Baš svako računalo treba grafičku karticu. Danas nam je za grafički dizajn, igranje igara ili drugi ozbiljan rad na računalu potrebna zasebna grafička kartica. Za uredski rad, surfanje internetom i reproduciranje filmova dovoljna je i integrirana grafička kartica, koja je dio većine procesora. Ali što je uopće grafička kartica i koja je njezina zadaća? Kao što možemo zaključiti iz samog naziva, ovaj je dio računalne strukture zadužen za prikazivanje slike na računalnom zaslonu. Monitori prikazuju sliku sastavljenu od sitnih točkica ili piksela. Današnji ekrani sadrže već milijune piksela (rezolucija 1920×1080 primjerice sadrži 2.073.600 piksela). Svaki piksel može biti aktivan ili ne, a podržane boje razlikuju se ovisno o tipu monitora. Zadaća grafičke kartice jest (između ostalog) znati kako obojiti svakog od njih kako bismo na zaslonu vidjeli željenu sliku. Budući da to nije dovoljno zahtjevno, grafička kartica mora svaki piksel (na običnom 60Hz monitoru) osvježiti otprilike 60 puta u sekundi.
Raznolika povijest
Razvoj grafičkih kartica seže u 70-te godine prošlog stoljeća. Prvi put su se pojavile u arkadnim uređajima. Arkadni sustav Namco Galaxian je 1979. godine koristio specijaliziranu grafičku karticu koja je podržavala RGB spektar boja. U tom je razdoblju našim domovima bio poznat jedan od prvih računala, Atari 2600 (1977), koji je koristio video transformator nazvan “Television Interface Adapter”. Godine 1981. IBM je izradio “Monochrome Display Adapter”, koji se smatra prvom pravom grafičkom karticom na svijetu. Nije bila sposobna za prikazivanje prave grafike, već je prikazivala 80 stupaca i 25 redaka raznih slova i znakova u zelenoj boji na crnoj pozadini.
Godine 1983. Intel je izdao svoju grafičku karticu nazvanu “iSBX 275 Video Graphic Multimode Board”, za koju je trebalo izdvojiti vrtoglavih 1000$. Prikazivala je 8 različitih boja u rezoluciji 256×256 (u crno-bijeloj je podržavala 512×512) i sadržavala 32KB video memorije. Mogla je crtati linije, krugove, lukove, kvadrate i druge oblike.
Monochrome Display Adapter
Godine 1988. ATI nas je iznenadio izlaskom “VGA Wonder Card”. Bila je jedna od prvih kartica s digitalnim i analognim video priključkom. Grafička jezgra radila je pri brzini od 10MHz, a video memorija bila je veličine 256KB s mogućnošću nadogradnje na 512KB.
Godine 1996. 3dfx je predstavio grafičku karticu Voodoo1. Riječ je o prvoj grafičkoj kartici dostupnoj kućnim korisnicima koja je sposobna prikazivati 3D grafiku. Jezgra je bila izrađena na 500nm tehnologiji i radila je na 50MHz, a video memorija bila je, za tadašnje prilike, vrtoglavih 2MB. Većina je se vjerojatno sjeća po pokretanju igara kao što su DOOM i Quake.
Iste godine na tržište je prvi put stigla i Nvidia NV1, koja, međutim, nije bila previše uspješna. Stoga je godinu dana kasnije Nvidia predstavila grafičku karticu Riva 128 GPU, koja još uvijek nije bila takav uspjeh kao Voodoo1, ali je Nvidiju povela na pravi put. Godine 1998. 3dfx je predstavio nasljednika Voodoo 2. Velika novost bila je SLI podrška, dakle podrška za dvije grafičke kartice u zajedničkom radu. Tu je tehnologiju Nvidia prisvojila 2004. godine.
S početkom novog stoljeća na tržištu grafičkih kartica započela je borba između dva giganta, Nvidije i ATI/AMD-a. Godine 2002. ATI je predstavio grafičku karticu Radeon 9700 Pro, koja se tada smatrala najbržom karticom. Godine 2004. Nvidia je izdala GeForce 6800, prvu karticu sa SLI podrškom. Dvije godine kasnije Nvidia je predstavila karticu GeForce 8800 GTX, koja se smatra prvom karticom s podrškom za CUDA jezgre. Do danas su Nvidia i AMD još uvijek daleko najveći proizvođači grafičkih kartica, a one postižu sve veću učinkovitost.
Integrirana ili zasebna?
Prošli smo cijelu ranu povijest grafičkih kartica. Sada pogledajmo koje su razlike između integrirane i zasebne grafičke kartice.
