Fakultet prirodoslovnih-matematičkih i odgojnih znanosti

Sveučilište u Mostaru

SEMINARSKI RAD

TEMA: Građa grafičke kartice

Autor:Datum:21.05.2016. Armin Brkić

Orašje, 2016.

SADRŽAJ

1. Uvod ...............................................................................................................................1

2. Povijest ...........................................................................................................................2

2.1 Povijest naziva GPU .....................................................................................................3

3. Dijelovi grafičke kartice ..................................................................................................4

3.1 GPU..............................................................................................................................4

3.2 VRAM..........................................................................................................................6

3.3 RAMDAC ....................................................................................................................6

3.4 BIOS ............................................................................................................................6

3.5 Hladnjak .......................................................................................................................7

4. Uparivanje grafičkih kartica ............................................................................................7

5. Povezivanje grafičke kartice na matičnu ploču.................................................................9

5.1 PCI ...............................................................................................................................9

5.2 AGP..............................................................................................................................9

5.3 PCIe............................................................................................................................10

6. Spajanje grafičke kartice na monitor..............................................................................11

6.1 S-Video ......................................................................................................................11

6.2 VGA...........................................................................................................................11

6.3 DVI ............................................................................................................................11

6.4 DisplayPort.................................................................................................................12

6.5 HDMI.........................................................................................................................12

7. Proizvođači ...................................................................................................................12

7.1 nVIDIA ......................................................................................................................12

7.2 AMD (ATI) ................................................................................................................13

8. Najjače grafičke na tržištu .............................................................................................13

8.1. AMD Radeon R9 295X2 ........................................................................................13

8.2. GTX Titan Z ..........................................................................................................14

8.3. GTX 1080 i GTX 1070...........................................................................................16

9. Računanje uz pomoć grafičkih kartica ...........................................................................17

9.1. CPU u odnosu na GPU...........................................................................................17

9.2. Tesla P100..............................................................................................................18

9.3. AMD FirePro S9170 ..............................................................................................19

10. Zaključak...................................................................................................................20

11. Literatura ...................................................................................................................21

1

1. Uvod

Računalo je veoma složeni uređaj koji služi za izvršavanje matematičkih operacija ili kontrolnih operacija koje se mogu izraziti u numeričkom ili logičkom obliku. Računala su sastavljena od komponenata koje obavljaju jednostavnije i jasno određene funkcije. Kompleksna interakcija tih komponenata rezultira sposobnošću računala da obrađuje informacije.

Hardver (engl. hardware; computer hardware) je fizički, opipljivi dio računara. Hardver se mnogo rjeđe mijenja nego softver. Mogućnosti i snaga računala najviše ovise o hardveru i njegovoj kvaliteti.

Najbitniji dijelovi računala, od kojih zavisi brzina i performanse, su : CPU, RAM, HDD i GPU.

Grafička kartica je dio (komponenta) računara koji služi za prikazivanje slike na ekranu. Pored ovoga se može koristiti i za obradu negrafičkih podataka dok je u novije vrijeme primjetan trend da se na grafičke kartice prebacuju poslovi koji su tradicionalno pripadali centralnim procesorima.

Moderne grafičke kartice osim ove osnovne funkcije također preuzimaju brojne poslove sa polja računarske grafike koje je obrađivao CPU, čime rasterećuju ostatak sistema. Današnje grafičke kartice svojom snagom, brojem tranzistora premašuju CPU (Central Processing Unit).

Snaga grafičkog čipa je bitna samo za aplikacije gdje je potrebno prilično brzo iscrtavanje slika kao kod 3D računalnih igara, CAD softvera.

Svaka kartica na sebi ima procesor, veliku količinu memorije važnu za pokretanje igara te još nekih programa. Grafičke kartice mogu imati jedan ili više izlaza. Danas su to većinom DVI za LCD, VGA za običan CRT ekran, TV izlaz, HDMI.

Grafičke kartice se spajaju na matičnu ploču pomoću nekog od standarda (zavisi o sabirnici koju koristi: ISA, PCI, AGP, PCI-E).

2

2. Povijest

Prva grafička kartica je razvijena od tvrtke IBM 1981. godine. MDA (Monochrome Display Adapter) može raditi samo u tekstualnom modu koji predstavlja 80 stupaca i 25 redaka na (80x25) zaslonu. Imala je 4KB video memorije i samo jednu boju.

Slika 1. Prva graficka kartica

Nakon nje je razvijen SVGA (Super VGA) standard, koji je dosegao 2 MB video memorije i rezoluciju od 1024x768 sa 256 boja. 1995. godine su u prodaju puštene 2D/3D kartice koje su razvili Matrox, Creative, S3, ATI i drugi. Ove grafičke kartice slijedile su SVGA standard, ali sa uključenim 3D funkcijama.

1997. godine 3dfx Voodoo je objavio čip grafičke, koji je jači u odnosu na ostale potrošačke grafičke kartice, uvođenje 3D efekata kao što su MIP mapiranje, Z-buffering i Anti-Aliasing.

Nakon ove kartice, u seriju 3D grafičkih kartica su puštene Voodoo2 iz 3dfx, TNT i TNT2 iz nVIDIA-e. Širina pojasa ovih kartica se približavala granicama kapaciteta PCI sabirnice.

