Видеокарта — это важнейший и критически значимый элемент [геймерский и/или профессиональный] персонального компьютера, относящийся к комплектующим и отвечающий за преобразование некого графического образа, хранящегося в ОЗУ или видеопамяти в форму пригодную для зрительного восприятия через экран монитора. Изначально устройство представлялось дискретным [как плата расширения], а не интегрированным.
На текущем этапе развития электроники, компьютерная техника, а именно графическая карта представляется крайне сложным вычислительным явлением [фактически и практически это полноценная ЭВМ], которое кроме обработки и вывода 2D/3D-изображений, задействует искусственный интеллект для наилучшей производительности и построения достоверности реализма плюс занимается майнингом криптовалют.
История появления
Понятие «Видеокарта», как компьютерный компонент появилось не сразу, то есть не одновременно с первыми громоздкими компьютерами, ведь на заре ЭВМ ещё не существовало мониторов. Настоящим реальным революционером стал ПК Xerox Alto в 1973 году. Изделие Xerox PARC реально опережавшее своё время, не получило широкого распространения из-за того, что разрабатывалось сугубо как исследовательский агрегат под НИИ компании, а не коммерческий продукт хотя позже и планировалось поточное производство.
Первая плата расширения способная выводить цветное изображение увидела свет в 1976 году! Так же знаковым можно считать решение ALT-256 от Matrox, получившее место для хранения кадрового буфера — видеопамять (VRAM).
Версия от PCS. Схема «Эволюция»: Плата расширения → Видеоадаптер/Видеоплата → Видеокарта
Радикально всё изменилось с появлением первой массовой «персоналки» от IBM в 1981 году — PC 5150, предлагающей использовать платы расширения, в том числе и видеоадаптеры под два типа мониторов: MDA — монохромный или CGA — цветной (16 цветов). Следующим шагом стало появление EGA-адаптера в 1984 году, а 1987-м VGA-адаптера, принесший большую палитру цветов и соотношение сторон 4:3.
Бурный интерес к 3D-играм был неизбежен в связи с появлением 3D-ускорителя Voodoo Graphics от 3dfx, начавшего экспансию игровой индустрии ПК в середине 1990-х, продемонстрировав доселе невиданную 3D-производительность и отправившего в нокаут кучу старожил. При этом компания 3dfx активировала настоящую 3D-графическую войну (участники: 3dfx, ATI, Matrox и Nvidia), и в последствии сама стала её жертвой, будучи поглощённой более расторопной «НВИДИА».
Где-то к концу 90-х стало окончательно понятно, что центральный процессор будет не в состоянии справляться с 3D в одиночку, и S3 Savage 2000 (на день раньше) с NVIDIA GeForce 256 первыми внедрили на рынок технологии способные на обработку вершин используя аппаратно механизм T&L; карта «зелёных» показала очередное существенное увеличение 3D-производительности.
В начале 2000-х осталось всего два игрока на рынке дискретных видеокарт: AMD/ATI (летом 2006 года ATI приняла предложение AMD) и NVIDIA. На текущий момент на рынке потребительской графики представлен «Нвидия», «АМД» и «Интел», также активно начинают активно продвигаться китайские мануфактуры.
Виды и типы видеокарт
По конструкции, подключению и размещению
- Дискретная — полноценный GPU на базе текстолитовой PCB, подключается через специальный слот на материнской плате (PCI-E — текущее);
- Интегрированная (относительно полноценная, чистокровная видеокарта) — размещается в кристаллах CPU/APU, отсутствующую собственную память, компенсирует за счёт системной RAM; удобный вариант для бюджетных сборок и в качестве временной «затычки»;
- Внешняя — называется eGPU, дискретная подключаемая к любому устройству (часто ноутбук) при наличии интерфейса Thunderbolt 3/4, USB 4.0, M.2 и даже SATA. Существуют в виде готового (кейс, блок питания и видеокарта) или кастомного (все компоненты (БП и переходник) собираются по отдельности) решения.
По назначению или сфере применения
- Профессиональная — для вычисления тяжелых операций при построении 3D моделей (расчёты и прорисовка), весьма критичны к объёму видеопамяти (см. VRAM);
- Потребительская — заполнение текстур, чем выше скорость рендеринга, тем выше производительность ⇒ разрешение и качество картинки в гейминге.
Основные элементы, как устроена видеокарта
Основные элементы строения:
- PCB — печатная плата, на которой и распаяны главные части: GPU, VRAM, разъёмы питания, транзисторы и др. компоненты, вплоть до миниатюрных ЖК-экранов.
- GPU — физический чип, где сфокусирована аппаратная вычислительная мощность.
