Card đồ họa là một trong những thành phần PC mà chúng ta dành nhiều thời gian nhất để tìm kiếm, vì vậy rõ ràng chúng cần được mổ xẻ thích đáng. Hãy tập hợp hàng ngũ lại và tiến lên bảng điều khiển. Đã đến lúc đi sâu vào các bộ phận đã tạo nên một chiếc card đồ họa, tách rời các phần khác nhau và xem từng thứ trong đó sẽ làm gì.
Gọi khiêm tốn thì là card đồ họa, nhưng cũng gọi nó bằng một cái tên hoa mỹ đầy đủ là: card tăng tốc video mở rộng. Được thiết kế và sản xuất bởi các doanh nghiệp trị giá hàng tỷ đô trên toàn cầu, chúng thường là thành phần to lớn nhất và đắt nhất trong một hệ thống máy tính để bàn. Card đồ họa đơn giản là sử dụng một chip bán dẫn đặt lên một bảng mạch in, để người dùng tạo đồ họa 2D và 3D hoặc mã hóa/giải mã tín hiệu video.
Tìm hiểu các công nghệ nổi bật bên trong các bộ phận của máy tính
Nghe thì có vẻ như rất khô ráp với rất nhiều kim loại, nhựa và tiền chỉ để làm một vài thứ, vì vậy tốt hơn là chúng ta chỉ nên kẹt vào một thứ và xem tại sao chúng lại như thế này. Đối với phần phân tích này, chúng ta sẽ sử dụng một card đồ họa được tạo nên bởi XFX – Radeon HD6870.
Từ cái nhìn đầu tiên vẫn chưa tiết lộ gì nhiều: nó khá dài khoảng 22cm, nhưng phần lớn dường như là nhựa. Chúng ta có thể thấy một khung kim loại, để giữ nó cố định trong máy tính, một cái quạt lớn màu đỏ và một chân cắm dài để gắn vào bo mạch chủ.
Lật nó lại, điều đầu tiên bạn nhận thấy là một khung kim loại khác, bao quanh một loạt các linh kiện điện tử. Phần còn lại của bảng mạch trống hoàn toàn, nhưng chúng ta có thể thấy rất nhiều đường mạch điện kết nối đến khu vực trung tâm, vì vậy rõ ràng phải có một thứ gì đó rất quan trọng ở đó và nó cũng phải rất phức tạp.
Ở đây quá nóng!
Tất cả các chip là các mạch tích hợp (viết tắt là IC) và chúng tạo ra nhiệt khi hoạt động. Những chiếc card đồ họa có hàng ngàn trong số chúng được đóng gói thành một khối nhỏ, điều đó có nghĩa là chúng sẽ trở nên rất khó chịu nếu như nhiệt không được quản lý theo một cách nào đó.
Do đó, hầu hết những chiếc card đồ họa thường sẽ ẩn bên dưới một số loại hệ thống làm mát và chiếc card mẫu của chúng ta vẫn không ngoại lệ.
Hệ thống làm mát này thường được gọi là quạt lồng sóc, nó sẽ hút không khí từ bên trong vỏ thùng máy tính đi xuyên qua một khối kim loại lớn trước khi thổi ra phía sau thùng máy.
Trong hình ảnh trên, chúng ta có thể thấy khối kim loại đó, và dính vào nó là phần còn lại của một hợp chất mềm thường được gọi là kem tản nhiệt (thermal patse). Nhiệm vụ của nó là lấp đầy các khoảng trống siêu nhỏ giữa bộ xử lý đồ họa (hay GPU) và khối kim loại để truyền nhiệt nhiệt quả hơn.
Chúng ta cũng nhìn thấy 3 dải màu xanh được gọi là miếng đệm dẫn nhiệt, nó mềm nên cho khả năng tiếp xúc tốt hơn giữa một số bộ phận trên bảng mạch và đế của bộ tản nhiệt (cũng là kim loại). Nếu không có các miếng đệm này, các bộ phận đó hầu như sẽ không chạm vào tấm kim loại và sẽ không được làm mát
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn với khối kim loại chính – trong ví dụ của chúng tôi, đó là một khối đồng, với 3 ống đồng di tản ra khỏi nó và đi vào một cụm với rất nhiều các lá nhôm mỏng. Tên gọi đầy đủ của chúng là một bộ tản nhiệt.
