VYZNAJTE SA V POČÍTAČOCH: dedikované grafické karty

Pred 5-10 rokmi platilo, že počítač bez samostatnej grafickej karty sa nepovažoval za poriadny počítač. Dnes je situácia úplne iná. S trochou nadsádzky môžeme povedať, že pre bežného používateľa sú dedikované grafiky mŕtve. Aspoň pokiaľ nie je hráčom ani profesionálom so špecifickými požiadavkami na grafiku. Kým sú však tieto dve skupiny dostatočne veľké, zaslúži si tento komponent samostatný článok.

Pozrite si:

VYZNAJTE SA V POČÍTAČOCH: procesory (1. časť)

VYZNAJTE SA V POČÍTAČOCH: procesory (2. časť)

VYZNAJTE SA V POČÍTAČOCH: RAM

VYZNAJTE SA V POČÍTAČOCH: integrované grafiky (1. časť)

VYZNAJTE SA V POČÍTAČOCH: integrované grafiky (2. časť)

VYZNAJTE SA V POČÍTAČOCH – integrované grafiky (pred dvoma rokmi)

VYZNAJTE SA V POČÍTAČOCH – dedikované grafické karty (pred dvoma rokmi)

Vyznajte sa v počítačoch – grafické karty (pred štyrmi rokmi)

Nvidia

Najkomplexnejší, najvýkonnejší a najnáročnejší komponent

Čo sa týka základnej funkcie dedikovanej grafickej karty, v nej sa od integrovaných riešení vôbec nelíši. Jej úlohou je príprava obrazu pre monitor, akcelerácia video formátov, obsluha špeciálneho kódu v hrách či dokonca v softvéri. Napokon, minimálne v prípade AMD sa plne zhoduje architektúra integrovaných a dedikovaných grafík. Po funkčnej stránke sa samostatné grafiky odlišujú od integrovaných riešení skôr vďaka tomu, že sú väčšie a silnejšie, čo im otvára možnosť vykonávať všetky funkcie intenzívnejšie a niektoré špecifické navyše. Tu môžeme napríklad spomenúť mimoriadne výkonné výpočtové karty, ktoré sa používajú na vedecké simulácie a náročné výpočty v superpočítačoch. V nich už pred časom vďaka rádovo vyššej efektivite na watt nahradili procesory.

Väčší rozdiel je v konštrukcii. Kým integrovaná grafika je len časť čipu procesora, grafickú kartu môžeme smelo označiť ako malý počítač vnútri počítača. Okrem grafického procesora má vlastnú pamäť, základnú dosku, chladič, systém napájania, šasi, konektory, ovládací softvér. Dedikované karty tu síce boli skôr ako výkonné integrované, ale v zásade môžeme definovať ich misiu ako odstránenie problémov integrovaných grafík (najmä s pamäťovou priepustnosťou) a poskytnutie vyššieho výkonu.

Tieto dve výhody samozrejme prichádzajú na úkor straty výhod integrovaného riešenia. Grafická karta znamená vyššiu spotrebu a cenu, zvlášť ak integrované riešenie bez ohľadu na prítomnosť dedikovaného nájdeme dnes takmer v každom procesore. V dobe ultramobilných počítačov je nevýhodou aj zabratie priestoru (najmä na výšku) a nutnosť odbúrať množstvo odpadového tepla – grafická karta je väčšinou najnenásytnejším komponentom. Preto je lepšie namiesto základnej dedikovanej grafiky zvoliť výkonnú integrovanú, pokiaľ táto disponuje dostatočným výkonom a uspokojivým pamäťovým systémom. Samozrejme, ako sme už povedali, od určitej hranice sa grafickej karte nevyhnete.

Sapphire

Hráči a vedci si radi priplatia

Majiteľov počítačov s dedikovanými grafikami, aspoň tých uvedomelých, môžeme rozdeliť do dvoch segmentov, pričom výrobcovia AMD a Nvidia ich tak delia tiež. Prvou skupinou sú hráči. Ako sme spomínali minule, s najsilnejšími integrovanými grafikami si zahráte väčšinu hier vo Full HD rozlíšení. Či aj v plných detailoch a s využitím najmodernejších grafických technológií, závisí od novosti a náročnosti konkrétneho titulu.

