Grafická karta

Grafická karta (iné názvy: grafický adaptér, videoadaptér, videokarta) je komponent počítača, ktorý zabezpečuje zobrazenie informácií na zobrazovacej jednotke, napríklad na monitore.
Grafická karta je kombináciou (grafickej) pamäte (obvykle DRAM resp. jej modernejšie verzie DDR2, GDDR2 – GDDR6) a grafického procesora (videoprocesora). Grafický procesor spracúva informácie z centrálneho procesora (CPU), a výsledok zobrazuje na monitore prostredníctvom analógového (D-SUB, DVI), respektíve digitálneho (DVI, HDMI alebo DisplayPort) výstupu. Súčasťou karty (okrem podporných logických obvodov a radičov) je aj RAMDAC – digitálno analógový prevodník.
Niekedy (najmä u lacnejších počítačov a počítačov nevyžadujúcich grafický výkon), je grafická karta (grafický čip a podporné obvody) integrovaná na základnej doske, prípadne je priamo integrovanou súčasťou čipovej sady (chipset). Obvykle je potom grafická pamäť zdieľaná s operačnou pamäťou procesora. Takéto riešenie ide samozrejme na úkor výkonnosti v zobrazovaní grafiky, a aj na úkor výkonu samotného hlavného procesora. Moderné integrované riešenia sú však schopné nahradiť externé grafické karty s 3D akceleráciou nižšej triedy.
Dôležité parametre grafickej karty sú: rýchlosť (bodová frekvencia/riadková a snímková frekvencia), rozlíšenie (počet zobrazených bodov v oboch smeroch), farebná hĺbka (počet zobraziteľných farieb, často vyjadrené počtom bitov), veľkosť pamäte, jej typ a rýchlosť a typ zbernice prostredníctvom ktorej je karta pripojená ku základnej doske.
V minulosti výkonnosť grafických kariet určovala hlavne veľkosť pamäte ktorou karta disponovala. Bolo jasné, že grafická karta s pamäťou 32 MB je výkonnejšia ako karta disponujúca len 16 MB pamäťou. Hlavným parametrom výkonu grafickej karty je však dnes najmä typ použitého grafického procesora (GPU) a pamäťovej zbernice. Keďže je stále pomerne bežné medzi spotrebiteľmi posudzovať výkony jednotlivých kariet na základe veľkosti ich pamäte, výrobcovia často používajú marketingové triky – karty s nižším výkonom, resp. brzdené nedostatočnou šírkou pamäťovej zbernice, sú vybavené väčšou pamäťou, než akú sú schopné pri svojej činnosti využívať, aby vznikol falošný dojem výkonnosti.
V počiatkoch znázorňovania 3D objektov v počítačovej grafike bolo požadované, aby sa trojrozmerná scéna prepočítala a zobrazila (vyrenderovala) za niekoľko minút. Dnešné grafické karty musia takýchto trojrozmerných scén zvládnuť okolo 70 za jedinú sekundu.

Zobrazenie

Obraz viditeľný na monitore je vytváraný zložitým postupom. Aplikácia, ktorá potrebuje zobraziť nejaký objekt na obrazovke je spracovaná procesorom – CPU, ten vyšle príkaz grafickému rozhrania (grafickému) driveru, ktorý je spojnicou medzi hardvérom grafickej karty a operačným systémom. Ovládač vyšle digitálne údaje v novom formáte na renderovanie grafickej karte. Dáta sa presunú po zbernici PCIe, alebo AGP do vyrovnávacej pamäte systému (buď priamo na karte alebo v systémovej pamäti). Dáta sa spracujú – ak ide o 3D objekt ten je „dodaný“ vo forme polygónov, textúr a efektov (oheň, hmla, záblesk...). Výsledný 3D obraz vrátane efektov, trojrozmernej hĺbky obrazu, osvetlenia scény tieňov a následného pohybu je vygenerovaný v pamäti grafickej karty pomocou API a prerenderovaný do 2D obrazu na jednotlivé body. Digitálne údaje sú premenené na body, z ktorých sa skladá výsledný obraz na monitore. Pre rozlíšenie 1280 x 1024 bodov, musí grafická karta na vykreslenie jednej obrazovky vypočítať polohu a farbu pre 1 310 720 bodov. Tento proces sa opakuje 50 – 200x za sekundu. Body sú prevedené pomocou RAMDAC na analógový signál potrebný pre analógové monitory. Pre DVI je zasielaný do monitora priamo, v digitálnej forme.

Komponenty

Grafická karta je doska plošného spoja obsahujúca elektronické komponenty (procesor, pamäť, radiče...) a mechanické komponenty (chladiče...).

Video BIOS

Video BIOS (firmware) je čip obsahujúci základný program ovládajúci operácie na grafickej karte, a vykonáva inštrukcie dávané grafickému procesoru z hlavného procesora. Má na starosti aj správu pamäti VRAM (časovanie, operačná rýchlosť, napätia a iné…) Niekedy je umožnený zápis do BIOSu (BIOS je odomknutý) a je možné zmeniť hodnoty napr. časovania pamätí (pretaktovanie). Táto činnosť je však potenciálne pre kartu nebezpečná – po zadaní nesprávnych parametrov hrozí jej zničenie.

RAMDAC

Digitálno – analógový prevodník (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) prevádza digitálny signál z procesora grafickej karty do analógovej formy pre monitor (displej). V závislosti od použitého počtu bitov sa líši aj použitá obnovovacia frekvencia. S CRT monitormi je najpoužívanejšia frekvencia 75 Hz. LCD panel s digitálnym vstupom už RAMDAC nevyžaduje. Prepojenie je priamo digitálne (DVI konektor, HDMI alebo DisplayPort).

Chladenie

So zvyšovaním výkonu grafických kariet stúpa aj stratový výkon, a karty sa čoraz viac nahrievajú. Dnešné moderné karty dosahujú stratový výkon extrémne až 700W, preto je už vyžadované prídavné chladenie pasívnymi, vyššie rady aj aktívnymi chladičami. Pri pretaktovaní je nutné karty chladiť dodatkovým chladením vrátane chladenia pamätí. Na chladenie sa používajú pasívne chladiče z hliníka, alebo medi, obvykle tiež s prídavným ventilátorom alebo heatpipe chladenie.
Taktiež sa používa aj hybridné chladenie (kombinácia vodného chladenia a heatpipe chladenia z pridavným ventilatorom na odvod tepla).

Napájanie

Do roku 2006 nebol so spotrebou grafických kariet vážnejší problém. So stúpajúcim výkonom však stúpla aj energetická náročnosť kariet. Niektoré karty pre PCIe dosahujú spotrebu až 250W a viac, preto potrebujú dodatočný prívod energie na kartu (prídavné napájacie konektory) prepojené priamo so zdrojom počítača. Tak isto zdroj počítača musí byť dimenzovaný na zvýšenú spotrebu.

Budúcnosť

Dnes je jedinou hnacou silou pre neustály vývoj grafických kariet hranie počítačových hier. Iné bežné činnosti nedokážu výpočtový výkon grafických kariet využiť ani na zlomok percenta. Dnešné grafické karty majú výkon a kapacitu pamäte väčšiu, ako celé počítače len spred niekoľkých rokov. Cieľom je dosiahnuť fotorealistickú kvalitu vrátane 3D zobrazenia, aby človek z obrazu a pohybu nedokázal určiť, či ide o reálne, alebo len o vykreslené postavy a objekty. Ak sa obzrieme dozadu na doterajší vývoj grafických kariet a tempo ich vývoja je jasné, že táto budúcnosť už nie je ďaleko.