Будова і основні характеристики
відеокарти комп'ютера

Зі статті читач дізнається про будову та основні характеристики відеокарти, які потрібно враховувати при її виборі та придбанні.

Відеокарта (відеоадаптер, графічна плата, графічний адаптер, графічна карта, GPU, Graphics Processing Unit) – важлива і дуже складна складова частина комп'ютера . Можна сказати, що вона є свого роду спеціалізованим комп'ютером, який складається з власного процесора, оперативної пам'яті та інших компонентів, які за своєю структурою та організацією взаємодії між собою пристосованих для максимально ефективного вирішення одного завдання – обробки графічних даних.

Основними розробниками відеокарт (графічних чіпів) є американські компанії Nvidia, AMD та Intel. Ну а випускати карти цих розробників можуть різні виробники (ASUS, MSI, Gigabyte, Inno3D, Palit та ін), вносячи до кожної конкретної моделі деякі зміни. Зокрема, вони можуть трохи змінювати частоту графічного процесора та пам'яті, використовувати різні за якістю мікросхеми пам'яті, дроселі, конденсатори та інші компоненти, встановлювати різні за ефективнісю системи живлення, охолодження тощо. Про все це йтиметься трохи нижче.

Існує два типи відеокарт: ігрові та професійні. Ігрові відеокарти від Nvidia випускаються під брендом GeForce, професійні - Quadro. Ігрові карти від AMD називаються Radeon, професійні - FirePro.

Ігрові відеокарти є більш універсальними пристроями. Зазвичай, вони добре справляються як із іграми, так і з іншими завданнями. Професійні ж карти, навіть ті, які добре показують себе в тривимірному моделюванні та проектуванні, в іграх можуть виглядати помітно гірше за ігрові аналоги. Головний плюс професійних карт – спеціальні драйвери та покращена підтримка спеціалізованого програмного забезпечення.

Не важко здогадатися, що для домашнього використання найкращим варіантом буде ігрова відеокарта.

Дискретна та інтегрована відеокарти

Повноцінна відеокарта, яка є самостійним пристроєм, називається дискретною. Вона має окремий графічний процесор, власну відеопам'ять, окрему систему живлення, охолодження тощо. Все це розташоване на окремій платі, чка приєднується до материнської плати комп'ютера (роз'єм PCI-E).

Як відомо, "серцем" будь-якого комп'ютера є його центральний процесор. Багато процесорів, крім обчислювальних ядер, мають у своєму складі графічний чіп, здатний виконувати функції відеокарти. І якщо в комп'ютері окремої відеокарти немає, а за обробку та виведення на монітор графіки відповідає вбудований у процесор відеочіп, кажуть, що комп'ютер має вбудовану (інтегровану) відеокарту. Колись графічні чіпи вбудовувалися не в процесор, а в материнську плату, але це було дуже давно і зараз такі комп'ютери не зустрічаються.

Інтегрована відеокарта дозволяє заощадити на придбанні дискретної картки. Можливостей вбудованого в процесор графічного чіпа достатньо для виконання офісних завдань, перегляду та базової обробки фото та відео, перегляду сторінок Інтернету, та навіть розваг у вигляді простих відеоігор. Деякі інтегровані відеочіпи за швидкодією рівняються з дискретними відеокартами початкового рівня. Але геймерам та людям, які працюють із графікою, хороша дискретна відеокарта необхідна з наступної причини.

Обробка та формування різних графічних даних, які відображаються на моніторі комп'ютера – дуже складне завдання. У комп'ютерних іграх цей процес вимагає величезної кількості точних розрахунків: створення вершин, їх збирання у примітиви (трикутники, лінії тощо), створення піксельних блоків, операції освітлення, затінювання, текстурування, присвоєння кольору і т.д. Оскільки картинка у грі постійно змінюється, всі розрахунки мають відбуватися на дуже високій швидкості щоб забезпечити формування достатньої кількості кадрів, які виводяться на монітор за одиницю часу.