Những ống đồng này rỗng bên trong và bịt kít ở cả hai đầu; bên trong có một lượng nước nhỏ (trong một số mô hình thì nó là amoniac) hấp thụ nhiệt từ khối đồng, nhiệt sẽ làm cho nước nóng lên và trở thành hơi và đi ra khỏi nguồn nhiệt đến đầu còn lại của ống.
Ở đó, nó truyền nhiệt lên các lá nhôm, được làm nguội trở lại trong quá trình đó và một lần nữa lại trở về dạng chất lỏng. Bề mặt bên trong của các ống này rất gồ ghề, và một hoạt động mao dẫn mang nước qua bề mặt này cho đến khi nó chạm vào tấm đồng một lần nữa.
Thường được gọi là heatpipe, nó cũng không hẳn xuất hiện trên tất cả mọi card đồ họa. Những sản phẩm giá rẻ, phiên bản cấp thấp sẽ không tạo ra nhiều nhiệt và vì vậy sẽ không cần đến chúng. Các mô hình tương tự thường không sử dụng đồng cho bộ tản nhiệt, để tiết kiệm tiền như trong hình dưới đây.
Card đồ họa ASUS GeForce GT710 này là một ví dụ điển hình cho card đồ họa cấp thấp, tiêu thụ điện thấp. Những sản phẩm như thế này hiếm khi sử dụng quá 20W năng lượng điện, và mặc dù hầu hết trong số đó là nhiệt, nhưng nó không đủ để làm ảnh hưởng con chip ẩn bên dưới bộ tản nhiệt.
Một vấn đề với các loại làm mát quạt gió lồng sóc là quạt dùng để thổi khí qua lá kim loại (và sau đó ra khỏi PC), có một công việc khó khăn phải làm và chúng thường không rộng hơn bản thân card đồ họa. Điều này có nghĩa là chúng cần phải quay rất nhanh và tạo ra nhiều tiếng ồn.
Giải pháp chung cho vấn đề đó là những bộ làm mát mở – ở đây quạt chỉ đưa không khí xuống các là nhôm và phần còn lại của nhựa/kim loại bao quanh quạt và chỉ cho luồng khí nóng này hoàn vào trong thùng máy tính. Ưu điểm của việc này là quạt có thể có kích thước lớn hơn và quay chậm hơn sẽ làm cho card đồ họa yên tĩnh hơn. Nhược điểm, chiếc card sẽ trở nên cồng kềnh hơn và nhiệt độ bên trong của máy tính sẽ cao hơn.
Dĩ nhiên, bạn không phải sử dụng không khí để làm tất cả nhằm giảm nhiệt cho card đò họa của mình, nước thực sự rất tốt trong việc hấp thụ nhiệt, trước khi nó tăng nhiệt (tốt hơn khoảng 4 lần so với không khí), do đó, bạn có thể mua bộ tản nhiệt làm mát bằng nước và lắp đặt chúng, hoặc cũng có thể bán một hoặc hai quả thận để mua một card đồ họa mới được lắp đặt tản nhiệt nước.
Chiếc card đồ họa bên trên là GeForce RTX 2080 Ti KiNGPiN GAMING của EVGA, bộ tản nhiệt lồng sóc chỉ làm mát cho RAM và các thành phần khác trên mạch, chip xử lý đồ họa được làm mát hoàn toàn bằng nước. Và để có được nó, bạn sẽ phải tiêu tốn một con số là 1800$.
Bạn có thể sẽ ngạc nhiên khi biết rằng RTX 2080Ti có mức tiêu thụ năng lượng tối đa thông thường là 250W, ít hơn so với RX5700XT một chút.
GPU – Graphics Processing Unit
Bây giờ, hãy để bộ tản nhiệt sang một bên và tiếp tục tìm hiểu những phần khác; bên dưới bộ tản nhiệt là một bảng mạch và có một con chip rất nổi bật ở trung tâm, bao quanh nó còn có những con chip màu đen nhỏ hơn và vô số các thành phần linh kiện ở mọi nơi.
Dù bạn đang sở hữu bất kỳ card đồ họa nào, tất cả chúng đều có cùng những bộ phận chính và tuân theo một bố cục nhất định. Ngay cả khi quay trở lại năm 1998 và nhìn vào một card đồ họa ATI Technologies cổ xưa, bạn vẫn có thể thấy thiết kế và sắp xếp tương tự:
Giống như mẫu HD6870 đã được tháo rời của chúng ta, có một con chip lớn ở giữa, một số bộ nhớ và một loạt các thành phần để giúp cho tất cả hoạt động.
