Počítače XII - GPU Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí.

Prezentace na téma: "Počítače XII - GPU Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí."— Transkript prezentace:

1 Počítače XII - GPU Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí

2 Počítače XII – GPU GeForce GeForce je značka grafických karet firmy NVIDIA. První karty nesoucí značku GeForce byly určené pro high-endové hráčské počítače, postupem času ale firma pokryla celé cenové spektrum. V roce 2006 byla v prodeji osmá generace tohoto čipu. Na podzim roku 2007 vyšla devátá řada GeForce. GeForce 256 (kódové označení NV10) je první z řady zástupce řady GeForce, je proto také známá také pod jménem GeForce. Její uvedení na trh proběhlo v srpnu 1999. Od svého přímého předchůdce (RIVA TNT 2) je obohacená o počet pixel pipeline, „offloading host“, geometrické výpočty, hardwarové přehrávání videa MPEG-2 a především implementací transformací a nasvícení (T&L, transform and lighting). GeForce 2 (kódové označení NV15) GeForce 2 GTS je první model druhé generace, nazývaný též NV15. Koncové označení vychází z jeho schopnosti zpracovat 1,6 miliardy textelů - Giga Texel Shader (GTS). Byla přidaná dvojitá sekundární jednotka mapingu textur - Texture Maping Unit (TMU) s 4 pixel pipeline, to vše při frekvenci jádra (200 MHz). V porovnání s GeForce 256 byl filtrate karty 3,3× větší (GeForce 256 480 Mtex/s). Další hardwarové vylepšení ovlivnila schopnost práci pipeline s videem. HDVP (vysoká definice procesu videa) je přehrávání videa ve vysokém rozlišení. Toto řešení značně ulehčilo CPU práci.

3 Počítače XII – GPU grafická karta GeForce 2 MX400

4 Počítače XII – GPU GeForce 3 (kódové označení NV20) je grafická karta od společnosti nVidia. Jejím předchůdcem je GeForce 2 GTS a nástupcem GeForce4 Ti. Jeho upravený derivát (NV2A) pracuje v konzoli Xbox. Profesionální řada GeForce 3 je známá jako Quadro DCC. GeForce 3 se odlišovala od svých předchůdců GeForce 256 a GeForce 2 GTS hned v třech oblastech. Měla přidány programovatelné vertex a pixel shadery podle specifikace DirectX 8.0 - specializované malé jednotky navržené na práci s malými vlastními efekty T&L, což zvýšilo flexibilitu celé karty. Druhou oblastí byla technologie LMA (Lightspeed Memory Architecture), která byla navržena pro překreslování objektů, úzkou spolupráci se známým Z-bufferem a také efektivní management paměťové sběrnice (známý nedostatek u GeForce 2). Třetí oblastí byla změna v anti-aliasingu způsobená přechodem z multisamplingu na supersampling s mnohem vyšší efektivitou. Pamět128-bit DDR Fill Rate3.2 Billion AA Samples/Sec. Operací za sekundu800 Billion Propusnost pamětí7.36GB/Sec. - při 460 MHz na pamětech

5 Počítače XII – GPU GeForce 4 je v čtvrtá generace grafického čipu GeForce společnosti nVidia. GeForce 4 se dělí na výkonnější řadu Ti a řadu MX. MX série je téměř identická s GeForce 4Go (NV17M) pro trh s notebooky. Obě linie byly uvedeny na trh na jaře roku 2002. GeForce 4Go měla krátký život, ještě koncem téhož roku ji nahradila varianta GeForce 4200Go. Koncem roku 2002 bylo jádro NV25 nahrazené NV28, což přineslo přechod z rozhraní AGP na PCI Express. Všechny NV28 GeForce 4Ti 4200 měly už všechny od výroby po 250 MHz bez ohledu na velikost paměti. nVidia přišla překvapivě s GeForce 4Ti 4800SE, ekvivalent 4600 a 4400. Vrcholem byly GeForce 4Ti 4800. GeForce FX/5 GeForce 6 Na svoji dobu povedená řada GeForce. Jako první přišla se SLI zapojením grafik (jejich podporou na kartě a ovladačích). GeForce 7 Jako poslední řada stavěla na pixel a vertex jednotkách zvlášt (později přišla GeForce 8 s unifikovanými shadery). A jako první řada od GeForce prišla se slepencem GeForce 7950 GX2, což byly 2 čipy na 2 PCB v provedení jedné karty (zasunutí do jednoho PCI-Express slotu).

