Зигзаги истории

CPU -> CPU + GPU -> CPU ->  ...

на страницах сайта 

www.electrosad.ru

Наблюдая длительное время за развитием компьютерной техники видим как неожиданно и часто внешне необъяснимо меняются подходы к проектированию на разных этапах развития ПК и как развитие всех их составляющих взаимосвязаны. Эти изменения часто определяются не столько улучшениями технических характеристик, а скорее экономической целесообразностью.

 

 

На первых компьютерах ввод - вывод результатов вычислений выполнялся с помощью специального контроллера управляемого процессором. Весьма условно можно говорить об этом контроллере как видеокарте, не смотря на то что он обладал некоторыми чертами общими для графической карты - устройства вывода графической информации.

 

Потому, что адресная строка не требовала ни цвета, ни графики. Вывод информации осуществлялся на монохромные дисплеи в текстовом режиме. На мониторах писали команды и читали результаты их выполнения. Цвет мониторов был главным образом зеленый, потом он стал белым. Для отображения символов хватало 8 разрядов, а на экран выводилось, чаще всего, 25 строк по 80 символов. Каждый символ имел размер 9х14 пикселей. В каждое знакоместо может быть выведен один из 256 заранее заданных символов. В число этих символов входят большие и малые латинские буквы, цифры, а также псевдо графические символы, используемые для вывода на экран таблиц и диаграмм, построения рамок вокруг участков экрана и так далее. В число символов, изображаемых на экране в текстовом режиме, могут входить и символы кириллицы (буквы русского алфавита).

 

Но развитие компьютеров продолжалось, появился цвет, потом квази графика переросла в настоящую графику с 32 битным цветом, поэтому постепенно по мере развития появлялись все более качественные системы вывода изображения, наиболее важные этапы которых показаны в таблице 1:

 

Стандарт Цвет Режим Размер количество пикселей
MDA - текст 80х25 знакомест  
- граф 320х200 64000
CGA - текст 80х25 знакомест  
+ граф 320Х200 64000
EGA + граф 640Х350 224000
VGA + -"- 640Х480 307200
SVGA + -"- 800х600 480000
XGA + -"- 1024х786 786423
WSXGA + -"- 1600х1024 1638400
QXGA + -"- 2560х2048 5242880

Таблица 1

При этом каждый пиксель графического изображения пересчитывается с частотой обновления кадров и строк.

 

Когда в выводимой информации стала преобладать многоцветная графика (даже при 640х350, 16 цветов), отвлекать ресурсы процессора на обработку этой постоянно обновляющейся графики стало накладно, потому что снижало эффективность CPU по обработке им основных вычислительных задач. Именно для разгрузки процессора от специфических задач обработки графики стали применять специальные устройства графические адаптеры или видеокарты со специализированным процессором.

 

GPU или графические процессоры стали все более затачиваться под задачи обработки графической информации.
Графический адаптер (видеокарта) в конце концов стала как бы специализированным компьютером предназначенным для обработки графической информации по определенным алгоритмам определяемых исполняемым программным обеспечением или драйверами. Она имеет все атрибуты компьютера: может иметь свой BIOS, процессор GPU, интегрированный набор микросхем, внутренние и внешние шины обмена данными, оперативную память, программное обеспечение в виде драйверов или графических ускорителей.
Чтобы Вы представили, что такое современный GPU - графический процессор на рис. 1 показана структура графического процессора производства NVIDIA:

 
Рисунок 1
Графический процессор это сложная многоядерная структура заточенная под выполнение ограниченного набора команд обработки графической информации. И они предназначены для А самые производительные графические процессоры потребляют до 160 -380 Вт, в зависимости от модели и загрузки.
Например не самая крутая видеокарта GeForce 9600 GSO, имеет хорошую производительность в разрешении 1680x1050 в большинстве игр, 512 Мб оперативной памяти (объем оперативной память видеокарты может превышать 1 Гб).

 

На некоторых не самых производительных десктопных решениях существовала практика применения встроенных на системную плату видеокарт, звуковых карт. Они использовали ресурсы системной платы (шины, оперативную память), которые изымались у системы для нужд видеокарт.

Появившиеся в последствии ноутбуки и нетбуки планшетные ПК, в силу заложенных конструктивных ограничений (малые размеры, ограниченное энергопотребление и ограниченное тепорвыделение) имели и будут иметь в дальнейшем существенные ограничения по выполняемым задачам и в том числе по графике. Поэтому в большинстве из них для упрощения конструкции используются встроенные в систему видеокарты.

В связи с тем, что такие видеокарты имеют существенные ограничения по пропускной способности шин, то для увеличения их быстродействия напрашивается перенос графического процессора непосредственно в состав CPU.

