Technologický vzestup pro počítačovou grafiku

Na trhu grafických čipů bojují o přední postavení společnosti ATI a nVidia, přičemž obě nabízejí kompletní port...


Na trhu grafických čipů bojují o přední postavení společnosti ATI a nVidia,
přičemž obě nabízejí kompletní portfolio produktů pro veškeré cenové segmenty i
oblasti nasazení. Letošní rok však bude zajímavý tím, že se o pozornost s
novými grafickými procesory hlásí i jejich konkurence v podobě firem S3 a XGI
Technology. Pokud jde o technologický vývoj, zaklínadlem nejbližšího období
budou zejména rozhraní PCI Express či paměti GDDR3.
V rámci své nabídky si výrobci grafických čipů rozdělili trh v podstatě na tři
hlavní cílové skupiny: High-endový uživatel (neboli enthusiast, nadšenec)
požaduje nejrychlejší grafické čipy s nejnovějšími a nejmodernějšími funkcemi
či technologiemi a je pochopitelně připraven za ně zaplatit vysokou cenu. Ve
sféře, již můžeme označit jako masový trh (mainstream), jsou nabízeny produkty,
u nichž je kladen důraz na co nejlepší poměr ceny a výkonu. Naproti tomu v
segmentu vstupních (nebo "value") produktů se musí uživatel smířit s
kompromisem jak co do výkonu, tak co do technologických a funkčních
vymožeností, aby se dostal na pokud možno nejnižší cenovou úroveň.
Jestliže se máte rozhodnout pro určitý produkt, je dobré mít podrobnější
povědomí o aktuální nabídce výrobců i informace o budoucím vývoji trhu. Jedním
z důležitých momentů bude letos postupný přechod k novému rozhraní PCI Express.
Navíc se v průběhu roku začne v grafických kartách objevovat nová paměťová
technologie založená na specifikaci (G)DDR3.
V následujícím textu se blíže podíváme na klíčové technologie, které se budou
objevovat v chystaných produktech, uděláme si přehled o současné produktové
nabídce jmenovaných výrobců a navíc se podíváme na plány týkající se inovací
grafických čipů v nejbližší budoucnosti. Navzdory skrovnému množství informací
ze strany těchto firem přesto prosakují informace i o technických specifikacích
připravovaných novinek.

GDDR 3. generace
Jedním ze společných směrů, jímž se výrobci ubírají, je podpora pamětí typu
DDR3, které jsou v případě použití u grafických karet označovány GDDR3. Jedná
se o výrazný krok kupředu čipy založené na tomto standardu mohou běžet na
podstatně vyšší frekvenci (až na 800 MHz) a umožní rychlost přenosu dat až 1,6
Gb/s. Vyplývá to z údajů společnosti Samsung, která příslušné paměti začala
dodávat pro grafické karty využívající čipy nVidia. Navíc by měla oproti
předchozí generaci klesnout spotřeba. Bude také možné snížit počet komponent na
kartách, což by se mělo pozitivně projevit na výkonu a přispět ke zjednodušení
a do budoucna i zlevnění designu.
První grafický procesor s podporou GDDR3 byl na trh uveden už v březnu v podobě
modelu GeForceFX 5700 Ultra firmy nVidia a nedávno byla představena nová
generace čipů GeForce 6800, která tyto paměti rovněž využívá. O GDDR3 mluví i
společnost ATI, která připravuje představení nové rodiny čipů na nejbližší
období.
Vyšší rychlost pamětí je dosažena díky vyčištění datových signálů při jejich
toku paměťovým čipem. Vývojáři GDDR3 využili terminaci přímo na čipu pro
absorpci odráženého šumu, který vzniká při přesunu datového signálu v čipu.
Nové paměti dále využívají dynamický řadič na výstupu, který řídí tok dat
pamětí a čipsetem. Tento řadič prozkoumá signál vycházející z paměťových čipů a
upravuje jej za účelem maximalizace jeho kvality.
Grafické paměti mají "náskok" před technologiemi pro osobní počítače, kde se
letos očekává nástup systémových pamětí typu DDR2. "DDR3 pro PC nelze očekávat
dříve než přibližně v roce 2006," dodává Dean McCarron, analytik společnosti
Mercury Research.