Con chip to lớn này có nhiều cách gọi tên như: bộ điều hợp video, bộ gia tốc 2D/3D hay chip đồ họa. Nhưng ngày nay, chúng ta có xu hướng gọi nó là GPU – Graphics Processing Unit hoặc một đơn vị xử lý đồ họa, 3 chữ cái này được xử dụng trong suốt nhiều thập kỷ qua. Tất cả các GPU có cấu trúc khá giống nhau bên trong mà chúng ta thấy:
Bộ xử lý này được AMD thiết kế và sản xuất bởi TSMC, nó có tên mã là TeraScale 2 cho kiến trúc tổng thể và Bart XT cho biến thể chip. Được đóng gói với kích thước 255mm2 và có 1,7 tỉ bóng bán dẫn bên trong.
Số lượng thiết bị chuyển mạch điện tử khổng lồ này tạo nên các ASIC (application specific integrated circuits) khác nhau mà GPU được trang bị. Một số chỉ thực hiện các phép toán, như nhân và cộng hai số; số khác đọc các giá trị trong bộ nhớ và chuyển đổi chúng thành tín hiệu kỹ thuật số xuất ra màn hình.
GPU được thiết kế để làm rất nhiều thứ cùng một lúc, do đó, một tỷ lệ lớn cấu trúc của chip bao gồm các khối đơn vị logic lặp đi lặp lại. Bạn có thể thấy rõ trong hình ảnh sau đây về loạt GPU Navi hiện tại của AMD:
Có thể thấy có đến 20 bản sao của cùng một một mẫu. Đây là các đơn vị tính toán chính trong chip và thực hiện phần lớn công việc để tái tạo mô hình đồ họa 3D trong các trò chơi. Một dãi chạy gọc ở giữa chính là bộ nhớ đệm – bộ nhớ trong tốc độ cao để lưu trữ các tập lệnh và dữ liệu.
Trên các cạnh trên và dưới, là các ASIC xử lý giao tiếp với các chip nhớ VRAM bên ngoài và phía bên phải của GPU chứa các mạch để giao tiếp với phần còn lại của máy tính và mã hóa/giải mã tính hiệu video.
Bạn có thể đọc về những thiết kế GPU mới nhất từ AMD và NVIDIA cũng như là Intel, nếu bạn muốn hiểu rõ hơn về sức mạnh của GU. Hiện tại, chúng ta sẽ chỉ ra rằng nếu bạn muốn chơi các trò chơi mới nhất hoặc sử dụng cho các máy học thuật, bạn sẽ cần một bộ xử lý đồ họa.
Nhưng không phải tất cả GPU đều được đặt trên một bảng mạch riêng biệt. Có những CPU có một bộ xử lý đồ họa nhỏ được tích hợp bên trong chúng; bên dưới là ảnh chụp của vi xử lý Core i7-9900K của Intel.
Màu sắc được sử dụng ở đây để xác định các khu vực khác nhau, trong đó phần màu xanh bên trái là GPU tích hợp. Như bạn có thể thấy, nó chiếm khoảng 1/3 con chip, nhưng bởi vì Intel không công bố số lượng bóng bán dẫn cho chip của họ, thật khó để nói GPU này lớn cỡ nào.
Tuy nhiên, chúng ta có thể ước tính và so sánh với các GPU lớn nhất và nhỏ nhất mà AMD, Intel và NVIDIA cung cấp trong một số kiến trúc mới nhất:
| Manufacturer | AMD | Intel | Nvidia | |||
| Architecture | RNDA | Gen 9.5 | Turing | |||
| Chip/model | Navi 10 | Navi 14 | GT3e | GT1 | TU102 | TU117 |
| Transis tors count (billions) | 10.3 | 6.4 | Some | Fewer | 18.6 | 4.7 |
| Die size (mm2) | 251 | 158 | Around 80? | 30 or so | 754 | 200 |
GPU Navi của AMD được xây dựng trên quy trình TSMC 7nm, so với 14nm của Intel và 16nm được TSMC tinh chỉnh riêng cho NVIDIA (được gọi là 12FFN); điều này có nghĩa là bạn không thể so sánh trực tiếp giữa chúng, nhưng có một điều chắc chắn là GPU luôn có rất, rất nhiều bóng bán dẫn bên trong.
