Страница 2: Порты и интерфейсы
Интерфейс PCI Express
Сегодня все видеокарты, будь то для настольных ПК, ноутбуков или внешние модели Thunderbolt 4, подключаются к системе по интерфейсу PCI Express. Между тем некоторые разработчики GPU представили собственные интерфейсы. В случае NVIDIA, например, для подключения вычислительных ускорителей в дата-центрах используется NVLink с двунаправленной пропускной способностью до 900 Гбайт/с.
На сегодняшний день современным является стандарт PCI Express 5.0 с пропускной способностью 3,938 Гбайт/с на линию. Хотя две потребительские платформы AMD и Intel уже поддерживают PCI-Express 5.0, это еще не означает, что так будет и с видеокартами. AMD, NVIDIA и Intel пока не перешли на PCI Express 5.0 со своими видеокартами и предлагают поддержку только PCI-Express 4.0.
Как правило, графические процессоры в настольных видеокартах подключаются по 16 линиям, что дает 31,508 ГБ/с при использовании PCI Express 4.0. Для видеокарт в ноутбуках, в зависимости от используемого процессора и GPU, может быть доступно только восемь или даже четыре линии, что снижает пропускную способность в два или четыре раза. С другой стороны, подключение по восьми линиям обычно не является ограничением благодаря использованию вполне быстрого стандарта PCI Express 4.0. Определенную разницу можно измерить, но заметит ли ее игрок – уже другой вопрос. Восемь линий PCIe 4.0 обеспечивают ту же скорость передачи данных, что и 16 линий PCIe 3.0. С переходом на PCI Express 5.0 этот факт должен стать еще менее значимым.
В любом случае, классические настольные видеокарты подключаются по 16 линиям с пропускной способностью 31,5 ГБ/с. Более быстрое подключение видеокарт к системе может стать более важным при использовании Direct Storage. Однако в настоящее время технология Direct Storage ограничена не связью между GPU и остальной системой, а API как таковым. Это становится ясно при сравнении NVMe SSD с PCIe 3.0 и 4.0 или 5.0 в тестах Direct Storage. Измеряемая разница есть только по времени загрузки сохранений или уровней, но игрок и этого не заметит.
Поддержка PCI Express 5.0 уже появилась на платформах, но еще не на видеокартах. В серверном сегменте ситуация иная. Здесь пропускная способность играет гораздо более важную роль.
Интерфейс PCI Express является центральным элементом обмена данных между видеокартой и остальной системой. За прошедшие годы AMD и NVIDIA уделили ему пристальное внимание, добавив поддержку функции Resizable BAR (rBAR). rBAR упрощает доступ к видеопамяти, увеличивая производительность.
Поддержка Resizable BAR присутствует у систем с процессорами AMD, начиная с Zen 3 (линейка Ryzen 5000), а также Intel Core 10 и новее. Что касается чипсетов, то в случае AMD необходимы материнские платы на чипсетах 400 (которые поддерживают процессоры Ryzen 5000) или 500. Производители материнских плат либо активируют опцию Resizable BAR в UEFI по умолчанию, либо размещают ее на видном месте.
Для использования Resizable BAR технология должна быть включена в UEFI. Соответствующие опции могут называться "Above 4G memory/Crypto Currency mining" или "Re-Size BAR Support", они обычно располагаются в разделе настроек PCI Express в UEFI. Проверку активной опции rBAR можно выполнить в Панели управления NVIDIA в пункте "Resizable BAR". Конечно, можно воспользоваться и такими утилитами, как GPU-Z.
Видеовыходы
После того, как GPU выполнит рендеринг изображения, его необходимо вывести на монитор. У всех видеокарт для этой цели есть соответствующие видеовыходы. Могут встречаться HDMI или DisplayPort, старые стандарты VGA и DVI уже практически не используются. Все же медленный цифровой стандарт DVI или аналоговый VGA уже не соответствуют современным требованиям по качеству передачи. В зависимости от разрешения и частоты обновления, требуется пропускная способность порядка нескольких гигабит в секунду.
HDMI
HDMI (High Definition Multimedia Interface) не только обеспечивает высокие разрешения, но и передачу сигнала аудио от видеокарты на монитор. Через HDMI возможно даже сетевое подключение. Максимальная пропускная способность HDMI несколько раз увеличивалась со сменой поколений. Что позволило не только увеличить разрешение, но и передавать больше различных форматов аудио, а также большую глубину цвета.
У спецификации 1.0 поддерживается скорость передачи данных составляет 3,96 Гбит/с, при этом обеспечивается электрическая совместимость с DVI. Интерфейс позволяет передавать картинку в разрешении 1.920 x 1.080 пикселей с частотой обновления 60 Гц, одновременно поддерживается передача восьми каналов аудио. В случае HDMI 1.3 повышение пропускной способности до 8,16 Гбит/с позволило увеличить разрешение до 2.560 x 1.440 пикселей на 60 Гц. HDMI 1.4 увеличил возможное разрешение до 3.840 x 2.160 пикселей, но только на 24 Гц.
