4.4.1 Čip (procesor)

Rozoznávame dva typy čipov pre grafické karty:

1.ATI
2.nVIDIA

Čipy, v ktorých sa nachádzajú jadrá (GPU = Grafical Processor Unit) sa vyrábajú 130 alebo 110 nm technológiou. Obsahujú milióny a čoraz viac tranzistorov (160 – 302 miliónov) a majú povahu a charakter samotného procesora. Majú skoro také isté súčasti (piny, kremíkové podložky atď.) ako procesor a pracujú a spracovávajú tie isté procesy a operácie. V minulosti boli malé a pomalé (dokázali spracovať iba malé množstvo údajov) z čoho vyplýva, že nemuseli byť chladené, ale postupne pre výkonnosť začali stúpať aj teploty a museli byť chladené aspoň pasívnym chladičom, ktorý by už pri dnešných výkonoch nestačili a sú osadzované aj s aktívnymi vetrákmi pre čo najlepšie zníženie alebo udržanie základných teplôt. Pri čipoch sa určuje veľkosť jadra v bitoch, ale aj frekvencia čipu Engine Clock Speed (tiež ako CPU). Frekvencia sa pohybuje od tých 200 až po 1008 MHz (pri overclocking-u).

4.4.2 Chladič pre procesor

Ako som už napísal chladenie je pri high-end-ových grafických kartách je úplne nevyhnutné, ale už aj low-endy bijú na poplach s teplotami. Niektoré čipy (väčšinou slabšej povahy alebo nízko energeticky zaťažené) sú chladené len veľkými pasívami, čo zabezpečuje nízku (resp. nulovú) hlučnosť. Typy chladičov, rebrovanie pasívnych chladičov a všetko okolo chladenia nájdete v sekcií Chladenie.

4.4.3 Čipy pre operačnú pamäť

Je to úplne to isté ako operačná pamäť RAM len bez slotu, ale hneď integrovaná na plošnom spoji. Jeden z najnovších typov pamätí je HYNIX, ktorý má rýchlejšie frekvencie. Veľkosť pamäte je: 8, 16, 32 MB (od najstarších) cez 64, 128 MB (novšie grafické karty) až po 256, 512 MB (tie najnovšie). Rýchlosť pamäte sa udáva v jej frekvencií (Memory Clock Speed), býva niekedy až 2-krát vyššia ako frekvencia čipu. Pohybuje sa od 400 do 1881 MHz. (1881 MHz = posledné najvyššie pretaktovanie pamätí ATi Radeonu X1800XT, ale viac podrobností v oddelení Taktovanie/Overclocking). No jediný rozdiel pamätí na grafickej karte a obyčajných RAM je asi rýchlosť, pretože pri obyčajných RAM sa práve teraz začína používať typ DDRII, ale na grafickej karte sa už začínajú s obľubou používať DDRIII. Pri rýchlosti sa určuje aj rozhranie pamäte (Memory Interface), ktoré sa udáva tiež v bitoch: 128 MB pamäť má 128-bitové rozhranie/256 MB pamäť má 256-bitové rozhranie.

4.4.4 Konektory na pripojenie monitora/monitorov

Konektory môžu byť:

1.Konektor grafickej karty (15 pinový) – je konektor s otvormi v 3 radách po piatich. Vedie sa nimi do monitora, čo a kde sa má zobraziť.
2.DVI (Digital Video Interface) – je najnovší typ pripojenia monitora či už CRT alebo LCD.

Pre zmenu DVI na štandardný konektor existuje redukcia, ktorá by mala byť v každom balení lepšej grafickej karty.

4.4.5 Slot k pripojeniu na matičnú dosku (MB)

Existujú tieto typy slotov:

1.PCI – patrí medzi najstaršie pripojenie
2.AGP x8 – najpoužívanejšie pripojenie
3.PCI-Express x16 – pomalý nástup tohto slotu zaručuje kvalitu, rýchlosť a obľúbenosť na trhu. Priepustnosť tohto slotu je až 4GB/s.

