کارت گرافیک چیست؟

کارت گرافیک سخت افزاری است که وظیفه پردازش تصاویر در کامپیوتر را بر عهده دارد و نتیجه این پردازش را میتوانیم بر روی مانیتور مشاهده کنیم. کارت‌گرافیک یا همان Graphic Processing Unit را به اختصار GPU نیز می‌گویند. در واقع این سخت افزار یک رابط میان پردازنده مرکزی و مانیتور میباشد. بدین صورت که data باینری را از پردازنده مرکزی دریافت و به یک تصویر قابل مشاهده تبدیل میکند. تصاویری که روی مانیتور خود مشاهده می‌کنید از نقاط بسیار ریزی به نام پیکسل ساخته می‌شوند. یک مانیتور معمولی بیش از 2 میلیون پیکسل دارد و کامپیوتر باید برای تمام این پیکسل ها تصمیم بگیرد تا یک تصویر را برای شما نمایش دهد. امروزه شاهد پیشرفت چشمگیر پردازنده‌های گرافیکی هستیم در حدی که حتی باعث کاهش بار مصرفی پردازش‌های CPU نیز می‌شوند.

تنوع کارت گرافیک

بیشتر سیستم‌های خانگی و لپتاپ‌ها با یک گرافیک اولیه تعبیه شده در پردازنده مرکزی خود عرضه می‌شوند که به عنوان کارت گرافیک یکپارچه شناخته می‌شوند. اما در سیستم‌های پیشرفته و سفارشی فضا برای کارت گرافیک اختصاصی درنظر می‌گیرند. این کارت‌های گرافیکی اختصاصی برای پردازش کارهای گرافیکی سنگین بسیار مناسب‌تر و سریع‌تر از نوع یکپارچه می‌باشند.

کارت گرافیک

کارت گرافیک به چه صورت کار میکند؟

عملکرد کارت گرافیک پیچیده است اما درک نحوه عملکرد آن راحت است و تشخیص اجزای آن آسان می‌باشد. به طور خلاصه در این مقاله به قسمت‌های پایه‌ای متفاوت کارت‌ گرافیک و نحوه عملکردشان میپردازیم. با ذکر یک مثال برایتان توضیح خواهیم داد. فرض کنید کامپیوتر یک شرکت بزرگ است و کارت گرافیک ساختمان هنر آن می‌باشد. زمانی که کارمندان آن شرکت یک اثر هنری می‌خواهند این درخواست را به ساختمان هنر ارسال می‌کنند. ساختمان هنر تصمیم می‌گیرد که چگونه این اثر هنری را بسازد و سپس روی کاغذ چاپ کند. در نهایت این اثر هنری توسط یک شخص خلق و روی کاغذ نمایش داده می‌شود. ساختمان کاری کامپیوتر هم به همین صورت است. تمامی درخواست‌ها از برنامه‌های نصب شده به واحد CPU ارسال می‌شوند و واحد پردازنده مرکزی این پردازش را به کارت گرافیک محول می‌کند. کارت‌گرافیک تصمیم میگیرد که چگونه از پیکسل ها برای نمایش تصویر استفاده کند و سپس نتیجه را برای نمایش از طریق کابل به مانیتور ارسال میکند.

نحوه تشکیل تصاویر توسط کارت گرافیک به چه صورت است؟

همانطور که اشاره کردیم برای پردازش تصاویر ابتدا داده‌های باینری باید به پیکسل تبدیل شوند این پردازش فرآیند دشواری است. برای ساخت یک تصویر سه بعدی در ابتدا GPU خطوط صافی سیمی را طراحی میکند و سپس میان این اتصالات را با رنگ پیکسل‌ها پر میکند. همچنین در نتیجه نهایی نور ، بافت و رنگ را اضافه می‌شود. برای بازی‌های سریع و با جزئیات زیاد کامپیوتر باید این فرآیند را بین 60 تا 120 بار در ثانیه تکرار کند. بدون کارت گرافیک انجام این عملیات محاسباتی ضروری برای کامپیوتر بسیار دشوار است.

اجزای اصلی در ارتباط با کارت گرافیک کدام هستند ؟

مادربرد Motherboard: برای اتصال داده‌ها و جریان برق

پردازنده گرافیکی Graphic processor: پردازش و تصمیم پیری برای نمایش هر پیکسل

حافظه ویدئویی Video memory (VRAM): نگهداری موقت اطلاعات هر پیکسل و ذخیره موقت تصاویر تشکیل شده

