частота гпу что это
Тактовая частота графического процессора видеокарты
Графический процессор
Тактовая частота GPU
О графическом процессоре мы немного поговорили, теперь можем переходить к основной теме – тактовой частоте GPU.
Опять же, как и в центральных процессорах, чем выше частота, тем больше задач может выполнить процессор в единицу времени. Поэтому тактовая частота GPU напрямую влияет на производительность видеокарты.
У технически одинаковых графических процессоров увеличение частотных показателей приводит к пропорциональному росту результирующей производительности.
Если мы рассмотрим две топовые конкурентные модели от Nvidia и AMD, к примеру возьмём усреднённые показатели, таких девайсов, как видеокарта Asus Radeon HD7970 и Nvidia GTX 680, то мы увидим следующую картину:
Тут приведены средние показатели без конкретных моделей, просто для отображения общей тенденции. Так как мы хорошо знаем про неявно выраженную лидерскую позицию среди этих двух видеокарт, то можем с помощью этого немного порассуждать о влиянии частоты GPU на производительность.
Оценивая сугубо частотные показатели мы видим 925 и 1006 МГЦ в разнице частотных показателей, что довольно таки существенно. Учитывая примерно паритетные показатели производительности как у Radeon HD 7970, так и Nvidia GTX 680 – можно констатировать всю ту же зависимость от комплексности характеристик. То есть более низкая частота видеочипа у HD 7970 компенсируется другими характеристиками, которые раскроют видеокарту лучше, в определенных видах нагрузок. Поэтому при выборе видеокарты нужно подбирать модель по комплексу характеристик, а не только по одному объёму видеопамяти или частоте графического процессора.
Так что еще раз подчеркну, что комплексность параметров – превыше всего, главное не концентрироваться на чем-то одном.
ВИДЕОКАРТЫ
Что нужно знать о видеокартах? Руководство THG для начинающих пользователей, часть II
Архитектура графического процессора: технология
Техпроцесс
Под этим термином понимают размер одного элемента (транзистора) чипа и точность процесса производства. Совершенствование техпроцессов позволяет получить элементы меньших размеров. Например, техпроцесс 0,18 мкм даёт элементы большего размера, чем 0,13-мкм техпроцесс, поэтому он не такой эффективный. Транзисторы меньшего размера работают от меньшего напряжения. В свою очередь, снижение напряжения приводит к уменьшению теплового сопротивления, что даёт снижение количества выделяемого тепла. Совершенствование техпроцесса позволяет уменьшить расстояние между функциональными блоками чипа, а на передачу данных требуется меньше времени. Сокращение расстояний, понижение напряжения и другие улучшения позволяют достигать более высоких тактовых частот.
Тактовая частота графического процессора
Тактовая частота графического процессора измеряется в мегагерцах (МГц), то есть в миллионах тактов за секунду.
Локальная видеопамять
Память видеокарты очень сильно влияет на производительность. Но разные параметры памяти влияют по-разному.
Объём видеопамяти
Объём видеопамяти, наверное, можно назвать параметром видеокарты, который больше всего переоценивают. Неопытные потребители часто используют объём видеопамяти для сравнения разных карт между собой, но в реальности объём слабо влияет на производительность по сравнению с такими параметрами, как частота шины памяти и интерфейс (ширина шины).
В большинстве случаев карта со 128 Мбайт видеопамяти будет работать почти так же, как карта с 256 Мбайт. Конечно, есть ситуации, когда больший объём памяти приводит к увеличению производительности, но следует помнить, что больший объём памяти не будет автоматически приводить к росту скорости в играх.
Где объём бывает полезен, так это в играх с текстурами высокого разрешения. Игровые разработчики прилагают к игре несколько наборов текстур. И чем больше памяти будет на видеокарте, тем более высокое разрешение могут иметь загружаемые текстуры. Текстуры высокого разрешения дают более высокую чёткость и детализацию в игре. Поэтому вполне разумно брать карту с большим объёмом памяти, если все другие критерии совпадают. Ещё раз напомним, что ширина шины памяти и её частота намного сильнее влияют на производительность, чем объём физической памяти на карте.