Expresní grafika
Rozhraní PCI Express (PCI-E) by mělo začít zhruba v polovině letošního roku
postupně nahrazovat dosavadní AGP (Advanced Graphics Port). Společnost Intel,
která je v tomto směru hlavním propagátorem, slibuje vyšší výkon a menší
náklady díky jednodušší implementaci v dosavadních designech karet a desek.
V případě současné generace CPU i čipsetů dosahuje šířka pásma procesorových a
paměťových sběrnic hodnoty 5,96 GB/s. Naproti tomu dnes používané grafické
rozhraní AGP 8x dosahuje rychlosti přenosu dat 1,99 GB/s, takže (nejen) podle
Intelu technicky zaostává a zabraňuje vyrovnanému rozložení výkonu datového
toku mezi CPU, systémovou pamětí a grafickým čipem. Tento problém má odstranit
právě rozhraní PCI Express, přičemž současně nahradí hub link i pomalé a
zastaralé rozhraní PCI.
Podle první verze specifikace a dosavadních aktualizací dosáhne grafická
sběrnice založená na bázi PCI Express x16 přenosového výkonu až 3,73 GB/s
jednosměrně (což nominálně odpovídá zhruba dvojnásobku přenosového výkonu AGP
8x) a 7,46 GB/s obousměrně. Rozhraní je navíc díky proměnným šířkám sběrnic a
vyšší taktovací frekvenci jednoduše škálovatelné.
Ve prospěch rozhraní PCI Express mluví také jednoduchá a z hlediska nákladů
úsporná implementace v rámci stávajícího designu desek s plošnými spoji.
Sériová topologie sběrnice využívající diferenční páry výrazně zjednodušuje
směrování signálních vedení.
Výkonné grafické karty, které jsou náročnější na spotřebu, mohou být
prostřednictvím grafické sběrnice PCI Express x16 napájeny při maximálním
příkonu 75 wattů. Naproti tomu standardní AGP port je podle specifikace schopen
dodat maximálně 25 wattů (pouze dražší verze AGP Pro může poskytnout více),
takže se pak AGP karty neobejdou bez extra slotu pro zajištění většího odběru
(současné karty mohou odebírat až 80 wattů).
Poslední vývojový stupeň dnes používaného AGP portu, standard AGP 8x, popisuje
3. verzi příslušné specifikace ze září roku 2002. Se čtyřnásobkem frekvence na
řídicích vodičích disponuje AGP 8x šířkou pásma 1,99 GB/s.
Pro větší objemy dat které souvisejí s náročnou fotorealistickou grafikou je s
první generací grafické sběrnice PCI Express k dispozici standardně x16
propojení. Podle potřebné šířky pásma lze ale navrhovat také grafická rozhraní
s menším počtem spojů.
Rozhraní AGP je založeno na paralelním přenosu dat a nenabízí dostatečnou
škálovatelnost. Naproti němu stojí sériová metoda přenosu PCI Express, která
nabízí dostatečnou rezervu pro budoucí 3D aplikace. PCI Express do budoucna
(tzn. v příští generaci) nabídne škálovatelnost šířky sběrnice až na x32 i
zvyšování taktovací frekvence.
Nedořešená nicméně zatím zůstává nutnost vyšší rychlosti sběrnice pro rostoucí
grafickou paměť. V současnosti dokáže jen málo profesionálních aplikací využít
plného výkonového potenciálu AGP 8x. A ještě nějakou dobu potrvá, než budou
aplikace schopny využít výhod nového rozhraní.
První generace grafických sběrnic PCI Express sestává ze 16linkového propojení,
přičemž mechanická specifikace se od definice AGP nijak zásadně neliší. Rozměry
desek s plošnými spoji (PCB) karet s podporou PCI-E tak mohou zůstat nezměněny
a stejně tak design karet, potažmo rozmístění stavebních prvků na nich bude jen
stěží potřeba kvůli novému rozhraní nějak zásadně měnit. Výhoda technologie PCI
Express ale spočívá ve flexibilnějších možnostech rozmístění součástí díky
jednoduššímu směrování (routingu).
Už na konferenci Intel Developer Forum v únoru a září loňského roku
představovaly společnosti Intel a ATI společně první fungující konstrukční
vzorky technologie PCI Express. Sériově vyráběné produkty s novým rozhraním
mají přicházet na trh už během první poloviny tohoto roku.
Z aktuální roadmapy Intelu je patrné, že klíčovou roli přitom bude hrát čipová
sada známá pod kódovým jménem Grantsdale. Standard sběrnice PCI Express zde
výrobce využívá jako propojení typu chip-to-chip mezi MCH (Memory Controller
Hub) a ICH (I/O Controller Hub). Navíc pak Gransdale podporuje také grafický
PCI Express port.
Producenti, jako jsou ATI, nVidia, Intel, VIA, SiS nebo 3dlabs, pracují na
vývoji produktů s podporou zmíněné technologie, takže do poloviny tohoto roku
by měly být na trhu všechny potřebné komponenty. Pro zajištění plynulého
přechodu z AGP na PCI-E budou pravděpodobně po nějakou dobu nabízeny dvě verze
pro oba typy rozhraní.