Slika 2. Voodoo 2

3

Intel je razvio AGP (Accelerated Graphics Port), koji rješava usko grlo između mikroprocesora i video kartice. Od 1999 do 2002, nakon preuzimanja 3dfx-a, nVIDIA kontrolira tržistem grafičkih kartica s GeForce obitelji. Poboljšanja provedena u to vrijeme bila su usmjerena na 3D algoritme i grafički procesor. Video memorija je povećana da bi se poboljšao prijenos podataka, počinje se ugrađivati DDR tehnologija, kapacitet video memorije od 32MB do 128MB sa GeForce i GeForce 4. Od 2002 ATI i Nvidia su dominirali na tržištu video kartica sa serijama Radeon i GeForce.

2006. godine tvrtku ATI Technologies preuzima AMD koji 2010. gasi ATI brand, dodatno osnažuje tvrtku i svoje proizvode pokušava plasirati i izvan svijeta osobnih računala, što im na kraju i uspijeva, jedan od primjera je da jedine dvije igraće konzole posljednje generacije, Microsoftov Xbox One i Sonyev Playstation 4 koriste AMD grafičke čipove.

Danas najjača grafička kartica je GeForce GTX TITAN X (predstavljena je i GTX 1080) koja ima grafički čip koji radi na frekvenciji od 1000MHz (1GHz), 3072 CUDA jezgri, 12GB memorije koja je 384-bitna, podržava do 4 monitora istovremeno.

2.1 Povijest naziva GPU

Pojam GPU popularizirala je Nvidia 1999. godine sa svojom grafičkom karticom GeForce 256 (Slika 3.) koja je prema njima bila prva prava GPU kartica s mogućnošću intergrirane transformacije, rasvjete, postava trokuta... te je bila u mogućnosti obraditi 10 milijuna operacija u sekundi.

Slika 3.

Karakteristika današnjih grafičkih procesora je masivno paralerizirana arhitektura. Grafički procesor sadrži veliki broj jednostavnih procesorskih jezgri (Streaming Processors). Jezgre su grupirane u veće nakupine od po 192 jednostavnih procesorskih jezgri (SP) koje nazivamo multiprocesori (engl. Streaming Multiprocessors). Današnje najjače grafičke kartice imaju i

4

do 3072 takvih jezgri koje rade na frekvencijama i preko 1 GHz što izračunom dolazimo do 6 TFLOPS-a.

3. Dijelovi grafičke kartice

Slika 4.

1. Grafički čip (GPU) 6. DVI priključak2. Memorijski čipovi 7. PCI-e3. Priključci za napajanje 8. VBIOS

4. Priključak za HDMI 9. PCB (Printed Circuit Board)5. Priključak za Display (Display port)

3.1 GPU

Grafička procesorska jedinica (engl. Graphics processing unit - GPU) je specijalizirani elektronički sklop dizajniran da brzo manipulira i mijenja sadržaj memorije i tako ubrzava izgradnju slika u međuspremniku namjenjenom za prikaz slike na ekranu.

Jednostavan opis uloge GPU-a je da on prevodi binarni kod u vidljivu sliku na nekom grafičkom izlaznom uređaju. Princip je jednostavan, CPU u saradnji sa softverom, kao što je 3D računalna igra, šalje informacije grafičkom procesoru koji potom obrađuje dobivene informacije i šalje ih na monitor.

GPU se danas koristi u osobnim računalima, mobitelima, radnim stanicama, igraćim konzolama itd.. U osobnim računalima grafički procesor može biti prisutan na grafičkoj kartici, matičnoj ploči ili kao dio CPU-a.

Današnji grafički procesori su vrlo učinkoviti u manipuliranju računalnom grafikom te njihova visoka paralelna struktura čini ih učinkovitijima od procesora opće namjene (engl. Central Processing Unit - CPU) kod algoritama gdje obrada velikih blokova podataka ide u paraleli.

5

Grafički čip je isprogramiran tako da veoma brzo obrađuje neku vrstu grafike. Prvi grafički čipovi su imali primitivne operacije kojima se iscrtavanje trokutova, krugova i kuteva izvršavalo mnogo brže, što ujedno znači da je glavni procesor oslobođen i ne mora izvršavati te operacije što rezultira ukupno većom brzinom sistema. Danas svi čipovi imaju podršku za obrađivanje kako jednostavnih tako i naprednih 3D i video operacija.

Slika 5.

Procesor (GPU) Broj tranzistora Godina proizvodnje Proizvođač Izrada PovršinaNV3 3 500 000 1997. nVIDIA 350 nm 90 mm2

Rage 128 8 000 000 1999. AMD 250 nm 70 mm2

NV5 15 000 000 1999. nVIDIA 250 nmNV10 23 000 000 1999. nVIDIA 220 nm 111 mm2

NV25 63 000 000 2002. AMD 150 nm 142 mm2

R300 107 000 000 2002. AMD 150 nm 218 mm2

NV40 222 000 000 2004. nVidia 130 nm 305 mm2

G70 303 000 000 2005. nVIDIA 110 nm 333 mm2

R520 321 000 000 2005. AMD 90 nm 288 mm2

G80 681 000 000 2006. nVIDIA 90 nm 480 mm2

R600 700 000 000 2007. AMD 80 nm 420 mm2

RV790 959 000 000 2008. AMD 55 nm 282 mm2

GT200 Tesla 1 400 000 000 2008. nVIDIA 65 nm 576 mm2

GM200 8 100 000 000 2015. nVIDIA 28 nm 601 mm2

Fiji 8 900 000 000 2015. AMD 28 nm 596 mm2

GP100 Pascal 15 300 000 000 2016. nVIDIA 16 nm 610 mm2

Tabela pokazuje rast tranzistora unutar grafičkog procesora kroz godine

6

Strategija današnjih grafičkih procesora je SIMT (engl. Single Instruction Multiple Thread) tj. jedna instrukcija više dretvi te također podržavaju i SPMD (engl. Single Program Multiple Data). Na taj se način spaja tj. balansiraju mogućnosti grafičkih procesora s lakoćom programiranja. Grupa do 32 dretve formiraju zamotaje (engl. wrap), a zamotaj je skup paralelnih dretvi koje izvode jednu instrukciju.