Ширина шины памяти
Более высокая пропускная способность шины (выражается в битах или байтах в секунду, 1 байт = 8 бит) даёт более высокую производительность памяти. Именно поэтому шина памяти намного важнее, чем её объём. При равных частотах 64-битная шина памяти работает со скоростью всего 25% от 256-битной!
Типы памяти
Память можно разделить на две основные категории: SDR (одиночная передача данных) и DDR (удвоенная передача данных), при которой данные передаются за такт в два раза быстрее. Сегодня технология одиночной передачи SDR устарела. Поскольку у памяти DDR данные передаются в два раза быстрее, чем у SDR, важно помнить, что у видеокарт с памятью DDR чаще всего указывают удвоенную частоту, а не физическую. Например, если у памяти DDR указана частота 1000 МГц, то это эффективная частота, при которой должна работать обычная память SDR, чтобы дать такую же пропускную способность. А на самом деле физическая частота составляет 500 МГц.
Частота шины памяти
Подобно процессору, память (или, точнее, шина памяти) работает на определённых тактовых частотах, измеряемых в мегагерцах. Здесь повышение тактовых частот напрямую влияет на производительность памяти. И частота шины памяти является одним из параметров, которые используют для сравнения производительности видеокарт. Например, если все другие характеристики (ширина шины памяти и т.д.) будут одинаковыми, то вполне логично утверждать, что видеокарта с 700-МГц памятью работает быстрее, чем с 500-МГц.
Интерфейс видеокарты
Все данные, передаваемые между видеокартой и процессором, проходят через интерфейс видеокарты. Сегодня для видеокарт используется три типа интерфейсов: PCI, AGP и PCI Express. Они различаются пропускной способностью и другими характеристиками. Понятно, что чем выше пропускная способность, тем выше и скорость обмена. Впрочем, высокую пропускную способность могут использовать только самые современные карты, да и то лишь частично. В какой-то момент скорость интерфейса перестала быть «узким местом», её сегодня попросту достаточно.
Самая медленная шина, для которой выпускались видеокарты, это PCI (Peripheral Components Interconnect). Если не вдаваться в историю, конечно. PCI действительно ухудшала производительность видеокарт, поэтому они перешли на интерфейс AGP (Accelerated Graphics Port). Но даже спецификации AGP 1.0 и 2x ограничивали производительность. Когда стандарт увеличил скорость до уровня AGP 4x, мы начали приближаться к практическому пределу пропускной способности, которую могут задействовать видеокарты. Спецификация AGP 8x ещё раз удвоила пропускную способность по сравнению с AGP 4x (2,16 Гбайт/с), но ощутимого прироста графической производительности мы уже не получили.
Сегодня лучше всего покупать карту с интерфейсом PCI Express, он продержится на рынке ещё несколько лет. Самые производительные карты уже не выпускаются с интерфейсом AGP 8x, и решения PCI Express, как правило, найти уже легче аналогов AGP, да и стоят они дешевле.
Решения на нескольких видеокартах
Совместное использование нескольких видеокарт даёт достаточную производительность, чтобы вывести игру с высокими настройками качества в высоком разрешении. Но выбирать то или иное решение не так просто.
Начнём с того, что решения на основе нескольких видеокарт требуют большое количество энергии, поэтому блок питания должен быть достаточно мощным. Всё это тепло придётся отводить от видеокарты, поэтому нужно обратить внимание на корпус ПК и охлаждение, чтобы система не перегрелась.
FAQ по видеокартам GeForce: что следует знать о графических картах?
Страница 4: GPU
Что скрывается за потоковым процессором, блоком шейдеров или ядром CUDA?
Потоковый процессор обрабатывает непрерывный поток данных, которых насчитываются многие сотни, причем они выполняются параллельно на множестве потоковых процессоров. Современные GPU оснащаются несколькими тысячами потоковых процессоров, они отлично подходят для задач с высокой степенью параллельности. Это и рендеринг графики, и научные расчеты. Что, кстати, позволило GPU закрепиться в серверном сегменте в качестве вычислительных ускорителей.
