Karta graficzna

Karta graficzna – karta rozszerzeń komputera odpowiedzialna za renderowanie grafiki i jej konwersję na sygnał zrozumiały dla wyświetlacza.

Historia 
Pierwsze karty graficzne potrafiły jedynie wyświetlać znaki alfabetu łacińskiego ze zdefiniowanego w pamięci karty generatora znaków – tryb tekstowy. Kolejna generacja kart graficznych potrafiła już wyświetlać w odpowiednim kolorze poszczególne punkty (piksele) – tryb graficzny. Nowoczesne procesory graficzne udostępniają wiele funkcji ułatwiających i przyspieszających pracę programów. Możliwe jest narysowanie odcinka, trójkąta, wieloboku, wypełnienie ich zadanym kolorem lub wzorem, tzw. akceleracja 2D. Większość kart na rynku posiada również wbudowane funkcje ułatwiające tworzenie obrazu przestrzeni trójwymiarowej, tzw. akceleracja 3D. Niektóre posiadają zaawansowane algorytmy potrafiące na przykład wybrać tylko widoczne na ekranie elementy z przestrzeni.  W nowych układach graficznych zrezygnowano ze sztywnego schematu obliczeń, dając użytkownikowi pewną ilość jednakowych "rdzeni", które może on sobie zaprogramować (przy pomocy shaderów) do wyświetlania dowolnych efektów graficznych. Umożliwia to też wykorzystanie karty graficznej jako procesora ogólnego przeznaczenia (GPGPU), zdolnego do przeliczania dużych zbiorów uporządkowanych danych.

Typy 
Wyróżniamy dwa typy procesorów karty graficznej:

Przystosowane do pracy jako oddzielne karty graficzne tzw. dedykowane:
 procesory serii Radeon Graphics produkowane przez ATI technologies, marka AMD
 procesory serii GeForce produkowane przez Nvidia
 procesory serii ARC produkowane przez Intel
 procesory firmy Matrox
 procesory firmy XGI Technology

Zintegrowane z mostkiem północnym lub bezpośrednio w CPU:
 procesory marki Intel GMA
 procesory firmy AMD
 procesory firmy SiS
 procesory firmy VIA Technologies

Historyczne różnice w terminologii 
Wraz z pojawieniem się kart Voodoo firmy 3dfx, które znacznie przyspieszały wyświetlanie grafiki trójwymiarowej, pojawił się termin akcelerator graficzny. Karty te wymagały bowiem obecności w komputerze zwykłej karty graficznej.

Pozostali producenci zdecydowali się na integrację akceleratorów grafiki trójwymiarowej z samymi kartami graficznymi, podobnie jak to miało miejsce z akceleratorami grafiki dwuwymiarowej. Później także firma 3dfx zdecydowała się zintegrować swoje akceleratory z kartami graficznymi.

Funkcje 
Najważniejsze funkcje współczesnych akceleratorów graficznych to:
 Filtrowanie anizotropowe
 Mapowanie wypukłości
 Efekty cząsteczkowe
 Full Scene Anti-Aliasing
 HDR
 Pixel Shader
 Vertex Shader
 Transform & Lighting
 GPGPU
 Ray Tracing

Poza tym karty graficzne oferują inne sprzętowe efekty, jak mgła, przezroczystość (dodatkowy kanał Alpha).
Zasoby kart graficznych mogą być udostępniane innym stacjom roboczym sieci komputerowych. W obecnych topologiach sieciowych istnieje możliwość przesyłania obrazów na monitory innych stacji roboczych.

Budowa karty graficznej 
Większość kart graficznych (w tym wszystkie współczesne) składa się z następujących elementów:
 procesor graficzny (GPU) – odpowiedzialny za generowanie obrazu w pamięci obrazu,
 pamięć obrazu – przechowuje cyfrowe dane o obrazie, tekstury, dane geometrii sceny, etc,
 Pamięć ROM – pamięć przechowująca dane (np. dane generatora znaków), firmware karty graficznej, obecnie realizowana jako pamięć flash,
 RAMDAC (ang. RAM + Digital-to-Analog Converter) przetwornik cyfrowo-analogowy – odpowiedzialny za przekształcenie cyfrowych danych z pamięci obrazu na sygnał sterujący dla monitora analogowego; w przypadku kart wyłącznie z wyjściem cyfrowym RAMDAC nie występuje,
 złącza do monitorów oraz złącze płyty głównej,
 układ chłodzenia.