В стандарте HDMI 2.0 данное «узкое место» было устранено, теперь поддерживается разрешение UHD на 60 Гц. Пропускная способность современного стандарта HDMI составляет 14,4 Гбит/с. Что касается аудио, поддерживаются 32 канала с частотой дискретизации 1.536 кГц. В HDMI 2.0a была впервые добавлена поддержка HDR (High Dynamic Range - высокий динамический диапазон). Все современные видеокарты NVIDIA поддерживают стандарт не ниже HDMI 2.0b, обеспечивающий динамическую синхронизацию нескольких потоков аудио и видео.
Между тем появился стандарт HDMI 2.1a. Пропускная способность увеличена до 48 Гбит/с, что обеспечивает разрешения до 7.680 x 4.320 пикселей на 120 Гц. Однако для этого используется сжатие потока данных Display Stream Compression, оно выполняется с потерями, но существенно влияния на качества картинки нет.
DisplayPort
DisplayPort - стандарт, разработанный VESA (Video Electronics Standards Association), который является альтернативой HDMI. Как и PCI Express, стандарт DisplayPort опирается на линии. С первой версии и до нынешней DisplayPort 2.0 используется четыре линии, которые становились быстрее от версии к версии, поэтому и пропускная способность увеличивалась.
Стандарты DisplayPort 1.0 и 1.1a обеспечивают пропускную способность 10,8 Гбит/с, то есть DisplayPort был с самого начала был быстрее HDMI. Поэтому изначально была возможна передача сигнала в разрешении UHD. DisplayPort 1.2 стал важным шагом, поскольку он добавил функцию Adaptive Sync для синхронизации частоты кадров видеокарты и монитора. То есть дисплей теперь не обновляет картинку с собственной частотой 24, 30 или 60 Гц, а может синхронизировать частоту обновления с видеокартой - например, 40 кадров в секунду. NVIDIA по нескольким причинам выбрала проприетарную технологию под названием G-Sync, о которой мы поговорим чуть ниже.
У современного поколения видеокарт GeForce RTX NVIDIA поддерживает технологию DisplayPort 1.4a. Пропускная способность 32,4 Гбит/с несколько ниже HDMI 2.1a. Долгое время DisplayPort технически превосходил стандарты HDMI, но благодаря быстрой разработке HDMI смог на этом этапе догнать конкурента. В итоге выбор между интерфейсами подключения HDMI или DisplayPort зависит от характеристик монитора, частоты обновления и максимального разрешения.
Видеокарты с современными графическими процессорами AMD и Intel уже используют DisplayPort 2.1. Режимы передачи UHBR 10, UHBR, UHBR 13.5 и UHBR 20 позволили увеличить пропускную способность до 20 Гбит/с на линию. Суммарная скорость передачи данных составляет 80 Гбит/с, что значительно выше, чем у HDMI 2.1. Кроме того, уже есть приблизительные планы на следующую версию DisplayPort. Она должна удвоить скорость передачи данных и, следовательно, соответствовать будущим потребностям. Однако более подробных спецификаций пока нет. В настоящее время на видеокартах NVIDIA используются стандарты HDMI 2.1 и DisplayPort 1.4.
Дополнительное питание
Современные high-end видеокарты не обходятся без дополнительного питания. Конечно, слот PCI Express способе обеспечивать определенную мощность. Но лишь 75 Вт по линиям 12, 5 и 3,3 В. Производительным видеокартам требуется намного больше 75 Вт, поэтому и требуется дополнительное питание. Как правило, штекеры питания располагаются в задней части видеокарты.
Существуют два распространенных штекера дополнительного питания спецификации PCI Express с шестью и восемью контактами. Соответственно, 6-контактный вариант обеспечивает подачу мощности до 75 Вт, в случае 8-контактной версии речь идет о 150 Вт. Впрочем, указанные 75 и 150 Вт являются не физическими ограничениями штекеров, а расчетными спецификациями производителей блоков питания.
С видеокартами GeForce RTX 3090 Ti, а затем и во всех картах серии GeForce RTX 40, NVIDIA перешла на разъем питания 12VHPW. Он позволяет передавать до 600 Вт мощности и избавляет от необходимости использовать до трех разъемов и кабелей, как это было бы со старыми 8-контактными штекерами. В спецификации ATX 3.1 есть небольшие изменения по стандарту 12V-2×6, но разъем совместим с 12VHPWR.
Поэтому разъемы PCI Express с шестью и восемью контактами рано или поздно исчезнут. Некоторые партнеры NVIDIA все еще используют их в видеокартах среднего и младшего класса, но в следующем поколении с ними точно можно будет попрощаться. AMD и Intel, скорее всего, последуют примеру NVIDIA.