż najsilniejszy przeciwnik ze stajni NV. Jednak shader shaderowi nierówny, jednostki wykorzystywane przez obie firmy na tyle poważnie się różnią, że nie mogą być bezpośrednio porównywane.

gtx280
3870x2

By lepiej zobrazować główną różnicę, musimy posłużyć się schematem Radeona HD 2900XT, który posiada taką samą architekturę i 320 jednostek Stream Processor (nazwa jednostki cieniującej wg AMD).

Widzimy wyraźnie 64 jednostki Stream Processing Unit. Są one podzielone na cztery bloki SIMD (Single Instruction Multiple Data). Umożliwiają one wykonywanie operacji na danych jednocześnie przez wiele jednostek za pomocą jednego polecenia. Ale chwila... Co to ma być? 64 jednostki? Może się wydawać, że to troszkę za mało. Jednak tak nie jest. Dlaczego? By się tego dowiedzieć, warto dowiedzieć się czym się różni Stream Processor od Stream Processing Unit. Otóż SP jest składową SPU. SPU składa się z 6 jednostek, z czego pięć to SP, a jedna (Branch Execution Unit) zajmuje się przepływem danych. Jak widać na schemacie, jedna z jednostek Stream Processor jest większa od pozostałych. Dzieje się tak, gdyż zajmuje się ona także zadaniami złożonymi (chociażby obliczenia geometryczne), a nie tylko prostymi, jak pozostałe. Do zadań prostych zaliczymy działania na liczbach całkowitych (dodawanie i mnożenie) i logiczne. Wynika z tego, że Stream Processor jest jednostką skalarną, a SPU wektorową (5 skalarów tworzy tu wektor), która może wykonywać 5 zadań na jednym shaderze jednocześnie. Reasumując, jednocześnie mogą być obrabiane maxymalnie 64 shadery.

Palit,

 

Na rynku możemy spotkać wiele kart graficznych, ich liczba wyraża się w setkach, o ile nie w tysiącach. Jednak niemal wszystkie z nich bazują na konstrukcjach AMD i nVIDII, które mogą być w ograniczonym stopniu modyfikowane przez producentów.

Złącza używane na kartach graficznych

D-Sub (HD15)

dsub

D-Sub to analogowe gniazdo żeńskie posiadające miejsca na 15 bolców. Służy ono do podłączenia monitora posiadającego jego męską wersję. W ten sposób do komputera podłączymy zarówno monitory LCD jak i kineskopowe.

DVI-I

dvid

Gniazdo DVI-I to cyfrowe wyjście dla monitorów LCD. Za pomocą przejściówki DVI – D-sub możemy do niego podłączyć też monitory posiadające wtyczkę D-sub. Jest obecnie najbardziej rozpowszechnionym standardem, zarówno w monitorach LCD jak i w kartach graficznych.

HDMI

hdmi

Ostatnimi czasy coraz popularniejsze gniazdo monitorowe. Jest spotykane na dużej części kart graficznych ze średniej i wyższej półki. Jego jedyną faktyczną zaletą względem DVI jest możliwość przesyłania dźwięku i obrazu za pomocą jednego kabla.

Composite (RCA) Video Out

composite

Umożliwia podłączanie komputera do telewizora za pomocą kabla chinch. Zostało wyparte przez funkcjonalniejsze i lepsze wyjście S-Video.

Tak jak Composite, umożliwia podłączenie do karty graficznej telewizora, jednak zapewnia obraz o wiele lepszej jakości i ostrości. Możemy podłączyć go do TV z gniazdem Composite, jeśli posiadamy specjalną przejściówkę.

svideo

Złącze dodatkowego zasilania PCI Express

zasilanie

Większość kart graficznych pobiera tyle energii, że do doprowadzenia jej nie wystarczy sam port PCI-Express. Właśnie z tego powodu powstały gniazda dodatkowego zasilania. Występują one w wersjach 6 oraz 8 pin i mają zapewnić naszemu akceleratorowi odpowiednią ilość mocy. Najwolniejsze i najmniej prądożerne karty nie posiadają go, a najwydajniejsze mają nawet po dwa złącza (jedno 8pin i jedno 6pin).

Sposoby podłączenia karty graficznej do płyty głównej.

Mimo że zdecydowana większość akceleratorów graficznych używa standardu PCI-E, nie ograniczyliśmy się do opisania tylko jego. Warto wiedzieć, jak można podłączyć starsze karty graficzne do komputera. Wiedza ta może się nam przydać chociażby podczas składania bardziej wiekowej jednostki pełniącej rolę serwera czy komputera biurowego.

