Ekran Kartı Anatomisi

PC Parçalarının Arkasındaki Teknoloji

Hemen hemen her masaüstü bilgisayarda bir tane var. Milyarlarca transistörleri var, yüzlerce watt güç kullanabilirler ve bin dolardan fazlaya mal olabilirler. Elektronik mühendisliğinin başyapıtlarıdır ve ürün sadakati ve küçümseme konusunda aşırı uçlar oluştururlar … ve yine de normalde yaptıkları şeylerin sayısı tek bir elden sayılabilir. Ekran kartları dünyasına hoş geldiniz!

Grafik kartları, TechSpot’ta en çok kullandığımız PC bileşenleri arasındadır, bu yüzden açıkça uygun bir diseksiyona ihtiyaçları vardır. Ekibi toplayalım ve ameliyat masasına gidelim. Bir grafik kartını oluşturan, çeşitli parçalarını bölen ve her bir bitin ne yaptığını görebilen içselleri araştırmanın zamanı geldi.

Ejderhaya gir

Ah, mütevazi grafik kartı ya da daha karmaşık bir başlık vermek için: video hızlandırma eklenti genişletme kartı . Küresel, milyarlarca dolarlık işletmeler tarafından tasarlanan ve üretilen bu makineler, bir masaüstü bilgisayarın içindeki en büyük ve tek başına en pahalı bileşendir.

Şu anda Amazon’da, en çok satan 10 ürün sadece 53 $ ‘dan 1.200 $’ a kadar göze çarpıyor, ikincisi içinde 1,5 kg ağırlığında ve 12 inç (31 cm) uzunluğunda. Ve tüm bunlar tam olarak ne yapacak ? Çoğu kullanıcı için 2D ve 3D grafikler oluşturmak ve video sinyallerini kodlamak / kodunu çözmek için devre kartında silikon yongalar kullanın.

Bu sadece birkaç şey yapmak için çok fazla metal, plastik ve para gibi geliyor, bu yüzden bir tanesine sıkışıp neden böyle olduklarını görsek iyi olur. Bu anatomi parçası için, Ekim 2010’da test ettiğimiz gibi bir Radeon HD 6870 olan XFX tarafından yapılmış bir grafik kartı kullanıyoruz.

İlk bakışlar çok fazla açığa çıkmaz: 22 cm kadar uzun bir süredir ama çoğu plastik gibi görünüyor. Bilgisayarda sıkıca yerinde tutmak için metal bir braket, büyük bir kırmızı fan ve bir devre kartı konektörü görebiliriz.

Ters çevirin ve diğer tarafta görülecek daha fazla şey olup olmadığına bakalım:

Fark ettiğiniz ilk şey, bir dizi elektronik bileşeni çerçeveleyen başka bir metal braket. Devre kartının geri kalanı makul derecede boş, ancak orta bölümden gelen çok sayıda bağlantı kablosu görebiliyoruz, bu yüzden orada önemli bir şey var ve oldukça karmaşık olmalı …

Burası sıcak!

Tüm çipler entegre devrelerdir (kısaca IC’ler) ve çalışırken ısı üretirler . Ekran kartlarının binlerce tanesi küçük bir hacme sahiptir, yani ısı bir şekilde yönetilmezse oldukça kızarırlar.

Sonuç olarak, grafik kartlarının çoğu bir tür soğutma sisteminin altında gizlidir ve bizimkiler istisna değildir. Tornavidalarla ve garanti uyarı etiketleri için açık bir ihmalle … bu oldukça eski bir birimdir:

Bu soğutma sistemi genellikle ‘üfleyici’ tipi olarak bilinir: bilgisayar kasasının içinden hava emer ve kasanın dışına çıkmadan önce büyük bir metal parçasına doğru yönlendirir.

Yukarıdaki görüntüde, metal bloğu görebiliriz ve ona yapışmak, genellikle termal macun olarak bilinen akan bir maddenin kalıntılarıdır . Görevi, grafik işlemci (GPU olarak da bilinir) ve metal blok arasındaki mikroskopik boşlukları doldurmaktır, böylece ısı daha verimli bir şekilde aktarılır.

Ayrıca , yumuşak, yumuşacık malzeme devre kartındaki bazı parçalar ile soğutucunun tabanı (aynı zamanda metal olan) arasında daha iyi bir temas sağladığından, termal ped adı verilen 3 mavi şerit de görebiliriz . Bu şeritler olmadan, bu parçalar neredeyse hiç değilse metal plakaya dokunmaz ve soğutulmaz.

