Videokaart

pisi|Videokaardi ehitus

Videokaart (ka graafikakaart, graafikakiirendi, kuvaadapter, videoadapter, graafikaadapter) on arvuti laienduskaart ja seade, mis muundab mälus oleva kujutise kuvarile arusaadavaks signaaliks. 

Võib öelda, et videokaart on omalaadne "tõlk", mis võtab protsessorilt kahendsüsteemis andmed ja teisendab need pildiks, mida kasutaja kuvarilt näha võib. Kujutise loomine kahendsüsteemi andmetest on nõudlik protsess. Ruumilise 3D-kujutise loomiseks peab videokaart esmalt looma juhtraamistiku sirgjoontest, mis seejärel rasterdatakse (täidetakse järelejäänud pikslid) ning lisatakse valgustus, tekstuur ja värvid. Nõudlike graafiliste rakenduste puhul peab arvuti tegema seda protsessi kuni kuuskümmend korda sekundis. Ilma videokaardita poleks paljud arvutid võimelised sellist hulka arvutusi tegema. 

EGA standardi tulekuga oskasid videokaardid saata digitaalsignaali otse kuvarile, kus see muundati elektronkiiretorule vajalikuks analoogsignaaliks. EGA-le järgnenud uut standardit – VGA-d – toetav videokaart oskas väljastada juba analoogsignaali. Tänu vedelkristallkuvarite laialdasele kasutamisele väljastab tänapäevane videokaart nii analoog- kui ka digitaalsignaali. Uued videokaardid oskavad peale oma põhiülesande täita ka lisafunktsioone, võimaldades näiteks kolmemõõtmelise ja kahemõõtmelise arvutigraafika kiirendatud renderdamist ning MPEG-4 dekodeerimist. Muid suure jõudlusega videokaarte kasutatakse graafiliselt nõudlike protsesside läbiviimiseks, näiteks nõudlike arvutimängude mängimiseks.

Osa videokaarte on integreeritud emaplaadile, mis on tavaline sülearvutite puhul. Sel juhul on graafikaprotsessoril endal väga väike hulk mälu ja videokaart kasutab osa arvuti muutmälust, vähendades sellega vaba muutmälu hulka. Sellised integreeritud videokaardid on tavaliselt väikese jõudlusega ega ole seetõttu nõudlikumate kasutajate hulgas populaarsed. Tänapäeval on integreeritud graafikakaart siiski võimeline paljusid mänge väga ilusti mängima ning tavakasutuses, kui astuda eemale kõige uuematest või halvasti optimeeritud mängudest on uuemate integreeritud graafikate korral siiski tegemist väga korraliku kiibiga. Integreerimata ehk eraldiseisvad videokaardid omavad erinevalt integreeritud videokaartidest oma muutmälu ja graafikaprotsessorit, mis on spetsiaalselt mõeldud kujutiste töötlemiseks ning seeläbi vähendavad arvuti protsessori koormust. Väiksest jõudlusest hoolimata on 95%-l tänapäeval müüdavatest arvutitest integreeritud videokaart, mis jätab kasutaja enda otsustada, kas lisada täiendav videokaart või mitte.

Ajalugu
1981 - 1987
pisi|IBM-i MDA (Monochrome Display Adapter) graafikakaart
Videokaardid on läbi käinud pika tee alates sellest, kui IBM esitles esimesi graafikakaarte 1981. aastal enda arvutiga IBM PC. Monokroomse kuvaadapteri nime (Monochrome Display Adapter – MDA) kandev kaart omas 4 kB mälu ning oskas väljastada teksti näitavale kuvarile rohelist või valget teksti mustal taustal ja värvilise kuvaadapteri nime (Color Graphics Adapter - CGA) kandev kaart omas 16kB mälu ning oskas 4-bilise värvikanaliga näidata 16 värvi. 

1982 ehk juba järgmisel aastal tuli Hercules Computer Technology Inc. välja oma graafikakaardiga HGC (Hercules Graphics card), mis asendas IBM-i MDA kaardi oma 64kB mälu ning 720x348 resolutsiooniga. 1983 aga jõudis Intel turule iSBX 275 videokaardiga, mis näitas 8 värvi resolutsiooniga 256x256. IBM-il avaldas 1984. aastal PGC (Professional Graphics Controller) resolutsiooniga 640x480, 256 värviga, 60 Hz värsksndussagedusega ning 320 kB mäluga lisaks oli sellel Intel 8088 mikroprotsessor ja EGA (Enhanced Graphics Adapter) videokaardi 640x350 resolutsiooni, 64 värvi ja 64kB mäluga.