- Подложка — место где распаяны жизненно важные части видеопроцессора, подводит напряжение и необходима для обмена данными. Между ПП и ГП используются шарики припоя — тип соединения BGU.
- VRAM — видеопамять, «общается» с графическим процессором по средствам битного интерфейса — шины; обычно это чётное количество распаянных чипов на печатной плате.
- Outputs — для подключение к монитору используются разные типы разъёмов: VGA, DVI (оба устаревшие; первый — ЭЛТ-эпоха, второй ещё «держит цифру»), DisplayPort и HDMI. Кроме ПК-дисплеев к видеокарте активно подключают широкоформатные телевизоры, девайсы для виртуальной реальности.
- Power — дополнительное электропитание стало неизбежным, когда увеличивающаяся производительность, потребовала дополнительного питания, так как 75 Вт от слота PCI-E перестало хватать.
- Cooler — система охлаждения обязательный атрибут, чем производительней GPU, тем мощнее охладитель ему требуется. Встречаются монструозные кулеры, занимающие 3-4 слота системной платы. Состоит из кожуха, радиатора (испарительная камера) и вертушек (осевые или радиальные).
Печатная плата
Подразделяются на:
- Эталонные или референсные — предлагают производители графических процессоров своим партнёрам, как базовый шаблон, таким образом за частую не могут предложить полноценную функциональность.
- Кастомные или индивидуальные — спроектированы в соответствии с требуемыми ожиданиями вендора, как правило используются для премиальных ТОПовых моделей, включающих улучшенные компоненты и дизайн.
Основные характеристики
Видеокарта сама по себе имеет приличное количество характеристик, за которые отвечает тот или иной компонент.
- GPU:
- Core — ядро основная вычислительная единица (рендеринг, наложение света, конвертация видео), потоковый процессор (SP) у AMD и CUDA — NVIDIA. К слову, CUDA это платформа «зелёной команды» занимающаяся сложными параллельными вычислениями, как программно-аппаратная архитектура существенно поднявшая производительность; появилась в 2007 году.
- TMU — блоки текстурирования, одевают текстуры на 3D-поверхность.
- ROP — блоки операций растеризации, в ответе за формирование финального кадра, «филлрейт» — скорость заполнения пиксилями.
- VRAM:
- Тип — наиболее актуальной и востребованной остаётся поколение GDDR (GDDR7 — последняя версия на момент опубликования статьи), а также была попытка (от части успешная/неуспешная; дорого) внедрения на рынок видеокарт «кубической» HBM и HBM2 со стороны AMD.
- Объём — чем размер видеопамяти, тем больше он позволяет хранить данных подготовленных графическим процессором, а следовательно играть в высоком разрешении без лагов.
- Частота — выражается в МГц, оказывает влияние на пропускную способность памяти и производительность.
- Шина — битность или разрядность, от каждой микросхемы видеопамяти к графическому чипу идут дорожки, не более 32, умножаемые на количество чипов VRAM; пример: 32×8=256 бит (текущий максимум — 384 бита).
- Пропускная способность памяти (ПСП) — измеряется в ГБ/с и вычисляется по формуле: Частота×Шина÷8.
- TDP — «плавающий» термин (трактуется по разному) ближе всего к энерговыделению (см. ниже).
- Энерговыделение* — рассеиваемое количество выделенного тепла в Вт. В спецификациях обычно указывается значение при максимальной рабочей нагрузке, исходя из чего подбирается/проектируется охлаждение.
- Энергопотребление* — непосредственное потребление в Вт. Обычно в тестах видеокарт измеряют значения в: простое, мультимедиа и гейминге, существенно отличаются.
*Так как практически КПД GPU около 0, вся потребляемая энергия преобразуется в тепло, то величины TDP и энергопотребления сопадают и являются тождественными.
Архитектура
Каждый видеочип построен по определённой архитектуре, у «АМД» и «НВИДИА» свои, однако глобальных или концептуальных различий в компоновке элементов нет.
Пример 2. Иерархия архитектуры от AMD: .
Тепло, шум и охлаждение
Для вычислительного процесса требуется питание. На заре хватало того, что предлагал слот подключения, но уменьшение техпроцесса, а соответственно увеличение числа транзисторов с вычислительной мощностью возникли дополнительные разъёмы питания: 6/8/16-pin. Энергопотребление/тепловыделение неуклонно повышалось, проектировались новые системы отвода тепла.
Первые чипы имели пассивное охлаждение, на некоторые клеились небольшие радиаторы, позже с вентиляторами. Дальнейший рост тепловыделения требовал куда более мощных систем охлаждения. Постепенно появились/внедрялись: термопаста, кожухи, турбины, испарительные камеры, термонакладки на VRAM и радиаторы для VRM, тепловые трубки (медные, никелированные), 2-х и 3-вентиляторные решения и водянки.
