Интегрированная графика. Часть 2. Игроки рынка чипсетов

В первой части нашего обзора систем с интегрированными графическими ускорителями мы кратко познакомились с существующими на данный момент решениями для наиболее распространенной сейчас платформы с процессорами Intel Pentium 4/Celeron. Однако краткого обзора для столь обширной темы явно недостаточно. Поэтому настало время рассмотреть основных игроков рынка чипсетов с интегрированной графикой поближе.

Как вы считаете, кто является сегодня лидером на рынке видеокарт? Наверняка стройный хор голосов назовет любимца прошлых лет — компанию NVIDIA. В свою очередь поклонники канадской фирмы справедливо заметят, что в прошлом году ATI вырвалась вперед и, стало быть, лидером является она. Но правы окажутся те, кто назовет лидером… корпорацию Intel — по данным опубликованного в конце прошлого года ежеквартального отчета агентства Mercury Research эта корпорация занимает 31,7% рынка графических решений, значительно обгоняя и ATI (24,9%) и NVIDIA (24,7%). Не подумайте, что от вас скрывают загадочные фирменные видеокарты и не дают собрать систему «Intel+Intel+Intel» (CPU+chipset+video) J — нет, собственно из вставляемых в слот AGP «карт» — так называемой «дискретной графики» у Intel можно вспомнить лишь i740 образца 1998 года.¹ Лидерство в общем зачете полупроводниковому гиганту принесли именно интегрированные графические решения. И если в России до сих пор принято даже в дешевые компьютеры ставить пусть и самую дешевую, но все же отдельную карточку, то на Западе интегрированная графика встречается в каждом втором компьютере (порядка 60% компьютеров, если быть точнее, причем эта доля заметно растет). Складывая огромную рыночную долю Intel, которая почти монополизировала рынок процессоров (сейчас это около 85% в области настольных и еще больше — в области мобильных компьютеров) и уверенно лидирует на соответствующем чипсетном рынке, с распространенностью интегрированных решений только и остается, что признать, что желтую майку «графического» лидера корпорация получила совсем не случайно и в ближайшее время отобрать ее будет очень сложно.²

В этой статье мы попробуем разобрать, так сказать, теорию и текущее положение на рынке чипсетов с интегрированной графикой, а в последующих статьях на практике и подробно разберемся, чего следует ждать от каждого конкретного решение известных производителей, сравним различные решения между собой и с дискретными видеокартами, и в конце сделаем соответствующие выводы. И начнем мы с того, что вкратце напомним читателю, что же такое интегрированная графика, чем отличается от дискретной, и какие подводные камни могут подстерегать при ее использовании.


Общая теория

Современное графическое ядро (GPU, Graphical Processing Unit) по своей сложности не уступает процессорам позапрошлого поколения, да и частоты имеет похожие — от 200 и до 500 МГц. А самые навороченные ультрасовременные графические чипы от ATI и NVIDIA с их 170–220 миллионами транзисторов порой дадут фору даже нынешним Pentium 4 и Athlon 64! Впрочем, несмотря на «смешные» частоты, по скорости работы на своих «узкоспециализированных» задачах даже среднее по производительности графическое ядро с легкостью обойдет самый современный Athlon 64 FX-53 — для простого расчета цвета всего одной точки изображения требуется провести немалый объем вычислений, к тому же сильно «нагружающих» оперативную память. А GPU с легкостью выполняет эти вычисления всего за один такт,³ более того — все современные решения включают в себя несколько конвейеров рендеринга, благодаря которым за такт вычисляется цвет не одной, а 2, 4 и даже большего количества точек. И при этом закраска — далеко не единственная задача, выполняемая GPU, там есть еще геометрические преобразования и освещение, шейдеры и многое другое. Впрочем, подробно распространяться на эту тему не будем - подробнее читайте, например, на www.computerra.ru/offline/2003/494/27237.