1987. aastal ilmus videokaartide maailma uus standard – VGA (Video Graphics Array). VGA standard sai vägagi laialt levinuks ja viis paljude nimekate firmade, näiteks ATI, S3 ja Cirrus Logic, loomiseni. VGA standardile järgnes juba Super VGA standard, mille eeliseks VGA ees oli parem lahutus, rohkem värve ja suur hulk mälu (2 MB). Lisaks tuli sel aastal ATI välja ATI VGA Wonder graafikakaardiga, millel oli 256 kB mälu ja VGA resolutsioon ehk (640x480), 1280x720 või 1366x768 lahutusvõime. Mõnel sellisel kaardil oli ka pesa hiire jaoks.

1991–1999

1991 tuli S3 turule oma graafikaprotsessoritega S3 911 ja 911A, millel oli 256 värvi. S3 müüs oma protsessorid OEMile (Original Equipment Manufacturer), pärast mida neid emaplaatidele sisse ehitatult müüma hakati. 1992 lõi Silicon Graphics Inc. OpenGL tarkvara 2D ja 3D graafika renderdamiseks.

Aastal 1995 väljastati esimesed 2D- ja 3D-videokaardid, mis võimaldasid 3D-funktsioone. Need videokaardid olid arendatud firmade Matrox, Creative, S3 ja ATI poolt. 1996 astus turule 3dfx kaardiga Voodoo1, mis vajas teist 2D kaarti, et võimaldada arvutile 3D-renderdamist. Selle probleemi lahendas NVIDIA oma RIVA 128 graafikaprotsessoriga, mis ei vajanud enam teist kaarti. Samal ajal lõi Intel kiirendatud graafikapordi AGP, mis täitis tühimiku videokaardi ja mikroprotsessorite vahel. Järgmisel aastal tõi 3dfx turule uue graafikakaardi Voodoo2, mis toetas SLI (Scalable Link Interface) tehnoloogiat ehk kaks graafikakaarti saavad koostööd teha pildikvaliteedi parandamiseks. Selle peale 3dfx konkurent NVIDIA tõi turule enda graafikaprotsessorid (RIVA TNT ja TNT2). 

1999 ilmus Nvidia GeForce 256, mida peetakse kõige esimeseks GPUks (Graphics Processing Unit) ehk eraldiseisvaks arvuti komponendiks. See toetas DirectX versiooni 7.0 ning omas ka 32 MB DDR (Double Data Rate) mälu.

2000–2010

2000 alustas ATI Radeon R100 seeria graafikaprotsessorite tootmist, millest karvas välja Radeon 7000 videokaartide seeria. Esimesed Radeoni kaardid olid DirectX 7 ja ATI HyperZ toega. 2001. aastal NVIDIA GeForce 3 seeria kaardid olid esimesed varjutaja (programmable pixel shader) toega kaardid. ATI Radeon 9700, mis ilmus 2002, oli juba Direct3D 9.0 funktsiooniga, mis aitas 3-mõõtmelisi objekte veel paremini renderdada.

2006. aastast läks ATI üle AMD alla ning Radeon kaardid on seega tänapäeval viimase firma nime all. Umbes 2010 ja hiljem toodetud kaardid omasid QXGA (Quantum Extended Graphics Array), võimalusi kuvada miljoneid värve pildilahutusel kuni 2040 × 1536 pikslit. Lisaks hakkas Audi kasutama NVIDIA Tegra kaarte autosiseste ekraanide jaoks.

2013 - tänapäev
pisi|NVIDIA RTX 5090 graafikakaart
2013 ilmunud Sony PlayStation 4 ja Microsofti Xbox One kasutasid vastavalt AMD Radeon HD 7790 ja 7850 videokaarte oma konsoolides. 2018 alusta NVIDIA praegugi väga populaarset RTX seeriat. 2020 ostis NVIDIA ära Armi, pooljuhtseadmeid tootva tarkvara ettevõtte ning hakkas tootma RTX 30 seeria graafikakaarte. Tänapäeval võib uusimaks ja võimsaimaks graafikakaardiks AMDlt lugeda Radeon 9070 XT kaarti, millel on 4096 tuuma, GDDR6 16 GB mälu, resolutsiooniga 3840x2160 ja NVIDIAlt RTX 5090 videokaarti 21760 tuuma, GDDR7 32 GB mälu ja 3840x2160 resolutsiooniga. 

