Современные графические процессоры

Накал конкурентной борьбы между компаниями ATI и NVIDIA (а именно они играют роль "законодателей моды" на рынке графических процессоров) и, соответственно, темпы развития отрасли чрезвычайно высоки: новое поколение графических адаптеров сменяет предыдущее в среднем - раз в полтора года. Поэтому многие из тех, кто не имеет возможности регулярно отслеживать события, происходящие в настоящее время на рынке компьютерной графики, уверены, что там царит самый настоящий хаос, и разобраться в ситуации "простому смертному" никак не возможно. Отчасти они правы: сегодня в магазинах можно встретить более сотни различных реализаций видеокарт, полученных путем самых причудливых комбинаций, самых разных типов графических чипов и видеопамяти, их рабочих частот и разрядности шин. Но так ли все страшно, как кажется на первый взгляд? Попробуем в этом разобраться.

Графические процессоры NVIDIA линейки NV4x

Наиболее массовым семейством графических процессоров компании NVIDIA в настоящее время, является серия NV4x. Именно благодаря очень удачным чипам этой серии, калифорнийский гигант сумел не только выправить свое положение на рынке, подорванное провалом предыдущей линейки NV3x, но и продемонстрировать всему миру устойчивые тенденции роста, особо заметные на фоне определенных неудач, постигших ATI в последние месяцы.

Флагманской моделью линейки NV4x является чип NV40, увидевший свет в апреле 2004 года. Он производится по хорошо отработанному, но стремительно устаревающему 130-нм техпроцессу на заводах IBM, его 222 миллиона транзисторов потребляют до 120 Ватт энергии, поэтому "силовых" возможностей штатного интерфейса AGP 8x уже катастрофически не хватает и на видеокартах, изготовленных на базе NV40, обычно устанавливают по два (!) дополнительных разъема питания. Да и система охлаждения всей этой "печки" должна быть не самой слабой. Наряду с NV40, выпускается и его PCI Express-модификация NV45, все отличие которой от базовой модели, заключается в интегрированном в корпус чипа AGP-PCI-E мосте HSI. В производственной линейке NVIDIA встречается еще и чип NV48, который отличается от базового NV40 только тем, что выпускается на фабриках TSMC. Таким образом, NVIDIA целиком и полностью отказалась от услуг IBM в области изготовления чипов, и вернулась к своему старому и, видимо, более приемлемому, чем IBM, технологическому партнеру.

256 битный четырехканальный (организация 64х4) интерфейс памяти NV40 обеспечивает подключение до 1 Гбайта памяти любого типа - как обычной DDR1/DDR2, так и специально разработанной для использования в видеоустройствах GDDR3. Что касается архитектурных особенностей NV40, то стоит отметить, что он стал первым графическим процессором, возможности которого полностью соответствуют требованиям DirectX 9.0с, иными словами, его вычислительные возможности позволяют выполнять шейдеры версии SM (Shader Model) 3.0. Высокую производительность обеспечивают 6 вершинных и 16 пиксельных конвейеров (каждый из которых, в свою очередь, оборудован двумя шейдерными блоками и одним блоком текстурирования). Одновременно могут работать либо два шейдерных блока, либо текстурный и один из шейдерных блоков. Таким образом, NV40 позволяет выполнить за такт до 16 текстурных операций или 32 операций с глубиной и буфером шаблонов, обеспечивая анизотропную фильтрацию с соотношением сторон до 16:1 включительно.

На базе ядра NV40/NV45/NV48 выпускаются видеокарты: GeForce 6800 Ultra, GeForce 6800 GT, GeForce 6800 и GeForce 6800 LE. Типовые значения частоты ядра/шины памяти GeForce 6800 Ultra составляют 400 МГц/1,1 ГГц, у модификации GeForce 6800 GT они снижены до 350 МГц/1 ГГц, у GeForce 6800 - до 325 МГц/700 МГц, а у GeForce 6800 LE частотные параметры не оговорены вообще - все отдано на усмотрение производителей видеокарт. При этом у последних двух еще и уменьшено до 12 количество пиксельных конвейеров. Причем, в отличие от общепринятой практики, когда "урезание" осуществляется путем программного отключения некоторого числа процессоров (что дает возможность народным "умельцам" путем нехитрой операции подключить неиспользуемые блоки, получив, таким образом, полнофункциональную GeForce 6800 за небольшие деньги), в данном случае компания NVIDIA выпустила специальное "усеченное" ядро NV41. В нем имеется всего лишь 12 "физических" пиксельных процессоров, тогда как все остальное полностью соответствует базовому NV45. Ядро NV42 является 110-нм версией NV41. Кстати, именно оно лежит в основе самой последней новинки NVIDIA - GeForce 6800 GS (частота чипа - 425 МГц, памяти - 1000 МГц), призванной составить конкуренцию ATI Radeon X1600 XT.

Для видеокарт среднего уровня, компания NVIDIA в августе 2004 года выпустила графическое ядро NV43, являющееся, впрочем, несколько упрощенным (путем уменьшения числа вершинных и пиксельных процессоров и каналов контроллера памяти) решением, основанным на архитектуре NV40. Однако NV43 выполнен по 0,11-мкм технологии TSMC (количество транзисторов в ядре составляет 146 млн.), и, кроме того, он стал первым графическим ядром NVIDIA с встроенным контроллером PCI Express (возможна трансляция интерфейса PCI-E в APG 8х с помощью двустороннего PCI-E-AGP моста HSI). Благодаря более "тонкому" технологическому процессу и меньшему количеству исполнительных устройств в ядре, тепловыделение NV43 не превышает 70 Вт, то есть на PCI-Express карте разъем для дополнительного питания не нужен.