Những con voi thực sự khi nói đến bộ nhớ đồ họa
Tất cả các card đồ họa máy tính để bàn đều có một loạt các chip nhớ được trang bị trên bảng mạch. Chúng được sử dụng để lưu trữ tất cả những dữ liệu đồ họa cần thiết để tạo ra hình ảnh chúng ta thấy trong các trò chơi và chúng luôn là một loại DRAM được thiết kế dành riêng cho các ứng dụng đồ họa.
Ban đầu được gọi là DDR SGRAM (double data rate synchronous graphics random access memory) khi nó xuất hiện trên thị trường, nhưng ngày nay chúng được gọi là GDDR.
Trong sản phẩm mẫu của chúng ta có 8 mô-đun SDRAM Hynix H5GQ1H23AFR GDDR5, chạy ở xung nhịp 1.05GHz (baseline clock). Loại bộ nhớ này vẫn được tìm thấy trên một số card hiện hữu ngày hôm nay, mặc dù ngành công nghiệp nói chung đang hướng tới những phiên bản tiên tiến hơn, như GDDR6.
GDDR5 và 6 hoạt động theo cách tương tự: xung nhịp cơ bản được xử dụng để tính thời gian cho các vấn đề của tập lệnh và truyền số liệu. Sau đó, một hệ thống riêng biệt được sử dụng để dịch chuyển các bit đến và từ các mô-đun bộ nhớ và điều này được thực hiện dưới dạng chuyển khối nội bộ. Trong trường hợp của GDDR5, 8 x 32 bit được xử lý cho mỗi truy xuất đọc và ghi, trong khi GDDR6 gấp đôi giá trị đó.
Khối này được đặt thành một luồng tuần tự, 32 bit tại một thời điểm, với tốc độ được điều khiển bở một hệ thống xung nhịp khác. Trong GDDR5, nó chạy ở tốc độ gấp đôi xung nhịp cơ bản, và dữ liệu được dịch chuyển hai lần trên mỗi tích tắc của xung nhịp cụ thể này.
Vì vậy, trong Radeon HD6780 của chúng ta, với tổng cộng 8 con chip Hynix, GPU có thể chuyển tối đa 2 (transfer per tick) x 2 (double data clock) x 1.05 (baseline clock) x 8 (chips) x 32 (width of stream) = 1075.2 Gigabit trên một giây hoặc 134,4 GigaByte trên một giây. Con số này được tính toán này được gọi là băng thông bộ nhớ lý thuyết của card đồ họa và nói chung, con số này càng cao càng tốt. GDDR6 có hai mô hình tốc độ truyền, tốc độ gấp đôi bình thường và mô hình quad (gấp đôi của gấp đôi!)
Không phải tất cả các card đồ họa đều sử dụng bộ nhớ GDDR5/6. Những phiên bản cấp thấp thường dựa vào loại bộ nhớ DDR3 SDRAM cũ hơn, không được thiết kế dành riêng cho các ứng dụng đồ họa. Cho rằng GPU trên những chiếc card này khá yếu, không có gì để mất khi sử dụng bộ nhớ chung.
NVIDIA đã sử dụng GDDR5X trong một thời gian – nó có cùng tốc độ dữ liệu quad của GDDR6, nhưng không thể chạy nhanh như vậy – và AMD đã sử dụng bộ nhớ HBM (High Bandwidth memory) trong một vài năm, giống như trong Radeon R9 Furry X, Radeon VII và vài mô hình khác. Tất cả các phiên bản của HBM đều cung cấp lượng băng thông khổng lồ, nhưng nó có chi phí sản xuất đắt hơn so với các mô hình GDDR.
Chip nhớ đồ họa phải được kết nối trực tiếp vào chính GPU, để đảm bảo hiệu suất tốt nhất có thể, và đôi khi điều đó có nghĩa là đường mạch điện có thể trong hơi kỳ lạ.
Lưu ý là làm thế nào một số đường mạch là thẳng, trong khi có những đường khác đi theo dạng zic-zac? Điều này là để đảm bảo rằng mọi tín hiệu điện, giữa GPU và mô đun bộ nhớ, đi dọc theo một đường dẫn có cùng độ dài để ngăn ngừa bất cứ điều gì có thể xảy ra.
Dung lượng bộ nhớ trên card đồ họa đã thay đổi theo từng năm.
Bộ nạp ATI Rage 3D trước đây chỉ có 4MB EDO DRAM. Những phiên bản ngày nay lớn gấp ngàn lần, với 4 đến 8GB. Trong khi GPU cho máy tính xách tay và máy tính để bàn gầy đây tiêu chuẩn đang là 11GB, rõ ràng card đồ họa là những con voi thực sự khi nói đến số lượng bộ nhớ của chúng.