Monitory

Čím viac monitorov, tým väčšie nároky na výkon

Ak si však chcete zahrať vo Full HD naplno všetky, aj najnovšie hry, na to ešte integrované grafiky nestačia. Pri vyššom rozlíšení a použití viacerých monitorov je grafická karta nevyhnutnosťou, samozrejme hovoríme o hraní, nie bežnej práci. Závisí iste aj od skladby, nielen novosti hier – napríklad stratégie či preteky sú typicky menej náročné ako akčné adventúry. Pre hráčov má AMD grafiky Radeon a Nvidia používa značku GeForce.

Druhou skupinou sú profesionáli a vedci, ktorí „grafickú“ kartu použijú na špeciálny softvér a náročné výpočty či simulácie. Dá sa to aj s hernými grafikami, no oveľa vyššiu efektivitu dosahujú profesionálne rady AMD FirePro a Nvidia Quadro/Tesla. Pritom sú to hardvérovo takmer totožné verzie najvýkonnejších herných grafík, ale s odlišnými ovládačmi – v zásade sa teda líšia iba softvérom. A samozrejme cenou. Kým najdrahšie herné grafiky stoja 600 – 1 000 dolárov, profesionálne modely na tejto hranici prakticky len začínajú.

HBM pamäť

Použitie HBM pamätí v top grafikách AMD je najväčšou inováciou grafických kariet súčasnosti, v ďalšej generácii sa pripojí aj Nvidia

Jadro je dôležitejšie ako pamäť

Tak ako pre počítač samotný platilo, že pre jeho celkový výkon je procesor podstatnejší než pamäť, i keď zlá pamäť ho dokáže poriadne degradovať – to platí aj pre grafickú kartu. Kapacita jej pamäte je populárnym parametrom, jediným, ktorý vníma väčšina zákazníkov. Vďaka tomu sa aspoň nestretáme s tým, že by bola nedostatočná. Pre Full HD hry s prehľadom stačia 2 GB, viac využijete pri náročnom hraní na viacerých monitoroch či v Ultra HD. Výkon grafiky však môže podraziť pomalá pamäť.

Dnes sa používajú najmä dva typy a pomaly sa presadzuje tretí. Majoritu má rýchly typ GDDR5 s dátovou priepustnosťou v desiatkach až stovkách GB/s. Výrobcovia väčšinou osadia primerane rýchle moduly. Tie mimochodom môžete posúdiť podobne, ako RAM počítača. Namiesto počtu kanálov sa tu udáva šírka zbernice – 64-bitovej sa radšej vyhnite, 128-bitovú majú karty strednej triedy a tie najsilnejšie môžu mať 512 bitov. Dvojnásobná šírka znamená dvojnásobnú dátovú priepustnosť – samozrejme pri rovnakej frekvencii. Tá sa pohybuje zvyčajne v rozmedzí 4-7,5 GHz, viac je lepšie. Tieto dva parametre, podobne ako u RAM, stačia na vyčíslenie pamäťovej priepustnosti.

AMD v najnovších top-end grafikách Fury X, Fury a Fury Nano použilo nový typ pamätí HBM (High Bandwidth Memory). Ide o nástupcu GDDR5, ktorého v ďalšej generácii začne osádzať aj Nvidia. Táto stohová pamäť dosahuje šírku zbernice až 4096 bitov, takže aj pri frekvencii smiešnych 500 MHz s prehľadom prekonáva najrýchlejšie GDDR5, a to s približne polovičnou spotrebou. Hovoríme pritom o prvej generácii HBM, kým pre GDDR5 je tá súčasná pravdepodobne cieľovou stanicou.

V lacných kartách sme žiaľ aj v roku 2015 svedkami používania lacných, ale jednak neefektívnych a najmä pomalých DDR3 pamätí, často ešte pomalších, ako bežne používané moduly RAM. Takéto grafiky odporúčame veľkým oblúkom obísť, nárast výkonu oproti dobrým integrovaným grafikám je totiž často takmer nulový a zbytočne dostanete nevýhody dedikovanej grafiky. Existujú dokonca varianty rovnakej karty s DDR3 a s GDDR5 pamäťou, čo prehľadnosti nepridáva. Rozdiel vo výkone je pritom priepastný. Našťastie grafiky s DDR3 postupne opúšťajú trh.