3.2 VRAM

Video RAM ili VRAM je memorija koja se nalazi na grafičkim karticama.

Integrirani video čipovi dijele RAM memoriju sa ostalim komponentama računala odnosno „video podatke“ spremaju u RAM. Nedostatak toga je brzina RAM-a, manja propusnost, manje slobodnog prostora u RAM-u. Grafičke kartice koje se ugrađuju u računalo (koje nisu integrirane) imaju svoju memoriju koja se naziva Video RAM ili VRAM. VRAM na grafičkoj kartici služi za pohranjivanje podataka za GPU, najčešće teksture, Z-buffer i druge elemente. Brzina VRAM-a je davno prevazišla brzinu sistemskog RAM-a. Današnje grafičke kartice koriste GDDR4 ili GDDR5 (GDDR4 OD 900 MHz (1800 MHz efektivna)). GDDR5 može izvršiti 4 operacije u jednom taktu. Brzine koje postiže su do 8Gb/s, 6500-7000MHz. Količina memorije na današnjim grafičkim karticama ide od 1 GB do 32GB (najčešće 1-2GB), ali količina memorije nije toliko presudna, mnogo je važnija njena brzina. Pošto GPU stvara sliku, držeći informacije i završene slike u VRAM-u, brzina memorije je vrlo važna, jer što je brža memorija to će brže slika biti prikazana.

Predstavljena je i GDDR5X memorija sa brzinama od 10 do 14Gb/s.

3.3 RAMDACRandom Access Memory Digital-to-Analog Converter ili skraćeno RAMDAC, pretvara digitalne signale u analogne za potrebe monitora koji koriste analogni ulaz, kao što su CRT monitori. RAMDAC je jedna vrsta RAM (Random Access Memory) čipa koji regulira funkcionalnost grafičke kartice tj. podržava različite vrijednosti tempa osvježavanja na CRT monitorima za koje je optimalna frekvencija osvježavanja slike 75 Hz. Danas LCD monitori, plazma monitori i televizori rade na digitalnim signalima tako da nema potrebe za ugrađivanjem RAMDAC-a.

3.4 BIOS

BIOS, odnosno VBIOS (Video BIOS), sadrži osnovni program koji je obično skriven od korisnika, koji služi za upravljanje operacijama grafičke kartice te daje instrukcije koje dozvoljavaju hardveru i softveru da komuniciraju sa grafičkom karticom. Obično sadrži informacije vezane za pravovremenost rada memorije, operativnu brzinu i voltažu grafičkog procesora, kao i mnoge druge informacije. U nekim slučajevima je moguće mijenjati ove informacije ali to se radi najčešće prilikom overklokovanja grafičkog procesora i/ili memorije, što proizvođači ne preporučuju jer može trenutno doći do oštećenja ili nakon nekog vremena pod utjecajem visokih temperatura.

7

3.5 Hladnjak

Već nam je poznato da se CPU grije i da mu je potreban hladnjak bilo pasivni ili aktivni (danas u osobnim računalima aktivni). Materijali koji su pod dugotrajnim utjecajem veće topline skloni su kvarenju i zbog toga je dobro imati riješeno hlađenje.

Pasivni hladnjak je „komad metala“ odnosno radijator, izveden tako da omogući strujanje zraka tj. odvođenje što više topline. Prednost je što ne stvara buku ali nije mnogo efikasan.

Aktivni hladnjak se sastoji od pasivnog hladnjaka i ventilatora. Ventilator ubrzava strujanje zraka kroz hladnjak i tako se odvodi mnogo više topline. Svaki hladnjak imaja takozvane "heatpipove" (bakrene cijevi koje služe za odvod topline sa procesora).

Prije postavljanja (ugrađivanja) hladnjaka na procesor preporučljivo je staviti "termalnu pastu" na CPU/GPU. Pasta služi da se popune neravnine ili "rupice" između procesora ihladnjaka.

4. Uparivanje grafičkih kartica

CrossFire i SLI su tehnologije koje nam omogućavaju da u računalo stavimo dvije, tri ili četiri grafičke kartice sa ciljem poboljšanja grafičkih performansi u igrama i razvojnim alatima za teoretski dva, tri ili četiri puta (iako u praksi gotovo nikad nije tako).

SLI je tehnologija koju je razvila nVidia i stoga se ova tehnologija odnosi isključivo na nVidia grafičke kartice, dok je CrossFire kasnije razvijen po uzoru na SLI od strane ATI-ja(danas AMD-a). Dakle obje tehnologije rade potpuno istu stvar tj. omogućavaju povezivanja više grafičkih kartica u računalu, SLI se odnosi na nVidia grafičke čipove, a CrossFire na AMD-ove. U oba slučaja grafičke kartice se međusobno povezuju flet kablićem koji se još naziva i bridge (most).

Iako rade potpuno istu stvar i njihova suština je potpuno ista, postoje velike razlike između ove dvije tehnologije.