Bộ nhớ GDDR cực nhanh được sử dụng vì GPU cần đọc và ghi nhiều dữ liệu song song, mọi lúc chúng hoạt động; GPU tích hợp thường không đi kèm với cái gọi là bộ nhớ cục bộ mà thay vào đó nó phải dựa vào bộ nhớ RAM của hệ thống. Điều này sẽ chậm hơn nhiều so việc có hàng Gigabyte GDDR5 ngay bên cạnh GPU, nhưng những loại GPU tích hợp này thường không thực sự mạnh để cần đến yêu cầu đó.
Nó cần rất nhiều điện
Giống như bất kỳ thiết bị nào trong máy tính, card đồ họa cần một nguồn điện rất lớn để hoạt động. Số lượng nó cần chủ yếu phụ thuộc vào phiên bản GPU mà card được trang bị là trong khi các mô-đun bộ nhớ đồ họa chỉ cần vài watt mỗi con chip.
Cách đầu tiên mà card có thể nhận được điện là từ khe cắm mở rộng mà nó được cắm vào và hầu như mọi máy tính để bàn ngày nay đều sử dụng kết nối PCI Express.
Như hình trên, nguồn điện được cung cấp bởi dải chân nhỏ hơn ở bên trái – dải dài bên phải hoàn toàn dành cho các tập lệnh và truyền dữ liệu. Có 22 chân, 11 chân mỗi bên, trong dải ngắn nhưng không phải tất cả các chân đó đều ở đó để cấp nguồn cho card.
Gần một nửa trong số 22 chân dành cho các tác vụ chung của hệ thống – kiểm tra tình trạng của card, ra lệnh bật tắt nguồn v.v.v. Thông số kỹ thuật mới nhất của chuẩn PCI Express đặt ra giới hạn về mức độ dòng điện có thể được phát, tổng cộng, ngoài hai bộ đường đường dây điện áp. Đối với card đồ họa hiện đại, đó là 3ampe ngoài các dòng +3,3volt và 5,5ampe cho +12volt; cung cấp tổng cộng ( 3 x 3,3) + (5,5 x 12) = 75.9 watt điện.
Vậy điều gì xảy ra nếu card của bạn cần nhiều hơn thế? Ví dụ mẫu Radeon HD6870 của chúng ta cần ít nhất 150W – gấp đôi những gì chúng ta có thể nhận từ chân cắm. Trong những trường hợp này, đặc điểm kỹ thuật cung cấp một định dạng có thể được theo sau bởi các nhà sản xuất dưới dạng thêm dòng +12volt. Định dạng có hai loại: đầu nối nguồi 6-pin và 8-pin.
Cả hai định dạng này cung cấp thêm 3 dòng điện áp +12volt; sự khác biệt giữa chúng nằm ở số lượng đường nguội (ground): ba cho 6-pin và năm cho phiên bản 8-pin. Cái sau cho phép rút ra nhiều dòng điện hơn thông qua đầu nối, đó là lý do tại sao 6-pin chỉ cung cấp thêm 75W công suất, trong khi định dạng lớn hơn đẩy công suất này lên tới 150W.
Card của chúng ta có hai đầu nối 6-pin, vì vậy cùng với chân cắm khe PCI Express, nó sẽ tiêu tốn tới 75 + (2 x 75) = 225Watt điện, quá đủ cho mô hình này.
Vấn đề tiếp theo cần quản lý là GPU và chip nhớ thực tế không chạy trên điện áp +3,3volt và +12 volt: chip GDDR5 là 1,35volt và GPU AMD yêu cầu là 1,172volt. Điều đó có nghĩa là điện áp cung cấp cần phải được giảm xuống và điều tiết chính xác, nhiệm vị này sẽ được thực hiện bởi các mô-đun điều chỉnh điện áp (viết tắt là VRM) tương tự như của VRM cho CPU.
Chúng ta đã thấy các VRM tương tự trên bo mạch chủ. Chúng là cơ chế tiêu chuẩn được sử dụng ngày nay. Chúng cũng tỏa ra rất nhiều nhiệt khi phải hoạt động nhiều, đó là lý do tại sao chúng cũng được tiếp xúc với bộ tản nhiệt để giữ chúng luôn trong phạm vi nhiệt độ an toàn.
