Tamás Ferenc: A videókártyák evolúciója 4. rész (2006-2014)


5. fejezet: A modern grafikus processzorok


(Képen: Graham Singer képe: A computer-grafika jelen és jövője címmel;
Kép forrása: http://www.techspot.com/article/659-history-of-the-gpu-part-4/ )
A DirectX 10 eljöveteléig nem volt különösebb értelme hozzányúlni az egyre komplexebbé váló grafikus kártyák legfőbb eleméhez, a GPU-hoz. A bővülésre jellemző, hogy a legnagyobb számítási igényű műveleteket immár 24 vagy 32 bites pontossággal hajtották végre. A DirectX 10-es megérkeztével a vertex és a képpont-árnyékolási műveletek egybefonódtak, így megszűnt a kettős feldolgozás. Az első olyan GPU, amely kihasználta ezt a lehetőséget az Nvidia ikonikus G80-asa volt.
Négy évnyi fejlesztés és 475 millió dolláros beruházás után 2007.november 8-án megszületett egy valódi behemót: a 681 millió tranzisztort tartalmazó 484 mm2 felületű zászlóshajó, a 8800 GTX, valamint a 8800 GTX 640 MB. Technikai paraméterek: GPU órajele: 575 MHz, memória: 768 MB, memória interfész: 384 bit, típus: GDDR3, memória órajele: 1800 MHz. Egyéb verziók voltak a túlhajtott 8800 Ultra, valamint a februári kicsit leegyszerűsített 320 MB-os GTS és a limitált példányszámú 640 MB/112 Core. Ez utóbbi 2007. november 19-én jelent meg. Az új élsimító algoritmus segítette GPU-k igen jól teljesítettek, az Nvidia megelégedéssel látta, hogy a vetélytársak kártyáinál jobban teljesítenek a GTX-ek. Ennek ellenére az Nvidia részesedése a grafikus kártyák piacán csökkent, mivel az AMD sokkal ügyesebben szerződött az OEM-ügyfeleivel; továbbá a közvéleményt sokkolta a GTX kártyák indokolatlan túlmelegedése és időnkénti lefagyása.


(Képen: MSI GeForce 8800 GTX kártya kiegészítő játékokkal.
Kép eredetije: http://prohardver.hu/dl/cnt/2007-03/1485/picz/gts320.jpg )
A G80-asra összpontosító Nvidia szoftvercsomagot adott, amely a C-nyelven alapuló CUDA névre hallgatott és segítségével a GPU-t jobban lehetett programozni. Ennek részei voltak a PhysX fizikai motor hozzáférhetősége, a professzionális virtualizáció, valamint az OptiX, az Nvidia sugárvonalú követő motorja. Az Nvidia és az AMD-ATI egyaránt a grafikus gyorsítást lehetővé tevő csővezetékek irányában kötelezte el magát; ám az AMD-ATI úgy döntött, hogy támaszkodik a fejlesztők és a bizottságok által javasolt OpenCL számítási útra, addig az Nvidia a saját CUDA motorját akarta még erőteljesebbé tenni. Ezért az Nvidia bemutatta a Tesla vonalat képviselő matematikai co-processzorát júniusban, amelyet eleinte a GeForce-ban és a Quadro FX 4600/5600-ban megtalálható G80-as motor hajtott.
A média várt a 8800 GTX válaszára az AMD-től, de csupán a csalódást okozó HD 2900 XT jelent meg. Ezt a felső-középkategóriás kártyát a nagy energiaigénye kiemelte a mezőnyből. Technikai paraméterek: GPU órajele: 743 Mhz, memória: 512 MB 512 biten, típus: GDDR3, memória órajele: 1650 MHz. Az izmos mutatók ellenére a gyakorlatban ez a kártya is nagyon melegedett, így nem lett sikeres, de az ezen architektúrára alapozott sorozat annál sikeresebb lett!
A hosszú fejlesztési időszak után kiadott R600-as szintén ballépésnek bizonyult, így a cég kénytelen volt stratégiát váltani: ezentúl tartania kellett a határidőket és maximalizálta a bevezetési lehetőségeket. Ez nyilvánult meg az RV770-es (Evergreen) kártyában, valamint az akkortájban megjelent északi és déli szigetek nevű lapkákban is.
Az elsőként kibocsájtott (R600-as) ATI/AMD GPU-k 420 mm2-esek voltak. Ezek voltak az AMD legelső DirectX 10-es chipjei, ráadásul a legelső 512 bites memóriabusszal felszerelt GPU-k, de ez jórészt kihasználatlan maradt a köszönhetően a játékfejlesztők közömbösségének és a hiányzó DirectX támogatásnak. Továbbá itt volt először beépítve a HDMI-be integrált audió-támogatás, valamint az első használható VLIW chip-építészeti technológia. Összességében ez volt az első eset a Radeon 7500 megjelenése óta, hogy az ATI/AMD nem állított ki egy prémium kategóriás kártyát megfelelő ár/érték aránnyal. Viszont az AMD frissítette az R600-as sorozatát R670-re, ahol az addig használt 80 nm-es építkezést 55 nm-esre csökkentette, valamint az 512 bites buszt is leredukálta 256 bitesre; ezzel a tranzisztorok száma is 666 millióra csökkent az R600-as 700 milliójáról. Az AMD szintén fejlesztette a DirectX támogatást, immáron 10.1-re, ráadásul hozzátette a PCI Express 2.0 támogatását is; így már fel tudta venni a versenyt a GeForce 8800 GT-vel és a hasonló kártyákkal. A kifejezetten prémium minőségű grafikus kártyák hiányában az AMD az RV620/635 alapjain két duál-GPU-s kártyát is piacra dobott 2008.januárjában. Ilyen volt pl. a HD 3850 X2 HDI is.