8

nVidia SLI tehnologija je skuplja za implementiranje. Da bi smo koristili bilo koju od ove dvije tehnologije i uparili dvije ili više grafičkih kartica u računalu, matična ploča mora podržavati SLI odnosno CrossFire. U slučaju nVidia SLI tehnologije, proizvođač matične ploče mora da plati nVidia-ji neku vrstu naknade (takse) da bi implementirao njihove tehnologije na svojoj matičnoj ploči, matične ploče koje podržavaju nVidia SLI su dosta skuplje. CrossFire pak, možemo pronaći na veoma jeftinim pločama, jer AMD ne traži od proizvođača nikakvu nadoknadu za implementiranje njihove CrossFire tehnologije.

AMD CrossFire dozvoljava uparivanje potpuno različitih grafičkih kartica, potpuno različitih proizvođača sa različitim količinama memorije sve dok su grafički čipovi bazirani na istoj arhitekturi (dozvoljava se spajanje npr. HD 7750 i HD 7770, tj. serija mora biti ista 77xx i 77xx). nVidia je po tom pitanju mnogo striktnija koje kartice možete uparivati. Dok vam, nVidia od fleksibilnosti po tom pitanju dozvoljava samo da se upare kartice različitih proizvođača, dok grafički čipovi moraju biti isti i kartica mora imati istu količinu memorije.

AMD hibridni CrossFire – Ova tehnologija nam omogućava da AMD grafička kartica radi u hibridnom CrossFire režimu ukoliko imamo AMD procesor koji posjeduje i integriranigrafički procesor. Zapravo omogućava da zasebna grafička kartica radi u „tandemu“ sa integriranom grafičkom karticom i tako znatno poboljšava performanse u igrama. nVidia ne poseduje sličnu tehnologiju.

Buduće AMD CrossFire konfiguracije neće imati potrebu za brigde kablićem koji povezuje dvije kartice. Već sada, npr. Radeon R9 290 kartice se povezuju bez CrossFire bridge kablića, nego se čitava komunikacija između dvije ili više kartica se obavlja putem PCI-Express sabirnice. To doprinosi bržoj komunikaciji između kartica.

Dodavanjem dvije ili više grafičkih kartica u računalo znatno povećavamo potrošnju električne energije i emitovanje toplote unutar kućišta.

Za implementiranje ovih tehnologija moramo imati adekvatno napajanje koje je u stanju da „pogura“ SLI ili CrossFire konfiguraciju.

Mana:

Pojedini programi ili igre „ne znaju“ raditi sa dvije (ili više grafičkih kartica). Proizvođači(programeri) igara/programa moraju igru/program kreirati tako da je ona u stanju da iskoristi resurse SLI ili CrossFire konfiguracije.

Preporuka je uvijek da u računalu imamo jednu, ali moćnu grafičku karticu.

9

5. Povezivanje grafičke kartice na matičnu ploču

5.1 PCI

PCI kratica je od eng. termina Peripheral Component Interconnect, što je ime računalne sabirnice koja je zamijenila ISA odnosno EISA sabirnicu u osobnim računalima.

Rad na PCI sabirnici započeo je Intel oko 1990.-e godine. PCI 1.0 specifikacija objavljena je 22. lipnja 1992. PCI 2.0 specifikacija (koja je definirala standarde konektora na PCI karticama i utore na matičnim pločama) objavljena je 30. travnja 1993.

PCI je vrlo brzo našla primjenu i u poslužiteljima, zamjenivši EISA i MCA sabirnicu. Kod osobnih računala to nije bilo tako brzo, PCI je sporo potiskivao VLB sabirnicu, značajan pomak se desio tek nakon izlaska druge generacije Pentium baziranih osobnih računala. Od1996. VLB sabirnica je odbačena kao neperspektivna, tako da su proizvođači prihvatili PCI sabirnicu. ISA se rabila paralelno s PCI sabirnicom do 2000. godine.

Očekuje se da će se prestati proizvoditi računala i s PCI sabirnicom, jer 64-bitni procesori traže više taktove rada, propusnije sabirnice podataka.

5.2 AGP

Accelerated Graphics Port ili AGP razvio ga je Intel 1996. godine kako bi se povećala brzina grafičkih kartica spojenih na matične ploče računala. U stvarnosti ova sabirnica je samo poboljšana generacija PCI porta što mu je bilo i vidljivo iz prvobitnog imena PCI verzija 2.1 . Od PCI-a je preuzeta i brzina sabirnice koja je u skladu s verzijom 2 ubrzana na 66 MHz što je točno dvaput od prvobitnih PCI-evih 33 MHz.

Kako bi Intel privukao kupce na svoj Pentium II procesor i novi socket, 1997 godine on donosi odluku o postavljanju chipseta s AGP-om na nove matične ploče kako bi se

10

marketinškom kampanjom o boljoj grafici nanijela što veća šteta konkurenciji, te kako bi ostvarili što veći profit.

Nezavisni proizvođači matičnih ploča su uvidjeli grafičke sposobnosti AGP-a i počeli graditi socket 7 ploče s AGP portom čime je ovaj standard postao sastavni dio svih kompjutera bez obzira na proizvođača od 1998. godine.

Prva verzija AGP porta je radila na sabirnici od 66 MHz što je omogućavalo prijenos podataka između grafičke kartice i matične ploče brzinom od 266 MB/s. Kako je kasnijim verzijama porta to bilo uvelike nadmašeno navesti ćemo popis svih verzija porta s brzinama pronosa podataka:

Verzija Frekvencija Brzina prijenosaAGP 1x66 MHz 266 MB/sAGP 1.0 2x66 MHz 533 MB/sAGP 2.0 4x66 MHz 1066 MB/sAGP 3.0 8x66 MHz 2133 MB/s

Izgled AGP utora

5.3 PCIe

Danas je standardan način povezivanja grafičke kartice i matične ploče u osobnim računalima preko PCI-Express x16 (engl. Peripheral Component Interconnect Express) utora koji omogućuje propusnost podataka veću od 8GB/s. Starije grafičke kartice su prije povezivale sa starijim utorom AGP (engl. Accelerated Graphics Port) koji je omogućavao propusnost do 2 GB/s. 8GB/s je dovoljno velika propusnost između matične ploče te grafičke kartice za prijenos podataka koje grafička kartica treba obraditi.