مانیتور Monitor: برای به نمایش گزاشتن تصاویر نهایی

واحد پردازنده گرافیکی GPU

کارت گرافیک مانند مادر برد یک برد مدار چاپی است که یک پردازنده و یک VRAM را در خود جایی میدهد. همچنین دارای سیستم BIOS نیز می‌باشد و تمامی تنظیمات اولیه کارت گرافیک را در خود ذخیره میکند و در زمان راه اندازی سیستم ورودی و خروجی‌ها را تشخیص میدهد. پردازش داده‌های گرافیکی سنگین است و موجب بالا رفتن دمای سیستم میشود به همین دلیل کارت‌گرافیک به فن مجهز است. سیستم‌هایی که با کارت‌گرافیک یکپارچه کار می‌کنند، به دلیل نداشتن VRAM مختص به خود برای ذخیره موقت داده‌ها از RAM سیستم استفاده میکنند به همین دلیل در اجرای بازی در سیستم‌های یکپارچه شاهد کندی زیادی هستیم. در کنار قدرت پردازشی بالایی که پردازنده گرافیکی دارد، از یک سیستم برنامه‌نویسی خاص برای آنالیز و تجزیه و تحیلی داده‌ها استفاده می‌کند. دو شرکت ابر قدرت در زمینه پردازنده‌های گرافیکی شرکت‌های AMD و NVIDIA هستند که هر کدام برای خود به پیشرفت‌های چشمگیری در ارتقاء عملکرد GPU ها داشته‌اند.

چه ویژگی‌هایی پردازنده‌های گرافیکی امروزی ارائه میدهند؟

Anisotropic Filtering (AF): ارتقا وضوح تصاویر

Full Scene Anti-Aliasing (FSAA): برای نرم کردن لبه‌ی اشیاء سه بعدی

Multi screen: استفاده از چند صفحه نمایش همزمان

High frame rate: افزایش کیفیت و نرخ فریم ویدئو‌های خروجی

Ultra high-definition video: پخش ویدئو با کیفیت‌های بسیار بالا و میلیون‌ها پیکسل

GPU-accelerated calculations

هر شرکت برای کمک به ارتقاء سطح کارایی پردازنده گرافیکی خود در رنگ‌ها، سایه‌ها، الگوها و بافت‌ها تکنولوژی‌های متفاوتی را انجام می‌دهد. کارت گرافیک‌های مدرن به اسلات PCIe x16 متصل می‌شوند. کامپیوترهای ضعیف‌تر مثل لپتاپ‌های قدیمی و مینی کیس‌ها این اسلات را ندارند. اما میتوان کارت‌گرافیک را  از طریق external GPU که به نسبت گرانتر میباشد متصل کرد.

معیار‌های انتخاب یک کارت گرافیک خوب چیست؟

انتخاب کارت گرافیک معیار‌های دشواری ندارد و به راحتی قابل تشخیص است. هر کارت گرافیکی که رم بیشتر داشته و پردازش را سریعتری انجام دهد بهترین انتخاب میباشد. از لحاظ ظاهری این سخت افزار به نسبت سایر اجزای کامپیوتر ظاهر بصری بهتری دارد. اکثر کارت گرافیک‌های با کارایی بالا High-performance فن‌های تزئینی و heat sink ها مجهز هستند. بیشتر کسانی که کارت گرافیک‌های پرقدرت تهیه می‌کنند از نیاز روزمره آنها بیشتر است. اگر شما جزو کسانی هستید که با سیستم خود ایمیل چک میکنید، نرم افزار‌های متنی استفاده می‌کنید و یا استفاده‌های ساده دارید؛ می‌توانید از کارت گرافیک‌های یکپارچه استفاده کنید. برای بیشتر بازی‌ها کارت گرافیک‌های میان رده مناسب هستند. ولی اگر علاقه‌مند به بازی‌های کامپیوتری سنگین و نرم افزارهای سه بعدی هستید باید از کارت گرافیک‌هایی که بالارده هستند، استفاده کنید.

یک واحد اندازه‌گیری خوب برای کارت گرافیک میزان FPS می‌باشد. این واژه مخفف Frame Per Second می‌باشد و به این معنا است که چه تعداد تصویر کامل کارت‎‌گرافیک میتواند در هر ثانیه نمایش دهد. چشم انسان قادر است حدود 25 فریم در ثانیه را تشخیص دهد ولی برای بازی‌های که گرافیک بالایی دارند و Fast-action هستند حدود 60 فریم در ثانیه برای داشتن انیمیشن نرم و پویا نیاز است.

عوامل تاثیر گزار بر سرعت کارت گرافیک

سخت افزار کارت گرافیک تاثیر مستقیم بر سرعت آن دارد و در اینجا به مشخصات سخت افزاری و واحد‌های اندازه‌گیری آن اشاره میکنیم.

GPU clock speed (MHz)

Size of the memory bus (bits)

Amount of available memory (MB)

Memory clock rate (MHz)

Memory bandwidth (GB/s)

باید یادآور بشیم که مادربرد و CPU نقش بسیار پر رنگی در سرعت دارند. یک کارت‌گرافیک بسیار سریع نمی‌تواند ناتوانی مادربرد در انتقال داده را جبران کند. همچنین سرعت CPU نیز به دلیل دریافت اطلاعات از مادربرد و انتقال به کارت گرافیک تاثیر بسیار زیادی می‌تواند داشته باشد.