Perspektivy ATI
Kanadský výrobce grafických čipů ATI Technologies dnes nabízí v podobě modelů
Radeon 9800XT (kódové označení R360) a Radeon 9800 (R350) dvě rodiny čipů pro
oblasti vysoce výkonných karet. Analogicky, jako je tomu v případě nVidie (viz
níže), se tyto modely vzájemně liší taktovací frekvencí čipu i paměti, interní
architektura však zůstává nezměněna. Technologie je založena na 8 x 1
pipelinech a 256bitovém paměťovém rozhraní.
Pro uživatele, kteří požadují co nejlepší poměr ceny a výkonu, má ATI
připraveny čipy ve verzích Radeon 9800SE (R350), 9600XT (RV360) a 9600 (RV350).
Ty jsou založeny na architektuře 4 x 1 pipeline a podporují 128 bitů širokou
paměťovou sběrnici. Ve vstupním segmentu se aktuálně nacházejí v podobě Radeonu
9600SE (RV350) a Radeonu 9200 dvě rodiny čipů. Disponují architekturou 4 x 1
pipeline, která nicméně pracuje ve srovnání s mainstreamovými produkty s nižší
taktovací frekvencí a se šířkou sběrnice pouze 64 bitů.
Informace o budoucím vývoji produktů ATI jsou nicméně na veřejnost pouštěny v
poměrně skrovné míře. Pod kódovým označením R420 a R423 hodlá ATI
(pravděpodobně ještě koncem dubna a května) představit novou rodinu řešení pro
oblast high-endu. Budou ji reprezentovat modely Radeon X800 (Pro/XT) a X880. V
červnu se očekává představení modelu X880XT s podporou PCI Express. Pro
připojení k portu AGP 8x by mělo být možné podobně, jako v případě konkurenční
nVidie použít speciální most. Samozřejmostí by měla být podpora DirectX 9.0 a
Pixel i Vertex Shaderu 3.0. Výkonnější verze budou pracovat s pamětí GDDR3
(pravděpodobně o kapacitě 256 nebo 512 MB). Jednotlivé verze by měly disponovat
architekturou využívající 8-16 pipelines pro renderování.