Видеокарта стала производителем высоких температур и уровня шума (≥40 дБ(А)); это стало настоящим вызовом. «Раздувались» габариты кулеров, при этом доводились до ума радиаторы и лопасти вертушек, воздушный поток становился продуктивнее. С появлением 2-х и 3-слотовых «батонов» положение стало стало выправляться, так как SLI и CrossFire были уже неактуальны. Дело оставалось за функцией Fan stop idle.
Долгое время продукты AMD оставались лидерами в номинации «Печка», однако с уменьшением техпроцесса и внедрением новых архитектур показатели температура/шум стали сопоставимы с артикулами «Green Team». На 2024 год флагманские модели NVIDIA демонстрируют просто потрясающе низкие (для своей производительности) уровни шума при реально монструозных размерах, свыше 4-х слотов (см. обзор RTX 4090).
Технологии (современные)
Технологии мало стоят на месте, новые перспективные достаточно быстро внедряются.
NVIDIA:
- G-Sync — синхронизирует частоту обновления дисплея (модель должна быть сертифицированной) и частоту кадров видеокарты, предлагая плавный (без лагов и рывков) и комфортный геймерский опыт.
- GPU Boost — в зависимости от термальных показателей и текущей нагрузки динамически изменяет частоту и вольтаж чипа с целью предоставить максимальную производительность в конкретной задаче.
- RTX — трассировка лучей в реальном времени, поднимает качество картинки на новый, более реалистичный уровень, взамен требуя «жирный» кусок производительности, однако «НВИДИА» нашла выход (см. «ДЛСС»). Появилась вместе с RTX 2000-серией; последние карты, несущие аббревиатуру GTX — 1600-серия.
- DLSS — апскейлинг берёт картинку в низком разрешении и пересоздаёт для текущего разрешения монитора при помощи ИИ.
- DLAA — метод сглаживания на основе ИИ для мощных ПК, работает сразу в нативном разрешении.
AMD:
- FSR — .
Intel:
- XeSS — .
Основные производители GPU
Три компании, выпускающие дискретные GPU и готовые решения на их основе: ATI (красные), Intel (синие) и NVIDIA (зелёные). Долгое время на рынке прибывал красно-зеленый дерби. Однако недавно синий коллектив после продолжительного перерыва решил включиться в борьбу, начав довольно успешно покорять наиболее доходный сегмент мейнстрим рынка — начальный уровень; в ассортименте Intel пока нет High-End моделей для энтузиастов, а также артикула крепкого среднего уровня.
Партнёры
У изготовителей GPU есть партнёры, выпускающие кастомные варианты, которые отличаются разнообразными линейками, от бюджетных до флагманских моделей. Такие вендоры предлагают свои собственные разработки систем охлаждения, двойной BIOS, разъёмы подключения корпусных вентиляторов, популярный фабричный разгон GPU и нередко VRAM и прочий функционал.
Самые известные бренды: ASUS, MSI, GigaByte, Palit, Colorful, Gainward, XFX и Sapphire. Не все «кастомщики» одновременно имеют дело с «тремя китами», например, «Сапфир» и «ИКСФИКС» эксклюзивно сотрудничают только с «АМД», Zotac с «НВИДИА», а Sparkle с «Интел».
Перспективы развития
Видеокарта проделала длинный путь и пока остаётся единственным решением 3D-графики как для гейминга, так и профессионального использования. Неизбежное внедрение новых технологий позволит ещё больше расширить функционал и визуальные эффекты. Однако возможен ли побочный эффект в виде дальнейшего роста габаритов уже не только топовых решений или всё же произойдет революция, которая позволит «сдуть» до приемлемых размеров при этом увеличив производительность; реальная помощь от ИИ [разумная видеокарта?].
Текущие дизайны архитектур графических чипов скорее всего — тупиковая ветвь развития ввиду используемых материалов и техпроцессов. Однако заинтересованный круг скорее станет до упора «доить» эту возможность и предлагать что-то реально инновационное пока не будет. Да, ИИ помогает через DLSS (и аналоги) уже создавать полноценный следующий кадр в «высоком» качестве, однако что дальше.
Перспективы нельзя назвать туманными, скорее всего мир видеокарт всё же ожидает прорыв, возможно через очередной неизбежный более жёсткий кризис, попутно связанный с ростом спроса криптовалют и требований к железу для запуска последних AAA-игр.
Текущий игровой флагман
На конец 2025 года самая мощная потребительская видеокарта GeForce RTX 5090 — флагман архитектуры Blackwell от Nvidia! RTX 5080 тоже хорош! AMD скорее всего выжидает момент для атаки ТОП-сегмента!