(Képen: Radeon HD 3870 X2 dupla GPU-val;
kép eredetije: http://www.ixbt.com/video3/images/rv670-3/his-3870x2-scan-front.jpg  )
A G80-as sikere nyomán az Nvidia elindította a G92-es sorozatát október 29-én, amellyel elsősorban a technikai oldalak elismerését söpörte be, többek között az igen versenyképes ára miatt.  (199 és 249 $ között; 512 MB memóriával). Ezzel komoly győzelmet aratott a rivális HD 2900 XT, valamint a HD 3870 felett, amely három héttel a GT után került a boltok polcaira. Nem meglepő, hogy a kedvező fogadtatás hamarosan a 8800 GT hiányához vezetett, így az év végére az Nvidia piaci részesedése 71 % körül mozgott.
Ha a 8-as széria technológia siker volt, akkor a 9-es szériát bátrán nevezhetjük a pangás korszakának. Mivel az AMD-től nem érkezett igazi válasz a 8-as szériára, így az Nvidia elkényelmesedett. A kilences széria így csak új néven csomagolt 8-as volt, báraz igazság az, hogy némi kis fejlesztést azért kapott. Az első modell a 2008.februárjában megjelent „új” G94 alapú 9600 GT volt. A technológia mutatók élén a dupla GPU-s 9800 GX2 kártya állt, amelyen lényegében két 9800 GTX volt összeházasítva némileg csökkentett órajelekkel. Ez a méretében is hatalmas monstrum nem lett sikeres a hatalmas energiaigénye, illetve a horribilis ára miatt sem! Technikai jellemzők: GPU órajel: 2x600 MHz, memória: 2x512 MB 256 biten, memória típusa: GDDR3, órajele: 2000 MHz. Az AMD agresszív árcsökkentésbe fogott a HD 3870 és a HD 3850 piacán, így az Nvidia 9-es sorozata csúfos kudarcokat szenvedett. Júniusra az Nvidia kiadta a GTX 260, illetve GTX 280 alapú GT200 GPU lapkát, amelyet komoly mennyiségben dobott piacra. Ezzel ismételten reflektorfénybe akart kerülni. Árazás tekintetében a 649 $ elég komoly ár volt, de a játékokhoz kifejlesztett 3D Vision csomag egy 3D-s szemüveget, valamint egy infravörös jeladót is tartalmazott; így jött össze ez az igen komoly ár!