Grafická karta môže byť:
1.integrovaná na matičnej doske – je integrovaná na jednom z čipov na základnej doske, väčšinou sú pomalšie ako externé lebo sú konfigurované na slabšie zaťaženie hlavne do kancelárií na účtovníctvo a jednoduchú prácu ako samotný Microsoft Windows, Internet Explorer alebo Microsoft Office. Potom aj základné dosky + grafické karty sú lacnejšie ako jednotlivé komponenty samostatne.
2.externá (v skrinke počítača samostatne), sú väčšinou výkonnejšie, drahšie a prepracovanejšie a je možnosť rozšírenia grafických parametrov. Tieto môžeme použiť na spracovanie videa, hranie náročnejších hier a animovanie – modelovanie – renderovanie 3D grafík (síce na spracovanie videa sa používajú už strihové karty, kde sa ceny šplhajú do astronomických výšok, ale výsledky sa nedajú porovnať s obyčajnými kartami. Medzi výrobcov takýchto kariet zaslúžené patrí: 3DLABS alebo Matrox atď.).

Pri výkonnejších grafických kartách sa objavuje už aj nový slot tzv. SLI (predtým: Scan Line Interleave / Scalable Link Interface). Ide o pripojenie dvoch alebo viacerých grafických kariet dokopy, kde sa výkon niekoľko násobne zvyšuje. Tento slot sa na grafickej karte nachádza na vrchu plošného spoja hneď vedľa konektorov na pripojenie monitorov. Na toto prepojenie slúži zariadenie tzv. SLI most (SLI bridge), ktorým sa spoja dve rovnaké grafické karty. (mali by byť od toho istého výrobcu, ale asi nemusia byť z toho istého výrobného procesu). Ďalej pri výkonných high-endoch sa objavuje tiež pomocné napájanie typu JPWR so 4 pinmi, lebo grafickým kartám napätie s PCI-Express nepostačuje a musí byť napájaná druhotne.

Pri grafických kartách sa orientujú rôzne neznáme označenia ako napríklad:

1.Pixel – základný bod z ktorého sa skladá obraz, ich počet v zobrazovanom snímku je daný použitím rozlíšením. Najčastejšie: 640x480 / 800x600 / 1024x768 / 1280x1024 / 1600x1200 pixelov.
2.Pixel Shader – je to program určený na vykonávanie výpočtov súvisiacich s pixelmi, v OpenGL je ekvivalentom fragment shader. Programovateľné shadery umožňujú väčšiu flexibilitu ako pevne dané funkcie v textúrových jednotkách starších čipov.
3.Pipeline – pojem označujúci buď priebeh renderovacieho (vykrasľovacieho) procesu, alebo (omnoho častejšie) počet jednotiek na spracovávanie pixel a vertex operací v grafickom čipe. Vyšší počet pixel pipeline umožní spracovať viac pixelov za takt.
4.Vertex Shader – program určený na geometrické výpočty s vrcholovými uhlami (vertexami) predtým ako sú transformované do trojúholníkov. Programovateľné Vertex Shader jednotky novýcj čipov nahradili staršie fixné Transformations and Lighting (T&L) jednotky.
5.Anizotropné filtrovanie – metóda filtrovania s najkvalitnejším výstupom, zabraňujúca rozmazaniu vzdialenejších textúr, pričom sa berie do úvahy aj uhol pod akým je textúrová mapa zobrazovaná.

6.Antialiasing – vyhladzovanie hrán zobrazovaných objektov, definovaných v podstate trojúholníkmi. Existujú 2 typy Antialiasing-u:
1.Supersampling (SSAA): jeho princíp je jednoduchý. Interne je obraz spracovávaný vo väčšom rozlíšení než, ktoré má na výstupe. Znamená to, že každý jednotlivý pixel je rozdelený na niekoľko subpixelov, ktoré sa zvlášť zapisujú do pamäte. Tieto subpixely sú potom skladané dohromady – podľa určitého vzorca sa vezme určitý počet subpixelov a výsledná farba obrazového bodu je primerom farieb všetkých jeho elementov. Výhodou tejto metódy je, že naozaj dochádza k určitému vyhladzovaniu. Nevýhodou je, že výkon ide veľmi prudko dole, a to nielen z dôvodu omnoho vyššieho rozlíšenia, ale taktiež preto, že scéna musí byť prepočítaná späť na rozlíšenie pre výstup. Je samozrejmé, že spracované scény v 4-násobnom rozlíšení je veľmi neefektné, pretože sa výsledný obraz naspäť scvrkne na menší počet pixelov. Napríklad: 4x supersampling pre rozlíšenie 640x480 vypadá tak, že každý pixel je rozdelený na 2x2 subpixely a vo Frame Buffer je teda obraz spracovaný v rozlíšení 1280x960. Vo výslednej farbe pixelu má potom každý subpixel štvrtinový podiel. Keď používame napr. 2x supersampling pre rozlíšenie 800x600, obrazové body sú rozdelené na 2x1 subpixel a interné rozlíšenie je teda 1600x600. Výsledná farba je potom spočítaná 50:50 ("fifty-fifty"). Prepočítanie scény na pôvodné rozlíšenie zase uberá výkon.

