Hagyományos futószalag – GeForce 7

A történet, melyben most a katarzishoz érkeztünk, valamikor négy évvel ezelőtt, a GeForce FX-fiaskó idejében kezdődött. Az NVIDIA már 2002-ben beindította annak a processzornak a fejlesztését, amit végül ma, G80 kódnév alatt mutattak be. Minden tekintetben radikális újdonságról van szó, mert a chipet már nem lehet egyszerűen csak GPU-nak nevezni. A grafikus feldolgozóegységet takaró rövidítés ugyanúgy nem illik rá, ahogyan a vizuális feldolgozó – VPU – név sem.

Egy ennyire új jelenséget bemutathatunk úgy is, hogy felsoroljuk a technikai adatait, a radikális változásokat, és közölhetjük a mérési eredményeket, de ez sohasem volt a PROHARDVER! stílusa. Most egy hosszú, részletekbe menő elméleti leírás következik, mely egyeseket elriaszthat, de aki veszi a fáradságot, az cikkünket végigolvasva képbe kerülhet a VGA-k jelenlegi helyzetével és közeli jövőjével kapcsolatban. Akit nem érdekelnek a részletek, az ugorjon rögvest a 6. oldalra, ahol egy rövidebb összefoglalót talál.

A G80 megértéséhez először a klasszikus grafikus futószalagot kell megismerni. A folyamat a geometriai csomópontok – a vertexek – felépítésével kezdődik, melyeket a térben eltolni – transzformálni – és világítani kell. Ezután következik a csomópontok háromszögekbe rendezése. Az utóbbi időben a harmadik lépés, a pixelszintű számolás kapta a legnagyobb hangsúlyt. Az egyes képpontok színének meghatározása folyik itt bonyolult matematikai számítások – árnyalási egyenletek – és textúrázási eljárások segítségével. A negyedik lépést az NVIDIA ROP (raster operation) vagyis raszteres műveleti résznek, a Microsoft pedig Input Mergernek nevezi. Itt összegződnek a pixel shaderek eredményei és itt kerül a képre az anti-aliasing (élsimítás). A ötödik elem a memória, melyben a végleges kép fölépül, és a textúrákat és egyéb adatokat tárolja.

Az évek során ez az elvi felépítés semmit sem változott, csak az egyes lépcsők fejlődtek. A DirectX 7-ben a vertexes rész kikerült a CPU-ból, és a grafikus processzor T&L (Transform & Lighting) egysége foglalkozott vele. A DirectX 8-ban a pixel egységek programozhatósága debütált, ami a DirectX 9 folyamán fokozatosan finomodott. A ROP részen fejlődtek a Z-buffer technikák és az élsimítás, a memória pedig egyre gyorsabb és gyorsabb lett.

Az eddigi GPU-k közös jellemzője volt, hogy az egyes részfeladatokat specializált egységek hajtották végre; kialakult a jól ismert vertex shader, pixel shader, ROP felépítés, aminek legnagyszerűbb példája a GeForce 7 sorozat, melyet nyugodtan nevezhetünk tupírozott GeForce 6-nak is, hiszen technikailag szinte egyforma a két széria.

A klasszikus GPU felépítése – GeForce 7

A fenti ábrán jól látható a vertex shaderek, a pixel shaderek és a ROP egységek rétege, valamint a sok irányban csatolt memória. Az is látszik, hogy a pixel shaderek négyesekbe, úgy nevezett quadokba rendeződnek. Ez a felállás azért praktikus, mert a pixelek általában 2x2 pixel-negyedből – szubpixelből – épülnek fel.

A vertex és pixel shaderek önmagukban sem egyszerű számolók. A GeForce 6-7 sorozat vertex árnyalóiban négykomponenses vektor és egy skalár számoló van, amiket ciklusvezérlő egészít ki, ráadásul nem csak aritmetikai, hanem logikai műveletekre is képesek. A vezérlőre azért van szükség, mert egyes műveletek vagy shaderkódok annyi számítást igényelhetnek, amit a számolóegység egy körben nem tud végrehajtani. Az eddigi GeForce-ok vertex egységei már textúrát is tudtak olvasni; erre a Radeonok csak közvetve képesek.

A pixel shaderek még összetettebbek. Nem egy, hanem két aritmetikai-logikai egységük (ALU-juk) van, amit egy textúrázó egészít ki. A GeForce 7 széria esetében ehhez jön még két mini-ALU és természetesen a ciklusvezérlő. Ami fontos, hogy a pixelszámolás négyes vektorokban zajlik, ami úgynevezett co-issue és dual-issue rendszerben is történhet. Az előbbinél egy háromkomponenses vektor és egy skalár számolható egyszerre, az utóbbiban két kétkomponenses vektor.

Hagyományos vertex shader és pixel shader – GeForce 7

A memóriavezérlő is évek óta változatlan. Még valamikor a Radeon 8000-es széria és a GeForce 3 idejében megszületett a crossbar felépítés. Ez egy több részre osztott vezérlőt és sok memóriacsatornát jelent, amit egy kapcsoló köt össze. Crossbar nemcsak a memóriás részen lehet, hanem bárhol, ahol mindkét oldalon sok egységet kell szorosan kapcsolni. Ilyen van például a GeForce 7 pixel és ROP egységei között is.

4 x 64 bites crossbar memóriavezérlő

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!