Moderne grafičke kartice koriste GDDR5 (engl. Graphics Double Data Rate) memoriju koja doseže i do 4GB. Pristup memoriji mora biti što brži, a za to se ponekad koristi široka sabirnica od 384 bita te visoka frekvencija memorije koja doseže i više od 6GHz (efektivno). Na taj način se osigurava propusnost od preko 200 GB/s između grafičkog procesora i

grafičke memorije.

PCIe na grafičkoj kartici

11

PCIe utor na matičnoj ploči

6. Spajanje grafičke kartice na monitor

Neki od načina spajanja su:

S-Video.

Video Graphics Array (VGA)

Digital Visual Interface (DVI)

High-Definition Multimedia Interface (HDMI)

6.1 S-VideoS-Video je skraćenica od engleske složenice Separate Video, također je poznata kao Y/C. S-Video je sistem za prijenos analognog video signala standardne definicije (480i ili 576i) preko

dva odvojena signala : lumen (osvjetljenost-Y) i chroma (boja - C), bez zuka.

6.2 VGA

VGA (Video Graphics Array) je izlaz preko kojeg se najčešće povezuju monitori sa katodnom cijevi (CRT) te su i danas veoma zastupljeni i na LCD monitorima. To je zapravo analogni računalni video standard koji je prvi primijenio IBM1987. godine.

Video Graphics Array (VGA)

6.3 DVI

Digital Visual Interface (DVI) daje mnogo bolji kvalitet slike na izlaznom uređaju te se preko njega povezuju LCD monitori, plazma monitori, televizija visoke rezolucije i projektori. U nekim slučajevima i CRT monitori koriste DVI izlaze.

12

Izgled DVI konektora

6.4 DisplayPortDisplayPort je digitalno sučelje za prikaz razvijeno od strane Video Electronics Standards Association (VESA). Sučelje se prvenstveno koristi za spajanje video izvora na zaslonu uređaja, kao što je monitor računala,

VESA je dizajnirao standard da zamijeni VGA, DVI i FPD-Link. DisplayPort je unatrag kompatibilan sa VGA, DVI i HDMI uz korištenje pasivnih i / ili aktivnih adaptera.

6.5 HDMIHDMI je skraćenica engleske složenice High-Definition Multimedia Interface (Multimedijalni međusklop visoke definicije) odnosno kompaktni međusklop preko kojeg se prenose kombinirani zvučni/video podaci u nekomprimiranom obliku. HDMI je digitalna alternativa za analogne video/audio standarde kao što su: koaksijalni kabel, kompozitni video, S-Video, VGA, SCART, komponentni video.

1. HDMI

2. DVI

3. Display port

7. Proizvođači

7.1 nVIDIA

NVIDIA Corporation je američka multinacionalna tvrtka koja je osnovana 1993. godine, sa sjedištem u Santa Clara (California, SAD). Tvrtka se je specijalizirala za proizvodnju grafičkih procesora za osobna računala, radne stanice i mobilne uređaje.

Tvrtkino ime se sastoji od početnog n - slova korištenog kao pronumeral u matematičkim izjavama - i izvedenice iz video - što dolazi od latinskog videre, "vidjeti",namećući "najbolje vizualno

13

iskustvo" ili "neizmjerivi prikaz".ime nVidia sugerira zavist (eng. envy - envi), (španjolski envidia ili Latinski i Talijanski invidia) što potvrđuje nVdijin slogan za GeForce seriju 8 "Green with envy" (Zeleno [boja tvrtkinog loga i zaštitna boja tvrtke] sa zavišću). Značajnije linije nVIDIA-nih proizvoda su GeForce serija čipova za kućne korisnike (prvenstveno za igranje) i Quadro seriju za grafičku obradu u radnim stanicama. Također je poznata nForce serija integriranih čipseta za matičnu ploču.Trenutni nVidi-in "top model" je TITAN X (pojavio se i jači model - GTX 1080).

7.2 AMD (ATI)

ATI Technologies je najveći kanadski proizvođač grafičkih kartica, chipseta za matične ploče i grafičkih procesora. Tvrtka je osnovana 1985. kao Array Technology, u listopadu 2006. kupio ih je američki proizvođač mikroprocesora AMD.

Neki od ostalih proizvođača su:

• Intel• Matrox• S3 Graphics• SiS• VIA• Fujitsu• 3Dlabs• XGI Technology• 3dfx (sada dio nVIDIA-e)• Falanx Microsystems - Mali - sada ARM Norvešk

8. Najjače grafičke na tržištu

8.1.AMD Radeon R9 295X2Tržište grafičkih kartica je utrka, tko će osmisliti jaču grafičku, učinkovitiju . AMD je pokrenuo veliku utrku 2011. godine sa izlaskom Radeon HD 7970 grafičke kartice. Nekoliko mjeseci kasnije, nVIDIA je uzvratila s GeForce GTX 680. Od tada, obje tvrtke se nameću sa novim rješenjima, uvodeći Radeon HD 7970 GHz Edition, GeForce GTX 690, Radeon HD 7990, GeForce GTX Titan i Radeon R9 290X.

