Кожен геймер розуміє значущість відеокарти в компʼютері не з чуток і при підборі комплектуючих для нового ПК приділяє багато часу її вибору. Велику роль відеокарта відіграє також в 3D моделюванні та відеомонтажі. Ба більше, відеокарта не менш важлива і для функціонування звичайного «офісного» ПК, а за останні роки для неї вигадали й зовсім не типове використання. Тож давайте розберемося з тим що таке відеокарта, для чого вона потрібна й з чого складається. А також дізнаємось як вона працює та розберемо основні характеристики пристрою.

Що таке відеокарта

Відеокарта (англ. video card, також графічна карта, графічний адаптер, графічний прискорювач) — пристрій, частина комп’ютера, призначена для генерації та обробки зображень з подальшим їхнім виведенням на екран периферійного пристрою.

Якщо говорити про відеокарти для настільних компʼютерів, в житті вони мають вигляд плати з мікросхемами з декількома розʼємами для виводу зображення, та системою охолодження у вигляді радіатору, й, можливо, вентилятором.

Але в такому вигляді бувають хіба що старі, або малопотужні бюджетні відеокарти. На більшість же моделей виробники встановлюють потужнішу систему охолодження та закривають її разом з платою кожухом. Це додає захисту, естетичного вигляду пристрою, та дозволяє краще спрямовувати потоки повітря для більшого його охолодження.

Для чого потрібна відеокарта

Основне завдання відеокарти, як зазначено вище, — це генерація та виведення зображення на екран. Необхідність у виділеному пристрої для обробки графіки зумовлена тим, що ці завдання вимагають великих обчислювальних потужностей. У процесі генерації зображень відеокарта виконує складні обчислення для перетворення цифрових даних у зображення, які можна відобразити на екрані. Без окремого пристрою ці обчислення значно знижували б ефективність роботи комп’ютера вцілому. Відсутність відеокарти або її недостатня потужність знижувала б продуктивність комп’ютера, оскільки центральний процесор не міг би самостійно поратися з цими задачами.

Функції відеокарти:

• Обробка 3D графіки: Відеокарти виконують складні обчислення для створення тривимірних зображень у реальному часі. Це особливо важливо для відеоігор, 3D-моделювання та анімації, де потрібна швидкість і точність обробки.
• Обробка відео та мультимедіа: Відеокарти забезпечують плавне відтворення відео, редагування мультимедійного контенту, а також ефективну обробку відео під час потокового передавання.
• Покращення якості графіки: Відеокарти відповідають за правильність відображення кольорів, контрасту та чіткості зображень. Вони застосовують графічні ефекти, як-от тіні, освітлення та текстури, для покращення візуального сприйняття.

Окрім основного завдання, сучасні відеокарти знаходять застосування і поза межами роботи з графікою. Завдяки своїй високій паралельній обчислювальній потужності вони активно використовуються в таких сферах, як:

• Наукові обчислення: Виконання складних математичних задач, моделювання фізичних явищ або симуляцій.
• Обробка великих даних (Big Data): Швидкий аналіз і обробка великих обсягів інформації.
• Штучний інтелект та машинне навчання: Тренування нейронних мереж, обробка даних для алгоритмів AI, аналіз і прогнозування.
• Майнінг криптовалют: Використовує відеокарти для обчислень, необхідних для створення нових монет і перевірки транзакцій.

З чого складається відеокарта

Основними компонентами відеокарти є:

• Графічний процесор (GPU): Центральний елемент відеокарти, який відповідає за обробку графічних даних. GPU виконує обчислення, необхідні для створення зображень, відео та іншої графіки. Має багато обчислювальних ядер для паралельної обробки даних.
• Відеопам’ять (VRAM): оперативна памʼять для відеокарт. Використовується для зберігання графічних даних, текстур, моделей та іншої інформації, яку потрібно обробити GPU.
• VRM відеокарти (Voltage Regulator Module для відеокарти) — це система, яка відповідає за регулювання та стабілізацію електричної напруги, що подається на графічний процесор (GPU) та інші компоненти відеокарти,
• Розʼєм підключення відеокарти: дискретні відеокарти підключаються до материнської плати через інтерфейс PCI-Express.
• Розʼєми додаткового живлення: живлення відеокарти може відбуватись через PCIe, але цього недостатньо для потужних відеокарт. Тому їх окремо живлять від блоку живлення компʼютера. Для цього на відеокарті може бути встановлено від одного до трьох шести- восьми- чи дванадцятипінових розʼємів.
• Розʼєми для підключення монітора: найчастіше це буває один або декілька HDMI портів і один, або декілька розʼємів Displayport. Додатково можуть зустрічатися VGA та DVI.
• Система охолодження – підтримує оптимальний рівень температурного показника графічної плати. У потужних відеокартах система охолодження досить велика та може становити більшу частину ваги та обʼєму пристрою.