Osnovni korisnici ne trebaju moćne i cjenovno skuplje zasebne grafičke kartice, koje često sa sobom povlače i potrebu za snažnijim napajanjem. Stoga proizvođači Intel i AMD u svoje procesore ili matične ploče ugrađuju integrirane grafičke jezgre, koje su dovoljne za osnovnu uporabu, poput gledanja filmova, obavljanja uredskih poslova i surfanja internetom.
Grafičke jezgre ugrađene u matičnu ploču nazivaju se “on-board video”, a one ugrađene u procesor APU (accelerated processing unit). U BIOS-u možemo onemogućiti integriranu grafičku karticu i tako koristiti zasebnu grafičku karticu, naravno, to se događa i automatski pri umetanju zasebne grafičke kartice.
Prednost integriranih grafičkih kartica prvenstveno je niža cijena i manja potrošnja, a nedostatak je prije svega to što dijele memoriju s procesorom odnosno zasebnom RAM memorijom. S druge strane, zasebna grafička kartica ima svoju memoriju (RAM), hlađenje i napajanje, a cijela je kartica dodatno specijalizirana za procesiranje slike. Današnje serije (osobito AMD) procesora sadrže puno snažnije integrirane grafičke kartice nego što je to vrijedilo nekada. Već su same po sebi sposobne pokretati nešto jednostavnije igre, stoga potreba za jeftinim zasebnim grafičkim karticama postaje prošlost.
Veličina, potrošnja, hlađenje i SLI/CrossFire
Dok kod integriranih kartica ne moramo paziti na veličinu i potrošnju, kod zasebnih je to itekako važno. Kartice, naime, možemo pronaći u svim mogućim veličinama i oblicima. Mogu zauzeti 1, 2 ili čak 3 utora za proširenje, a duljinom mjere od veličine PCIe utora pa sve do 30cm i više. Specijalizirani niskoprofilni ili “low profile” hladnjaci posebno su stvoreni za manja kućišta u koja grafičke kartice inače nije moguće umetnuti. Potrebno je obratiti pozornost i na širinu, jer se može dogoditi da zbog prevelike grafičke kartice kućište neće biti moguće zatvoriti.
Za pokretanje najzahtjevnijih igara potrebna nam je moćna grafička kartica, što dovodi do veće potrošnje (ona se doduše smanjuje iz generacije u generaciju). Mogu trošiti od vrtoglavih 500W (AMD R9 295X2), pa do manje od 75W odnosno s novim serijama još i manje od toga. Time se razlikuju i naponski priključci na samoj kartici. Ako ima manje od 75W, može se u potpunosti napajati izravno iz PCIe utora, a ako je potrošnja viša, potrebno joj je zasebno napajanje iz jedinice za napajanje. Što je veća potrošnja, obično su više i temperature koje grafička kartica odvodi putem četiri različita tipa hladnjaka ili pasivnog hlađenja.
Najosnovniji su dakle pasivni hladnjaci koji sadrže samo “radijator” koji putem okolnog zraka odvodi temperaturu i zato je prikladan samo za grafičke kartice vrlo niskih performansi. Slijede oni sa zračnim hlađenjem, koji mogu imati jedan ili više ventilatora. Zračno hlađenje dijeli se još na referentne i otvorene hladnjake. Referentni sadrže samo jedan ventilator kroz koji vuku zrak i potiskuju ga kroz grafičku karticu te ga na stražnjoj strani kod utora odvode iz kućišta, što ih čini idealnima posebice za skučena kućišta i više grafičkih kartica. Otvoreni zračni hladnjaci odvode zrak kroz rashladna rebra izravno u kućište. Entuzijasti rado posežu i za vodenim ili hibridnim vodenim hlađenjem, koji temperaturu odvode putem tekućine i stoga su postojaniji, ali to također može dovesti do pregrijavanja ako tekućinu ne hladimo odgovarajuće (obično putem jednog ili više ventilatora).
Za one koji žele još veću grafičku snagu postoji tehnologija SLI od strane Nvidije i CrossFire od strane AMD-a. Njima možemo povezati dvije ili više grafičkih kartica zajedno za povećanje grafičke snage. Ovdje moramo naglasiti da se snaga kartica ne zbraja i da kartice moraju biti istih jezgri i izvedbe, a također matična ploča mora podržavati SLI ili Crossfire tehnologiju. Nvidia grafičke kartice trebaju mostić, dok ga nove AMD kartice ne trebaju. Oba su proizvođača s novim modelima u velikoj mjeri ukinula podršku za te tehnologije i zaključujemo da će to vrijediti i za buduće grafičke kartice.
Dijelovi grafičke kartice
Grafičke kartice su tiskana pločica na kojoj su montirane različite komponente. Neke su vrlo slične samom računalu. Takve su grafička procesna jedinica, memorija, BIOS, itd. Druge manje i manje važne komponente neću opisivati, jer se ne želim upuštati u detalje.