Nvidia GPU

Pokiaľ pamäťový systém výrobca zbytočne nezmrzačí, napríklad osadením DDR3, oveľa dôležitejší je pre celkový výkon grafický procesor. Ten je vyrábaný, podobne ako procesory, na kremíkových waferoch, akurát s istými odlišnosťami. Obsahujú mnohonásobne viac menších jadier, označovaných SP (stream procesory – AMD a väčšina výrobcov) alebo CUDA jadrá (Nvidia). Počty medzi dvomi hlavnými výrobcami nie sú úplne porovnateľné, AMD potrebuje pri zachovaní ostatných parametrov na rovnaký výkon o niečo viac SP. Najslabšie grafiky mávajú 128 i menej SP, najvýkonnejšie cez 4 000, čo v praxi znamená približne 9 miliárd tranzistorov. To len pre porovnanie s komplexnosťou x86 procesorov, ktoré majú bežne 1-2 miliardy tranzistorov.

Žiaľ, tentokrát sa nemôžeme veľmi rozplývať nad prínosmi nových výrobných procesov, pretože celý trh zamrzol na méte 28 nm. Prvá 28 nm grafika bola predstavená ešte v decembri 2011, odvtedy prešli takmer 4 roky a výrobcovia stále nemajú k dispozícii pokročilejší výrobný proces. Keďže grafické karty sú prakticky najväčšími kremíkovými čipmi, sú mimoriadne citlivé na výrobné defekty a tak môžu na novú výrobu nastúpiť až keď je perfektne vyladená, teda oveľa neskôr, ako napríklad malé ARM čipy a x86 procesory.

Navyše, niektoré kremíkové továrne 20 nm výrobu zavrhli a oznámili, že prejdú hneď na 14/16 nm métu. Takže grafík postavených na lepšom výrobnom procese sa dočkáme údajne v druhej polovici budúceho roka, reálnejšie však znie začiatok roka 2017. 5-ročný životný cyklus 28 nm výroby teda zjavne odporuje Mooreovmu pravidlu, podľa ktorého by mal nový proces nastúpiť každé dva roky.

GPU snímka jadra

Takto vyzerá snímka grafického procesora (GPU)

Grafický procesor sa vyznačuje aj svojou frekvenciou. Tá sa pohybuje od asi 200 MHz v najslabších integrovaných grafikách až po 1 400 MHz v najbrutálnejších kartách, bežne dedikované grafiky dosahujú 1 GHz, v mobilnom segmente samozrejme menej ako v desktopovom. Zvýšenie efektivity za cenu istej deformácie a zneprehľadnenia dosahujú grafiky pomocou turbo frekvencií, na ktorých však väčšinou nie sú schopné bežať dlhodobo. Dlhodobá záťaž je pritom pre grafiku typickejšia ako pre procesor, najmä ak hovoríme o hrách. Prehľadnosti nepridáva ani fakt, že každý kus kremíku sa podarí inak a vykazuje teda variabilitu v pomere výkon/spotreba. Môžete mať totožný model grafiky ako váš známy, ale rozdiel vo výkone môže dosiahnuť aj niekoľko percent.

Taktovací softvér ASUS

Mierne pretaktovanie je otázkou nastavenia posuvníka frekvencie, vyššie už musíte ladiť napätie a testovať stabilitu

Najmä v desktopovom segmente sa aj dnes intenzívne využíva možnosť grafický procesor i pamäť pretaktovať. S pribaleným softvérom získate typicky asi 10 % výkonu navyše, i keď nárast spotreby bude väčší. Výrobcovia tiež zvyknú pripravovať varianty s továrenským pretaktovaním. Tým a dostávame k pojmu „výrobca grafickej karty“, AMD a Nvidia totiž vyrábajú iba grafický procesor. Vlastne ani to nie celkom, pretože tieto dve firmy ho len navrhnú, výroba prebieha v kremíkových továrňach ich partnerov. Osadenie pamäte, dosky plošných spojov, chladenia, konektorov a podobne už je v réžii skutočného výrobcu karty, akým môže byť napríklad ASUS, Gigabyte, MSI, Sapphire a ďalšie hardvérové spoločnosti.

Nvidia

Pochopiť názvoslovie je malá veda

AMD v posledných rokoch zmenilo názvoslovie svojich grafík, Nvidiu to podľa všetkého čaká v tej ďalšej. Predchádzajúce grafiky AMD niesli meno v štýle Radeon HD 7000, prípadne 8000, staršia generácia 6000 pochádzala ešte z 40 nm výroby. Mobilné grafiky pre notebooky pridávali za číslovku veľavravné písmeno M. Následne však prišli Radeony 200 a teraz Radeony 300, s ktorými sa názvoslovie trochu skomplikovalo.

