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ITS-BOLOGNA: Schede Video Comprenderne il funzionamento per aiu...: Buongiorno a tutti, oggi parliamo di schede video, dobbiamo subito dire una cosa molto importante, il mercato odierno si divide in due schi...

Schede Video Comprenderne il funzionamento per aiutare la scelta

Buongiorno a tutti, oggi parliamo di schede video, dobbiamo subito dire una cosa molto importante, il mercato odierno si divide in due schieramenti, Ati ed Nvidia loro detengono il duopolio tecnologico del settore, questo perché lo sviluppo di chipset grafici è molto complesso e costoso. Le schede che troviamo in commercio sfruttano una piattaforma rispetto ad un altra.
 La guerra prestazionale continua, quali sono i parametri per capire quale scheda è meglio?

Innanzitutto apro una piccola parentesi, le schede possono essere suddivise in tre tipologie, scheda integrata sulla scheda madre (Desktop o Notebook) è indifferente , queste possono utilizzare in modalità condivisa la memoria RAM del computer, questo sul piano economico per il costruttore è un risparmio, ma allo stesso tempo a livello prestazionale è una schifezza, poi c'è la scheda con memoria dedicata ovvero ha un quantitativo fisso indipendente dalla RAM del computer, ed infine ci sono i sistemi misti, Turbo cache e Hipermemory :sono due tecnologie, una della Nvidia e una della ati, che permettono alle schede video aggiuntive di
condividere la memoria ram del pc per raggiungere prestazione grafiche in 3D, a livello prestazionale questa è la scelta migliore perché usano la ram del computer solo se il programma chiede maggiori risorse.

Caratteristiche importanti

Le caratteristiche da tener in considerazione quando si acquista una nuova scheda video per il proprio computer sono molte.
Per poter capire quali sono i parametri da tenere in considerazione bisogna conoscere com’è composta una scheda video.
Una scheda video è così composta

:

Chip Grafico

Il chip grafico, o GPU (Graphic Processing Unit), è il processore della scheda e si occupa di elaborare le informazioni che riguardano l’elaborazione delle immagini per alleggerire il lavoro della CPU.

Quando si elaborano immagini 2D queste vengono interamente gestite dalla CPU mentre quando si passa ad un’elaborazione 3D entra in gioco la GPU poiché la mole di dati da elaborare comincia ad essere enorme.

NOTA: utilizzare schede video con una GPU veloce ci consente di avere una notevole velocità nell’elaborazione soprattutto in ambito CAD, 3D e nei giochi.

Memoria Video

La Memoria Video, chiamata anche frame buffer, >è la memoria RAM dedicata a contenere le informazioni, elaborate dalla GPU, da inviare al monitor.

Le prime schede video erano molto lente poiché adottavano memorie di tipo DRAM e successivamente sono state adottate memorie SDRAM, DRDRAM ed EDO RAM che hanno permesso di migliorare notevolmente molti aspetti delle schede e della grafica in generale.
Grazie alla memoria video infatti è stato possibile incrementare sia la risoluzione che il numero di colori.

RAMDAC

Il chip RAMDAC è un componente che si occupa di leggere il frame buffer, che è una rappresentazione digitale di quello che deve essere mostrato sul monitor, e convertirlo in un segnale analogico RGB.

Connessioni Video

Le connessioni video non sono altro che interfacce standard che permettono di collegare al nostro computer monitor e proiettori per poter visualizzare i dati.

Queste sono di fondamentale importanza anche perché è inutile possedere una scheda video da svariate centinaia di euro se non è fornita di un’interfaccia compatibile con il nostro monitor.

Tipologie di Uscite Video:

• VGA (Video Graphics Array): standard analogico introdotto nel 1987 e progettato per monitor CRT, ma utilizzato, per compatibilità, anche da diversi monitor LCD. Ha diversi problemi, come il rumore elettrico, la distorsione dell’immagine e alcuni errori nella valutazione dei pixel.
• DVI (Digital Visual Interface): viene usato anche da TV al plasma e videoproiettori. Risolve i problemi del SVGA facendo corrispondere a ogni pixel dell’output un pixel dello schermo, in quanto ne riconosce la risoluzione nativa.
• S-Video: utilizzato per la connessione a TV, lettori DVD, proiettori e videoregistratori.
• HDMI (High-Definition Multimedia Interface): questo standard, che supporta le risoluzioni ad alta definizione, ha come obiettivo la sostituzione di tutti gli altri standard.
• DisplayPort: si presenta come concorrente dell’HDMI. È usato sia per connessioni con monitor che con sistemi home theater.

Queste sono le connessioni più diffuse anche se ne esistono altre.

NOTA: controllate sempre che la scheda video che volete acquistare sia compatibile con il vostro monitor.
Attualmente tutte le schede hanno connessioni HDMI, DVI e Display Port.