Для людини комфортним є рівень не нижче 24 кадрів за секунду (FPS, Frames Per Second). У комп'ютерних іграх зі складною графікою вбудована відеокарта не здатна забезпечити такий рівень швидкодії. Якщо FPS опускається нижче 24, людина помічає "гальмування". Зазвичай, коли користувач каже, що його відеокарта "не тягне" якусь гру, мається на увазі саме її нездатність вивести достатню кількість кадрів на секунду.

Оскільки швидкість обробки графіки залежить не тільки від потужності відеокарти, але й від складності оброблюваної графіки, гостроту проблеми можна знизити, опустивши до мінімуму якість графіки в налаштуваннях гри. Але задоволення від ігрового процесу буде вже не тим.

Те ж саме стосується і професійної роботи з графікою. Створення сцени, яка у дискретної відеокарти займе кілька хвилин, у випадку з інтегрованою графікою може затягнутися на кілька годин або закінчитися нічим. Якщо проектування, 3D-рендеринг та анімація є вашою роботою, без хорошої дискретної відеокарти багато заробити навряд чи вдасться.

Будова відеокарти та як її вибрати

При виборі відеокарти звертати увагу необхідно на характеристики наступних компонентів:

• Графічний процесор (графічне ядро, GPU) – це процесор, який займається розрахунками та формуванням графічної інформації. Він є основою відеокарти і за своєю складністю не поступається центральному процесору комп'ютера.

Як і у випадку з центральним процесором, швидкодія графічного процесора визначається його частотою, а також якістю та кількістю обчислювальних блоків, які він містить (шейдерні блоки, TMU, ROP та ін.). Але детально заглиблюватися у це питання особливого сенсу нема. Порівнювати карти за згаданими характеристиками доцільно, якщо вони належать до однієї лінійки (архітектури). Новіша карта може виявитися значно швидшою за стару, навіть якщо частота або кількість блоків у останньої будуть вищими.

Правильно оцінити швидкодію відеокарти можна лише за її результатами в різних бенчмарках та ігрових програмах. Загальний рейтинг швидкодії відеокарт можна переглянути тут. На нашому сайті є також сторінка порівняння відеокарт, яка дає можливість швидко визначити лідера серед декількох моделей.

Крім загального рівня швидкодії, важливими моментами при оцінці графічного процесора відеокарти є підтримувана ним версія DirectX та наявність апаратної підтримки трасування променів (Ray Tracing).

DirectX – це набір функцій, розроблених для швидкого вирішення завдань, пов'язаних із ігровим та відеопрограмуванням під ОС Microsoft Windows. Він широко використовується розробниками комп'ютерних ігор та програмного забезпечення. Якщо відеокарта комп'ютера підтримує, наприклад, тільки DirectX 11, у всі відеоігри, розроблені з використанням DirectX 12, грати на ньому буде неможливо.

Можуть також виникнути проблеми з інсталяцією на комп'ютер програмного забезпечення. Зокрема, однією з вимог для інсталяції Windows 11 є підтримка відеокартою комп'ютера DirectX 12.

Трасування променів (англ. Ray Tracing) — відносно нова технологія формування тривимірної графіки, яка симулює фізичну поведінку світла та значно підвищує реалістичність комп'ютерних ігор. При виборі відеокарти для ігрового комп'ютера бажано, щоб її графічний процесор на апаратному рівні підтримував трасування променів. Тобто, він повинен включати в себе спеціальні RT-ядра. Це дозволить насолоджуватися реалістичнішою графікою в іграх, які підтримують згадану технологію. Детальніше про трасування променів можна дізнатися тут.

• Відеопам'ять (VRAM, Video Random Access Memory) – це вбудована в дискретну відеокарту швидка пам'ять, що виконує роль буфера, в який тимчасово поміщаються дані, оброблявані графічним ядром.

У випадку з відеочіпом, інтегрованим у центральний професор, як VRAM використовується частина оперативної пам'яті комп'ютера, що не найкращим чином позначається на його швидкодії.

Головними характеристиками пам'яті відеокарти є її об'єм та пропускна здатність (простою мовою - скільки даних у ній можуть одночасно знаходитися та як швидко до них можна отримати доступ).