(A fenti videón a GeForce 200 GTX demója látható)
A HD 4870 és 4850-es megérkezte után az árak drámaian csökkentek, például a GTX 280-as 38%-kal (400 $-ra), míg a GTX 260-as 25%-kal (299 $-ra). Az AMD reagált a kihívásra az RV770-nel, de ez részben sikertelen volt, mivel még a piacra dobás előtt kiszivárgott a specifikáció és így elvesztette az újdonság erejét. Amúgy a 4870 és a 4850-es voltak az első PC-be szánt grafikus kártyák, amelyet immáron GDDR5-ös memóriával szállítottak. Az emlegetett két kártya amúgy nagy piaci sikernek bizonyult mind a HDMI-képesség, mind az általános teljesítmény, mind a multi-GPU méretezése és természetesen az árak miatt. Ám hátránya volt a magas helyi hőmérséklete, ami egyes feszültség-szabályozó alkatrészek hirtelen leállását okozhatta. Az előző generáció sikerére alapozva az AMD kiadta a HD 4870 X2-t augusztusban. Ez a kártya hamarosan a teljesítmény-táblázatok élén találta magát a legtöbb kategóriában köszönhetően a teljesítményének, illetve a zajcsökkentésének és az alacsony hőtermelésének.

(Képen: Radeon 4870 X2 (fent) és Radeon 4870.
Kép eredetije: http://www.techspot.com/article/659-history-of-the-gpu-part-4/ )