Interfaccia di Collegamento

Le schede video non integrate nella scheda madre vengono montate sulla stessa tramite dei connettori appositi detti Slot.

Tipologie di Interfacce:

• PCI: permette una connettività dinamica delle periferiche e non richiede l’utilizzo di jumper per la configurazione.
• AGP: prima interfaccia dedicata esclusivamente alle schede grafiche ed è diventata l’interfaccia standard per le schede video per i numerosi vantaggi che presentava ed è stata più volte migliorata (AGP 2X, 4X, 8X).
• PCI Express: evoluzione del bus PCI è stato progettato per sostenere il sempre maggior fabbisogno energetico delle schede video di ultima generazione. Ha sostituito l’AGP come interfaccia di connessione delle schede grafiche in quanto offre una larghezza di banda maggiore e maggiore potenza erogata. Questo standard è disponibile in diverse versioni: 1X, 4X, 8X e 16X.

PCI Express 2.0

Lo standard PCI Express ha subito notevoli miglioramenti.

Il PCI Express 2.0 è l’evoluzione dell’interfaccia PCI Express che raddoppia l’ampiezza di banda del suo predecessore.

Il PCI Express 2.0 offre gli stessi slot del suo predecessore (1X, 4X, 8X e 16X)  ma la frequenza è di 250 MHz contro 100 MHz.
Tutte le schede video con questo standard hanno la retro-compatibilità con lo standard precedente il che significa che se possediamo una scheda madre con slot PCI Express 16X possiamo tranquillamente montare una scheda video PCI Express 2.0.

PCI Express 3.0

Il PCI Express 3.0 è l’evoluzione dell’interfaccia PCI Express 2.0 che raddoppia ulteriormente l’ampiezza di banda del suo predecessore.

Anche il PCI Express 3.0 offre gli stessi slot dei suoi predecessori (1X, 4X, 8X e 16X) e raddoppia l’ampiezza di banda del BUS portandola a 8 GT/s (Gigatransfers per second) e una velocità di 985 MB/s per linea.
Anche le schede video PCI Express 3.0 hanno la retro-compatibilità.

Vediamo di analizzare i parametri tipo delle schede video:

Processo Produttivo:	28 nm
Memoria Video:	2 GB
Tipo Memoria Video:	GDDR5
Risoluzione massima:	2560 x 1600 pixel
Connettori alimentazione:	2
Shader Universali:	1344
Unità Texture:	128
Rops (Raster Operations Pipelines):	24
Bus di Memoria:	256 bit
Velocità GPU:	915 Mhz
Velocità RAM:	6008 Mhz
DirectX:	11
Shader Model:	5.0

Processo Produttivo: E' la capacità di miniaturizzazione del sistema di costruzione ciò vuol dire che a pari dimensione fisica del chip vengono alloggiati un quantitativo maggiore di Transistor questo permette un aumento prestazionale notevole riducendo al medesimo tempo i consumi. Nella tabella sopra riportata si parla di un processo a 28nm (Nano Metri) un nano metro è 10^-9 metri (cioè un miliardesimo di metro, pari ad un milionesimo di millimetro). Ricordatevi che un numero Alto in questo parametro significa un processo qualitativamente peggiore e dei consumi maggiorri, invece più è basso migliore sotto questo profilo è il prodotto.

Memoria Video: qui il valore e di 2 GB (Gigabyte, è l'unita di misura delle capacità di memorizzazione), per comprenderla meglio è bene fare un piccolo passo indietro. Tutti i computer sono delle enormi calcolatrici e ciò che producono è il risultato di due soli calcoli somme e sottrazioni ciò che li  rende velocissimi è il calcolo binario  ovvero il famoso 0 e 1

Nel mondo decimale noi abbiamo il paio la cinquina la decina i centinaia ecc......

Nel mondo binario si hanno invece il Bit il Byte, il Kilobyte, il Megabyte il Gigabyte ecc....

il problema e che un kb(kilobyte) non è uguale ad un Kg come nel sistema decimale che equivale a 1000 grammi, un Kb equivale a 1024 Byte, quindi 2 Gb equivalgono a 2048 Megabyte.

Il quantitativo di memoria video permette di sgravare parte del peso elaborativo dalla RAM perché i calcoli che deve eseguire la Gpu (processore grafico) vengono memorizzati direttamente sulla scheda video, maggiore è il quantitativo di memoria dedicata minore è lo sforzo che il nostro computer dovrà accollarsi per eseguire i nostri programmi.