Tootjad
Integreeritud kaartide poolest on suuremad tootjad Intel, AMD ning eraldiseisvate graafikakaartide poolest on suurimad tootjad Nvidia, AMD. Need kuldsed kolm omavad enamus maailma graafikaturust, kus AMD on osa nii integreeritud kaartidest kui ka eraldiseisvate kaartide osas. Kuigi mõlema firma puhul tellitakse enamus kiipe TSMC-lt ehk Taiwan Semiconductor Manufacturing Company käest. Paljud firmad, näiteks ASUS, Gigabyte, MSI, Zotac ja Intel toodavad oma versioone Nvidia või AMD eraldiseisvatest kaartidest näiteks uuendades või tehes paremaks jahutust, toiteülekannet. 

Mitme kaardi skaleerimine
Mõned, aga mitte kõik kaardid on võimalik ühendada läbi PCIe siinide või enamasti läbi ekstra ühenduse kahe kaardi vahel näiteks AMD-l CrossFireX ja Nvidia-lt SLI ja hiljem uuem versioon NVLink. Ühendatavad kaardid peavad olema sama liiki kaardid ning võrdlemisi võimsamad kaardid antud generatsioonist, et olla võimelised üksteisega ühenduma. Lühidalt kaarte erinevatelt tootjatelt või erinevate arhitektuuridega ei ole võimalik ühendada. Kaarte ühendades erineva mälu suuruse puhul kasutatakse madalamat mälu suurust. Kaarte on võimalik ühte arvutisse panna palju, kuid heade tulemuste saamiseks tuleb uuendada kõiki teisi arvuti komponente, mis võivad takistada graafikakaartide võimsust. Näiteks GeForce GTX 590 puhul on õige emaplaadiga võimalik panna ühte arvutisse 4 graafikakaarti. Kasutus selliste mitme kaardi lahenduste jaoks on näiteks tehisnärvivõrkude arendamine, tehisintellekti arendamine/simuleerimine ning 3D-renderdamine.

Ühendamine ja ühendusliidesed
Personaalarvuti videokaart ühendatakse emaplaadi ISA, MCA, VLB, PCI, AGP, PCI-X või PCI-Expressi siiniga. Seni on levinuim ühendusviis PCI-Expressi ühendus. Videokaardi väljundi saamiseks ühendatakse videokaart kuvariga Composite / S-Video, VGA (Video Graphics Array), DVI (Digital Visual Interface), HDMI (High Definition Multimedia Interface), DisplayPorti või Thunderbolti ühendusliisese kaudu. Enamikul neist ühendustest on ka mini- või micro-versiooni (mini-HDMI, mini DisplayPort). Uuemad kuvarid kasutavad enamjaolt HDMI, DisplayPort, USB Type-C ühendusi, kuid vanemad kuvarid on endiselt väga levinud ja vanematel arvutitel protsessorisse sisse ehitatud graafika enamjaolt ei toetanud veel uuemaid liike ehk seal on levinud VGA, DVI ühendused.

Composite / S-video

Composite ehk liitvideosignaal on 1954. aastal koos värviteleviisoritega ilmunud analoogsignaaliga ühendusliides, kus heleduse, värvi ja sünkroonimissignaal edastatakse ühe kanalina.

S-video ehk separate video on 1979. aastal esmakordselt Atari 800 8-bitilises arvutis kasutust leidnud ühendusliides. Olenevalt tüübist võib sel olla 4–9-kontaktiline pistik, kasutab analoog signaali ning saab ühendust luua arvuti töötamise ajal. Erinevalt liitvideosignaalist on sellel kaks kanalit heleduse ja värvide jaoks, et saavutada paremat pildikvaliteeti.

VGA

VGA (Video Graphics Array) ehk video graafikamassiiv on vanim ühendusliides, mida tutvustas 1987. aastal IBM oma PS/2 tüüpi arvutitel. VGA ühendusliides kasutab analoogsignaali, 15-kontaktilist pistikut, selle originaalne eraldusvõime on 640x480 pikslit, kasutab 256 värvi ning standardi kohaselt on värskendussagedus 60 Hz ja ribalaius 140 MHz. Maksimaalne resolutsioon on sellel 2048x1536 pikslit 79 Hz juures ning VGA-le lisati hiljem ka 24-bitiline värvisügavus. Lisaks pole VGA ühendusel audiosignaali ehk puudub heli.