Еще одним шагом дальше можно назвать интеграцию ядер Tensor в архитектуру NVIDIA Ampere, которые способны эффективно вычислять менее сложные числа INT8 и INT4, но об этом мы поговорим чуть позже.
В составе GPU GA102 имеются семь кластеров Graphics Processing Clusters (GPC) с 12 потоковыми мультипроцессорами Streaming Multiprocessors (SM) каждый. Но на видеокартах GeForce RTX 3090 и GeForce RTX 3080 активны не все SM. GA102 GPU теоретически содержит 10.752 блоков FP32 (7 GPC x 12 SM x 128 блоков FP32). Но у GeForce RTX 3090 два SM отключены, поэтому видеокарта предлагает «всего» 10.496 блоков FP32. Такой подход повышает выход годных чипов NVIDIA, поскольку наличие одного-двух дефектных SM не приводит к отбраковке кристалла.
В случае GeForce RTX 3080 один кластер GPC полностью отключен, поэтому на GA102 GPU остаются шесть GPC, но только четыре из них содержат полные 12 SM, два ограничены десятью SM. Что дает в сумме 8.704 блока FP32 в составе 68 SM.
NVIDIA масштабирует архитектуру Ampere с видеокарты GeForce RTX 3060 вплоть до GeForce RTX 3090. Ниже представлен обзор видеокарт GeForce RTX 30:
| GeForce RTX 3090 | GeForce RTX 3080 Ti | GeForce RTX 3080 | GeForce RTX 3070 Ti | |
| GPU | Ampere (GA102) | Ampere (GA102) | Ampere (GA102) | Ampere (GA104) |
| Число транзисторов | 28 млрд. | 28 млрд. | 28 млрд. | 17,4 млрд. |
| Техпроцесс | 8 нм | 8 нм | 8 нм | 8 нм |
| Площадь кристалла | 628,4 мм² | 628,4 мм² | 628,4 мм² | 392,5 мм² |
| Число FP32 ALU | 10.496 | 10.240 | 8.704 | 6.144 |
| Число INT32 ALU | 5.248 | 5.120 | 4.352 | 3.072 |
| Число SM | 82 | 80 | 68 | 48 |
| Ядра Tensor | 328 | 320 | 272 | 192 |
| Ядра RT | 82 | 80 | 68 | 48 |
| Базовая частота | 1.400 МГц | 1.365 МГц | 1.440 МГц | 1.580 МГц |
| Частота Boost | 1.700 МГц | 1.665 МГц | 1.710 МГц | 1.770 МГц |
| Емкость памяти | 24 GB | 12 GB | 10 GB | 8 GB |
| Тип памяти | GDDR6X | GDDR6X | GDDR6X | GDDR6X |
| Частота памяти | 1.219 МГц | 1.188 МГц | 1.188 МГц | 1.188 МГц |
| Ширина шины памяти | 384 бит | 384 бит | 320 бит | 256 бит |
| Пропускная способность памяти | 936 Гбайт/с | 912 Гбайт/с | 760 Гбайт/с | 608 Гбайт/с |
| TDP | 350 Вт | 350 Вт | 320 Вт | 290 Вт |
| GeForce RTX 3070 | GeForce RTX 3060 Ti | GeForce RTX 3060 | |
| GPU | Ampere (GA104) | Ampere (GA104) | Ampere (GA106) |
| Число транзисторов | 17,4 млрд. | 17,4 млрд. | 12 млрд. |
| Техпроцесс | 8 нм | 8 нм | 8 нм |
| Площадь кристалла | 392,5 мм² | 392,5 мм² | 276 мм² |
| Число FP32 ALU | 5.888 | 4.864 | 3.584 |
| Число INT32 ALU | 2.944 | 2.432 | 1.792 |
| Число SM | 46 | 38 | 28 |
| Ядра Tensor | 184 | 152 | 112 |
| Ядра RT | 46 | 38 | 28 |
| Базовая частота | 1.500 МГц | 1.410 МГц | 1.320 МГц |
| Частота Boost | 1.730 МГц | 1.665 МГц | 1.780 МГц |
| Емкость памяти | 8 GB | 8 GB | 12 GB |
| Тип памяти | GDDR6 | GDDR6 | GDDR6 |
| Частота памяти | 1.725 МГц | 1.750 МГц | 1.875 МГц |
| Ширина шины памяти | 256 бит | 256 бит | 192 бит |
| Пропускная способность памяти | 448 Гбайт/с | 448 Гбайт/с | 360 Гбайт/с |
| TDP | 220 Вт | 200 Вт | 170 Вт |
Одновременное выполнение операций с целыми числами и числами с плавающей запятой