Grafički čip (GPU)
Ovaj dio grafičke kartice možemo nazvati i procesorom. Služi za proračunavanje grafičkih informacija i time rasterećuje procesor računala (CPU). U usporedbi s običnim procesorom ima mnogo više jezgri, ali su one prilično slabije i rade na nižoj frekvenciji.
Video memorija (VRAM)
Memorija na modernim grafičkim karticama iznosi u prosjeku od 4GB pa sve do 12GB, a za stručne namjene možemo je pronaći i do 64GB. U video memoriji nalazi se slika koja se prikazuje na zaslonu i razne teksture. Omogućuje znatno veću brzinu od obične memorije.
Hladnjak
Na svim grafičkim karticama koje se danas mogu kupiti nalazi se hladnjak. Mogu imati jedan, dva, tri ili pak nijedan ventilator. Služi za odvođenje topline iz grafičke jezgre, memorije, naponskog sustava, itd. Umjesto zračnog hladnjaka možemo koristiti vodeni blok, koji je ipak znatno skuplji izbor.
Video BIOS
Ovo nije fizički dio grafičke kartice, ali je vrlo važan. To je minimalan program ili ispisani kod koji kontrolira grafičku karticu. Sadrži podatke kao što su brzina jezgre, voltaža grafičkog procesora i drugi detalji koji se mogu mijenjati (overclocking grafičke kartice).
RAMDAC
Nekada je to bio poseban čip za pretvaranje digitalnih signala u analogne. Danas je integriran u procesor grafičke kartice.
Sabirnica grafičke kartice
Danas poznajemo jednu vrstu sabirnice koju nazivamo PCI Express (PCIe). Naravno, s godinama se nadograđuje, zato imamo više verzija – od 1.0a do 3.0. U prošlosti smo koristili sabirnice kao što su AGP, PCI-X, ISA i druge.
Izlazi
Poznajemo ogroman broj različitih vrsta video izlaza. Danas su među najkorištenijima HDMI i DisplayPort, a također ne smijemo zaboraviti ni VGA, jer je još uvijek snažno prisutan u našim domovima, a u porastu su i Thunderbolt i USB-C. DPI je izlaz koji je danas već zastario i više se ne koristi.
Rad grafičke kartice
Najvažnija značajka grafičke kartice su jezgre. Ima ih naime više od 1000. Te jezgre, međutim, ne smijemo zamijeniti s procesorskim jezgrama, jer je arhitektura potpuno različita. Jezgre u grafičkom procesoru preračunavaju geometrijske probleme, a takvih je tijekom igranja igara ili grafičkog rada mnogo. Budući da su takvi problemi jednostavni za proračunavanje, efikasnije je i brže ako ih preračunava 1000 sporih jezgri nego 4 ili 8 brzih jezgri. Možda vam to možemo objasniti na sljedeći način: učenici u školi su jezgre grafičkog procesora, a učitelj je jezgra procesora. Ako si učenici podijele zadatak na više manjih i jednostavnih komadića, riješit će ga prije učitelja. Ako je pak zadatak zahtjevniji i nije ga moguće podijeliti na male komadiće, učitelj će ga zbog više znanja riješiti brže.
Dakle, procesor šalje grafičkoj kartici informacije o slici. Grafički procesor preračunava kako koristiti piksele da nastane slika na zaslonu. Izrada slike iz binarnih informacija složen je postupak. Kada jezgre sve preračunaju, moraju rezultate i izrađenu “sliku” negdje spremiti, prije nego što se pokaže na našem zaslonu. Ovdje na red dolazi video memorija. VRAM pohranjuje podatke o svakom pikselu, njegovoj boji i lokaciji na zaslonu. Dio te memorije nazvan “frame buffer” pohranjuje dovršenu sliku, sve dok ne dođe trenutak da je naše oči ugledaju.
Video memorija je povezana s digitalno-analognim pretvaračem (RAMDAC) koji pretvara sliku u analogni signal koji monitor može koristiti. Što se tiče digitalnih izlaza (DVI, HDMI, DisplayPort), pretvorba im nije potrebna jer šalju digitalne signale. U tom slučaju pretvorba se ne događa sve dok se pikseli ne pojave na zaslonu.
Sažetak
Mislim da se sada svi slažemo o složenosti izrade i samog rada ovog prekrasnog uređaja. Napredak je u posljednjih 50 godina na tom području znatno uznapredovao i nadam se da će nas u budućnosti inženjeri hardvera još mnogo puta iznenaditi. Možda će grafičke kartice postati toliko štedljive da ćemo imati maleno računalo u džepu… Aha, to se već događa u mobilnoj industriji.
VAŠ RECOSI
Pogledajte naš izbor akcijskih proizvoda: LINK