  • Szyna S-100: Została ona zaprojektowana w 1974 roku specjalnie dla komputera domowego Altair
  • 8800. Jest to pierwszy standard szyny w przemyśle komputerowym.
  • ISA: Architektura 16-bitowa, szybkość transferu danych na poziomie 8 MHz. Została wydana przez IBM w roku 1981 i zdecydowanie dominowała na rynku w latach 80-tych XX wieku.
  • NuBus: Szyna 32 bitowa bus o średnich prędkościach rzędu 10-20 MB/s, była używana w komputerach typu Macintosh II
  • MCA: Szyna 32-bitowa o prędkości 10MHz. Została wydana w 1987 roku przez IBM, ale nie była zgodna z wcześniejszymi płytami głównymi.
  • EISA: Szyna 32-bitowa o prędkości 8.33 MHz. Została wydana w 1988 roku przez IBM i była w pełni zgodna z wcześniejszymi płytami głównymi.
  • VESA: 32-bitowa szyna będąca rozwinięciem standard ISA. Jej prędkość wynosiła 33 MHz.
  • PCI: Szyna 32-bitowa o prędkości 33MHz. Została wydana w 1993 roku i zastąpiła wcześniej używane standard. PCI charakteryzowało się możliwością dynamicznego łączenia się między urządzeniami bez użycia manualnego przestawiania zworek. W 1998 roku pojawił się standard PCI-X będący rozwinięciem PCI. Była to szyn 64-bitowa o prędkości 133 MHz.
  • UPA: Szyna wprowadzona przez Sun Microsystems w 1995 roku. Jest ona 64-bitowa i pracuje z częstotliwością 67 lub 83 MHz.
  • AGP: Szyna ta została pierwszy raz użyta w roku 1997. Jest ona przeznaczona jedynie dla kart graficznych, w pewien sposób pokonała PCI, niestety standard AGP pozwalał na posiadanie tylko jednej karty graficznej. Upowszechnienie się tego standardu przyśpieszyło śmierć technologii SLI w wykonaniu Voodoo Graphics. Jej właściwości to 32 bit i 66 MHz.
  • PCI-Express: Interfejs wydany w roku 2004 z myślą o nowych grafikach, dla których AGP okazywało się zbyt wolne. Na powrót, umożliwiał on kilku kart graficznych współpracujących ze sobą. Ponadto dostarcza on więcej energii niż wysłużone już AGP. Upowszechnił się on około 3 lata temu. Jego częstotliwość taktowania to 2.5GHz, a maksymalny dotychczasowy transfer w jedną stronę (w przypadku gniazda x32, niespotykanego w dzisiejszych płytach głównych) wynosi 8000MB/s. PCI-Express znajdziemy w odmianach 1x, 4x, 8x i 16x. Różnią się one nie tylko szybkością, ale i budową. Gniazdo 1x ma 18 pinów z każdej strony, gniazdo x4 więcej - 32, gniazdo x8 to z kolei 49 pinów, zaś najszybsze gniazdo x16 posiada ich najwięcej, aż 82. Karty pochodzące ze słabszego typu gniazda, możemy umieścić w szybszym (Np. kartę PCI-E 1x w gnieździe PCI-E 16x). Jest często mylona ze starszym standardem PCI-X. PCI-Express nie jest rozwinięciem tradycyjnego PCI i nie jest z nim kompatybilne w żaden sposób.

Ciekawostka: transfer taktowania PCI-E (w jedną stronę) liczymy przez pomnożenie oznaczenia gniazda (np. x16) i transferu gniazda x1, czyli 250MB/s. By uzyskać transfer dwustronny, musimy po prostu podwoić otrzymany wynik.

Opis poszczególnych przedziałów cenowych:

0 zł – Za taką kwotę możemy dostać zintegrowaną kartę graficzną (jeśli posiadamy odpowiednią płytę główną). Siedzi ona gdzieś tam pomiędzy kondensatorami i najróżniejszymi układami i po cichutku mówi „Hej, użyj mnie, ale do biura, filmów, Internetu i starych gier. W tych nowszych łapie mnie już spora zadyszka, ekhu, ekhu, ekhu…” Najpopularniejsze karty zintegrowane to Intel GMA 950, Intel GMA X3100 oraz AMD 690G i AMD 780G.

0-150 zł – W tej cenie rzadko dostaniemy nowe i wydajne konstrukcje. Nadają się one do używania w nowych grach w niższych rozdzielczościach (1024x768 oraz 1280x1024) i z obniżoną szczegółowością detali, bez antyaliasingu (AA), a także filtrowania Anizotropowego (AF). Idealne dla osób lubiących pograć od czasu do czasu, niekoniecznie w najnowsze gry. Najpopularniejsze karty w tej cenie to GeForce’y 8600GT oraz Radeony HD 3650.