A tizedik GeForce generációnál megváltoztatták a 8-as és 9-es generáció összekuszált neveit, mivel innentől kezdve a kártyák nevében elöl szerepel a teljesítményszintre való utalás (GT, GTS, GTX, …), majd mögötte a generációra jellemző számsor. Az Nvidia csak 2009 januárjában vágott vissza, amikor piacra dobta a GT 200-asát, amely immáron 55 nm-es technológiával készült. Újabb változat: GTX 295-ös, illetve a GT200-B3-as. Az egy GPU-s variáns az áprilisban piacra dobott GTX275 volt. Erre jött az AMD válasza: a módosított HD 4890-es és a HD 4770-es kártya (más néven: RV470-es). Ezek voltak az AMD első 40 nm-es kártyái. Bár a piac örült a fejlesztésnek, de a gyakorlatban sok gondot okozott az új technológia főleg a magas hibaszázalék miatt. Az AMD Radeon 4000-es szériában a szokásos optimalizációk mellett a számolóegységek számát is drasztikusan növelték, így komoly teljesítmény-növekedést értek el. A GPU-ban immáron 800 Stream dolgozott, de jelentősen megnőtt a textúrázó egységek száma is. Itt vezették be a GDDR5-ös memóriamodulokat. Viszont ez volt az utolsó széria, amelyből készült AGP-s változat. Az AMD még így is sokkal tovább életben tartotta ezt az irányt, mind az Nvidia. Az AMD Radeon HD 4870 technikai jellemzői: GPU órajele: 750 MHz, memória: 512 MB 256 biten, memória típusa: GDDR5, memória órajele: 3600 MHz.
Az Nvidia júliusban dobta piacra az első 40 nm-es termékeit: a belépő szintű GT216-ost és GT218-ast, amelyek a GeForce 205/210-ben voltak. Ezek voltak az Nvidia első DirectX 10.1-es kártyái, amelyek elérték a 7.1-es audió minőséget, a veszteségmentes audió folyamatot, valamint a Dolby True-HD minőséget, illetve a hangok HDMI-n való kezelését. A sorozat bevallott célja volt, hogy az otthoni mozik piacán átvegye a vezető szerepet.
A 2009. szeptembere és 2010. februárja közötti hónapokban az AMD sem tétlenkedett, mivel négy felső kategóriás GPU-t vezetett be (Evergreen család néven), közte a HD 5870-est, valamint a felső-középkategóriás HD 5850-est. Hamarosan ez a sorozat lett a piacvezető, mivel a komoly játékosok kedvencévé vált köszönhetően a páratlan teljesítményüknek és ár/érték hatékonyságuknak. Válaszul az Nvidia csak április 12-én dobta piacra a GTX 470/480-as kártyáit – köszönhetően az Nvidia GDDR5-ös téren való tapasztalatlanságának. Ez volt az Nvidia első DirectX 11-es sorozata. Sajnos a széria éppen az újdonsága miatt egy sereg olyan szolgáltatást is támogatott, amit a játékosok nem használtak ki, így csak feleslegesen növelték a kibocsájtott hőt, sokat fogyasztottak és  megvastagították az árat is. Bár a GTX 480-as kártyát elég langyos öröm fogadta, de a második hasonló kategóriás (Fermi) chip, a GTX 460-as már hatalmas siker lett. Itt a jó teljesítményhez végre igen jó ár is társult, ugyanis a 192 bites 768 MB-os kártya 199 $ volt, míg a 256 bites 1 GB-os társa 229 $ volt. Az Nvidia GeForce GTX 480 technikai jellemzői: GPU órajele: 700 MHz, memória mérete: 1536 MB 384 biten, memória típusa: GDDR5, memória sebessége: 3696 MHz.
A Barts, az AMD legelső Northern Island sorozatú GPU-ja októberben érkezett meg. Eredetileg az Evergreen sorozat folytatásának, komoly újításának tervezték, de a várt komoly teljesítmény-növekedés elmaradt, mivel megmaradt a korábbi HD 5830/5850-es teljesítményének szintjén, bár a fizikai méret jelentősen csökkent és megnőtt a dupla pontosságú számítások pontossága is. Az AMD Radeon HD 5970 technikai jellemzői: GPU órajele: 2x725 MHz, memória mérete: 2x1024 MB 256 biten, memória típusa: GDDR5, memória sebessége: 4000 MHz. Összesítve a Barts-sorozat az Evergreen egy komoly frissítésének bizonyult. Bár a teljesítmény növekedése nem volt drámai, de az AMD komoly munkát végzett, mivel kiadta a 120 Hz frissítési ráta feletti több monitor vezérlésére használt új DisplayPort 1.2-es verziót, a HDMI 1.4-a verzióját (3D-s lejátszás 1080p módon, akár 4K felbontással), valamint kifejlesztett egy újabb DivX dekódolási eljárást. A következő kiadású HD 6970/6950-es GPU-ban már a legfontosabb újítás a dinamikus energia-felhasználás volt (PowerTune).
Az Nvidia újabb nagy dobása a 2011.március 26-án kiadott GTX 590-nel összeházasított két darab GF110-es lapka volt. A sajtó azonnal lecsapott az újdonságra, így ebből siker lett.
Az AMD Northern Island-sorozatát (északi szigetek) cseppet sem meglepő módon a Southern Islands (déli szigetek) követte. Ennek zászlóshajója a HD 7970 volt. Ez volt a legelső PCI-E 3.0-s kártya, amely ráadásul a legújabb 28 nm-es technológiára épült. Hamarosan jött a második Tahiti-alapú kártya: a HD 7950-es, majd ezt egy Zöld-foki szigeteki (Cape Verde) kiadás követte. A kártya jó volt, de igazából nem nyújtott hatalmas előrelépést a játékosoknak a 40 nm-es verziókhoz képest.  Ez a tény, valamint a nem igazán versenyképes árcédulák sok gondot okoztak az AMD-nek. Ráadásul egyre nagyobb divat lett a kártyák túlhajtása (OverClock), azaz gyári teljesítmény feletti kihasználása, ami nagyban siettette a kártyák elhasználódását. A sorozat nem túl acélos teljesítéséhez hozzájárult az Nvidia Kepler-alapú GTX 680/670-es sorozata is. Az Nvidia nem csak az asztali gépek piacán támadott, hanem a mobilgépekén is, ahol jelentős sikereket ért el. Egy másik eltérés az Nvidia terén az volt, hogy a GeForce 8-as sorozat óta a mag frekvenciája legalább kétszerese lett a shader frekvenciájának. Például a 9-es sorozatban már 2,67-szeres volt. A racionalitás azt követelte, hogy az Nvidia a minél nagyobb teljesítmény hajszolása helyett a hangsúlyt a legjobb teljesítmény-per-watt mutatóra tegye át. Gyakorlatban több mag is fut párhuzamosan, amik egyenként ugyan kisebb frekvenciájúak és teljesítményűek, de a feladatmegosztásuknak köszönhetően a GPU összes teljesítménye sokkal izmosabb, mint az elődeiké. Ezen logika mentén a fogyasztás is csökken, viszont a termék a több mag miatt sokkal kiegyensúlyozottabban teljesít.
AMD Radeon HD 6950 technikai jellemzői: (az AMD előző zászlóshajója)
GPU órajele: 810 MHz, memória mérete: 2048 MB 256 biten, memória típusa: GDDR5, memória órajele: 5000 MHz, kibocsájtás éve: 2010. Cikk megírásakor ár: 99.000,- Ft.
Az Nvidia GeForce GTX 690 technikai jellemzői: (az Nvidia zászlóshajója 2013 elején)
GPU órajele: 2x915 MHz, memória mérete: 2x2048 MB 256 biten, memória típusa: GDDR5, memória sebessége: 6008 MHz, kibocsájtás éve: 2012. Cikk megírásakor ár: 290.000,- Ft.
AMD Radeon HD 7970 technikai jellemzői: (az AMD zászlóshajója 2014 elején)
GPU órajele: 925 MHz, memória mérete: 3072 MB 384 biten, memória típusa: GDDR5, memória sebessége: 5500 MHz, kibocsájtás éve: 2012 vége. Cikk megírásakor ár: 177.000,- Ft.