Cũng giống như trên bo mạch chủ và CPU, số lượng và loại (chất lượng) của VRMs ảnh hưởng rất lớn đến việc GPU có ổn định hay không, đặc biệt là khi ở trạng thái ép xung. Bao gồm cả chât lượng của chip quản lý điện năng
Radeon HD6870 có tuổi đời đã một thập kỷ này sử dụng một con chip CHIL CHL821401, là một bộ điều khiển PWM 4+1 phase (để xử lý 4 phase VRM ở trên, cộng với một hệ thống điều chỉnh điện áp khác); nó cũng có thể theo dõi nhiệt độ và mức độ dòng điện được rút ra. Nó có thể đặt VRM thay đổi giữa một trong ba mức điện áp khác nhau, một tính năng được sử dụng trong các GPU hiện đại khi chúng chuyển sang điện áp thấp hơn khi không sử dụng, để tiết kiệm năng lượng.
GPU càng đòi hỏi nhiều năng lượng thì càng nhiều VRM và bộ điều khiểm PWM càng tốt. Ví dụ, trong GeForce GTX 2080 của NVIDIA sẽ là như sau:
Bạn có thể thấy có đến 10 VRM chạy dọc theo chiều cao của card, nằm ở bên phải GPU, với một số phiên bản như của EVGA cung cấp gấp đôi con số này. Và những chiếc card này, tất nhiên, được thiết kế để ép xung rất nhiều và khi đó, mức tiêu thụ điện của card sẽ ở mức trên 300W.
Không phải tất cả mọi card đồ họa đều yêu cầu nguồn năng lượng điên rồ. Các sản phẩm tầm trung tốt nhất hiện nay có công suất chỉ từ 125W đến 175W, tương đương với mẫu Radeon HD 6870 này của chúng ta.
Tín hiệu đầu vào và ra
Chúng ta đã cùng nhau xem xét các thành phần điện tử trên bảng mạch và cách cung cấp điện năng cho chúng. Giờ là lúc xem làm thế nào mà tập lệnh và dữ liệu được gửi đến GPU và cách thức gửi trả kết quả của nó tới màn hình hiển thị. Nói cách khác, đó là các kết nối đầu vào và ra (I/O)
Các tập lệnh và dữ liệu được gửi đến và nhận thông qua đầu cắm PCI Express. Tất cả được thực hiện thông qua các chân trên phần dài của đầu nối khe cắm. Tất cả các chân truyền đều ở một bên và chân nhận ở phía bên kia.
Giao tiếp PCI Express được thực hiện bằng cách sử dụng tín hiệu vi sai, do đó hai chân được sử dụng cùng nhau, gửi 1 bit dữ liệu trên mỗi chu kỳ xung nhịp. Mãi mãi, cặp chân dữ liệu có thêm hai chân để nối đất, vì vậy một bộ đầy đủ sẽ bao gồm 2 chân gửi, 2 chân nhận và 4 chân tiếp đất. Cùng nhau, nó được gọi là một lane.
Số lane được thiết bị sử dụng biểu thị bằng nhãn x1, x4, x8 hoặc x16 – tương ứng cho 1 lane, 4 lanes, 8 lanes và 16 lanes. Hầu như tất cả card đồ họa đều sử dụng 16 lanes (PCI Express x16), có nghĩa là giao diện gửi/nhận tối đa 16 bit mỗi chu kỳ.
Tín hiệu gửi dữ liệu chạy ở tốc độ 4GHz trong một kết nối PCI Express 3.0, nhưng dữ liệu có thể được định thời để gửi hai lần mỗi chu kỳ. Điều này mang lại băng thông dữ liệu lý thuyết là 4GHz x 2 mỗi chu kỳ x 16 bit – 128MBits/giây hoặc 16MB/giây mỗi chiều.
Thực tế thì nó sẽ ít hơn con số lý thuyết, bởi vì tín hiệu PCI Express sử dụng một hệ thống mã hóa hy sinh một số bit (khoảng 1,5%) cho chất lượng tín hiệu. Phiên bản mới nhất của thông số kỹ thuật PCI Express 4.0 tăng gấp đôi lên 32 GB/s; có thêm hai thông số kỹ thuật trong quá trình phát triển một lần nữa nhân số này cho 2 lần nữa.
Một số card đồ họa, như HD 6870 của chúng ta, có một đầu nối bổ sung như hiển thị bên dưới:
Đầu nối này cho phép bạn ghép đôi hoặc nhiều card với nhau để chúng có thể chia sẽ dữ liệu nanh chóng hơn khi hoạt động như một hệ thống đa GPU. Mỗi nhà cung cấp có cách gọi tên riêng như AMD gọi là CrossFire còn NVIDIA là SLI.