AMD eskalira utrku sa svojim Radeon R9 295X2, drugi dual-GPU model, ali ovaj put je sasvim drugačiji. Za početak, koristi se Hawaii arhitektura GPU-a. R9 295X2 bi trebala biti daleko sposobnija kartica od prethodnika, nudi 40% više sjenčanja / performansi tekstura i 2x ROP propusnost. Radeon R9 290X radi na 1000 MHz dok 295X2 dobiva malo poboljšanje na 1018 MHz.

14

Povećanje od 11% memorijske propusnosti, te povećanje od 33% u kapacitetu memorije. Ali uz sve to potrošnja električne energije se penje na 500W kartica, te postaje prva grafička sa potrošnjom od 500W od bilo GPU proizvođača. Upitno je bilo kako održavati radnu temperaturu na 2 iznimno jaka grafička čipa. Umjesto standardnog hladnjaka sa ventilatorom, koristi se Asetekov sustav hlađenja tekućinom sa posebnim hlađenjem bloka za svaki GPU. Postoji i centralni ventilator koji „gura“ zrak prema grafičkim procesorima. Kao rezultat toga, R9 295X2 je tiši od ijedne AMD R9 290X. Zahvaljujući tome ova kartica popravlja probleme topline i buke koji su se javljali na prethodnim generacijama AMD Radeon R9 290 i R9 290X.

Postojanje ove kartice nije bila pomno čuvana tajna. U stvari, AMD je imao marketinšku kampanju koja je skretala pažnju javnosti na dolazak ove nove grafičke kartice. No, puno je bilo priče 295X2 a da li je to bilo uzalud?

Opet, AMD počinje s dva Hawaii procesora, svaki proizveden u 28 nm tehnologiji i sastoji se od 6,2 milijarde tranzistora. 176 teksturnih jedinica, 64 ROP-ova, grafička posjeduje 512-bitnu memorijsku sabirnicu. Četiri gigabajta GDDR5 memorije po procesoru daju karticu s 8 GB.

Za sve to, cijena je oko 1500 američkih dolara (ili 1100 € + PDV).

8.2.GTX Titan Z

Maxwell je kodni naziv za GPU mikroarhitekturu razvijene od strane Nvidije i nasljednik jeKepler mikroarhitekture. Maxwell arhitektura je uvedena u kasnijim modelima iz serije GeForce 700 a također se koristi u GeForce 800M seriji, GeForce 900 seriji, a Quadro Mxxx seriji, svi su proizvedeni u 28 nm.

15

Prve grafičke kartice temeljene na Maxwell arhitekturi bile su GeForce GTX 750 i GeForce GTX 750 Ti. Oba modela su puštena u prodaju 18. veljače 2014. godine. Ranije serije GeForce 700 su bile bazirane na Kepler arhitekturi. Druga generacija proizvoda Maxwell-baziranih uveden je 18. rujna 2014. GeForce GTX Titan X predstavljena je 17. ožujka 2015., a GeForce GTX 980 Ti je 1. lipnja 2015. Ovi GPU imaju GM20x čip brojeve koda.

Arhitektura Maxwell je uvela poboljšani Streaming Multiprocessor (SM), dizajn koji povećava energetsku učinkovitost, šestu i sedmu generaciju PureVideo HD i CUDA Compute Sposobnosti v5.2.

Arhitektura je nazvana po James Clerk Maxwellu, utemeljitelju teorije elektromagnetskog zračenja.

Prethodnici nisu mogli doći do točke u kojoj jedan grafički procesor može obraditi zahtjeve 4K slike na visokim detaljima. No, GeForce GTX Titan X se temelji na GM200 grafičkom procesoru koji se sastoji se od osam milijardi tranzistora. To je gotovo tri milijarde više negoGeForce GTX 980 (GPU GM204) i milijardu više od GK110.

U svom konačnom obliku, površina silicijeve pločice je 601mm², što je oko devet posto veća od GM200 GPU-a, dok se proizvodi 28nm tehnologiji. Potrošnja električne energije je također ista i iznosi max. 250W.

Unutar Od GM200

GM200 temelji se na nVIDIA-noj učinkovitoj Maxwell arhitekturi. Umjesto GM204 četiri grafička procesorska clustera (GPC), ovdje imamo šest. A s četiri Streaming multiprocesora po GPC (Graphics Processing Clusters), koji dodaje do 24 SMMS diljem GPU. Pomnožite to sa 128 CUDA jezgri po SMM i dobijamo ukupno 3072 CUDA jezgre (6*4*128=3072).

16

Kao i GM204, GM200 izlaže 96KB-no dijeljenje memorije i 48KB teksture / L1 cache, udvostručenje ono što je imao na GeForce GTX 750 TI GM107.

8.3.GTX 1080 i GTX 1070

Nvidia je predstavila budućnost svojih grafičkih kartica baziranih na najnovijoj Pascal arhitekturi. Točnije, predstavljene su dvije nove kartice - Geforce GTX 1080 i Geforce GTX 1070, a obje obećavaju čudovišne performanse znatno bolje od prošle generacije iz Geforce GTX 900 serije.

Novi “kralj performansi”, kako kaže Nvidia, je naravno skuplji model Geforce GTX 1080 koji će za preporučenu maloprodajnu cijenu od 600 američkih dolara ponuditi performanse bolje čak i od trenutno najsnažnije kartice iz Nvidije – Geforce Titan X što se prodaje po preporučenoj maloprodajnoj cijeni od 1000 USD. To i nije toliko iznenađujuće, no ono što pomalo nismo očekivali je da će čak i GTX 1070, jeftiniji model Pascal GPU-a koji će se prodavati po 379 USD, biti snažniji od Titan X-a u većini slučajeva.