Ana metal yığınına daha yakından bakalım – örneğimizde, bir bakır bloğu, 3 bakır boru, çok sayıda alüminyum kanatçık içine geliyor. Her şeyin adı bir soğutucu .

Borular oyuktur ve her iki uçta sızdırmazdır; içeride bakır bloktan ısıyı emen az miktarda su (bazı modellerde amonyaktır) vardır. Sonunda, su o kadar çok ısınır ki buhar olur ve ısı kaynağından borunun diğer ucuna gider.

Orada ısıyı alüminyum kanatçıklara aktarır, işlemde soğumaya ve tekrar sıvı hale gelir. Boruların iç yüzeyi pürüzlüdür ve kılcal bir etki ( fitilleme olarak da adlandırılır ), suyu bakır plakaya tekrar ulaşana kadar bu yüzeyden taşır.

Isı boruları , yaygın olarak adlandırıldıkları gibi, her grafik kartında görünmez. Bütçe, düşük kaliteli bir model çok fazla ısı üretmez ve bu yüzden onlara ihtiyaç duymaz. Aynı modeller, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi, para tasarrufu için soğutucu için genellikle bakır kullanmaz.

Bu Asus GeForce GT 710 , düşük kaliteli, düşük güçlü grafik kartları pazarına yönelik tipik yaklaşımı göstermektedir. Bu tür ürünler nadiren 20W’dan fazla elektrik gücü kullanır ve bunların çoğu ısı olarak sonuçlansa da, soğutucunun altında saklanan çipleri rahatsız etmek yeterli değildir.

Üfleyici tipi soğutucu ile ilgili bir sorun, metal kanatçıklar (ve daha sonra PC kasası dışında) boyunca hava üflemek için kullanılan fanın zor bir işi olması ve genellikle grafik kartının kendisinden daha geniş olmamasıdır. Bu, oldukça hızlı dönmeleri gerektiği anlamına gelir ve bu çok fazla gürültü üretir .

Bu sorunun ortak çözümü açık soğutucudur – burada fan havayı yüzgeçlere doğru yönlendirir ve fanı çevreleyen plastik / metalin geri kalanı bu sıcak havanın PC kasasına girmesine izin verir. Bunun avantajı, fanların daha büyük ve daha yavaş dönebilmesidir ve genellikle daha sessiz bir grafik kartı ile sonuçlanır. Olumsuz tarafı? Kart daha hacimlidir ve bilgisayarın iç sıcaklığı daha yüksek olacaktır.

Tabii ki, yok olan tüm Netflix gidip grafik kartı ile soğuk havayı kullanmak. Su, sıcaklığı (havadan kabaca 4 kat daha iyi) yükselmeden önce ısıyı emmede gerçekten iyidir, bu nedenle doğal olarak su soğutma kitleri satın alabilir ve bunları takabilir veya bir veya iki böbrek satabilir ve daha önceden takılmış bir grafik kartı satın alabilirsiniz. .

Yukarıdaki kart EVGA’nın GeForce RTX 2080 Ti KiNGPiN OYUNU – üfleyici soğutucu sadece RAM ve devre kartındaki diğer bileşenler içindir; ana işleme çipi su soğutmalıdır. 1.800 $ ‘lık bir parça için hepsi senin.

RTX 2080 Ti’nin ‘normal’ maksimum 250W güç tüketimine sahip olduğunu bilmek sizi şaşırtabilir, bu da daha önce bahsettiğimiz RX 5700 XT’den daha az.

Bu tür aşırı soğutma sistemleri günlük, değirmen işletmesi ayarları için mevcut değildir: gerilimleri ve saat hızlarını gülünç seviyelere çıkarmak ve bir ateş gibi tükürmek istiyorsanız, bu kurulumlardan biriyle devam edersiniz. gerçek ejderha.

Kasın arkasındaki beyinler: GPU’ya girin

Şimdi soğutma kartını grafik kartımızdan çıkardığımıza göre, neye sahip olduğumuzu görelim: ortada tıknaz bir çip bulunan, daha küçük siyah çiplerle çevrili bir devre kartı ve diğer her yerde çok sayıda elektrikli bileşen.

Hangi grafik kartına sahip olursanız olun, hepsinin parçaları aynıdır ve benzer bir düzen izler. 1998’e kadar gidip eski bir ATi Technologies grafik kartına baksak bile, yine de aynı şeyi görebilirsiniz:

Demonte HD 6870 gibi, ortada büyük bir çip, biraz bellek ve her şeyin çalışmasını sağlayan bir grup bileşen var.