DVI

DVI (Digital Visual Interface) ehk digitaalvideoliides on 1999. aastal DDWG (Digital Display Working Group) disainitud ühendusliides digitaalsignaali edastamiseks videokaardilt kuvarile. DVI-kanaleid on kolme tüüpi: DVI-A analoogkuvari jaoks, DVI-D LCD-kuvari jaoks ehk ei muuda digitaalsignaali analoogiks nagu DVI-A ja VGA ning DVI-I analoog - analoog ühenduse või digitaal - digitaal ühenduse jaoks. DVI-D ja DVI-I saavad olla kas ühekordse (Single-Link) või kahekordse (Dual-Link) ühendusega. Ühekorne ühendus kasutab ühte TMDS (Transision Minimized Differential Signaling) digitaalühendust 165 MHz taktsagedusega, kuid kahekordne ühendus kasutab kahte. Seetõttu on ühekordse ühenduse ekraanilahutus 60 Hz LCD ekraanil 1920x1200 pikslit, aga kahekordsel 2560x1600 pikslit.

pisi|center|500px|Vasakult paremale: Video In Video Out S-Video jaoks, DVI HDTV jaoks ja DE-15 VGA jaoks

HDMI
pisi|HDMI-pistik
HDMI (High Definition Multimedia Interface) on 2002. aastal HDMI Foundersi (Hitachi, Panasonic, Philips, Silicon Image, Sony, Thompson, Toshiba) loodud digitaalne ühendusliidese standard. HDMI kasutab samuti TMDS digitaalühendust ning edastab koos värvikanaliga ka heli. HDMI standardit on loomisest peale pidevalt täiendatud ja on väga levinud ka tänapäeval.

 Versioon Avaldatud aastal Uuendused 1.0 2002 Maksimaalne lahutusvõime 1920x1200 60 Hz juures,
heli ja pildi edastamine ühe juhtme kaudu, andmeedastuskiirus 4,95 Gbit/s, 8 kanaliga 192 kHz/24-bitiline audio  1.1 2004 DVD Audio 1.2/1.2a 2005 1280x720 lahutusvõime juures 100 ja 120 Hz värskendussagedus,
CEC (Consumer Electronic Control) tugi, PC arvuteid saab ühendada Type A juhtmega ning toetab PC video kaarte PCI Expressi peal 1.3/1.3a 2006 HDMI mini (Type C) pistik, Dolby TrueHD ja DTS-HD Master heli
formaatide lisamine, andmeedastuskiirus 10.2 Gb/s, TDMS taktsagedus 340 MHz, 10-, 12- ja 16-bitti kanali kohta värvisügavused, värskendussageduste tõstmine 1920x1080 144Hz ja 2560x1440 75Hz 1.4 2009 HEC (HDMI Ethernet Channel) tugi, 4K tugi (4096x2160 24Hz ja 
3840x2160 30 Hz), Audio tagastuskanal ARC (Audio Return Channel), HDMI mikro pistik (Type D), Adobe RGB ja Adobe YCC601 lisamine, 3D-formaat 1.4a 2010 kahe 3D formaadi lisamine 1.4b20111920x1080 lahutusvõime juures 120 Hz 2.02013Andmeedastuskiirus 18 Gb/s, 4K 60 Hz juures, 32 audiokanali tugi, 
21:9 videoformaadi tugi  2.0a2015HDR (High Dynamic Range) tugi2.0b2016HDR-i täiendamine2.12017Andmeedastus 48 Gb/s, Dynamic HDR, resolutsioonid 10K 120 Hz, 8K 60 Hz ja
4K 120 Hz värskendussageduse juures, eARC (Enhanced Audio Return Channel)2.1a2022SBTM (Source-Based Tone Mapping) tugi2.1b2023Standardi täiustamine ja efektiivsemaks muutmine2.22025Andmeedastuskiirus 96 Gbit/s, 16K tugi ja 4K 480 Hz sagedusega

DisplayPort
pisi|DisplayPorti pistik
DisplayPort on 2006. aastal VESA (Video Electronics Standards Association) väljastatud ühendusliides asendamaks LVDS-i, VGA ja DVI liideseid. DisplayPorti kasutatakse enamasti PC arvuti graafikakaartide ja sülearvutite ühendamiseks kuvariga. On võimeline video, audio ja USB signaali edastama, saab ühendada 4K (4096x2160) kuvareid üksteise külge jadamisi ning maksimum resolutsioon on 16K (15360 × 8640) koos DSC (Display Stream Compression) tehnoloogiaga.