6.fejezet: Összefoglalás

2002 elején csak 14% volt az Intel részesedése a PC-k grafikus piacán. Az Extreme Graphics (830-865 chipkészlet) érkezésével ez 33%-ra emelkedett, majd a harmadik és negyedik generációs DX 9-es érkezése ezt az arányt 38%-ra növelte; ami a DX10-es GMA 4500-as sorozattal 50% fölé emelkedett. A GPU CPU-ba integrálása immár 60% fölé röpítette az Intelt. Mindez egy táblázatban:

GPU piac megoszlása 2013-ban:

AMD

20,2 %

Intel

61,8 %

Nvidia

18,0 %



A piac igen igényes, az újnál újabb termékek iránt hatalmas a kereslet, amit ugyan időnként megvisel egy gazdasági válság, de a tendencia állandó. Az AMD nagy ötlete (az ATI megvétele) újabb magasságokba emelte a küzdelmet. A következő nagy dobás a GPU-k több magba osztása volt, ami igen jót tett a hőtermelésnek és a teljesítményfelvételnek. Kérdés, hogy mi a következő nagy ötlet?! Ami bizonyos: az asztali gépek piaca a tabletek és a mobil platformok előretörésével háttérbe szorul, így a piac újabb átalakulás előtt áll. Mi, egyszerű felhasználók várjuk a folytatást!

Tamás Ferenc
© TFeri.hu, 2014. ápr.

Felhasznált irodalom:
- http://www.techspot.com/article/659-history-of-the-gpu-part-4/
- http://www.vgamuseum.info/
- http://www.tomshardware.com/
- http://www.techpowerup.com/ 
- http://www.nvidia.com/
- http://www.pcper.com/
- http://www.rgbcomputer.hu/ 
- http://www.aqua.hu/
- http://www.prohardver.hu/

© TFeri.hu, 2014. április