При підборі об'єму пам'яті відеокарти потрібно орієнтуватися за роздільною здатністю монітора комп'ютера. Якщо вона не перевищує Full HD (1920х1080), достатньо 4-6 GB відеопам'яті. Для 2K-моніторів (2560х1440) потрібно вже 6-8 Гб. Ну а для 4K (3840×2160) – 8 GB і більше. Ці рекомендації стосуються лише ігрового використання. Для офісних програм, перегляду фото, відео, сторінок Інтернету та інших нескладних завдань підійде відеокарта з будь-яким об'ємом VRAM, навіть якщо роздільна здатність монітора буде 4K. Потрібно також враховувати, що ці цифри актуальні зараз (2022 рік), але з часом, коли ігри стануть вимогливішими до "заліза", пам'яті потрібно буде більше.

Пропускна здатність відеопам'яті – це швидкість доступу до даних, що знаходяться в ній. Вимірюється вона в GB/s і чим цей показник вищий, тим краще.

Пропускна здатність у свою чергу визначається декількома факторами:

• тип пам'яті (DDR3, GDDR5, GDDR6 та ін. (чим новіший тип, тим на більш високих частотах здатна працювати пам'ять);

• частота пам'яті (кількість тактових коливань за одиницю часу);

• ширина шини пам'яті (кількість даних, що передаються за кожне коливання).

За великим рахунком, на тип, частоту та ширину шини можна взагалі не зважати. Вони можуть бути різними. Головне, щоб пропускна спроможність у результаті була високою. Але для кращого розуміння все ж таки наведу приклад.

Припустимо, що якась відеопам'ять, маючи ширину шини 256 біт, працює на частоті 14000 МГц. Це означає, що за 1 секунду вона здійснює 14 мільярдів коливань, передаючи за кожен такт 256 біт інформації (14000000000х256 = 3584000000000 біт/с або 417 GB/s). Інша пам'ять працює на частоті 18000 МГц, але при цьому має шину 192 біт (18000000000х192 = 3456000000000 біт/с або 402 GB/s). Як видно з прикладу, пам'ять зі значно більшою частотою є менш продуктивною у зв'язку з вузькою шиною. Це, звісно, ​​теоретичний приклад, але він демонструє реальний стан речей.

Потрібно також враховувати, що у багатьох відеокартах від AMD (наприклад, у картах серії Radeon 6000) використовується так званий Infinity Cache. Це своєрідний надшвидкий запам'ятовуючий буфер, вбудований у графічний процесор. Він служить для згладжування проблем, пов'язаних із вузькою шиною відеопам'яті, і значно підвищує ефективність використання VRAM, навіть якщо її пропускна здатність не дуже висока.

• Якість VRM відеокарти.

Вимоги графічного процесора та відеопам'яті до електроживлення дуже високі. Їм потрібен постійний струм великої потужності (до 400 Вт у топових моделей) при низькій напрузі (~1,35 Вольт). Не складно порахувати, що сила струму при цьому становить вражаючі 296 Ампер. Для безпроблемної передачі такого струму навіть на відносно невелику відстань знадобилися б дуже товсті дроти. Припустимо, для передачі на 1 метр будуть потрібні мідні дроти товщиною близько 1,5 см, а також контактні клеми як на зварювальному апараті. Інакше все це сильно грітиметься і буде плавитись.

Тому на відеокарту подається живлення 12 Вольт (при потужності 400 Ватт це трохи більше 30 Ампер), яке перетворюється на необхідну напругу вже на її платі в безпосередній близькості від графічного процесора та відеопам'яті. За це перетворення відповідає імпульсний знижуючий перетворювач, який частіше називають VRM.

Від якості виконання VRM залежить довговічність відеокарти та стабільність її роботи під навантаженням. На спеціалізованих сайтах в описі кожної конкретної моделі можна знайти інформацію про кількість силових фаз VRM, призначених для живлення GPU та пам'яті (чим їх більше, тим краще). Уявлення про ці цифри можна також отримати при візуальному огляді плати відеокарти, однак доведеться зняти радіатор системи охолодження. Виглядає VRM приблизно так (ділянки з VRM я "підсвітив" жовтим).