Kažu da je GTX 1080 GPU brži čak i od dvije GTX 980 kartice u SLI konfiguraciji, a budući da je izrađen novim 16nm FinFET proizvodnim procesom, čak je i energetski učinkovitiji od prošle generacije Geforce GPU-a.

GTX 1080 dolazi s 2560 CUDA jezgri, a sposoban je za 9 teraflopsa računalne snage i dolazit će uz 8GB nove GDDR5X video memorije koja radi na 10GHz. Model GTX 1070 ispod “haube” skriva 6.5 teraflopsa snage i također dolazi s 8GB video memorije, no radi se o nešto sporijoj GDDR5 tehnologiji. Nvidia nije objavila radni takt memorije u slučaju GTX 1070 modela, no za pretpostavit je da će raditi na 7GHz, kao u slučaju 970 i 980 kartica.

GTX 1080 zahtjevat će samo jedan 8-pinski PEG konektor za napajanjem uz TDP od 180W, što nije velika razlika u odnosu na TDP od 165W na GTX 980 karticama.

Kada bi smo nove kartice uspoređivali sa prethodnicima, rečeno je da GTX Titan X može dosegnuti 7 teraflopsa snage uz GPU Boost, GTX 980 Ti postiže 6.5 teraflopsa, a slabiji model GTX 980 bez Ti oznake procijenjen je na oko 5.3 teraflopsa. Inače, općenito govoreći, taj GTX 980 je zvjerka i više no dovoljna da više-manje sve današnje igre pokreće na ultra detaljima uz framerate i viši od 60 fps-a.

Nije poznato na koliko će MHz „kucati“ jezgra ovih kartica, no uz 2560 CUDA jezgri u GTX 1080 modelu radni takt bi morao biti postavljen na oko 1750MHz da bi dosegao predviđenu računalnu snagu od 9 teraflopsa. Nvidia je na eventu predstavljanja pokazala GTX 1080 karticu s jezgrom overclockiranom na čak 2114MHz i memorijom na 11040MHz, pa ovo predviđanje od 1750MHz kao bazni takt referentne kartice zvuči dosta razumno.

Bit će zanimljivo vidjeti što će AMD predstaviti ovog ljeta kada planiraju otkriti nove kartice bazirane na Polaris arhitekturi koja također obećava izvanrednu energetsku učinkovitost, kao i veliki skok u performansama u odnosu na prethodnu generaciju AMD GPU-a.

17

9. Računanje uz pomoć grafičkih kartica

CPU ponekad ima pametnijeg posla, te je prespor u odnosu na grafički procesor, no GPU ima „krut dizajn“ jer radi točno propisane operacije. U zadnje vrijeme se to mijenja pojavom programabilnih shadera.

Snaga GPU-a proizilazi iz visoke paralelizacije. Ideja je da se stream procesori pretvore u općenitije elemente (GPGPU – General Purpose Graphics Processing Unit). nVIDIA – CUDA(Compute Unified Device Arhitecture), AMD – FireStream.

OpenCL – Open Computing Language - framework za pisanje programa koji se izvršavaju na heterogenim platformama koje uključuju CPU-ove, GPU-ove i druge procesore - koristi svaki procesor na koji naiđe - stvara Khronos Group

GPU-ubrzavanje je upotreba grafičkog procesora (GPU), zajedno sa CPU-om da bi se ubrzale znanstvene, analitičke, inženjerske, potrošačke i poslovne aplikacije.

Ovu tehnologiju uvela je 2007. nVIDIA. GPU ubrzavači sada pogone energetski učinkovite podatkovne centare u državnim laboratorijima, sveučilištima, poduzećima i malim i srednjim tvrtkama diljem svijeta.

KAKO GPU ubrzava?

GPU-ubrzavanje nudi neviđene performanse aplikacija prebacivanjem računsko-intenzivnih dijelova aplikacije na GPU, dok ostatak koda i dalje se izvršava na CPU. Iz perspektive korisnika, aplikacije jednostavno se pokreću/izvršavaju znatno brže.

9.1.CPU u odnosu na GPUJednostavan način da se razumije razlika između CPU i GPU je da usporedimo kako svaki od njih obrađuje zadatke. CPU se sastoji od nekoliko jezgri koje su optimizirane za sekvencijalnu serijsku obradu, dok GPU ima masivne paralelne arhitekture od kojih se svaka sastoji od tisuća manjih, efikasnijih jezgri namijenjenih za rad sa više zadataka istovremeno.

GPU ima tisuće jezgri za paralelnu obradu opterećenjima učinkovito

18

9.2.Tesla P100:

Sa svakom novom GPU arhitekturom, NVIDIA uvodi velika poboljšanja performansi i energetske učinkovitosti. Srce računanja u Tesla GPU je SM ili Streaming Multiprocesor. Streaming multiprocesor stvara, upravlja, raspoređuje i izvršava instrukcije iz mnogih niti paralelno.

Kao i prethodni Tesla GPU, GP100 se sastoji od niza grafičkih procesorskih clustera (GPCs), Streaming multiprocesora (SMS), i memorijskih kontrolera. GP100 postiže svoj ogroman protok pružajući šest GPCs, do 60 SMS-a i osam 512-bitnih memorijskih kontrolera (4096 bita ukupno). U Pascal arhitekturi su se povećale performanse, ne samo dodavanjem više SMS-a nego u prethodnicima, već tako što je svaki SM učinkovitiji. Svaki streaming multiprocesor ima 64 CUDA jezgre i četiri teksturne jedinice, za ukupno 3840 CUDA jezgri i 240 teksturnih jedinica.

