Графический процессор (особенности функционирования и структуры)

Современные видеокарты, в силу требований от них огромной вычислительной мощи при работе с графикой, оснащаются своим собственным командным  центром, иначе говоря - графическим процессором.

Это было сделано для того, чтобы «разгрузить» центральный процессор, который из-за своей широкой «сферы применения», просто не в состоянии справляться с требованиями, которые выдвигает современная игровая индустрия.

Графические процессоры (GPU) по сложности абсолютно не уступают центральным процессорам, но из-за своей узкой специализации, в состоянии более эффективно справляться с задачей обработки графики, построением изображения, с  последующим выводом его на монитор.

Если говорить о параметрах, то они у графических процессоров весьма схожи с центральными процессорами. Это уже известные всем параметры, такие как микроархитектура процессора, тактовая частота работы ядра, техпроцесс производства. Но у них имеются и довольно специфические характеристики. Например, немаловажная характеристика графического процессора – это количество пиксельных конвейеров (Pixel Pipelines). Эта характеристика определяет количество обрабатываемых пикселей за один такт роботы GPU. Количество данных конвейеров может различаться, например, в графических чипах серии Radeon HD 6000, их количество может достигать 96.

Пиксельный конвейер занимается тем, что просчитывает каждый последующий пиксель очередного изображения, с  учётом его особенностей. Для ускорения  процесса просчёта используется несколько параллельно работающих конвейеров, которые просчитывают разные пиксели одного и того же изображения.

Также, количество пиксельных конвейеров влияет на немаловажный параметр – скорость заполнение видеокарты. Скорость заполнения видеокарты можно рассчитать умножив частоту ядра на количество конвейеров.

Давайте рассчитаем скорость заполнения, к примеру, для видеокарты  AMD Radeon HD 6990 (рис.2) Частота ядра GPU этого чипа составляет 830 МГц, а количество пиксельных конвейеров – 96. Нехитрыми математическими вычислениями (830х96), мы приходим к выводу, что скорость заполнения будет равна  57,2 Гпиксель/c.

Рис. 2

Помимо пиксельных конвейеров, различают ещё  так называемых текстурные блоки в каждом конвейере. Чем больше текстурных блоков, тем больше текстур может быть наложено за один проход конвейера, что также влияет на общую производительность всей видеосистемы.  В вышеупомянутом чипе AMD Radeon HD 6990, количество блоков выборки текстур составляет 32х2.

В графических процессорах, можно выделить и другой вид конвейеров – вершинные, они отвечают за расчёт геометрических параметров трёхмерного изображения.

Сейчас, давайте рассмотрим  поэтапный,  несколько упрощенный, процесс конвейерного расчёта, с последующим формированием  изображения:

1-й этап. Данные о вершинах текстур поступают в вершинные конвейеры, которые занимаются рассчётом параметров геометрии. На этом этапе подключается блок «T&L» (Transform & Lightning). Этот блок отвечает за освещение и трансформацию изображения в трёхмерных сценах. Обработка данных в вершинном конвейере проходит за счёт программы вершинного шейдера (Vertex Shader).

2-ой этап. На втором этапе формирования изображения подключается специальный Z-буфер, для отсечения невидимых полигонов и граней трёхмерных объектов. Далее происходит процесс фильтрации текстур, для этого в «бой» вступают пиксельные шейдеры. В программных интерфейсах OpenGL или Direct3D описаны стандарты для работы с трёхмерными изображениями. Приложение вызывает определённую стандартную функцию OpenGL или Direct3D, а шейдеры эту функцию выполняют.

3–ий этап. В завершающем этапе построения изображения в конвейерной обработке, данные передаются в специальный буфер кадров.

Итак, только что мы вкратце рассмотрели структуру и принципы функционирования графических процессоров, информация ,конечно, «не из лёгких» для восприятия, но для общего компьютерного развития, я думаю,  будет  весьма полезна :)