 Versioon Avaldatud aastal ResolutsioonAndmeedastuskiirus 1.0 2006 1440p 60 Hz5,18/8,64 Gbit/s 1.1 2007 1440p 60 Hz8,64 Gbit/s 1.2 2009 4K 60 Hz17,28 Gbit/s1.320144K 120 Hz,
8K 60 Hz DSC-ga25,92 Gbit/s1.420164K 120 Hz,
8K 60 Hz DSC-ga25,92 Gbit/s1.4a20184K 120 Hz,
8K 60 Hz DSC-ga25,92 Gbit/s2.020198K 60 Hz, 10k 60 Hz,
16K 60 Hz DSC-ga77,36 Gbit/s2.120228K 60 Hz, 10k 60 Hz,
16K 60 Hz DSC-ga77,36 Gbit/s

Thunderbolt

Thunderbolt on 2011. aastal Apple ja Inteli loodud ühendusliides. Thunderbolti versioonid 1 ja 2 kasutavad MDP (Mini DisplayPort) pistikut, kuid versioonid 3, 4, ja 5 kasutavad USB-C pistikut. Uusim, Thunderbolt 5 omab sümmeetrilist andmeedastuskiirust 80 Gbit/s ja ühes suunas 120 Gbit/s ning toetab 8K kuvarit 60 Hz juures. Erinevalt teistest liidestest saab USB-C-d ühendada mõlematpidi ning seda saab ka sülearvutite ja mobiiltelefonide laadimiseks kasutada võimsusel 240 W.
pisi|USB-C-pistikpisi|left|Mini DisplayPorti pistik

Ehitus
Graafikaprotsessor

Graafikakaardi protsessor (ingl Graphics Processing Unit – GPU) teostab graafika viimistlemiseks vajalikke keerulisi matemaatilisi ja geomeetrilisi arvutusi. Lisaks oma töötlusvõimsusele kasutab graafikaprotsessor (GPU) eriprogrammeerimisviisi abi andmete analüüsiks ja kasutamiseks. Kujutise kvaliteedi parandamiseks kasutab graafikaprotsessor:

 täisstseenset antiaalias põhimõtet (full scene anti aliasing – FSAA), mis muudab kolmemõõtmeliste objektide servad sujuvamaks;
 anisotroopset filtreerimist (anisotropic filtering – AF), mis muudab kujutise selgemaks ja teravamaks.

Videokaardil ei pruugi olla ainult üks GPU, moodsamatel kaartidel võib neid ka rohkem olla. Ülekuumenemise vältimiseks on GPU tavaliselt varustatud radiaatori või jahutusventilaatoriga. Graafikaprotsessor vähendab oma tööga arvuti keskprotsessori töökoormust. Kuna graafikaprotsessor suudab suuri andmekoguseid töödelda ning teha paralleelarvutusi leiti sellel hiljem kasutust tehisintellekti ja tehisnärvivõrkude arendamisel ning krüptovaluuta kaevandamisel.

RAMDAC
RAMDAC on videokaardil asuv RAM-i kiip, mis muudab digitaalsignaali analoogsignaaliks. RAMDAC reguleerib videokaardi funktsioone. Sõltuvalt RAMDAC-is kasutusel olevatest bittide arvust ja andmevahetuskiirusest, suudab RAMDAC toetada erinevaid värskendussagedusi. Mõnel kaardil on lausa mitu RAMDAC-i, mis võimaldavad suurendada tootlikkust ja ühendada kaardiga rohkem kui ühe kuvari. RAMDAC saadab lõpliku pildi läbi kaabli kuvarisse. CRT-kuvarite puhul on väga oluline hoida värskendussagedust kõrgemal kui 75 Hz, kuna sellest madalam värskendussagedus väsitab "värisemise" tõttu liigselt silmi. Tehnoloogilise erinevuse tõttu ei ole "värisemine" LCD-kuvarite puhul probleemiks. Digitaalsete kuvarite populaarsuse kasvu tõttu integreeritakse RAMDAC GPU sisse, mistõttu on ta iseseisva osana kadumas. Kõik tänapäevased LCD-d, plasmakuvarid ja telerid töötavad digitaalsignaalil, mistõttu nad ei vaja RAMDAC-i olemasolu.