Nếu bạn nhìn vào hình ảnh của card đồ họa GeForce RTX 2080 ở phía trên, bạn sẽ thấy có hai đầu nối như thế, đây là phiên bản mới hơn của NVIDIA, được gọi là NVLink. Nó chủ yếu nhắm vào đồ họa chuyên nghiệp và card điện toán, thay vì chơi game nói chung. Bất chấp những nỗ lực của AMD và NVIDIA để đưa các hệ thống đa GPU vào các mục đính chính yếu, nhưng nó vẫn không quá thành công.
Mỗi card đồ họa máy tính để bàn sẽ có ít nhất một phương thức để kết nối màn hình với nó, nhưng hầu hết đều có một số. Họ làm điều này bởi vì màn hình có đủ loại mô hình và đủ mức giá, điều đó có nghĩa là card sẽ cần hỗ trợ càng nhiều càng tốt.
Như chiếc card Radeon của chúng ta có tổng cộng 5 đầu ra gồm:
- 2 đầu cắm DisplayPort 1.2 mini
- 1 đầu cắm HDMI 1.4a
- Đầu cắm DVI-D dual-link (chỉ dành cho tín hiệu digital)
- Đầu cắ DVI-D dual-link (cho cả tín hiệu analog và digital)
Cũng hỗ trợ càng nhiều loại màn hình càng tốt, có nhiều loại ổ cắm đầu ra cũng có nghĩa là bạn có thể gắn nhiều màn hình vào card đồ họa. Một số màn hình được xử lý bởi chính GPU, nhưng đôi khi cần thêm một con chip để có đạt được hiểu quả tín hiệu tốt hơn. Trong card của chúng ta, nó có một bộ chuyển đổi Pericaom P13HDMI4 HDMI để thực hiện một số điều này:
Con chip bé xíu này chuyển đổi dữ liệu HDMI, chứa các luồng video và âm thanh kỹ thuật số, thành các tín hiệu chỉ có hình ảnh cho các ổ cắm DVI. Thông số kỹ thuật của các kết nối này ngày nay quan trọng hơn nhiều, vì những thay đổi trong cách chúng ta sử dụng màn hình.
Sự gia tăng của thể thao điện tử đã khiến ngành công nghiệp màn hìn hướng tới tốc độ làm tươi cao hơn (số lần mỗi giây mà màn hình vẽ lại hình ảnh trên màn hình) – 10 năm trước, phần lớn màn hình được giới hạn ở mức 60 hoặc 75Hz. Ngày nay, bạn có thể có được màn hình 1080p có thể chạy ở 240Hz.
Card đồ họa hiện đại cũng rất mạnh mẽ và nhiều thiết bị có khả năng chạy ở độ phân giải cao như 1440p và 4K hoặc cung cấp đầu ra HDR (high dynamic range). Và để thêm vào danh sách dài các nhu cầu, rất nhiều màn hình hỗ trợ công nghệ làm tươi biến đổi (VRR – variable refresh rates); một hệ thống ngăn màn hình cố gắng cập nhật hình ảnh của nó, trong khi card đồ họa vẫn đang vẽ nó.
Có các định dạng mở và độc quyền cho VRR:
- DisplayPort Adative-sync
- HDMI 2.1 VRR
- AMD FreeSync
- NVIDIA G-Sync
Để có thể sử dụng các tính năng này (ví dụ: độ phân giải cao, tốc độ làm tươi cao và biến đổi, HDR), có 3 câu hỏi phải được trả lời: màn hình có hỗ trợ không? GPU có hỗ trợ? Có card đồ họa sử dụng ngõ ra có khả năng làm điều đó?