Роднит GPU с «обычным» процессором еще и то, что для своей работы графическому процессору необходима оперативная память — как для хранения исходных данных (для построения объемных изображений), так и для вывода обычной, «плоской» картинки на экран. Причем обрабатывающему огромный объем потоковых данных GPU и память нужна очень быстродействующая (долгое время именно дороговизна этой памяти служила основным препятствием для разработчиков видеокарт), так что не стоит удивляться тому, что последние поколения видеокарт используют (в терминологии обычных ПК) «четырехканальную» память DDRII и DDR с частотой передачи данных до 900–950 МГц, в разы более быструю, нежели поддерживаемая самыми современными чипсетами. На тот случай, когда локальной памяти будет не хватать, предусмотрен специальный механизм, позволяющей видеокарте работать и с данными, расположенными в обычной оперативной памяти компьютера — именно с этой целью когда-то разрабатывалась ставшая нам теперь привычной шина AGP, по которой большинство GPU и общается с центральным процессором и системной памятью компьютера.

Последний оставшийся ключевой компонент любой видеокарты — схема, выводящая сформированное изображение на монитор - RAMDAC (RAM Digital to Analog Converter, то есть ЦАП для оперативной памяти, если пользоваться русской терминологией). Его задача полностью определяется названием — это преобразователь, занимающийся только тем, что постоянно преобразует в аналоговый видеосигнал определенный участок памяти, в котором хранится изображение, которое нужно вывести на экран монитора («экранный буфер», он же Frame Buffer). Кстати, RAMDAC тоже требует для своей работы определенного количества памяти. Например, картинка с разрешением 1600x1200 занимает в 32-битном цвете ~7,3 Мбайт и если ее требуется 100 раз в секунду вывести на экран (1600x1200@100 Гц), то только на обновление экрана потребуется «откусить» от пропускной способности памяти ~730 Мбайт/с, а это в полтора раза больше, нежели пропускная способность шины AGP 2x! Даже если трехмерных расчетов (3D) от видеокарты не требуется, вы наверняка хотите сохранить свои глаза и работать в комфортном разрешении с высокой частотой обновления экрана без потери качества и четкости картинки, ведь правда? Технически RAMDAC описывается своей частотой (соответствующей максимальной частоте выдаваемого видеосигнала) и качеством выходных фильтров этого сигнала (так, очень хороши фильтры у карт команиии Matrox). По этой частоте (например, 200 МГц) легко вычисляется максимально достижимая частота обновления экрана в заданном разрешении. Соответствующий перевод в теоретически возможную максимальную частоту обновления экрана можно провести по формуле:

Частота обновления экрана = Частота RAMDAC / (1,4142 * Разрешение экрана),

например, для 1024x768 наш RAMDAC позволит использовать частоты обновления вплоть до 200х10⁶х0,707/(1024х768)=175 Гц, то есть на 100 Гц его хватит с запасом. В разрешении 1600x1200 частота обновления упадет до 73,7 Гц, и следовательно ждать от подобной видеокарты в этом разрешении с высоким качеством больше 60 Гц едва ли стоит. Впрочем, RAMDAC (да и качество выдаваемой картинки в целом) в современных видеокартах обычно нареканий не вызывает.

В дискретных решениях (отдельные платы видеокарт) все эти компоненты действительно разводятся на видеокарте — там устанавливается отдельный GPU, локальная память видеоускорителя, разводится RAMDAC. Иногда (на серверных материнских платах, например) встроенную в плату графику разводят точно так же (со своей памятью, и отдельным GPU) — просто не на отдельной плате, а сразу на «материнке». Но гораздо чаще GPU встраивают в «северный мост» чипсета, а в качестве памяти ускорителя используют обычную оперативную память компьютера. В результате полоса пропускания памяти вынужденно разделяется между CPU и GPU, что не может не сказываться на быстродействии компьютера даже в задачах, не использующих трехмерных расчетов — система с интегрированным видео всегда будет медленнее системы без оного.⁴ Кроме того, на дискретные видеокарты практически всегда устанавливается намного более быстрая память, нежели системная,⁵ поэтому ждать более-менее большого быстродействия от интегрированной графики не приходится даже в перспективе. Кстати, иногда для внутреннего подключения GPU используют ту же самую стандартную шину AGP, и поскольку шин AGP в ПК может быть только одна, то в этом случае на материнской плате становится принципиально невозможно развести еще один AGP-слот для подключения внешней дискретной видеокарты. Впрочем чаще шину AGP просто сознательно исключают из чипсета (как в i865GL, например).