Кожна фаза складається з двох транзисторів, дроселя та конденсатора. Ті прямокутні штуки з написом "R15" на фото - це дроселі. Їх кількість рівна кількості силових фаз VRM.

На зображенні вище плата відеокарти Nvidia Geforce RTX 3090, модель Gigabyte Eagle. Можна порахувати, що її VRM містить 18 силових фаз. Водночас, на ринку присутні моделі Geforce RTX 3090, VRM яких складаються зі значно більшої кількості фаз (до 26). Зрозуміло, що вони будуть надійнішими і довговічнішими за цю, зможуть працювати на більш високих частотах (тобто будуть трохи швидшими). Але багато що залежить не тільки від кількості фаз VRM. Значення має також якість дроселів, конденсаторів і транзисторів.

Тобто, оцінити VRM конкретної моделі відеокарти - завдання складне. У цьому питанні можна покладатися лише на незалежні огляди блогерів та відгуки людей, які її придбали. Але цікавитись цим моментом однозначно потрібно. Особливо, якщо йдеться про відеокарту із споживанням більше 200W.

• Вимоги до блоку живлення.

При покупці відеокарти необхідно переконатися, що блок живлення комп'ютера відповідає її вимогам. Топові відеокарти можуть вимагати від блоку потужності до 850W. Якщо БП недостатньо потужний, під навантаженням (в іграх чи програмах, що активно використовують відеокарту) комп'ютер буде "зависати" або він перестане вмикатися взагалі. І це не найгірше, що може статися. Надто "слабкий" блок живлення може "згоріти", попутно потягнувши з собою в небуття відеокарту чи ще щось.

Необхідно також переконатися, що блок живлення має необхідні конектори, якими його можна підключити до відеокарти (у різних моделей відеокарт різні роз'єми живлення).

У деяких відеокарт взагалі відсутній конектор для підключення блоку живлення. Це одна з непрямих ознак невисокої продуктивності. Такі карти живляться через шину PCIE материнської плати, до якої вони підключаються. Максимальна потужність, що забезпечується при цьому, не може перевищувати 75W. Для "офісної" карти цього достатньо, для ігрової – ні.

• Система охолодження – частина відеокарти, що відповідає за відведення та розсіювання тепла від основних її компонентів з метою забезпечення нормального температурного режиму їх роботи (процесор, пам'яті, VRM та ін.). Чим потужніша відеокарта, тим ефективнішої системи охолодження вона потребує. Якщо у відеокарти погане охолодження, вона буде перегріватися і "тротлити", тобто самостійно знижувати свою швидкодію щоб зменшити нагрівання. Її кулери (вентилятори) постійно розкручуватимуться до максимуму, доставляючи акустичний дискомфорт. Крім того, карта, яка регулярно перегрівається, довго не прослужить.

Оцінити систему охолодження карти можна не лише за відгуками та оглядами в Інтернеті, але й візуально. Добротна система охолодження складається з великого радіатора (або кількох), через який проходять теплопровідні трубки, а також одного чи кількох кулерів. Існують також моделі відеокарт із рідинним охолодженням.

Щодо питання вартості

При виборі відеокарти потрібно враховувати, що її швидкодія та стабільність роботи залежать від усіх згаданих вище компонентів у комплексі. Але чим це все потужніше та якісніше, тим карта дорожча.

Важливо не переплачувати за непотрібні можливості та надмірну продуктивність. Так, якщо частота вашого монітора становить звичайні 60 Гц, ви не відчуєте різниці між середньобюджетною графічною картою, яка видає 60 FPS у певній грі, і дорогучим "монстром", що показує в тій же грі 150 FPS і коштує в 5 разів дорожче. Якщо частота монітора 144 Гц, різниця буде помітна. Проте чи варто за неї стільки платити?

У більшості випадків оптимальним варіантом буде придбання картки із "золотої середини", яка забезпечує комфортну швидкодію з невеликим запасом. Комп'ютерна техніка розвивається величезними темпами. Сьогоднішні топові відеокарти через 1-1,5 роки за швидкодією відповідатимуть "середнячкам" з нових лінійок, у яких цінник буде нижчим в рази. Розумніше натомість частіше міняти відеокарту на нову.