Как мы уже упоминали, вычислительные блоки FP32 могут работать в режиме 2x FP16, то же самое касается INT16. Чтобы увеличить вычислительную производительность и сделать ее более гибкой, в архитектуре NVIDIA Turing появилась возможность одновременного расчета чисел с плавающей запятой и целых чисел. Конечно, подобная возможность сохранилась и в архитектуре Ampere. NVIDIA проанализировала данные вычисления в конвейере рендеринга в десятках игр, обнаружив, что на каждые 100 расчетов FP выполняется примерно треть вычислений INT. Впрочем, значение среднее, на практике оно меняется от 20% до 50%. Конечно, если вычисления FP и INT будут выполняться одновременно, то конвейеру придется иногда «подтормаживать» в случае взаимных связей.
Соотношение 1/3 INT32 и 2/3 FP32 отражено в структуре Ampere Streaming Multiprocessor (SM), составляющем элементе архитектуры Ampere. NVIDIA удвоила число вычислительных блоков FP32 на каждый SM. Вместо 64 блоков FP32 на SM, их теперь насчитывается 128. Плюс 64 блока INT32. Теперь на квадрант SM насчитывается два пути данных, некоторые могут работать параллельно. Один из путей данных содержит 16 блоков FP32, то есть может выполнять 16 вычислений FP32 за такт. Второй путь данных содержит по 16 блоков FP32 и INT32. Каждый из квадрантов SM может выполнять либо 32 операции FP32, либо по 16 операций FP32 и INT32 за такт. Если же брать SM целиком, то возможно выполнение 128 операций FP32 или по 64 операции FP32 и INT32 за такт.
Параллельное выполнение продолжается и на других блоках. Например, ядра RT и Tensor могут работать параллельно в конвейере рендеринга, что снижает время, требующееся на рендеринг кадра.
Под термином «потоковые процессоры» сегодня подразумевают количество вычислительных блоков GPU, хотя следует помнить, что сложность вычислений бывает разной. Поэтому термин используется гибко, но обычно все равно описывает вычислительные блоки.
Текстурные блоки
Действительно, для рендеринга объекта простых текстур уже недостаточно, использование нескольких слоев позволяет, например, получить 3D-эффект вместо плоской текстуры. Раньше объекты приходилось рассчитывать на конвейере несколько раз, и каждый проход текстурный блок накладывал текстуру, сегодня достаточно одного процесса рендеринга, текстурный блок может получать данные объекта для многократной обработки из буфера.
Контроллер памяти
Помимо изменений в SM, новая архитектура NVIDIA получила оптимизированную структуру конвейеров растровых операций (ROP), а также соединения ROP и контроллера памяти. До поколения Turing ROP всегда подключались к интерфейсу памяти. И на каждый 32-битный контроллер памяти приходилось восемь ROP. Если число контроллеров памяти и ширина шины менялись, то же самое касалось и ROP. В архитектуре Ampere ROP перенесены в GPC. Используются два раздела ROP на GPC, каждый раздел содержит восемь ROP.
Что дает иную формулу вычисления ROP на GeForce RTX 3080. Шесть GPC с 2x 8 ROP на каждом дают 96 ROP. У GeForce RTX 3090 работают семь GPC с 2x 8 ROP, что дает 112 ROP. NVIDIA намеренно интегрировала ROP глубже, чтобы задняя часть конвейера рендеринга меньше зависела от интерфейса памяти. Например, видеокарта GeForce RTX 3080 использует 320-битный интерфейс памяти, но содержит 96 ROP, а не 80 ROP.