Подведем итог сказанному:

1. В первом приближении — чем больше у чипа графических конвейеров, тем лучше. И чем больше на графическом конвейере текстурных модулей, тем лучше. В мире видеокарт тактовая частота ядра решает далеко не все — гораздо большее значение имеет архитектура GPU, так что не обольщайтесь 300-мегагерцовыми частотами интегрированных видеокарт — внедрить сложное и выделяющее огромное количества тепла ядро в и без того сложный и горячий «северный мост» чипсета невозможно.

2. Если какие-то возможности графического процессора «поддерживаются программно» (software compliant), то можно смело считать, что возможностей этих нету — поскольку производительности «обычного» процессора для того чтобы полноценно заменить GPU заведомо не хватит и использующая новые технологии игрушка будет сильно «тормозить». В некоторых случаях (шейдеры 2.0, например) — просто катастрофично. Мало того, при такой «поддержке» еще и увеличивается вероятность ошибки в драйверах видеокарты — а вылетающая «на самом интересном месте» с ошибкой игрушка способна вывести из себя кого угодно. Единственный бонус от поддержки этих технологий — лишь то, что вы на них, по крайней мере, сможете посмотреть J.

3. Производительность интегрированных решений всегда будет гораздо ниже, нежели дискретных, поскольку специализированная видеопамять гораздо быстрее обычной. Помимо частоты и типа памяти роль играет и ширина шины памяти, которая в топовых видеокартах уже равна 256 бит (против 128 бит у двухканальной системной DDR). Рассчитывать на действительно высокую производительность здесь нельзя ни при каких условиях.

4. Вдобавок обычно интегрированная графика снижает производительность компьютера, даже если используется только для вывода 2D. Кстати, это еще одна причина, почему система с интегрированной графикой всегда будет более медленной, чем с внешней.

5. Чем выше частота RAMDAC, тем лучше. Минимумом можно считать 250 МГц, лучший вариант — 350–400 МГц. В любом случае качество 2D у интегрированной графики будет в большинстве случаев хуже чем у дискретной видеокарты, но вдобавок еще возможны неприятные сюрпризы в виде низкой кадровой частоты или даже отсутствия поддержки высоких разрешений.

6. На материнской плате с интегрированной видеокартой может отсутствовать слот AGP.

Разобравшись с общими характерными чертами интегрированных графических решений, посмотрим что конкретно нам предлагают на выбор различные компании. И начнем мы, разумеется, с лидера рынка — корпорации Intel и интегрированных графических решений для её процессоров. Читать дальше >>>

1. Весьма интересное решение, кстати, было. Едва ли не в «убийцы Riva» прочили J. Эта видеокарта использовала возможности AGP 2Х почти на 100%. Позднее на базе i740 была разработана интегрированная графика для чипсетов i810, а затем и для i815. [вернуться]

2.Правда, в последнее время доля Intel ощутимо убывает — в прошлом квартале она составляла 34,9%. [вернуться]

3. На самом деле это, конечно, некоторая идеализация. Впрочем, недалекая от истины для современных GPU и в игрушках сегодняшнего дня. [вернуться]

4. Дискретная видеокарта, строго говоря, тоже может «потреблять» часть пропускной способности памяти, но, к счастью, объем локальной памяти современных видеокарт достаточно велик, и это потребление можно считать очень малым, а в 2D — и вовсе отсутствующим. [вернуться]

5. На то есть довольно простая причина — к надежности видеопамяти прилагаются намного менее жесткие требования, чем к «обычной» памяти — в последней ошибок не должно возникать практически никогда, а вот в видеопамяти ошибки считаются вполне допустимыми — в 99% случаев последствия этих ошибок просто не видны «невооруженным» глазом. Гораздо более низкие требования фактически приводят к тому, что тактовые частоты точно такой же памяти на видеокарте можно спокойно повысить раза в полтора по сравнению с системной памятью. [вернуться]