Intel так и сделал - выпустив серию процессоров Sandy Bridge, тем более это пролонгирует действие так любимого корпорацией Intel "закона Мура". Планировалось с помощью этих процессоров перекрыть нишу процессоров для мобильных систем. Такие процессоры Sandy Bridge имеют потребление от 17 до 35 Вт.

 

Встроенная графика Sandy Bridge на практике [2]

 Для начала отметим, что в тестах встроенной графики на разных платах получились очень близкие результаты (отличия в пределах погрешности измерения), поскольку они на самом деле зависят от процессора, памяти, диска, а не материнских плат. Поэтому, дабы не затруднять восприятие, мы решили привести усредненные цифры, учитывающие результаты всех трех моделей.

 ... на минимальных настройках графика «песочных мостов» позволяет поиграть даже в некоторые игры, использующие DirectX 10. Впрочем, обольщаться здесь не стоит: тот же Crysis, выдавая вполне достаточное для игры количество кадров в секунду (FPS), всю графическую привлекательность, из-за чего его прозвали «симулятором пальм», на таком режиме полностью теряет. То же самое касается и других игр. Заметим, что низкие значения FPS в Far Cry 2 объясняются особенностями бенчмарка этой игры: если выбран рендеринг, выполняемый средствами DirectX 10, то графические настройки ниже «высоких» опустить попросту невозможно — отсюда и низкая скорость. В реальной игре их можно было бы еще занизить, но в любом случае более привлекательную картинку можно получить, если использовать DirectX 9. Для интереса мы провели «краш-тест»: запустили бенчмарк S.T.A.L.K.E.R.: Call of Pripyat при разрешении 1920 х 1080 точек и максимально возможных настройках. Встроенная графика справилась с ним вполне успешно — в том смысле, что тест прошел до самого конца. Скорость, конечно, была соответствующая — не более 2 кадр./с.

 Если сравнивать процессоры между собой, то, как видим, производительность графического ядра снижается у них довольно быстро: вторая по мощности модель i5-2500K отстает от топового i7-2600K примерно на 10%, а вот занимающий третье место в табели о рангах кристалл i5-2400 — уже на 30%.

 Весьма любопытным получилось сравнение с дискретной графикой. Как видим, самый слабый из протестированных процессоров обеспечивает почти такую же производительность, как самая слабая из «видюх» — Nvidia GeForce 210, ну а i7-2600K быстрее ее примерно на четверть. Более мощные видеоплаты — Nvidia GeForce GT 220 и AMD Radeon HD 5550 — по-прежнему сильно опережают встроенную графику. Самых современных видеоплат нижнего ценового диапазона в нашем распоряжении не было, но по прошлому опыту мы знаем, что они несколько быстрее своих предшественников, так что картина при их наличии принципиальных изменений не претерпела бы.

 Таким образом, можно констатировать, что нишу ранее занятую самыми слабыми моделями дискретных видеоплат вроде Nvidia GeForce 210 и AMD Radeon HD 5450, теперь прочно оккупировала встроенная графика: она обеспечивает такую же или несколько большую производительность в играх и, что для систем такого класса более важно, обладает способностью декодировать HD-видео в реальном времени. Если вам нужен домашний мультимедийный центр или мощный компьютер для деловых применений, процессоры семейства Intel Sandy Bridge на сегодняшний день в большинстве случаев представляются наиболее привлекательным выбором.

 

В чем причина такого успеха Sandy Bridge

Одним из тонких мест обработки графической информации на производительных ПК, это шины передачи данных. Вся история графических адаптеров это борьба за производительность, которая периодически заканчивалась сменой интерфейса передачи данных, локальной шины.

 


История локальных шин видеоконтроллеров

 
Локальная шина   Пропускная способность Примечание
XT-Bus   - 8 бит данных/20 бит адреса, на частоте 4,77 МГц
 ISA   5,5 МиБ/с 16/24 бит, на частоте 8 МГц
VLB   <130Мбайт/с 32 бит, частота от 25 МГц до 50 МГц
PCI   133 МиБ/с 32/32 бит, частоте шины 33 МГц
AGP 1x  266 МиБ/с 32 бит, частота 66 МГц, 1блок за такт
2x 533 -"-, 2 блока за такт, 3,3 в
4x 1,06 -"-, 4 блока за такт, 1,5 в
8x 2,12 -"-, 8 блока за такт
PCI Express v.1.0 2,5 Гбит/с  
v.2.0 5 Гбит/с  
Optic Bus   до 40 Гбит/с Intel, первые данные появились в 2005 году*
Таблица 2
* - новые технологии и [4]
Для сравнения: кольцевая шина Sandy Bridge при тактовой частоте 3 ГГц составляет порядка 96 Гбайт/с на кристалле процессора.
Разница между перечисленными в таблице 1 локальными интерфейсами и кольцевой шиной Sandy Bridge, в их длине, их отношение составляет более 15/1. Это, в основном, и определяет более высокую пропускную способность.