Tipo di Memoria Video: Esistono varie tipologie di memoria

GDDR, acronimo per Graphics Double Data Rate, è una tecnologia di memoria RAM specifica per schede grafiche basata sulla tecnologia Double Data Rate che ha sostituito la VRAM (Video RAM) ed è attualmente alla sua quinta generazione (GDDR5). Essa viene utilizzata dalla scheda video per memorizzare temporaneamente informazioni necessarie al rendering della scena, come, ad esempio, le texture per evitare di doverle memorizzare nella memoria centrale di sistema, operazione che richiede molto più tempo. La caratteristica principalmente richiesta nelle memorie video è infatti la velocità, che deve essere sufficientemente elevata da seguire le elaborazioni della GPU. I chip di memoria sono generalmente disposti a "L" o a semicerchio attorno al processore grafico e collegate con un bus con ampiezza che dipende dal modello di scheda, ma che può arrivare fino a 512bit.

GDDR2

La prima implementazione delle memorie GDDR2 risale alla scheda video nVidia GeForce FX 5800. Le specifiche GDDR2 erano una specie di transizione dalle DDR alle DDR2, e presentavano diversi difetti, come un eccessivo surriscaldamento dovuto ai voltaggi DDR e la mancanza di un raddoppiamento del clock di I/O.

GDDR3

Le specifiche GDDR3 sono state elaborate da ATI Technologies, ma sono state adottate per la prima volta da nVidia nella scheda GeForce FX 5700 Ultra e in seguito nella GeForce 6800 Ultra. ATI ha iniziato a utilizzare memorie GDDR3 a partire dalla serie Radeon X800.

Le caratteristiche delle GDDR3 sono del tutto simili a quelle delle DDR2, sebbene presentino un consumo e un surriscaldamento ridotto, permettendo maggiori velocità di funzionamento e sistemi di raffreddamento più semplici. Queste memorie utilizzano dei terminatori interni, che consentono di gestire meglio le informazioni necessarie all'elaborazione grafica e trasferiscono 4 bit di dati per pin in 2 cicli di clock.

Gran parte delle schede video attualmente in commercio (eccetto alcune di ultima generazione), utilizzano memorie GDDR3, che sono state scelte anche per le 3 principali console NexGen, Nintendo Wii, Sony PlayStation 3, Microsoft Xbox 360.

GDDR4

GDDR4 è l'ultimo standard per le memorie video approvato dal JEDEC, destinato a succedere allo standard GDDR3.

Le novità del nuovo formato riguardano l'introduzione di 2 nuove tecnologie, Data Bus Inversion (DBI) e Multi-Preamble, per ridurre i tempi di latenza, un prefetch di 8 bit contro i 4 delle GDDR3 e la possibilità di avere fino a 8 banchi di memoria. Per un bandwidth uguale a quello delle GDDR3, la frequenza di funzionamento risulta dimezzata, e il voltaggio è stato ridotto a 1,5 V.

Un altro vantaggio dello standard GDDR4 è il consumo: con un funzionamento a 2,4 Gbit/s, consuma il 45% in meno dello standard GDDR3 a 2,0 Gbit/s.

Attualmente le memorie GDDR4 vengono utilizzate nelle schede ATi Radeon X1950, nelle HD2600/2900 XT, nelle HD3870, nelle HD4670 e nella HD4850 di PowerColor, mentre non sono state utilizzate da Nvidia per le sue schede di ultima generazione della serie GeForce 8/9 e GTX200.

GDDR5

Il formato GDDR5 è apparso sul mercato, con la nuova serie ATI HD4000. Inoltre sono stati prodotti i primi esemplari di chip da Qimonda, Samsung e Hynix^[1].

L'obiettivo di questo formato è di garantire un transfer rate elevatissimo (per i chip Samsung è attualmente di 24 Gbit/s), contemporaneamente a un risparmio energetico maggiore del 20% rispetto a GDDR4 con la riduzione della tensione operativa a 1,5 V^[1]. Le GDDR5 usano un prefetch a 8 bit, come le GDDR4, ma offrono alcune innovazioni; prima di tutto, le GDDR5 usano 2 frequenze di clock, CK e WCK (la seconda lavora a frequenza doppia rispetto alla prima). I comandi sono trasferiti in modalità "SDR", ovvero "single data rate" (quindi con trasferimento dei dati sul solo fronte di salita del clock), alla frequenza CK; gli indirizzi sono trasferiti in DDR alla frequenza CK; i dati sono trasferiti in DDR alla frequenza WCK. Tale approccio è stato introdotto in quanto riduce i problemi legati alla qualità del segnale durante la trasmissione dei comandi e degli indirizzi, mentre accede a una frequenza superiore per la trasmissione dati. Sfortunatamente, frequenze superiori corrispondono a una maggior probabilità di errori, e si è quindi reso necessario un meccanismo di rilevazione di tali errori, al fine di garantire l'integrità dei dati trasmessi.