Интерфейс памяти разделен на 32-битные блоки. В зависимости от желаемой ширины интерфейса памяти или емкости, их можно набирать в произвольном количестве.
Ядра Tensor и RT
Ядра Tensor третьего поколения
С архитектурой Turing NVIDIA представила два новых вычислительных блока, ранее на GPU не использовавшихся. Конечно, ядра Tensor знакомы нам по архитектуре Volta, но там они использовались для научных расчетов. В случае GPU Ampere ядра Tensor перешли уже на третье поколение.
Ядра Tensor ранее использовались только для вычислений INT16 и FP16, но в третьем поколении они могут работать с FP32 и FP64. Что особенно важно для сегмента HPC с высокой точностью. Для игровых GPU GeForce намного важнее меньшая точность.
Ядра Tensor архитектуры Turing могут выполнять 64 операции FP16 Fused Multiply-Add (FMA) каждое. В случае Ampere число операций увеличено до 128 у GA102 GPU и до 256 у GA100 GPU с плотными матрицами. Если же используются разреженные матрицы, число операций FMA FP16 увеличивается до 256 у GA102 GPU и до 512 у GA100 GPU. Ядра Tensor архитектуры Turing разреженные матрицы не поддерживают.
Ядра RT второго поколения
Все они опираются на тот принцип, что удаленные от луча примитивы не могут с ним пересекаться. Следовательно, и смысла их просчитывать нет. Число лучей на сценах растет экспоненциально, поэтому на каждый луч следует обрабатывать как можно меньшее число примитивов, чтобы не увеличивать вычислительную нагрузку.
Поскольку NVIDIA не изменила число ядер RT на SM в архитектуре Ampere, количество блоков SM на GPU по-прежнему определяет производительность RT. Но в ядрах RT есть другие оптимизации.
Одна из проблем с расчетом пересечений при трассировке лучей связана с движущимися объектами, особенно если используется эффект размытия движения (motion blur). Для ядер RT в архитектуре Turing такой сценарий является «узким местом». Но второе поколение ядер RT уже лучше справляется с интерполяцией эффекта размытия движения. Пересечения просчитываются с упреждением, в итоге трассировка лучей рассчитываются только для тех областей, где она необходима.
Кэши L1 и L2
Между функциональными блоками (потоковые процессоры, ядра RT и Tensor) и видеопамятью располагаются еще два уровня хранения данных, без которых GPU не смог бы выдавать высокий уровень производительности. Цель этих кэшей заключается в том, чтобы хранить информацию как можно ближе к функциональным блокам. Данные передаются из видеопамяти сначала в кэш L2, а затем и в кэш L1.
NVIDIA с архитектурой Ampere вновь увеличила кэш L1 с 96 до 128 кбайт. Скорость работы L1 была вновь удвоена. NVIDIA реализовала такую же меру ранее при переходе с Pascal на Turing. Число 32-битных регистров не изменилось и осталось на уровне 16.384. То же самое касается числа блоков чтения/записи.
Что такое GPU и в чём разница между видеокартой
Для проведения вычислительных операций в каждом современном компьютере предусмотрен не только центральный, но ещё и графический процессор (GPU). Последний преимущественно используется для отрисовки графики.
В этой статье разберёмся, какие бывают графические процессоры, чем они отличаются GPU от видеокарт, а также как узнать, какой именно GPU установлен в ПК или ноутбуке.
Что такое GPU
Что такое GPU в компьютере и для чего он используется
GPU это вспомогательный микрочип, который берёт часть вычислительных операций на себя вместо процессора. И за счёт специализированной архитектуры, GPU лучше подходит для проведения расчётов с плавающей точкой, тогда как CPU больше ориентирован на работу в многопоточном режиме.