6 Počítače XII – GPU GeForce 8 Za použití poměru cena : výkon, který nebyl špatný, lze hodnotit jako vydařený produkt. Podporuje DirectX 10, OpenGL 2,1 a PCI-Express 1.1. Začalo to vydáním GF 8800GTX/ Ultra a GF 8800GTS (320 / 640MB), obsadila plně HIGH-END a ani odpověd od ATi Radeon 2900XT to nezměnila, i když GF 8800GTS museli o něco zlevnit. Po vydání GF 8800GT si nVidie zničila HIGH-END trh, ale získala obrovskou slávu a díky tomu zastínila ATi. V tu chvíli ATi odpověděla Radeonem HD3870, která jí byla soupeřem, ale o trošku slabším. GeForce 9 GeForce 9 staví na úspěšné řadě GeForce 8 a hlavně slávě GeForce 8 Ultra/GTX jako krále výkonu a 8800GT jako krále poměru cena : výkon. Podporuje DirectX 10, OpenGL 2,1 a PCI-E 2.0. Pro možnost použití zdvojení karet v PC používá nVidia technologii SLI, u AMD(ATI) je to Cross Fire.

7 Počítače XII – GPU GeForce 9400 Nejnižší řada. Vhodná pouze do HTPC a kanceláře. Nepodává vysoký grafický výkon, přesto na videa a 2D zobrazovaní to bohatě stačí. Specifikace GPU čipuSpecifikace paměťové části Grafika9400 GTFrekvence pamětí DDR2700-800 MHz Název jádraG96/D9MStandardní velikost DDR2256, 512, 1024 MB Počet unifikovaných shaderů16 (jen kancelář!)Frekvence pamětí GDDR31600 MHz Frekvence čipů550 MHzStandardní velikost GDDR3256 MB Frekvence shader jednotek1.35 - 1.4 GhzŠířka paměťové sběrnice128-bit Propustnost paměťí12.8 - 25.6 GB/s Výstup na monitorProvozní vlastnosti Maximální digitální rozlišení2560x1600Teplota GPUdo 105°C Maximální VGA rozlišení2048x1536Spotřeba50 W Standardní konektory Dual Link DVI, HDTV Min. potřebný zdroj300 W Podpora více monitorůanoPotřebné napájecí konektoryne HDMIVia adapter Zvukový výstup pro HDMISPDIF Řada GeForce 9800 Nejvyšší řada GeForce 9. Má nejvyšší grafický výkon, ale taky spotřebu. Pokud někdo chce TOP z GeForce 9 měl by pouze sáhnout po modelech odsud. nVidie vyvíjí vždy nejdřív HIGH-END a pak od toho vydává nižší řady. 9800 GX2 Počet unifikovaných shaderů: 2x 128 !!!

8 Počítače XII – GPU Technologie potřebné při práci grafické karty DirectX Microsoft DirectX je programátorská knihovna obsahující nástroje pro tvorbu počítačových her a dalších multimediálních aplikací, vytvořená firmou Microsoft pro použití pod operačním systémem Windows. DirectX 10 a DirectX 9.0L je pouze pro Microsoft Windows Vista. U Microsoft 7 přijde ještě lepší vykreslování detailů s DirectX 11. DirectX 10.1 (Windows Vista) Vylepšená verze Direct 10 o nové prvky, např.: stínování a hra se světly. Součást Windows Vista Service Pack 1 DirectX 11 přináší řadu vylepšení. Zajišťuje vyšší efektivitu, má výkon dnešních vícejádrových procesorů a poskytuje podporu propracovaných postupů stínování a textur, jako je vytváření mozaiky. Výsledek: hladší 3D animace a grafika jako ze života…

9 Počítače XII – GPU Technologie potřebné při práci grafické karty OpenGL (Open Graphics Library) je průmyslový standard specifikující multiplatformní rozhraní (API) pro tvorbu aplikací počítačové grafiky. Používá se při tvorbě počítačových her, CAD programů, aplikací virtuální reality či vědeckotechnické vizualizace apod. 11. listopadu 2008 vyšla nová verze 3.0. HyperZ je technologie použitá u grafických karet ATi Radeon pro zvýšení výkonu karet. Skládá se ze 3 částí - Z Compression, Fast Z Clear a Hierarchical Z-Buffer.