Risoluzione Massima: Diciamo che maggiore è la risoluzione maggiore è il dettaglio di ciò che si vede, ma bisogna ricordarsi un fattore molto importante ovvero questo è inutile avere un valore altissimo di risoluzione se poi questa non viene supportata dal monitor.

Connettori di Alimentazione: Questi li ritroviamo solo su schede per pc desktop o Server, non vi sono connettori supplementari sui Notebook, questo perché nei notebook tutte le sezioni vengono alimentate da linee di trasmissione poste direttamente sulla scheda madre (colei che ospita l’inserimento di tutte le altre schede). Questo avveniva così anche sugli altri sistemi ma da quando vi è la rincorsa alle performance sempre più spinte le schede video hanno dovuto prevedere delle linee di alimentazioni supplementari.

Shader Universali: Sono delle unità di calcolo che fanno parte della Gpu ed eseguono gli algoritmi necessari per la costruzione dell'immagine (operazioni di texturing sui poligoni, applicazione filtri, bump mapping, parallax mapping, HDR...), maggiore è il loro valore più accurata sarà l’immagine.

Unità Texture : Una texture è un immagine, solitamente quadrata e di piccole dimensioni che rappresenta una superficie.
Le texture sono usate per ricoprire gli oggetti tridimensionali per dargli un aspetto "naturale" senza però bisogno di dover disegnare manualmente tutto l'oggetto.
Ad esempio se uno deve disegnare un vaso di ceramica esegue questi passaggi:
- disegna un profilo
- crea un solido di rotazione
- applica la texture della ceramica alla superfice
Per quest' ultima operazione bisogna specificare come deve essere applicata la texture (sfericamente, linearmente etc.) perché l'immagine deve essere "stirata" e "schiacciata" per seguire la forma dell' oggetto che non è necessariamente piatta.
Alla fine si aggiungono delle luci che danno alla texture un effetto molto reale. Quindi un numero alto di Texture permette una migliore definizione della visione 3D molto utilizzata soprattutto tra i videogiocatori.

Rops (Raster operations Pipelines): Si definisce RopS (Raster Operation) quella parte della GPU di una scheda video che si occupa di operazioni come color e Alpha blending o applicazione del MSAA. Le pixel e vertex pipeline eseguono calcoli matematici che servono a definire i colori e l'illuminazione delle figure oltre che l'applicazione delle texture. Quindi le rop's traducono il lavoro svolto dalle pipeline, andando a colorare i pixel, secondo un modello detto raster e visualizzabile sullo schermo.
Bus di Memoria: 256 Bit per comprendere cos’è un Bus immaginate un autostrada, il numero di Bit in pratica sono le corsie di cui è composta, quindi più è ampio il Bus maggiore sarà la quantità di dati che ci possono transitare.
Velocità Gpu : 915Mhz, cosa vuol dire? Semplicemente ogni operazione che svolge un processore implica un uno o più cicli di clock è per fare un paragone molto alla buona i cavalli della vostra macchina, più la vostra vettura ne dispone più sarà performante.
Velocità RAM: 6008 Mhz, se vi ricordate prima abbiamo detto che tutte le operazioni che svolge la Gpu vengono caricate in memoria, avere una memoria veloce permette di migliorare il transfert rate  dei dati in questo modo a parità di velocità della Gpu i tempi di latenza tra un operazione ed un'altra calano drasticamente.
Direct X: 11 è la versione che viene supportata dalla scheda video DirectX (in origine chiamato "Game SDK") è una collezione di API per lo sviluppo semplificato di videogiochi per Windows. Il kit di sviluppo (SDK) è disponibile gratuitamente sul sito della Microsoft. Le DirectX venivano distribuite dai produttori di giochi stessi assieme al videogioco, ma sono anche incluse direttamente nel sistema operativo. La 9.0c è la versione delle librerie presente in Windows XP e precedenti, mentre in Windows Vista e in 7 la versione attuale è la 11 (in Windows 7 è inclusa mentre su Vista può essere inserita tramite aggiornamenti specifici).
Shader: Le librerie grafiche DirectX e OpenGL utilizzano tre tipologie di shader, che sfruttano le capacità di shading delle Graphics Processing Unit presenti nelle schede video.

• Vertex shader - gestisce la posizione dei vertici di un oggetto, pertanto ne può alterare solamente la forma
• Geometry shader - viene usato per combinare una serie di vertici per formare un oggetto più complesso al quale applicare effetti di pixel shading: un'applicazione può definire dei GS che prendono tre vertici di un triangolo e fanno una cosa che si chiama tassellazione, ovvero crea automaticamente dei triangoli all'interno.
• Pixel shader - elabora i singoli pixel di un oggetto, per applicare texture o effetti come bump mapping o nebbia (calcola che colore avrà ogni pixel in base alla texture applicata e all'illuminazione della scena).