Wiele z kart graficznych ma także:
 framegrabber – układ zamieniający zewnętrzny, analogowy sygnał wideo na postać cyfrową (tylko w kartach posiadających przechwytywanie obrazu),
 procesor wideo – układ wspomagający dekodowanie i przetwarzanie strumieniowych danych wideo; w najnowszych konstrukcjach zintegrowany z procesorem graficznym.

Połączenia karty 
Sposób łączenia karty zmieniał się z czasem, ale zawsze obejmował połączenie z płytą główną oraz z monitorem:

Interfejs do systemu komputerowego – umożliwia wymianę danych i sterowanie kartą graficzną, zmieniał się wraz ze zmianami interfejsów wewnętrznych komputera PC:
 ISA - obecnie niestosowany, wyparty przez PCI.
 PCI - obecnie niestosowany, wyparty przez AGP.
 AGP - obecnie niestosowany, wyparty przez PCI-Express.
 PCI-Express - obecnie stosowany.

Interfejs na slocie karty graficznej – złącza służące do podłączenia peryferiów i innych kart.

Złącza do wyświetlaczy:
 P&D
 DFP
 VGA (coraz rzadziej stosowane)
 DVI
 HDMI (obecnie najpopularniejsze)
 DisplayPort 

Do łączenia kart ze sobą w celu zwiększenia wydajności używa się:
 CrossFire (do kart RADEON)
 SLI (do kart GeForce)

Typowe karty umożliwiają łączenie ze sobą od 2 do 4 egzemplarzy, które muszą posiadać identyczne GPU. Zazwyczaj karty różnych firm mające to samo GPU współpracują ze sobą. Do działania systemu wymagane jest wsparcie płyty głównej, większość modeli wyposaża się w rozwiązanie 2-Way lub 3-Way (do dwóch lub trzech kart)

Zasilanie 
Karta graficzna jest podstawowo zasilana z płyty głównej, a w kartach pobierających większą moc dodatkowo:
 MOLEX - stosowane w starych kartach,
 Złącza PCI-E - karty stosują wtyczki 6PIN i 8PIN, często wymagane jest podłączenie 2 wtyczek, zwykle 6+8 lub 8+8.

Karty posiadają też umieszczone złącza do wentylatorów, oświetlenia czy pomp wodnych, lecz są one fabrycznie podłączone.

Często na kartach umieszcza się podświetlane loga producenta. Zwykle za pomocą oprogramowania można zmieniać ich jasność, a czasem nawet kolor.

Układ chłodzenia 
Większość kart graficznych do poprawnego działania potrzebuje układu chłodzenia. Najwięcej ciepła wytwarza GPU, dlatego stosuje się:
 Chłodzenie pasywne - poprzez montaż radiatora, zwykle o dużej powierzchni, w starych kartach nie stosowano dodatkowych radiatorów. Stosowane w prostych kartach.
 Chłodzenie aktywne powietrzem - poprzez montaż wentylatora(ów) na radiatorze. Dawniej montowano niewielkie i głośne wentylatory, obecnie montuje się szerokie, wolnoobrotowe generujące niewiele hałasu. Obecnie stosuje zazwyczaj się 2 lub 3 wentylatory, a karty umożliwiają regulację ich prędkości.
 Chłodzenie wodne - w kartach o dużej emisji ciepła montuje się układ chłodzenia wodą. Producenci wykonują je w identyczny sposób co chłodzenie procesora. W autorskich chłodzeniach wodnych całego komputera, mocuje się blok wodny na sam rdzeń GPU lub całą kartę (RAM i zasilanie).

Następnym elementem wydzielającym ciepło są pamięć RAM karty graficznej. Zazwyczaj chłodzi się je tym samym układem co GPU. W starszych modelach kart pamięci nie stosowano dodatkowego chłodzenia. Na nowszych kartach sekcje zasilania również chłodzi się, zwykle łącząc z głównym układem chłodzącym. W układach chłodzących dodatkowo są montowane heat pipe dla poprawienia wydajności układu chłodzenia.

Możliwa jest wymiana radiatora standardowego na chłodzenie wodne bądź inny, większy, bardziej wydajny radiator co podniesie karcie podatność na overclocking. Obecnie większość kart ze względu na rozbudowany układ chłodzenia zajmuje 2 sloty, w efekcie czego po zamontowaniu takiej karty traci się możliwość użycia 1 lub 2 złączy na płycie głównej. Z tego powodu większość nowych płyt głównych złącza montuje się w odstępach.
 
Chłodzenie wodne kart zazwyczaj jest na tyle wąskie, że karty zajmują tylko 1 slot.

Przypisy