Nếu bạn bắt đầu và mua một trong những card đồ họa mới nhất từ AMD và NVIDIA, thì đây là hệ thống ngõ ra mà họ hỗ trợ:
| Manufacturer | AMD | Nvidia |
| DVI | Dual-Link Digital | Dual-Link Digital |
| 1600p @ 60Hz, 1080p @ 144Hz | 1600p @ 60Hz, 1080p @ 144Hz | |
| DisplayPort | 1.4a (DSC 1.2) | 1.4a (DSC 1.2) |
| 4K HDR @ 240Hz, 8K HDR @ 60Hz | 4K HDR @ 144Hz, 8K HDR @ 60Hz | |
| HDMI | 2.0b | 2.0b |
| 4K @ 60Hz, 1080p @ 240Hz | 4K @ 60Hz, 1080p @ 240Hz | |
| VRR | DP Adaptive-sync, HDMI VRR, FreeSync | DP Adaptive-sync, HDMI VRR, G-Sync |
Những con số ở trên không vẽ nên một bức tranh đầy đủ. Bạn có thể có những khung hình độ phân giải 4K ở tốc độ trên 200Hz thông qua kết nối DisplayPort với màn hình, nhưng sẽ không có dữ liệu thô trong RAM của card đồ họa. Ngõ ra chỉ có thể gửi rất nhiều bit mỗi giây và với độ phân giải và tốc độ làm tươi thực sự cao, điều đó là không đủ.
May mắn thay, né dữ liệu hoặc lấy mẫu sắc tố (một quá trình giảm lượng thông tin màu được gửi đi) để giảm tải cho hệ thống hiển thị. Đay là nơi sự khác biệt nhỏ trong các mô hình card đồ họa có thể tạo nên sự khác biệt, một hệ thống độc quyền hoặc một biến thể của lấy mẫu sắc tố
20 năm trước, có sự khác biệt lớn trong kết quả đầu ra video của card đồ họa và bạn thường bị buộc phải lựa chọn hy sinh chất lượng cho tốc độ. Nhưng hôm nay thì không.
Đó là tất cả về đồ họa
Có vẻ như chỉ là một chút khó hiểu khi liệu có cần rất nhiều sự phức tạp và chi phí chỉ để vẽ ra những hình ảnh chúng ta thấy, khi chúng ta chơi Call of Mario: Deathduty Battleyard. Quay trở lại phần bắt đầu của bài viết này và xem lại card đồ họa ATI 3D Charger đó. GPU đó có thể vẽ ra tới 1 triệu hình tam giác và màu sắc lên đến 25 triệu pixels trong một giây. Đối với một card có giá tương tự hiện nay, nhưng con số đó nhảy vọt gấp 2000 lần.
Chúng ta có thực sự cần loại hiệu suất đó không? Câu trả lời là có: một phần vì các game thủ ngày nay có nhu cầu cao hơn về đồ họa, nhưng cũng bởi vì làm cho hình ảnh 3D chân thực, trong thời gian thực là siêu khó. Vì vậy, khi bạn đang chiến đầu cùng lũ rồng, phóng to Eau Rouge vào Raidillon hoặc đối phó với sự điên cuồng của Zerg Rush, chỉ cần dành vài giây cho card đồ họa của bạn – bạn sẽ hỏi rất nhiều về nó!
Nhưng GPU có thể làm nhiều hơn không chỉ là xử lý hình ảnh. Vài năm qua đã chứng kiến sự bùng nổi trong việc sử dụng các bộ xử lý đồ họa trong siêu máy tính, cho các công việc học thuật phức tạp và trí tuệ nhân tạo. Tiền điện tử cũng trở nên cực kỳ phổ biến vào năm 2018 và card đồ họa là lý tưởng cho công việc này.
Từ thông dụng ở đây là tính toán – một trường thông thường trong miền của CPU, GPU hiện đã được tiếp quản trong các khu vực cụ thể yêu cầu tính toán song song lớn, tất cả được thực hiện bằng cách sử dụng cac giá trị dữ liệu có độ chính xác cao. Cả AMD và NVIDIA đều tạo ra các sản phẩm nhắm vào thị trường này và hầu như chúng luôn có các bộ xử lý độ họa lớn nhất và đắt nhất.
Nói về điều này, bạn có ba giờ tự hỏi rằng bên trong một card đồ họa có giá 2500đô trong như thế nào? Bạn có thể tham khảo đoạn video bên dưới được thực hiện bởi GamerNexus.
Bạn cũng thể tự làm điều đó với chính chiếc card của bạn, nhưng hãy cẩn thận. Đừng quên rằng tất cả các thành phần điện tử này khá dễ vỡ và đôi khi là bạn sẽ làm chiếc card đó mất luôn hiệu lực bảo hành.
Vì vậy, cho dù card đồ họa của bạn có giá 20đô, 200đô hay 2000đô, về cơ bản chúng đều có cùng một thiết kế: bộ xử lý chuyên dụng đặt trên một bảng mạch chứa đầy chip hỗ trợ và các linh kiện điện tử khác.
tham khảo: TechSpot!