Video BIOS
Video BIOS on lihtne (ning tavaliselt kasutaja eest peidetud) programm, mis juhib videokaardi operatsioone ning sisaldab juhendeid selleks, et arvuti ja tarkvara saaksid suhelda videokaardiga. Video BIOS võib sisaldada informatsiooni videokaardi mälu viiteaegade, graafikaprotsessori töökiiruse ja voltide ning muude videokaardiga seonduvate parameetrite kohta. Mõned spetsialistid otsustavad parandada oma arvuti graafikakaardi tootlikkust seades käsitsi läbi Video BIOS-i sätete graafikaprotsessori kella kiiruse suuremaks, see on tuntud kui juurdekruttimine (overclocking). Tänapäevasemad kaardid on võimelised ka ise mingil määral oma taktsagedust muutma olenevalt jahutusele või kui jahutus on halvenenud, siis madaldama taktsagedust (downclocking). Tavaliselt siiski krutitakse juurde mälu sagedust, sest GPU kella kruttimine võib põhjustada GPU ülekuumenemise, mis võib halval juhul teha taastumatut kahju videokaardile. Kuigi juurdekruttimine võib parandada tootlikkust, muudab see ka tootja garantii kehtetuks, sest kaardi tootja annab garantii ainult tootja poolt seadistatud töörežiimi kohta.

Videokaardi muutmälu
 Tüüp Taktsagedus (MHz) Ribalaius (GB/s) GDDR 166 – 950 1.2 – 30.4 GDDR2 533 – 1000 8.5 – 16 GDDR3 700 – 2400 5.6 – 156.6 GDDR4 2000 – 4000 128 – 256 GDDR5 3400 – 5600 130 – 230 GDDR5X 1000 – 1750 160 – 673 GDDR6 1375 – 2500 672 – 960 GDDR6X2625 – 3000912 – 1152 GDDR718000 – 260001344 – 1536 HBM500 – 4900128 – 5000
Kui graafikaprotsessor loob kujutise, siis ta vajab kohta, kus hoida infot lõpetatud piltide kohta. Selleks kasutab ta videokaardi mälu (RAM), ladustades andmed iga piksli, tema värvi ja asukoha kohta ekraanil. Osa mälust (RAM) võib täita raampuhvri rolli, see tähendab, et hoitakse lõpetatud kujutisi, kuni saabub aeg neid kuvada. Tüüpiliselt töötab videomälu (RAM) väga suurel kiirusel ja omab "kahepoolset sadamakaid", mis tähendab, et süsteem võib andmeid lugeda ja kirjutada üheaegselt. Operatiivmälu (RAM) on ühendatud digitaal-analoogmuunduriga (digital-to-analog converter – DAC), mida tuntakse ka RAMDAC-ina, mis tõlgib kujutise kuvarile mõistetavaks analoogsignaaliks. Videokaartide muutmälu maht on vahemikus 128 MB kuni 32 GB. Tavaliselt kasutavad videokaardid spetsiaalset ja kiiret muutmälu, näiteks VRAMi, WRAMi, SGRAMi jne. 

GDDR

Aastast 2003 baseerub videokaartides kasutusel olev muutmälu GDDR (Graphics Double Data Rate) tehnoloogial. See on spetsiaalne mälu graafikakaardis, mis on mõeldud kiireks graafika renderdamiseks ja suure hulga andmete töötlemiseks. Võrreldes tavalise DDR mäluga, on sellel palju suurem andmeedastuskiirus, mis on oluline näiteks video töötlemisel, 3D pildi renderdamisel ja ka nõudlike arvutimängude mängimisel. Tänapäeval on GDDR põlvkondi seitse; uusim, GDDR7 on kasutusel Nvidia RTX 50 seeria graafikakaartides. 

HBM

Teine mälutüüp GDDR-i kõrval on HBM (High Bandwidth Memory), millel on suurem ribalaius kui GDDR mälul ja on võimeline rohkem andmeid korraga liigutama. Kui GDDR arhitektuuris paiknevad mälukiibid traditsiooniliselt reas, siis HBM-i puhul laotakse mälukiipe üksteise otsa, et tõsta mälu efektiivsust, suurendada ribalaiust ja vähendada energiakulu. HBM mäluga kaardid on kasutuses andmetöötluskeskustes ja -jaamades ning on kallimad kui GDDR mäluga kaardid, mis on müügil poes personaalarvutite jaoks.  Uusim HMB mäludest on 2023. aastal turule toodud HMB3E, millel on 4 virnaga siini laiuseks 4096 bitti, mis on palju suurem GDDR7 32 bitist, ja arvestades ühe virna laiust (1.25 TB/s) on HBM3E ribalaius 5 TB/s.

