Grafická karta se většinou skládá z následujících částí. Obsahuje grafickou paměť, grafický procesor a převodník digitálně-analogového signálu. Na samém počátku obrazu je datový tok z procesoru počítače, ten přechází do grafické paměti, ze které si jej grafický procesor následně převezme, po zpracování posílá obraz do převodníku signálu, čímž se dostane do cílové stanice - do monitoru. V převážné většině karet nalezneme grafické paměti v půlkruhu okolo grafického procesoru.
Vysvětlení základních pojmů
Na úvod si vysvětlíme některé pojmy. Základní parametr pamětí je kapacita, dále pak frekvence, která se udává v hertzích [Hz], tato jednotka udává počet cyklů za jednu sekundu. Následuje CAS latency, jednotkou je [CAS] = délka čekání, než se data objeví na pinech paměti po zadání adresy požadovaného sloupce. Čím nižší je hodnota latence, tím lépe. Tento údaj se podílí na celkové odezvě každé paměti. Tu nalezneme pod anglickým názvem "memory timings" v [ns], který se však většinou neuvádí. Nesmíme zapomenout na velikost sběrnice, udává se v bitech [bit]. Značí, kolik dat se dostane z paměti do grafické karty za jeden takt.
Chceme-li tedy zjistit celkovou propustnost, tzv. "bandwidth", stačí vynásobit frekvenci v [Hz] a šířku sběrnice v [bit], následně toto číslo podělit osmi a máme výsledek. Všimneme si také odezvy a zvážíme kapacitu.
Jednou z nemála věcí, ve které je u grafických karet poněkud zmatek, je používání různě taktovaných a různě připojených pamětí v jednom typu grafických karet. Proto se běžně stává, že například v jedné kartě Nvidia GTX 280 je lepší paměť než ve druhé od jiného výrobce. To samé platí i o taktech grafického procesoru a použitých rozhraních, tím se však zde nebudu zabývat.
Podle použitých technologií dělíme grafické paměti takto:
DDR SDRAM
Tvoří základ pro dodnes používané paměti. Přenáší bit 2× v taktovacím impulzu, z čehož plyne dvojnásobná efektivní frekvence (frekvence × počet bitů za impulz). Jsou napájeny napětím 2,4 V až 2,6 V, s výjimkou modelů taktovacích, nebo úsporných, u nich je napětí vyšší nebo nižší. Hodnota zpoždění u nich dosahuje CAS latency: CL 2; CL 2,5; CL 3. Běžně používané frekvence dosahují 166 až 950 MHz a teoretická propustnost je 1,2 až 30,4 GB/s. Jako zástupce poslouží Nvidia GeForce 5200, ve které je paměť zapojena pomocí 64bitové sběrnice.
DDR2
Nástupce předchozího typu. Hlavní rozdíl oproti předchůdci tvoří dvojnásobek taktovací rychlosti, z čehož v praxi vyplývá čtvrtinová doba potřebná pro přenesení dat. Potřebují napětí 1,2 V až 2,4 V. Nevýhodou této technologie je vysoká latence CL 4 až CL 7, která se ale dohání kratší dobou cyklu. Setkáme se u nich s efektivními frekvencemi 533 až 1000 MHz a propustností 8,5 až 16 GB/s. Tento druh paměti můžeme vidět na grafické kartě Nvidia GeForce GT 240. U sběrnice se tentokrát změna nekoná a k zapojení slouží 64 bitová sběrnice.
DDR3
Opět se projevila vzestupná tendence zdvojnásobením taktovací rychlosti. K provozu používají napětí 1,35 V až 1,5. V současné době jsou tyto paměti nejpoužívanější jako operační paměti počítače. CAS latence dosahuje hodnot CL 10 až CL 15. Používané efektivní frekvence u grafických karet 800 až 2200 MHz při propustnosti 6,4 až 17 GB/s. Tuto paměť používá i velmi známá Nvidia GeForce 9800GT, pro přenos dat jí slouží 256 bitová sběrnice.