То есть видеокарта GPU способна быстро проводить расчёты, где используется одна или схожая формула (например, вычисление точки затенения графики при попадании тени на текстуру). Центральный процессор же ориентирован на проведение расчётов сразу в несколько потоков, когда пользователь работает одновременно с большим количеством приложений.
Графический процессор и видеокарта одно и то же
Многие считают, что графический процессор (GPU) и видеокарта — это синонимы. Но это — ошибочное мнение. Графический процессор (GPU) — это микрочип, который представляет собой кремниевый кристалл. Визуально схож на CPU. Но архитектура GPU кардинально отличается от той, что используется в обычном центральном процессоре. В видео это объясняется простым языком
Видеокарта — это плата, которая включает в себя графический процессор, оперативную память, линию питания, шлюз для обмена информации (по линии PCI Express), а также набор видеовыходов для подключения мониторов.
То есть GPU — это часть видеокарты. С технической стороны, видеоадаптер — это мини-компьютер. Ведь у него есть собственный процессор (графический), ОЗУ, шина данных.
Что такое интегрированный графический процессор
Видеокарты вплоть до 2005 года выпускались в форме отдельной платы, подключаемой к материнской плате компьютера или ноутбука. Но затем графические процессоры (GPU) начали интегрировать в CPU, такие кристаллы принято обозначать как iGPU.
У них нет собственной оперативной памяти или кэша. Соответственно, при отрисовке графики они резервируют часть имеющейся в компьютере ОЗУ.
Также интегрированные GPU менее производительные. И за счет этого — потребляют в десятки раз меньше электроэнергии. Именно поэтому их чаще всего и используют в производстве недорогих ноутбуков, портативной техники.
Что такое графический процессор(GPU), интегрированный в CPU с технической точки зрения? Это отдельный кремниевый микрочип, который находится на одной плате («подложке») с центральным процессором. То есть он работает отдельно, хоть и использует ту же самую линию питания, что и CPU.
Как узнать какой GPU в компьютере
Узнать, какой графический чип установлен в ПК, дискретный или интегрированный можно двумя способами:
Есть нюанс: во многих современных ноутбуках устанавливается одновременно и интегрированная, и дискретная видеокарта. По умолчанию используется iGPU. А дискретный GPU задействуется в тех ситуациях, когда производительности iGPU недостаточно (например, при запуске видеоигры, приложения для видеомонтажа).
Графический процессор GPU при выполнении расчётов довольно сильно нагревается. Это специфика кремниевых кристаллов.
Температура свыше 100 градусов существенно ускоряет деградацию кремниевого кристалла. И именно перегрев — одна из самых распространённых причин выхода из строя видеокарт.
А для тестирования можно воспользоваться бесплатной утилитой Furmark.
Что делать, если температура в нагрузке CPU слишком высокая? Подробно описано здесь
Что такое дискретный графический процессор
Дискретный графический процессор — это тот, который устанавливается отдельно от CPU. Поставляется в форме платы, чаще всего — с портом PCI Express для подключения к материнской плате.
Недостатки встроенного GPU в компьютере
Ключевые недостатки интегрированных графических процессоров (iGPU):
Но есть у iGPU и весомое преимущество. Это малое энергопотребление.
Для сравнения, видеокарта GPU Nvidia Geforce последнего поколения потребляет порядка 300 Вт в нагрузке. Интегрированный графический процессор — порядка 3 – 10 Вт (в зависимости от модели видеокарты). Также следует упомянуть, что в игровых приставках последних поколений (XBOX, PlayStation), а также в портативной игровой консоли Steam Deck используются именно iGPU.
Аналитики вообще считают, что в ближайшие 10 – 20 лет дискретные видеокарты вообще станут невостребованными и их производство вовсе прекратят.
Итого, в каждом ПК или ноутбуке устанавливается два процессора, один из которых — графический( GPU). Интегрированные iGPU отлично подходят для «офисных» ПК, тогда как с дискретными GPU — для игровых компьютеров или так называемых «графических станций». А какая видеокарта установлена в вашем ПК или ноутбуке? Расскажите об этом в комментариях.