 

Наиболее революционное решение Intel, — полная интеграция графического чипа в CPU, — привело к росту производительности, которая обуславливалась высокой пропускной способностью 256 -битной кольцевой шины процессора, которая служит для обмена данными между основными блоками процессора: всеми основными ядрами, графическим ядром, системным агентом и L3 кеш-памятью. Производительность кольцевой шины при тактовой частоте 3 ГГц составляет порядка 96 Гбайт/с между каждым из подключенных блоков. Именно за счет этого встроенное графическое ядро позволило достичь производительности соизмеримой с дискретными видеокартами начального уровня и заявить свои претензии на мобильный сегмент. К тому же в большинстве новых процессоров установлено графическое ядро нового поколения Intel HD Graphics 2000 и в некоторых моделях Intel HD Graphics 3000.

Но для пересмотра роли интегрированной графики в современном ПК этого оказалось недостаточно.

 

Intel не была бы Интел, ...

...если бы не взяла от рынка ПК все что может с помощью процессора с ядром Sandy Bridge. Понятно, что чем шире применяется данный процессор , тем больше производится процессоров и тем они дешевле и выше доходы производителя. Поэтому появились производительные модели Sandy Bridge, которые сейчас при продажах позиционируются как производительный процессор для производительных настольных решений. Правда на системных платах выпускаемых для них оставлены 1-2 слота PCI-Express 2.0.

 

Выводы

Ответить на вопрос «правда ли графика Sandy Bridge оставляет не удел бюджетные видеокарты?» в Hardnsoft [2] все же смогли. В какой-то степени, оставляет. Видимо, производителям видеокарт придется поднажать ― убрать к чертям свои самые простые модели с рынка, снизить стоимость более дорогих решений.

В любом случае, стоит иметь в виду, что интегрированная графика все равно не позволит играть в игры. То, где Sandy Bridge действительно сверкает всеми красками ― это мультимедийные функции. Процессор без труда обрабатывает видео в разрешении Full HD, а также быстро перекодирует видео из одного формата в другой. Надо полагать, любители домашних медиацентров для гостиных комнат наконец-то смогут забыть о подборе адекватной видеокарты, которая хорошо влезет в компактный корпус. Правда TDP производительных процессоров составляет до 130 Вт, что существенно ограничивает их способность к разгону. И главный недостаток, особенно для 32 разрядных систем, интегрированная графика отъедает большой кусок памяти (до 1 Гб) от и так ограниченных ресурсов оперативной памяти (2-3 Гб) таких систем и обеспечивает дополнительную загрузку шины оперативной памяти.

 

Но для мобильных решений появился процессор который обеспечит приемлемую производительность при достаточной для них функциональности с низким энергопотреблением (процессоры для мобильных решений) от 15 Вт. А с ростом рынка мобильных решений, Sandy Bridge или архитектура с встроенным графическим ядром уйдет с рынка дестопов и его место займет новый процессор уже без графического ядра.

 

Все проходит и остается только лучшее

 

Рост производительности вычислительных систем и появление новых графических технологий и стандартов (в том числе 3D) приводит к росту объемов обрабатываемой графической информации. Это невозможно без специализированной высоко производительной графической системы. А проблема локальной шины имеет решения, которые лежат в загашнике Intel, как новые архитектуры процессоров.

Вот тогда появится очередное "Новое производительное решение" Intel для архитектуры компьютера, архитектуры процессора.

Готовьте денежки господа!

А.Сорокин, февраль 2012 г.

 

Ссылки:

1. Гибридные вычислительные системы на основе GPU для задач биоинформатики, А. Р. Джораев, КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 2010 Т. 2 № 2 С. 163–167,

2. Тестируем встроенную графику Sandy Bridge, Иван Савватеев, http://www.hardnsoft.ru/?trID=73&artID=16692,

3. Тестируем новые процессоры Intel Sandy Bridge, Александр Выбойщик, http://www.ferra.ru/online/system/106916/,

4. Платформа 2015, Алексей Борзенко, BYTE - Россия, №11 (87), ноябрь 2005, http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=8633,

5. Микроархитектура Intel Sandy Bridge, часть I, Владимир Романченко, 12.11.2010, http://www.3dnews.ru/guide/intel-sandy-bridge,

 

 

Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.©

2002-2012