 Elektritarve tänapäeva arvutites 
Viimastel aastatel on arvutite komponentide elektritarve oluliselt muutunud, eriti seoses graafikakaartide kiire arenguga. Kuigi protsessorite ja toiteplokkide tootjad on pööranud suurt tähelepanu energiatõhususe parandamisele, on graafikakaardid kujunenud tänapäeva arvutites kõige suuremateks elektrienergia tarbijateks.
pisi|16-kontaktiline 12VHPWR 600W pistik
Moodsad tippklassi videokaardid, nagu näiteks NVIDIA GeForce RTX 4090 Ti või RTX 5090, võivad tarbida koormuse tipphetkedel 600 vatti või rohkem. Seetõttu kasutavad kaasaegsed graafikakaardid 3x - 4x PCIe 8-kontaktilist kaablit või 1x PCIe 16-kontaktilist kaablit võimsustega 450W - 600W, mis võimaldavad toiteplokil pakkuda vajalikku energiat otse kaardile. Näiteks RTX 5090 puhul kasutatakse sageli uut 16-klemmilist 12VHPWR-ühendust, mis toetab kuni 600-vatist energiavoogu ühest pistikust ja vastab ATX 3.0 standardile.

Oluline on märkida, et koos suurema energiatarbega kaasneb ka suurem soojusetekke probleem, mis nõuab tõhusamat jahutust. Tippklassi videokaardid ja protsessorid vajavad sageli vedelikjahutust või massiivseid õhkjahutuse süsteeme, et vältida ülekuumenemist ja tagada stabiilne töö. Samuti muutub toiteplokkide roll järjest olulisemaks – kvaliteetne, suure võimsusega (tavaliselt 850 W kuni üle 1200 W) ja 80 PLUS Platinum või Titanium sertifikaadiga PSU on hädavajalik tippkomponentide turvaliseks ja efektiivseks varustamiseks elektriga.

Füüsiline ehitus ja areng
Iseseisvad graafikakaardid alustasid väiksena ning olid ehituselt suhteliselt lihtsad, näiteks ATI VGA Wonder 1988 nime kandev kaart, mis omas eraldusvõimet kuni 800x600 ja kuni 16 biti jagu värve ning oli võimalik asetada IBM PC-isse. 

Graafikakaartide liikumine 2D-lt 3D-le muutis kaardi ehituse tunduvalt keerulisemaks ja suurenes ka komponentide hulk, näiteks 3Dfx Voodoo 1 - 1996. aastal tõi ekraanilahutusel 640x480 endaga kaasa tõelise 3D-graafika. Pärast 3Dfx pankrotistumist olid suuremad tootjad NVIDIA ja ATI. 3D-graafika oli arenenud juba väga kaugele ning NVIDIA GeForce 6. 2004 seeria puhul on näha juba kaartide laienemist ning jahutuse tähtsust üleüldise kaardi ehituse juures. 

2008. aastal oli AMD Radeon HD 4000 juba saavutanud praktiliselt 3 korda laiema kaardi kui esimesed väljatulnud kaardid, mis ei omanud veel aktiivset jahutust. Pärast seda on kaardid jäänud suuruselt suhteliselt samaks, vahepeal toimunud muutus analoog signaali asemel digitaalsele ei muutnud graafikakaartide suurust sugugi palju. 

Uusim ja suurim muutus pärast aktiivse jahutuse esimest korda kasutusele tulemist on NVIDIA RTX seeria. RTX Seeriast näiteks 3090 suurused on 336 mm x 140 mm x 61 mm, suurim, 4090 graafikakaart on 381 mm x 154 mm x 74 mm, kuid NVIDIA uusim ja kiireim 5090 graafikakaart jääb mõõtmetesse 304 mm x 137 mm x 40 mm. Praegusel kaevandamise ajastul asetatakse RTX 3090 plaadi teisele poole veel ekstra passiivseid jahuteid, et proovida hoida kaarti alla 90 kraadi Celsiuse.