Типи відеокарт і їхні виробники

На сьогодні на ринку існує багато компаній, що пропонують широкий асортимент відеокарт, таких як ASUS, MSI, Sapphire, PowerColor та інші. Їх продукція може відрізнятися за обсягом відеопам’яті, системами охолодження та деякими іншими характеристиками, але всі ці відеокарти використовують графічні процесори (GPU) від двох основних компаній: AMD (для карт Radeon) та NVIDIA (для карт GeForce). Таким чином, фактично виробників графічних процесорів всього двоє, а інші компанії лише адаптують ці чіпи, створюючи власні модифікації карт.

Це нагадує ситуацію з материнськими платами, де, попри велику кількість моделей, усі вони розроблені для процесорів Intel або AMD.

Існує ще один гравець – Intel, хоча його частка на ринку графічних процесорів наразі дуже мала.

Тепер, що стосується типів відеокарт, на сьогодні їх можна поділити на три основні категорії:

1. Дискретні відеокарти – це окремі пристрої з власним графічним процесором і відеопам’яттю. Вони є автономними компонентами комп’ютера, які можна замінити за необхідності (наприклад, ASUS GeForce RTX 4060 Dual EVO, Sapphire Radeon RX 7900). Дискретні карти забезпечують високу продуктивність графічної системи.
2. Інтегровані відеокарти – це графічні адаптери, вбудовані в процесор або материнську плату (наприклад, Radeon 610M, Intel Iris Xe Graphics G7). Вони мають значно нижчу продуктивність порівняно з дискретними картами. Якщо вам потрібен кращий графічний досвід, заміна інтегрованого рішення може вимагати зміни всієї материнської плати чи процесора, що не завжди зручно.
3. Зовнішні відеокарти – це, по факту, дискретні відеокарти в окремому корпусі, які підключаються до комп’ютера через спеціальний адаптер (наприклад, PCI-перехідник). Для роботи зовнішніх карт зазвичай потрібен додатковий блок живлення. Такий тип карт по продуктивності схожий на внутрішні дискретні відеокарти і добре підходить для ноутбуків чи комп’ютерів, де немає можливості встановити звичайну дискретну відеокарту.

Характеристики відеокарт

Від типів графічних прискорювачів переходимо до характеристик відеокарт, які відіграють важливу роль у їхній роботі та загальній продуктивності комп’ютера:

• Модель GPU – хто є виробником GPU: AMD чи NVIDIA.
• Частота GPU – відповідає за кількість тактів процесора за секунду. Чим вищий цей показник, тим вища продуктивність відеокарти. Важливо, щоб ця частота була стабільною. Вимірюється в мегагерцах.
• Оʼбєм відеопам’яті (VRAM) – обсяг даних, які карта зможе зберігати без участі оперативної памʼяті компʼютера. VRAM відіграє одну з ключових ролей у продуктивності відеокарти.
• Тип відеопам’яті – існує декілька типів відеопамʼяті: DDR, GDDR, HBM, LPDDR, які в свою чергу мають по декілька поколінь. Тип та покоління відеопамʼяті впливають на швидкість роботи та енергоспоживання відеокарти. У десктопному сегменті на сьогоднішній день найпоширенішими є GDDR6 та GDDR6X.
• Частота відеопам’яті – відповідає за пропускну здатність пам’яті. Вимірюється у мегагерцах.
• Розрядність шини пам’яті – забезпечує обмін даними між VRAM та GPU. Чим вищий цей показник, тим швидше йде обмін, відповідно, продуктивність відеокарти буде вищою. Вимірюється у бітах варіюється в діапазоні 64-512біт. Разом із частотою пам’яті впливає на загальну пропускну здатність.
• Підтримка технологій: Ray Tracing (RT): технологія, що дозволяє досягати більш реалістичного освітлення і відображення в іграх. DLSS (Deep Learning Super Sampling): Технологія від NVIDIA, яка використовує штучний інтелект для покращення якості зображення при збереженні високої продуктивності. FreeSync / G-Sync: Технології для усунення розривів екрана та плавності картинки при змінній частоті кадрів. G-Sync – це технологія NVIDIA, а FreeSync – AMD.
• Кількість типи та версії портів та роз’ємів – HDMI, DisplayPort, DVI або VGA. Перші два типи найпоширеніші на сьогоднішній день. Порти VGA та DVI є застарілими і майже не використовуються у сучасних відеокртах. Типи версії та кількість портів визначають можливість підключення моніторів, їх кількість, а також максимальну роздільну здатність та частоту оновлення зображення.
• Наявність додаткового живлення – кількість та компоновка пінів для підключення додаткового живлення. Може бути: 6pin, 8pin, 6+8pin, 8+8pin, 8+8+6pin, 8+8+8pin, 16pin.
• Потужність відеокарти – максимальна потужнісь споживання електроенергії під час роботи. Впливає на вибір потужності блоку живлення.
• Розміри відеокарти – впливає на вибір корпусу ПК.

Як працює відеокарта

У попередніх розділах були розглянуті основні складові графічної карти та її характеристики. Час розглянути, як все це працює. А працює це так:

1. ЦП разом із певними програмами передає відеоадаптеру дані, необхідні для створення картинки на дисплеї.
2. Графічна плата встановлює правильне розташування пікселів на моніторі комп’ютера. Якщо на цьому етапі станеться збій, то зображення може виявитися некоректним.
3. Графічний прискорювач направляє дані на екран.

Фактично ці три кроки – передача графічному адаптеру інформації, його робота з нею та виведення результату – представляють усю роботу відеокарти.

Але давайте розглянемо процеси, що відбуваються на другому кроці, детальніше. Для прикладу візьмемо комп’ютерну гру.

При роботі з ігровою програмою головним завданням графічного адаптера є створення 3D зображення. Тут велику роль відіграють полігони – об’ємні фігури, кількість кутів яких може дорівнювати або перевищувати три. Полігони включають у свій склад велику кількість трикутників з яких будується весь ігровий світ.

Отримавши інформацію, графічний процесор має визначити, що конкретно і як опиниться в полі зору гравця, а що ні. Усе необхідне він розміщує в кадрі.

Працюючи з трикутниками, відеокарта створює об’єкти, освітлення і його вплив на оточення.

У процесі побудови ігрового світу відеокарта виконує наступне:

• Растеризація – фарбування пікселів об’єкта.
• z-буферизація – на цьому етапі вирішується, які з полігонів і трикутників, що утворюють об’єкти, будуть видимі.
• Затінення – завдяки цьому етапу встановлюється колір об’єктів залежно від джерела світла і наявності тіні.
• На об’єкти, створені графічною платою, будуть накладені необхідні текстури, адже без них вони не мають жодних відмінних якостей. По суті, вони як моделі з 3D-принтера, а текстури – це своєрідні наклейки на об’єкти, які надають їм вигляд і реалістичність.

Менше з тим, не варто забувати і про такі показники, як площа, периметр, діаметр, тобто геометричні показники фігур і моделей. Операції з їхнього обчислення досить об’ємні та складні, тому все це лягає на плечі ЦП. Чим він потужніший, тим краще функціонує гра.

Висновки

Насправді, про відеокарти можна розповідати ще дуже довго: порівнювати їх типи між собою, досліджувати деталі та говорити про показники продуктивності у різних тестах. Але найголовніше – для чого потрібна відеокарта комп’ютера як вона працює, а також які її основні характеристики ми розібрали. Власне, це і було метою матеріалу. Сподіваюсь що допоміг вам.