Набор вычислительных ресурсов NV43 ровно вдвое меньше, чем у старшей модели NV40 - он оснащен восемью пиксельными конвейерами и тремя вершинными, а ширина шины памяти уменьшена с 256 до 128 бит.

В настоящее время представлено две Mainstream-модификации видеокарт, базирующихся на графическом процессоре NV43 - GeForce 6600 и GeForce 6600 GT, а также одна класса Low-End - GeForce 6200 (впрочем, с недавних пор она переименована в GeForce 6600 LE). Частоты ядра и шины памяти GeForce 6600 составляют 300 и 550 (иногда - 500) МГц, а у модификации GT - 500 и 1000 МГц соответственно. В GeForce 6200/6600 LE используется "усеченное" ядро NV43V с четырьмя (вместо 8) пиксельными конвейерами, а его частотный диапазон соответствует GeForce 6600.

Благодаря достаточно высокой тактовой частоты чипа, несмотря на всего лишь 8 пиксельных конвейеров рендеринга, NV43 обеспечивает филлрейт даже больший, нежели 12 конвейерный GeForce 6800. Однако реально достичь уровня производительности своего "старшего товарища" GeForce 6600 GT не дано - сказывается и использование 128-битной шины памяти и уменьшение до 3 числа вершинных процессоров, хотя все это и позволило заметно удешевить 6600-ю серию. Поэтому совсем неудивительно, что видеокарты на чипах GeForce 6600 GT и, особенно, GeForce 6600, сегодня демонстрируют наилучшее соотношение "цена/производительность".

В младшей модели семейства графических процессоров NVIDIA GeForce 6x00 - GeForce 6200ТС используется преимущественно ядро NV44, изготовленное по 0,11-мкм проектным нормам. Как и в случае NV43, PCI Express у него нативный (то есть реализованный на чипе), а AGP 8х вариант чипа обозначается как NV44А. NV44 имеет 3 вершинных процессора, как у NV43, и 4 пиксельных, какие-либо глобальные архитектурные отличия от NV40 и NV43 отсутствуют.

Главным ограничителем производительности у NV44, является подсистема памяти - ширина шины ограничена 64-битами. Индекс TC обозначает поддержку технологии TurboCache, призванная задействовать часть системной памяти при рендеринге буфера кадра, благо, пропускной способности шины PCI-E x16 для этого хватает. Конечно, такие видеокарты заметно проигрывают по уровню производительности своим полноценным собратьям, зато немного выигрывает у них по стоимости. А для бюджетных решений, каждый сэкономленный доллар может оказаться решающим в деле продвижения на рынок решений той или иной конкурирующих фирм. Тем не менее, для того, кто захочет немного сэкономить, приобретя такую видеокарту, такой выигрыш окажется иллюзорным. Ведь системная память, в особенности DDR2, от которой "оттяпывает" свою часть видеосистема, отнюдь не безразмерна и далеко не бесплатна.

Графические процессоры NVIDIA линейки G7x

Середина лета 2005 года стала новой вехой в истории компании NVIDIA - был выпущен графический процессор нового поколения G70. Но, несмотря новое кодовое название чипа, его архитектуру нельзя считать принципиально новой - он является очередным этапом эволюции хорошо знакомой всем нам архитектуры семейства NV4x (о чем свидетельствует первоначальное кодовое обозначение чипа - NV47).

Плюс к этому, NVIDIA не стала рисковать и выпустила его по хорошо отработанному 110-нм техпроцессу TSMC, поэтому нет ничего удивительного в том, что видеокарты семейства GF7800GTX стали доступны в массовых количествах сразу после анонса.

Основным новшеством G70, базирующемся на все том же наборе шейдеров Shader Model 3.0 (SM 3.0), стало увеличение до 24 (или, по терминологии NVIDIA, до 6 процессоров квадов) числа слегка улучшенных, по сравнению с NV4x, пиксельных процессоров, а вершинных - до 8, объем адресуемой памяти типа GDDR3 может достигать 1 Гбайт. Кроме того, была осуществлена оптимизация питания и энергопотребления, благодаря чему типовое потребление видеокарты GeForce 7800 GTX не превышает 110 Ватт, то есть осталось на уровне GeForce 6800 Ultra, несмотря на 30% увеличение числа транзисторов. В G70 появилась аппаратная поддержка ряда потенциальных "хитов" ближайшего будущего: воспроизведение видео в формате HDTV, а также поддержка важных специальных возможностей графической драйверной модели Windows Vista. Кроме High-End видеокарты GeForce 7800 GTX (430/1200 МГц), процессор G70 устанавливается и в его чуть более скромном собрате - GeForce 7800 GT, отличающимся от GTX не только пониженными (до 400/1000 МГц) частотами, но и урезанным числом конвейеров (20 пиксельных и 7 вершинных) рендеринга, что обеспечивает ему место (по показателям производительности) где-то посередине между GeForce 7800 GTX и GeForce 6800 Ultra.

Очередными новыми чипами NVIDIA должны стать G72 и G74 (официальные названия GeForce 7600 и GeForce 7200), которые следует ожидать в феврале-марте 2006 года. Они, скорее всего, будут урезанными версиями базового G70, и станут первыми графическими чипами NVIDIA, выпускаемыми по 0,09 мкм технологии. Они должны заменить NV43 и NV44 в Mainstream- и Low-End секторах соответственно. Таким образом, в ближайшие полгода NVIDIA собирается полностью заменить все чипы NV4x на новинки из линейки G7x. Кроме того, NVIDIA в начале 2006 года планирует представить чип G71, являющийся 0,09 мкм версией G70 с меньшей площадью кристалла и пониженным энергопотреблением.