150

150-300 zł – Tutaj można dostać już akcelerator, który pozwoli nam zagrać w zdecydowaną większość produkcji w rozdzielczości 1280x1024 przy wykorzystaniu wysokich detali oraz nierzadko AA oraz AF. W sam raz, jeśli spodobała nam się konkretna pozycja i chcemy w nią teraz pograć. W przyszłości (szacować można za rok) zapewne nie pociągnie większości nowych gier w dobrych ustawieniach. Najpopularniejsze akceleratory w tym przedziale cenowym to GeForce’y 8800GS, 9600GSO (różnią się tylko nazwą) oraz Radeony HD 3870. Bardzo dobre do monitorów 17” oraz 19”.

8800

300-650 zł – W takiej cenie kupimy kartę, która wytrzyma niemal wszystkie (w tej chwili wszystkie poza Crysisem) gry w rozdzielczości 1280x1024 przy użyciu najwyższych detali, wysokiego antyaliasingu oraz filtrowania anizotropowego. Produkt w sam raz do obecnych i (przez jakiś czas) przyszłych gier. Najpopularniejsze karty w tym przedziale to Radeony HD 4850, GeForce’y 8800GT, 8800GTS 512MB oraz 9800GTX 512MB. Karta idealna do monitorów 17” i 19”, w mniejszym stopniu do 22”.

grafa

650-1000 zł – W tej cenie można otrzymać kartę graficzną, która nadaje się do komfortowego grania nawet w rozdzielczości 1600x1200, często z wykorzystaniem AA oraz AF oraz najwyższych detali. Produkt, który zapewni nam komfortową grę dzisiaj i jutro (nawet przez ponad rok). Najpopularniejsze akceleratory w tym przedziale cenowym to Radeon HD 4870, GeForce GTX 260 oraz (rzadziej) 9800GX2. Jeżeli posiadamy odpowiednią płytę główną, możemy też się zaopatrzyć w jeszcze wydajniejsze dwie karty Radeon HD 4850 połączone w trybie CrossFire. Grafiki te nadają się idealnie do monitorów 19” i 22”.

9800gx2

1000-1500 zł – Tutaj można otrzymać już najpotężniejsze akceleratory graficzne dostępne na rynku. Pozwolą one nam na grę w rozdzielczości 1600x1200 przy wykorzystaniu najwyższych detali, AA oraz AF, a także w miarę komfortowe używanie w rozdzielczościach rzędu 1920x1080. W tym przedziale cenowym zobaczymy na dobrą sprawę tylko dwie karty – GeForce’a GTX 280 oraz Radeona HD 4870X2. Akceleratory te nadają się do monitorów 22” oraz 24”.

grafa

1500zł i wyżej – Za takie pieniądze kupimy już konfiguracje złożone z dwóch lub więcej kart graficznych. Przeznaczone są one tylko dla zapalonych entuzjastów i osób nieuznających niższych rozdzielczości niż FullHD. Zapewnią nam one grę we wszystkie możliwe produkcje przez dłuższy czas. Idealne do monitorów 24”, większych oraz telewizorów.

9600gtsli

Nasze testy zostaną podzielone na mniej przedziałów cenowych, będą to kolejno:

  • 150 - 300 zł
  • 300 – 600 zł
  • 600 - 1000 zł
  • 1000 – 1500 zł

Testy akceleratorów z dwóch skrajnych przedziałów cenowych nie odbędą się z powodu małego zainteresowania nimi i koniecznością tworzenia pod nie nowych procedur testowych. Zatem wśród konfiguracji testowych nie znajdziemy najtańszych grafik oraz konstrukcji zintegrowanych, a także najdroższych konstrukcji multi-gpu.

W ten czas żegnamy na kilka dni i gorąco zapraszamy do oczekiwania na testy akceleratorów. Na pierwszy ogień pójdą karty najdroższe, a zatem najwydajniejsze.

W poprzedniej części artykułu pokrótce opisaliśmy podstawowe pojęcia związane z tematyką akceleratorów graficznych. Było to swoiste wprowadzenie do serii testów konstrukcji z kolejnych przedziałów cenowych . Uznaliśmy, że na pierwszy ogień pójdą karty najdroższe, te, które każdy z nas chciałby mieć w swoim komputerze, ale zapewne ich w nim nie zobaczy. Obecnie są to akceleratory GeForce GTX 280 oraz ATI Radeon 4870 X2 lub HD 4870 CrossFireX. Ale to nie wszystko, do walki z wyżej wymienionymi produktami stanie też najmocniejsza grafika z serii GeForce 9, czyli 9800GX2. Kto wygra tą potyczkę i okaże się niekwestionowanym królem segmentu powyżej 1000 zł, a co za tym idzie, także całego rynku? Walka odbędzie się w 11 tytułach, zgodnie z podstawowymi zasadami Fair Play. Igrzyska czas zacząć!

Strony: 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 15 - 16 - 17 - 18 - 19 - 20 - 21 -