Jahutusseadmed
Kuna videokaartide elektritarve on üha suurenenud, on kasvanud ka videokaartide eraldatava soojuse hulk. Kui see soojus kasvab liiga suureks, võib videokaart üle kuumeneda ja lõpuks lakata töötamast. Uuemad kaardid on võimelised reguleerima oma taktsagedust ning sellega limiteerima enda tööd juhul, kui jahutus on halvenenud. Seepärast kasutatakse videokaartidel erinevaid jahutusseadmeid, et suunata töö käigus tekkiv kuumus videokaardist eemale. Graafikakaartide jahutusseadmed on teinud läbi suure arengu ning tänapäevastel kaartidel on väga populaarne, et jahutusosa kaardis aktiivse jahutuse korral on kuni 4 korda laiem kui kaart ise. Kolm levinud jahutusseadmete tüüpi, mis on kasutusel videokaartide juures, on järgmised:
radiaator – passiivne jahutusseade. Suunab kuumuse videokaardilt eemale, kasutades soojusjuhtivat metalli (tavaliselt tehtud alumiiniumist või vasest). Õhk (või mõnel juhul vesi) toimib seejärel soojusvahetina, mis viib kuumuse videokaardist eemale.
ventilaator – aktiivne jahutusseade. Ventilaatorid on tavaliselt kasutuses radiaatoritega, suurendades seeläbi soojusülekande efektiivsust. Liikuvate osade tõttu vajab ventilaator püsivat hooldust.
vesijahutus – videokaardil on asendatud aktiivne jahutusseade veeplokiga, milles vesi liigub ja jahutab kaarti. Enamasti tuleb veeplokist välja 2 toru, üks torudest saadab enamasti vee plokki ning teisest jookseb vesi edasi jahutusradiaatorisse. Jahutusradiaator on enamasti aktiivne jahutusseade, mis omab ühte või enamat ventilaatorit ning sealt jookseb vesi edasi veehoidlasse kus see pumbatakse tagasi veeplokki.

Videokaardi tarkvara

DirectX ja OpenGL
DirectX ja OpenGL on rakendusprogrammilised kasutajaliidesed ehk API-d. API võimaldab riistvara ja tarkvara siduda efektiivsemalt keerukamate toimingute sooritamiseks, nagu näiteks 3D- graafiliste kujutiste viimistlus. Videokaartide arendajad optimeerivad intensiivse graafikakasutusega mänge tihti spetsiifilise API jaoks, mis on ka põhjuseks, miks uusimad mängud nõuavad sageli uuendatud DirectX või Open GL versioone korrektseks töötamiseks. 2020. aastal on uusim kasutatav DirectX Ultimate versioon 12 ehk DirectX 12 Ultimate.

 Vulkan 
Tegemist on 3D-graafika ja arvutusrakendusliidesega, mis võimaldab reaalajas 3D-graafikat kuvada näiteks mängud ja interaktiivne meedia. Vulkan on 2014 esimest korda päevavalgust näinud graafika API, mis sai võimu juurde AMD, DICE toel. Vulkan võimaldab madalamat protsessori ja graafikakaardi kasutust suurema tulemuse nimel ning toetab paljusid populaarsemaid operatsiooni süsteeme näiteks Windows 7-11, Linux, macOS, Android, IOS. 

Draiver
Draiver on tarkvaraline programmijupp, mis seletab videokaardile, mida ta peab joonistama. Kui rakendus teatab operatsioonisüsteemi vahendusel, et aken A on tarvis viia punktist B punkti C, siis kuvaadapterile arusaadavasse keelde tõlgib selle just draiver. Draiver sisaldab infot käskudest, mida graafikaprotsessor on võimeline täitma ja mida mitte, ehk millised pildiosad on võimeline ta ise välja arvutama ja millised on vaja jätta protsessorile. Süsteemi töökiiruse ja võimaluste seisukohalt on draiveril oluline tähtsus. Sageli on videokaardi või operatsioonisüsteemiga kaasas mitu draiverit, iga eraldusvõime ja värvussügavuse jaoks oma – järelikult võivad ka videokaardi võimalused eri režiimides erineda, olenevalt konkreetsest draiverist.

Vaata ka
 DVI
 Emaplaat
 Graafikaprotsessor
 HDMI
 HDTV
 IBM
 Intel
 Kahemõõtmeline arvutigraafika
 Kiirendatud graafikaport
 Kolmemõõtmeline arvutigraafika
 Kuvar
 Mängukonsool
 Protsessor
 RCA pistikühendus
 S-Video
 Toiteplokk
 VGA

Välislingid
 http://www.howstuffworks.com/graphics-card.htm
 http://www.gpureview.com
 http://www.wisegeek.com/what-is-a-graphics-card.htm
 http://www.nvidia.co.uk/page/home.html
 http://www.amd.com/uk/Pages/AMDHomePage.aspx
 http://www.pctechguide.com/41GraphicsCards.htm
 http://www.windowsnetworking.com/articles_tutorials/Graphic-Cards.html
 http://www.codinghorror.com/blog/archives/000662.html
 http://www.xbitlabs.com/articles/video/display/power-noise.html 
 http://encyclopedia.jrank.org/articles/pages/212966/Video-card.html
 https://www.neweggbusiness.com/smartbuyer/components/22-game-changing-video-cards-1981-2015/

Kategooria:Graafikariistvara