Büyük işlemci birçok isme sahiptir: video adaptörü, 2D / 3D hızlandırıcı, grafik yongası sadece birkaç isim. Ancak bu günlerde, kısaca grafik işlem birimi veya GPU diyoruz . Bu 3 harf onlarca yıldır kullanılıyor, ancak Nvidia ilk kez kullandıklarını iddia edecek .

Bugün önemli değil. Tüm GPU’lar gördüğümüz çipin hemen hemen aynı yapısına sahiptir:

Bu işlemci AMD tarafından tasarlanmış ve TSMC tarafından üretilmiştir; genel mimari için TeraScale 2 ve çip varyantı için Barts XT gibi kod adlarına sahiptir . 0,4 inç kare (255 mm2) silikon içine paketlenmiş 1,7 milyar transistördür.

Akıllara durgunluk veren bu elektronik anahtar sayısı, GPU’ların spor yaptığı farklı ASIC’leri ( uygulamaya özel entegre devreler ) oluşturur. Bazıları iki sayıyı çarpmak ve eklemek gibi matematik işlemleri yaparlar; diğerleri hafızadaki değerleri okur ve bir monitör için dijital sinyale dönüştürür.

Aynı anda birçok şey için tasarlanmış GPU’lar, bu nedenle çip yapısının büyük bir yüzdesi tekrarlanan mantık birimleri bloklarından oluşur. Bunları AMD’nin mevcut Navi GPU serisinin aşağıdaki (yoğun şekilde işlenmiş) görüntüsünde net bir şekilde görebilirsiniz:

Aynı modelin 20 kopyasının nasıl olduğunu görün? Bunlar çipteki ana hesaplama birimleridir ve oyunlarda 3D grafikler yapmak için işin büyük kısmını yaparlar . Kabaca ortadan aşağı doğru uzanan şerit çoğunlukla önbellektir – talimatları ve verileri depolamak için yüksek hızlı dahili bellektir.

Kenarlarda, üstte ve altta, karttaki RAM yongaları ile iletişimi gerçekleştiren ASIC’ler bulunur ve işlemcinin en sağında bilgisayarın geri kalanıyla konuşmak ve video sinyallerini kodlamak / kodunu çözmek için devreler bulunur.

GPU’nun bağırsaklarını daha iyi anlamak istiyorsanız, AMD’nin yanı sıra Intel ve Nvidia’nın en son GPU tasarımlarını ve Intel’i okuyabilirsiniz . Şimdilik, en yeni oyunları oynamak veya makine öğrenme kodu ile patlamak istiyorsanız, bir grafik işlemciye ihtiyacınız olacağını belirteceğiz.

Ancak, tüm GPU’lar masaüstü bilgisayarınıza sıkıştığınız bir devre kartında gelmez. Birçok CPU’nun içinde küçük bir grafik işlemci bulunur; Aşağıda Core i7-9900K’nın bir Intel basın çekimi (dolayısıyla ona oldukça bulanık bir doğa) gösteriliyor.

Soldaki mavi bölümün entegre GPU olduğu çeşitli alanları tanımlamak için renklendirme eklendi . Gördüğünüz gibi, tüm çipin yaklaşık üçte birini kaplıyor, ancak Intel asla yongaları için transistör sayımlarını açıkça belirtmediğinden, bu GPU’nun ne kadar ‘büyük’ ​​olduğunu söylemek zor.

Yine de, AMD, Intel ve Nvidia’nın en yeni mimarilerden sunduğu en büyük ve en küçük GPU’ları tahmin edebilir ve karşılaştırabiliriz:

Üretici firma	AMD	Intel	Nvidia
Mimari	RNDA	Gen 9.5	Turing
Çip / model	Navi 10	Navi 14	GT3e	GT1	TU102	TU117
Transistör sayısı (milyarlarca)	10.3	6.4	Biraz	Daha az	18.6	4.7
Kalıp boyutu (mm 2 )	251	158	80 civarı mı?	30 kadar	754	200

Navi GPU’lar, Intel’in kendi 14nm’si ve TMSC’nin Nvidia için sunduğu (12FFN olarak adlandırılır) özel olarak rafine edilmiş 16nm’lik bir düğümle karşılaştırıldığında bir TMSC 7nm işlem düğümü üzerine inşa edilmiştir; Bu, doğrudan aralarında karşılaştırma yapamayacağınız anlamına gelir, ancak bir şey kesin – GPU’ların içinde çok sayıda transistör var !