Konečně se dostáváme k pamětem GDDR. Jak již sám název napovídá, bude se jednat o paměti vytvořené a používané pouze v grafických kartách, z čehož plynou vyšší takty a lepší přizpůsobení pro tyto účely.
GDDR
Běžně objevující se název GDDR1 náleží vlastně jen přejmenovaným pamětem DDR GDDR1 SRAM, což znamená další zmatek na scéně grafických karet.
GDDR2
Tyto paměti se objevují jen zřídka, hlavně kvůli masivnímu vyzařování tepla a velké spotřebě. Používají efektivní frekvence 200 až 533 MHz. Vývojově tato řada vychází z DDR1, tuto řadu předběhla, co se týče frekvence, i když později se vrátila k vedení paměť DDR. K funkci potřebovala 2,5 V. Jednou z mála karet, u níž se tyto použily, byla Nvidia FX 5700 ultra užívala paměťové sběrnice o velikosti 128 bit, avšak i u ní se s postupem času se začalo používat technologie GDDR3.
GDDR3
Vyvinutá firmou ATI ve spolupráci s JEDEC. Sdílí společný základ s technologií DDR. Původní čipy DDR2 byly optimalizovány, čímž se docílilo zmenšení napěťových nároků a vyzařování tepla i při zvýšení taktů. CAS latency je stejná jako u DDR2. Efektivní frekvence se pohybují od 700 do 2400MHz a propustnost od 5,6 do 156,6 GB/s. Drobnou zajímavostí je, že se těmito čipy rozhodla firma Sony osadit svou konzoli Playstation 3. Další výhodou je hardwarový reset, což znamená, že paměť je schopna okamžitě uvolnit svou kapacitu. Zástupcem jsem zvolil Nvidii 6800 Ultra Extreme. Data proudí přes sběrnici o velikosti 256 bit.
GDDR4
Téměř nepoužívaná technologie. Oproti GDDR3 přinesla pouze zvýšení efektivní frekvence, která dosahuje hodnot 2000 až 3600 MHz a propustnosti 128 až 200 GB/s, zato nabrala na odezvě a tepelném výdeji. Z těchto důvodů výrobci přešli až na následující technologií, pouze firma ATI měla některé modely s touto technologií.
GDDR5
Nastává velká změna, oproti předchůdcům dokáže přenášet 4 bity za jeden takt. Efektivní frekvence je v rozsahu 900 až 5600MHz, propustnost 130 až 230 GB/s. Došlo ke snížení napětí na 1,35 V. Zpočátku tento typ používala hlavně firma ATI, dnes už je u výkonnějších modelů standardem i u Nvidie. Dalším pokrokem je sražení latence. Zástupce sem nalezl v Nvidii GTX 460 s taktem 1800 MHz a sběrnicí 256 bit.
Grafické paměti: mýty a fakta
Při psaní tohoto textu jsem nezřídka narážel na mylné a stále opakující se informace, z toho důvodu bych rád udělal alespoň v některých otázkách jasno. Jednou z nejčastějších a zároveň tou, která by mohla ovlivnit nákup grafické karty, je typická představa, že na grafické kartě se můžou nalézat jen paměti stejného typu, které jsou použity na základní desce. To je samozřejmě nesmysl, jelikož grafická karta má svůj vlastní řadič, tudíž nepoužívá řadič základní desky.
Dále se často vyskytují špatně znázorněné schémata toku dat v grafické kartě. Na této věci je zarážející četnost chyby, dá se říct, že je v poměru 1:1 se správnou informací. Jedná se o prohození pořadí paměti a grafického procesoru. Místo: procesor počítače - paměti grafiky - grafický procesor - převodník - monitor, se objevuje: procesor počítače - grafický procesor - paměti grafiky - převodník - monitor.
Závěrem bych chtěl poznamenat, že si výrobci grafických karet parametry u svých výrobků poněkud přikrášlují a proto je nejlepší radou k výběru najít si u vašich kandidátů benchmarky, ať už syntetické nebo reálné, s jejichž pomocí byste neměli udělat chybu.