Vysvetlime si ho napríklad na Radeone R9 M295X. Označenie R9 znamená najvyššiu triedu výrobcu, pričom dedikované grafiky AMD začínajú v triede R7, kde zároveň vrcholia integrované (tie začínali už v R2). Označenie M na trochu nešťastnom mieste opäť znamená mobilný čip. Číslo 295 znamená jeho konkrétne zaradenie v rámci generácie 200, a to na špičke. Písmeno X akoby toto číslo ešte zvyšovalo, napríklad Radeon R7 260X je o stupienok vyššie ako obyčajná 260-tka. V desktope to funguje podobne, akurát bez písmenka „M“.

Nvidia generácie

Náčrt generácií architektúry grafík Nvidie s približným pomerom výkonu na watt

Nvidia má momentálne aktívne generácie GeForce GT/GTX 700, 800 a 900, pričom písmenko M za číslovkou (napr. GeForce GTX 845M) znamená mobilnú grafiku s nižšími taktmi a menším počtom jadier – ako už v mobilnom segmente býva zvykom. Nvidia má značenie prehľadnejšie a platí, že náročnejší hráči by mali voliť modely GTX, rad GT totiž nie je až tak napred oproti integrovaným grafikám. Všetky grafiky síce pochádzajú z 28 nm liniek, avšak architektonicky môžete naraziť na staršiu generáciu Kepler (vybrané modely radu 700 a 800) a efektívnejší Maxwell (pravdepodobne celý rad 900 a časť 700/800). Novšou generáciou sa výrobcovia zvyknú chváliť, takže by ste ju mali zistiť z popisu produktu.

Výkon grafiky najlepšie odhadnete na základe recenzii hardvérových webov, pričom nemusíte sledovať celkový výkon, ale sústreďte sa napríklad na hru, ktorá je vašim záujmom najbližšia. Ešte jednoduchšie je orientačné nahliadnutie do databázy Passmark na webe videocardbenchmark.net, prípadne vyhľadaním názvu grafického čipu v Google, napríklad „GeForce GTX 960M passmark“. Výsledky však berte s rezervou. Napríklad grafiky AMD majú často v databáze iba 10 výsledkov testov na model, čo nie je celkom spoľahlivá vzorka. Potom sa stane, že výkonnejší model je v rebríčku pod svojim lacnejším kolegom.

V tomto prípade majú oproti integrovaným grafikám zmysel karty so skóre 1 000 bodov, čo sú Radeon R9 M265X, resp. M275 a GeForce 845M, resp. GTX 850M a vyššie. To sú základné grafiky na Full HD hranie, ale nie bez kompromisov. Ak chcete vo Full HD hrať všetko, musíte ísť bližšie k méte 2 000 bodov, čo v mobilnom segmente znamená drahšie modely Radeon R9 M275X alebo GeForce GTX 960M a v desktopovom ešte pomerne dostupné rady Radeon R9 255 a GeForce GT 740. Ak hľadáte rezervu do budúcna, je vhodné ísť ešte vyššie.

GPU

Dve grafiky nie sú až taká výhra

Snáď sme dostatočne zdôraznili, kedy a prečo sa treba dedikovanej grafike vyhnúť. Výrobcovia však často a nie celkom objektívne informujú o (ne)výhodách dvoch grafík – či už integrovanej a dedikovanej, alebo dokonca dvoch dedikovaných. V prvom prípade sa výrobcovia chvália úsporou energie, pretože dedikovaná grafika sa zapína iba v prípade hernej záťaže, všetko ostatné vrátane akcelerácie videa zvyčajne zvláda integrovaná grafika, ktorá je úspornejšia. Tento argument však stráca na sile s tým, ako napreduje úspornosť dedikovaných grafík. V prípade AMD je však možná aj spolupráca integrovanej a dedikovanej grafiky v hrách. Ich výkon sa však nespočíta, ale oproti samotnej dedikovanej získate niekoľko desiatok percent naviac. Potrebné je, aby boli obe grafiky výkonovo podobné, high-end karte low-end APU veľmi nepomôže. Toto riešenie však nie je až tak efektívne, ako by sme si priali, a navyše prináša niekoľko drobných problémov, preto sme voči nemu skeptickí.