2.Multisampling – je druhá metóda, dnes najrozšírenejšia, ktorá teoreticky vychádza zo supersamplingu, ale je aplikovaná oveľa efektívnejšie. Existujú 2 techniky multisamplingu:
i.Prvý spôsob funguje na princípe, že taká istá scéna je vykreslená 2-krát a oba obrazy sú prekryté s minimálnym posunom (napr. 0,5 pixela) náhodne vybraným smerom. Oproti supersamplingu sa teda nič neušetrí a výkon zostáva rovnaký. Táto technika sa ale príliš nepoužíva.
ii.Druhá metóda pracuje na odlišnom princípe. Vývojári si totiž uvedomili, že nie je treba vyhladzovať celú scénu, teda aj v miestach vnútri polygónov, ale je nutné upraviť len hranaté okraje. A celý tento proces dokázali aplikovať do 3D pipeline. Tak isto ako pri supersamplingu sú pixely rozdelené na viacej subpixelov, ale len tie, ktoré ležia na okrajoch polygónov. Sú počítané zvlášť. Rozlíšenie je teda pri 4x anti-aliasingu 4-krát vyššie, ale niektoré štvorice subpixelov sú spracované dohromady. To je spôsob ako 3D pipeline v tomto bode pracuje. Zakaždým, keď GPU s daným pixelom pracuje overuje jeho umiestnenie:
Ak subpixel leží vo vnútri polygónu, musí aj celý pixel ležať vo vnútri a nemusí byť teda vyhladený. Jeho farba je preto počítaná pre všetky elementy zároveň.
Ak niektorý zo subpixelov spracovávaného polygónu leží mimo trojuholník, je logické, že pixel je okrajový a potrebuje vyhladiť. Tu sú jeho subpixely, ktoré ležia v polygóne počítané nezávisle. Farba ostávajúcich elementov (mimo polygón) je potom počítaná až zo susedným polygónom. Vylučuje sa tak situácia, kedy bude farba subpixelu počítaná 2-krát.

Výhodou tejto metódy sú jasné – vo vnútri polygónu, kde sa nemôže nachádzať žiadne hrany, prebiehajú výpočty pre celý obrazový bod zároveň, pretože keby boli vykonávané zvlášť pre jednotlivé subpixely, bol by výsledok istý, ale výkon nižší. Účinok je teda istý ako pri supersamplingu, scéna je spracovaná vo vyššom rozlíšení, ale s omnoho menším počtom operácií. Preto nVIDIA označuje tento druh vyhladzovania ako HRAA (High Resolution Anti-aliasing).

Dodatok:

Quincunx
Ďalšou súčasťou Multisamplingu v podáni nVidieje technika zvaná Quincunx. Pri tejto metóde je výsledná farba pixela počítaná nielen zo subpixelu daného obrazového bodu, ale aj zo subpixelu susedného bodu. Pôvodné pixely sú rozdelené ako pri 2x HRAA, ale vzorka, podľa ktorej je počítaná výsledná farba je braný pre pole 3x3 (veľkosť Filter Kernel). Znamená to, že vzorka obsahuje päticu subpixelov.
Výhoda tejto techniky je evidentná – kvalita obrazu je približne rovnaká ako pri 4x Multisampling, zatiaľ čo rozlíšenie je ako pri 2x HRAA. Znamená to, že úspora pamäti je pri zachovanej kvalite približne 50 %.

Iné technológie:

Bump Mapping
História

Ako prvý prišiel s nápadom Bump Mappingu Jim Blinn v roku 1978. Ako základ pre vytváranie nerovností iba pomocou osvetlenia použil čierno-bielu výškovú mapu a pre výpočet konečných normálov ich skombinoval s derivátmi súradníc vrcholu (či iných parametrov). Čím vyššia bola hodnota derivácie, tým strmší bol simulovaný povrch. Teraz sa však používajú zložitejšie techniky.