10 Počítače XII – GPU Shader je specializovaný procesor (nebo část čipu) pro zpracování grafických informací grafickou kartou. Takový procesor se programuje nejčastěji v jazycích CG (nVidia, univerzální), HLSL (Microsoft, pro DirectX), GLSL (pro OpenGL) a později je překladačem přeložen do assembleru přímo pro danou grafickou kartu. Tyto jazyky jsou si navzájem dosti podobné a podobají se jazyku C. V současné době se nejčastěji používají tyto druhy shaderů: vertex, pixel a geometry, případně shadery univerzální, které spojují funkčnost původních pixel a vertex shaderů. Vertex shader je program, který se provede na každém vrcholu (vertexu) vstupní geometrie. Nejčastěji provádí transformaci (násobí vrchol World, View a Projection maticemi) a výsledkem je pozice na obrazovce (screen space) - tedy převádí 3D model do 2D plochy. S vrcholy může ale také provádět různé pohyby, např. pro hladinu vody. Vždy ale do programu vstoupí jeden vrchol, je upraven a zase vystoupí, nelze tedy vrcholy přidávat či odebírat. Pixel shader Jakmile jsou vrcholy transformovány, získáme pixely na obrazovce, na které je nutno nanést texturu, případně s nimi jinak manipulovat. K tomu slouží pixel shader, který se provede na každém pixelu na obrazovce. Protože jsou tyto operace náročné na hardware, bývají pixel shadery často jednodušší a maximálně optimalizované. Geometry shader Umožňuje přidávat a odebírat vrcholy a tím upravovat geometrii. Využití např. pro vytvoření ostnů na modelu dinosaura nebo zarůstání plotu trávou v reálném čase. Pro výpočty se používají univerzální (unifikované) jednotky, díky čemuž dochází teoreticky stále ke 100% vytížení jádra. Tyto shadery zatím běží pouze na DirectX 10 a verzích na něm stavěných pod Windows Vista (stejně tak pod Windows 7) v REF.

11 Počítače XII – GPU Pipelining neboli zřetězené zpracování, či překrývání instrukcí. Základní myšlenkou je rozdělení zpracování jedné instrukce mezi různé části procesoru a tím i dosažení možnosti zpracovávat více instrukcí najednou. Fáze zpracování je rozdělena minimálně na 2 úseky: - Načtení a dekódování instrukce - Provedení instrukce a případné uložení výsledku V 3D počítačové grafice, podmínka grafické pipeline nebo renderovacích pipeline se často vztahuje na současný stav metody rasterization-based rendering. Unifikované shadery - Moderní náhrada za Pixel a Vertex jednotky, každá firma má svoji vlastní architekturu shaderů. Jsou programovatelné a díky tomu nemusí počítat pouze zobrazitelná data, ale i výpočty pro vědu a další. Řadič pamětí - Stará se o komunikaci mezi grafickou pamětí a GPU. NVIDIA zatím má podporu až po GDDR3, AMD má podporu GDDR5. TMU jednotky (Texture mapping unit) - Dává na objekty textury. ROP jednotky (Render Output unit) - Stará se o konečný výstup dat z grafické karty.

12 Počítače XII – GPU Hi-end, Low-end a Meinstreem Komu patří budoucnost? Ačkoliv v dobách GeForce 6 a 7, kdy SLI bylo na trhu teprve krátce, kritizovalo se jeho prosazování do nižších tříd (neboť s kartami jako GeForce 6200, 6600 nebo 7600 zkrátka nemělo význam), nyní se poměry na trhu obrátily a multi-GPU s levnými kartami je výhodnější. Z toho plyne přesvědčení, že v budoucnu se vícečipové karty ukáží jako schůdnější řešení. U Radeonu HD 3870 X2 to nebylo příliš vidět, možná to nebude vidět ani u této generace, ale v budoucnu to tak asi bude... Nepředpokládá se, že by v dohledné době „hrozila“ karta osazená více než dvěma GPU. Vývoj, který nás čeká, bude spočívat zejména ve zlepšování ovladačů a lepší spolupráce s herními vývojáři, aby se nestávalo, že SLI, CrossFire nebo obojí v nějaké hře nebude fungovat. Budou také snahy o eliminaci všemožných problémů s multi-GPU systémy, pracovat se bude na snížení „režijních nákladů“ (overhead) a zlepšení škálování, bude se zkoumat možnost sdílené grafické paměti, budou se dále vyvíjet technologie úspory energie. Právě spotřeba a z toho plynoucí hlučný chladič trápí Radeon HD 4870 X2 a na alternativní chladiče nelze příliš spoléhat. Když ale budou za rozumné ceny dostupné základní desky s čipsetem Intel P45, nic vám nebrání do nového počítače pořídit dva jednočipové Radeony.