SLI

Spolupráca dvoch či v desktope aj viacerých grafík sa nazýva SLI v prípade Nvidie a CrossFire v prípade AMD. Musí ísť o totožné grafiky a principiálne to funguje tak, že jednotlivé karty si striedajú vykresľovanie snímok. V ideálnom prípade dosiahnete s dvomi kartami 1,9-násobok výkonu jednej. V minulosti bolo veľkým problémom tzv. mikrotrhanie – napriek výkonu dostatočnému aj na 90 FPS dochádzalo kvôli kvôli prepínaniu práce medzi kartami k drobnému trhaniu. Dnes už by mal byť problém z väčšej časti odstránený. Faktom však je, že ešte stále sa oplatí investovať do jednej silnejšej karty, ako do dvoch slabších. Navyše, zdvojenie kariet je aktuálne iba v high-ende až top-ende, čiže sa týka iba tých najnadšenejších a najbohatších hráčov. Z hľadiska výkonu ani nemá zmysel, ide skôr o technologický exhibicionizmus. Mimochodom, vlajkové lode vrcholových grafík AMD a Nvidie zvyčajne vznikajú osadením dvoch najsilnejších grafických procesorov na jednu kartu, čo však prináša rovnaké výhody i nevýhody ako dve samostatné karty.

Sapphire Radeon R9 Fury X

Pri najvýkonnejších grafikách má zmysel aj vodné chladenie

Spotreba cieľovú skupinu veľmi nezaujíma

V prípade týchto vrcholových grafík už hovoríme o spotrebe 300 W aj viac, takže je jasné, že grafická karta je najväčším konzumentom energie v počítači a zároveň produkuje najviac odpadového tepla. Pri týchto cifrách a každodennom dlhšom hraní sa už počítač prejaví aj na účte za elektrinu, aj keď nijako katastrofálne. Samozrejme, karty strednej triedy sú podstatne úspornejšie, v mobilnom segmente sa dostanú aj pod 40 W. Aj pomerne výkonné, povedzme rozumné, desktopové grafiky sa určite zmestia do 200 W. Problém s odpadovým teplom zvyčajne riešia dva ventilátory v spolupráci s medenými rúrkami heatpipe, ktoré sú naplnené teplovodivou kvapalinou. K spotrebe samozrejme treba podotknúť, že ide o maximálnu hodnotu v záťaži. Oproti procesoru však táto situácia prichádza častejšie a v dlhších intervaloch – v hrách prakticky permanentne. Navyše, výkonné desktopové grafiky aj v relatívnej nečinnosti zvýšia spotrebu počítača často aj o 20 W.

Konektory

Najmä v desktope je dôležitou disciplínou paleta osadených konektorov. Je potrebné zladiť ju s používaným monitorom (alebo monitormi), keďže v hernom svete sa napríklad intenzívne využíva DisplayPort, ktorý nenájdete na lacných monitoroch. V špecifických prípadoch sa treba poobzerať aj po maximálnom podporovanom rozlíšení. No Full HD dnes zvláda aj najslabšia integrovaná grafika, aj podpora viacerých monitorov je samozrejmosťou. Isteže teraz nehovoríme o hrách.

GPU

Zaujímavosťou v posledných rokoch sú ovládače, teda softvér grafickej karty. Ich optimalizáciou zvyčajne pár týždňov po vydaní novej očakávanej hry totiž výrobcovia dokážu zvýšiť výkon kariet niekedy aj o desiatky percent. Občas sa však vyskytnú aj problémy, a tak je (ne)aktualizovanie ovládačov medzi hráčmi ďalším malým vedným odborom. Hovorí sa však, že Nvidia ovládače zvláda lepšie ako AMD. Najmenej zbehlý je Intel.

Špecifickým problémom sa môže stať nedostatočný výkon procesora. A to v prípade, že by nestihol dátami zásobovať grafiku, dostal by sa do 100-percentnej záťaže a výkon grafiky by limitoval. V mobilnej sfére sa však takýto problém nevyskytuje a v desktope sa stačí vyhnúť kombinácii low-end procesora a high-end grafiky. V ďalšom článku by sme sa chceli pozrieť na zúbok SSD diskom.

Foto: AMD, ASUS, Nvidia, Sapphire

Komentáre k článku