Perspektivy nVidie
Americký výrobce čipů nVidia má v high-endovém segmentu dvě želízka v ohni, a
to GeForceFX 5950 (NV38) a GeForceFX 5900 (NV35). Z hlediska architektury se
oba čipy navzájem nijak neliší, pouze taktovací frekvence jádra i paměti je
jiná.
Podobně i ve střední kategorii mohou uživatelé volit mezi dvěma rodinami čipů,
konkrétně GeForceFX 5700 (NV36) a 5600 (NV31), s oproti "topmodelům"
zjednodušenou pipeline architekturou a se 128bitovou šířkou paměťové sběrnice.
Nejnižší stupeň pokrývá nVidia s modelem GeForceFX 5000 (NV34). Grafický čip
může podle požadavků komunikovat prostřednictvím 64 nebo 128bitového paměťového
rozhraní, přičemž taktovací frekvence jádra i paměti odpovídají zaměření této
verze.
Do nového technického terénu výrobce vstoupil s modelem NV40. Ten byl oficiálně
představen v polovině dubna v podobě čipu GeForce 6800 a během několika týdnů
by se na trhu měly objevit i první grafické karty. Nový stavební kámen pro PC
grafiku opět disponuje především podporou nové verze rozhraní PCI Express
(zatím ale i AGP 8x) a vedle DDR2 i pamětí odpovídajících specifikaci DDR3.
Současná taktovací frekvence GDDR3 550 MHz umožňuje dosáhnout šířky pásma až
35,2 GB/s. Nováček dále disponuje rychlejší 8 x 2 pipeline architekturou
namísto dosavadní 4 x 2 a obsahuje i plnou podporu DirectX 9.0 včetně sady
technologií Microsoftu Shader Model 3.0 tedy i Pixel a Vertex Shaderu 3.0.
Dosud grafické procesory podporovaly shadery verze 2.0+. Čip je vyráběn
0,13mikronovou technologií, využívá 256bitové paměťové rozhraní a obsahuje i
speciální procesor pro kódování videa. NVidia plánuje, že podporu PCI Express
budou obsahovat i modely určené pro cenově citlivé segmenty trhu.

Pokus o comeback S3
Firma S3 Graphics se z desktopového grafického trhu v posledních letech
vytratila, neboť své stávající technologie grafických čipů poskytovala výhradně
v podobě integrovaných řešení pro mobilní počítače. S novou generací
označovanou DeltaChrome však letos výrobce hodlá opět vrátit i do desktopového
segmentu.
High-endovým uživatelům S3 Graphics nabízí model DeltaChrome F1 s 8 x 1
pipeline architekturou a podporou DirectX 9.0. Čip pracuje s využitím 128bitové
paměťové sběrnice s podporou DDR2 a díky technologii Ultra Low Power má podle
výrobce ve srovnání s konkurencí výrazně nižší spotřebu.
Zvláštností procesorů DeltaChrome by měly být programovatelné videofunkce S3 je
zvučně nazývá DeltaChrome Chromotion. Pro jemné vykreslování (anti-aliasing)
beze ztráty výkonu vyvinul výrobce speciální hardwarovou funkci 2D-XP. Navíc
může Delta Chrome měnit obrazové nastavení pro VGA, potažmo DVI výstup
nezávisle na sobě beze ztráty 3D kvality (hardware rotation). Navíc je k
dispozici také videovýstup s nativní podporou HDTV.
V nejsilnějším sektoru je S3 Graphics vyzbrojena verzí DeltaChrome S8 s
redukovaným výkonem a v porovnání s high-endovými modely téměř identickým
designem čipu i funkcemi. Pro trh, na němž hraje největší roli nízká cena, je
určen čip DeltaChrome S4, jenž má k dispozici pouze 4 pipeliny. Obě tyto verze
pracují s běžnou šířkou paměťové sběrnice, tedy se 128 bity.
Nástupce čipů DeltaChrome sází podle roadmapy S3 Graphics na DirectX 9.0 a
vyšší včetně Vertex a Pixel Shaderu ve verzi 3.0. Navíc má pracovat s pamětí
typu DDR2. Jakou šířku sběrnice používá paměťové rozhraní pro řízení výměny dat
však výrobce zatím neuvádí.