Pascal GP100 blok dijagram

Isporuka boljih performansi i poboljšanje energetske učinkovitosti su dva ključna cilja nove GPU arhitekture. Niz promjena u SM u Maxwell arhitekturi poboljšale su učinkovitost u odnosu na Keplera. Pascal se nadovezuje na ovo i uključuje dodatna poboljšanja koja povećavaju učinkovitost po vatu.

Sljedeća tablica prikazuje usporedbu Tesla P100 specifikacije u odnosu na prethodne generacije Tesla GPU akceleratora.

Tesla K40 Tesla M40 Tesla P100GK110 (Kepler) GM200 (Maxwell) GP100 (Pascal)

Streaming Procesori 15 24 5632 CUDA jezgre 2880 3072 358464 CUDA jezgre 960 96 1792Frekvencija rada 745MHz 948MHz 1328MHzMemorijska propusnost 384 bita 384 bita 4096 bitaBroj tranzistora 7 100 000 000 8 000 000 000 15 000 000 000Tehnologija izrade 28 nm 28 nm 16 nm

19

NVIDIA TESLA P100 ubrzivač:

5.3 teraflopsa rada sa dvostrukom preciznosti

10.6 teraflopsa jednostruke preciznosti

21,2 teraflopsa polovične preciznosti

720 GB / s memorijske propusnosti s CoWoS HBM2 stog memorije

9.3.AMD FirePro S9170Nakon nekoliko grafičkih kartica za desktop segment AMD je predstavio FirePro S9170, najnoviji profesionalni GPU akcelerator namijenjen ugradnji u poslužitelje. Riječ je o nasljedniku prošlogodišnjeg AMD-ovog modela FirePro S9150.

Na tržištu se ističe po činjenici da sadrži čak 32 GB GDDR5 memorije, u kombinaciji s 512-bitnom memorijskom sabirnicom koja daje propusnost od 320 GB/s.

Vršne performanse FirePro S9170 GPU-a iznose 5,24 Tflopsa u operacijama s pomičnim zarezom jednostruke preciznosti te 2,62 Tflopsa u operacijama dvostruke preciznosti. Kao i njegov prethodnik, FirePro S9170 sadrži 44 GCN jedinice (s ukupno 2.816 stream procesora), no kako se bazira na verziji Hawaii arhitekture poznatoj pod kodnim imenom Grenada, poboljšana je efikasnost i energetska učinkovitost samog GPU-a.

U AMD-u ističu kako FirePro S9170 u odnosu na konkurenciju nudi 40% bolje performanse uz 10% manju potrošnju te sadrži 33% više memorije. FirePro S9170 se na tržištu očekuje tijekom trećeg kvartala ove godine.

20

10. Zaključak

Grafička kartica kao dio računala je veoma složena komponenta, te možemo reći da je i najjača. Ona obrađuje grafičke podatke te ih šalje na monitor.

Pojam GPU je osmislila Nvidia 1999. godine sa svojom grafičkom karticom GeForce 256.

Grafička kartica može biti integrirana (danas u procesoru) ili kao zasebna kartica koja se ugrađuje najčešće u PCI-e utor. Integrirana grafička je mnogo slabijih perfomansi u odnosu na zasebnu. Razlika između CPU-a i GPU-a je u tome što CPU ima nekoliko jezgri (2, 4, 6, 8, 12) i dizajnirane su da serijski obrađuju podatke dok grafički čip ima nekoliko tisuća jezgri koje mogu paralelno obrađivati veliku količinu podataka.

Zasebne grafičke kartice također koriste posebnu memoriju (VRAM – Video Random Access Memory) za spremanje podataka koje treba GPU, ta memorija je naprednija i brža od klasičnog RAM-a.

U računalu možemo imati i više grafičkih kartica povezanih u SLI ili Crossfire ovisno o proizvođaču čipa, što ne znači da ćemo imati 2x, 3x, 4x veće perfomanse. Savjet je imati jednu ali jaku grafičku karticu.

Danas se sve više upotrebljavaju posebne grafičke koje „pomažu“ procesoru, tako se znatnoubrzava rad računala (servera) – GPU ubrzavanje.

Od grafičkih kartica se zahtjeva sve veća sposobnost i snaga. Mnogo godina rezolucija 1024x768 je bila sasvim dovoljna, radilo se o manje zahtjevnim igricama, programima. U zadnjih par godina se sve to promijenilo. Rezolucije danas su: 1920x1080, 2048 × 1080, 4096 x 2160, 7680×4320 piksela. Radi se o sve zahtjevnijim 3D igrama. Grafiče kartice moraju biti u stanju sve to obraditi bez trzanja slike, pada okvira – tj. Sve više posla treba obaviti u veoma kratkom vremenu.

21

11. Literatura

http://www.hcl.hr/vijest/nvidia-gtx-1080-1070-gpu-92508/

https://en.wikipedia.org/wiki/Graphics_processing_unit

https://hr.wikipedia.org/wiki/GPU

https://hr.wikipedia.org/wiki/Grafi%C4%8Dka_kartica

https://bs.wikipedia.org/wiki/Grafi%C4%8Dka_kartica

http://www.nvidia.com/object/tesla-supercomputing-solutions.html

http://www.amd.com/en-us/products/graphics/server/s9170

Zadnje pristupanje literaturi: 18.05.2016.