13 Počítače XII – GPU Pokud z trhu vymizí high-endové monolitické čipy, nelze vyloučit, že experimenty s multi-GPU systémy negativně dopadnou právě na uživatele. Ještě dlouho tu budou problémy s funkčností SLI/CrossFire v některých hrách (zejména v těch, které se netestují na hardwarových webech, ale nezřídka i v nich), micro-stuttering… zkrátka si společně s high- endovou kartou kupte i pořádně velký kýbl na nervy. Dožili jsme se ale doby, kdy multi-GPU systémy neznamenají jen extrémní výkon za ještě extrémnější cenu. Multi-GPU řešení mění podobu trhu s grafickými akcelerátory, jsou tady a musí se s nimi počítat. Neobstojí přirovnávání monolitických čipů k automobilům. Mnoho z vás bude těžce nést přechod od monolitických čipů k multi-GPU řešením, podobně jako na první dvoujádrové procesory doléhala kritika. Spoustu počítačových guru označovali vícejádrové procesory za slepou vývojovou větev a prorokoval jim brzkou zkázu. Nestalo se a přestože programátoři zpočátku nebyli zrovna nadšení z nutnosti programovat vícevláknově, nyní už vícejádrové procesory každý považuje za samozřejmost a tak to bude zřejmě i u GPU.

14 Počítače XII – GPU Anti-aliasing technologii k vyhlazování hran. Anti-aliasing je jedním dějem uprostřed obrovské mašinérie zvané 3D grafická pipeline, který se začal používat hlavně od dob zavedení T&L jednotek do GPU. S přechodem do trojrozměrného prostředí a s rozmachem 3D akcelerátorů začal vyvstávat čím dál tím akutněji jeden problém. Přestože se hrubá síla grafických karet zvyšovala, nevedlo to k přílišnému zlepšení obrazu. Přechod do 3D totiž znamená, že se všechny scény skládají z pixelů a polygonů, nejčastěji prostých trojúhelníků. Kvalitu obrazu jako takovou lze zlepšit např. zvýšením počtu těchto polygonů, příp. změnou rozlišení. Ale po stranách objektů, kde je přechod mezi trojúhelníky velmi ostrý se i tak vyskytuje nepříjemný jev – zubaté okraje. To je samozřejmě způsobeno tím, že máme-li v prostoru dva body, tak jejich spojením vzniká čára, jejíž průběh je závislý na rozlišení. Zvýšením rozlišení se sice tato zubatost zmenšuje, ale rapidně se snižuje výkon. A tak chytré hlavy objevily lepší způsob vyhlazování těchto zoubků – anti-aliasing (vyhlazování v reálném čase).

15 Počítače XII – GPU Trojrozměrná scéna vykreslená bez povoleného antialiasingu Stejná scéna jako na prvním obrázku vykreslená se zapnutým antialiasingem

16 Počítače XII – GPU Mipmapping představuje techniku, která je často používaná pro odstranění či alespoň zmenšení některých vizuálních chyb (resp. nežádoucích rozdílů mezi jednotlivými snímky) vzniklých při pohybu těles s nanesenou texturou v trojrozměrné scéně nebo při pohybu celé scény (tj. změně orientace nebo pozice pozorovatele). Obraz těles s nanesenou texturou se na obrazovce při pohybu zmenšuje, zvětšuje či jinak deformuje, čímž také dochází k nutnosti zvětšování a zmenšování textury při nanášení texelů (rastrových elementů textury) na zobrazované pixely.

17 Počítače XII – GPU Přetaktování grafických karet - jak na to? Lze nastudovat na: http://pcworld.cz/hardware/Pretaktovani-grafickych-karet-7629

18 Použity materiály, obrázky a parametry o PC komponentách z www stránek: „svethardware.cz“ „pctuning.cz“ „mironet.cz“ „alza.cz“ „czechcomputer.cz“ „cs.wikipedia.org“ Centrum pro virtuální a moderní metody a formy vzdělávání na Obchodní akademii T.G. Masaryka, Kostelec nad Orlicí Počítače XII – GPU