Plány průlomu XGI
Na začátku roku 2003 vytvořily části firem SiS a Trident zabývající se vývojem
grafických čipů společnost eXtreme Graphics Innovation (XGI). Ještě v září
loňského roku XGI na veletrhu Computex v Tajpeji představila pod označením
Volari kompletní novou rodinu grafických procesorů.
S verzemi Volari Duo V8 Ultra a V5 Ultra se výrobce zaměřuje na uživatele
požadující vysoký 3D výkon. V případě variant označených V8 Ultra a V8 chce XGI
pokrýt high-endový segment GPU, zatímco pro mainstreamovou oblast jsou v
jednotlivých provedeních plánovány modely V5 Ultra, respektive V5. XGI zaměřuje
pozornost i na trh levných a mobilních grafických čipů, a to s modely Volari 3,
respektive Volari.
Desktopové GPU jednotky Volari podporují paměti odpovídající standardům DDR2
nebo DDR, mobilní pouze druhý jmenovaný. Pro dosažení vysokého výkonu u verzí
Duo počítají dva procesory střídavě celou strukturu obrazu. Obdobnou metodu
používaly už před lety avšak bezúspěšně produkty ATI nebo dnes už neexistující
3dfx.
Také v budoucnu se hodlá XGI míchat do vývoje na trhu grafických čipů a zdá se,
že má dostatečný technický potenciál, aby se zde mohla udržet. Rovněž pro
výrobce grafických karet se zdají být čipy Volari zajímavé, neboť do svého
portfolia je už zařadil například Club3D a očekává se, že letos se přidají
další, jako třeba Gigabyte, MSI nebo Power Color.

Stručné shrnutí
Podle roadmap plánují všichni výrobci grafických čipů uvést v nejbližší době na
trh první modely s novou technologií rozhraní PCI Express. Současně s tím by
měly být pochopitelně k dispozici rovněž první základní desky s odpovídajícími
čipsety.
Výrobci se snaží zvýšit výkon svých GPU prostřednictvím růstu taktovací
frekvence i novými hardwarovými funkcemi mezi ty patří především lepší Pixel a
Vertex Shader. Paměti DDR2 budou navíc postupně nahrazeny technologií DDR3,
která by se měla postarat o další zvýšení výkonu.

PCI Express úplně všude
Rozhraní PCI Express by mělo podle záměrů Intelu postupně zcela nahradit
sběrnice PCI, AGP a v oblasti serverů i PCI-X.
Dnes typická PCI sběrnice akceptuje zařízení jako zvukové či síťové karty a
poskytuje rychlost 133 MB/s v jednom směru. PCI-E komponenta může data současně
vysílat i přijímat, přičemž použitá technologie rozhraní umožňuje snížit počet
vodičů použitých pro připojení karty. PCI karty v současných desktopech
vyžadují 32 vodičů, zatímco PCI-E x1 používá pouhé čtyři. Vyjádření rychlosti
"x" přitom současně vypovídá o počtu komunikačních kanálů reprezentovaných
uskupením 4 vodičů, kde každý nabízí propustnost 250 MB/s. Zpočátku budou PCI-E
karty dostupné ve verzích x1, x4, x8 a x16. Nový typ rozhraní má také umožňovat
hot-swap, tj. výměnu komponent za běhu.
K poklesu cen způsobenému přechodem k novému rozhraní však bude docházet jen
pozvolna. "Nedá se na to sázet," myslí si Brian Burke z firmy nVidia. "AGP a
PCI-E nejsou kompatibilní, takže zde po nějakou dobu bude poptávka po obou.
Očekával bych spíše, že zpočátku budou PCI-E karty o něco dražší, neboť se
jedná o novou technologii."









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.