การ์ดกราฟิกทำงานอย่างไร

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าคอมพิวเตอร์ของคุณทำงานอย่างไรเพื่อสร้างกราฟิกบนหน้าจอ? คุณอาจทราบดีว่าการ์ดแสดงผลมีหน้าที่ในการผลิตภาพเหล่านั้น แต่จะผลิตภาพเหล่านั้นได้อย่างไร?

ต่อไปนี้คือรายละเอียดเชิงลึกเกี่ยวกับส่วนประกอบที่สำคัญทั้งหมดของการ์ดกราฟิกและวิธีการทำงานทั้งหมด

อินเทอร์เฟซ

อินเทอร์เฟซการ์ดแสดงผลเป็นส่วนหนึ่งของการ์ดแสดงผลที่เชื่อมต่อโดยตรงกับเมนบอร์ดเพื่อให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้

อินเทอร์เฟซหลักสองประเภทคือ PCI Express และ AGP (นอกจากนี้ยังมีอินเทอร์เฟซ ISA, PCI และ PCI-X แม้ว่าจะหายากและล้าสมัย)

PCI Express

นี่เป็นเวอร์ชันอัปเกรดของอินเทอร์เฟซ PCI แบบเดิมที่ใช้เลนเดี่ยวจำนวนมากเพื่อช่วยปรับปรุงแบนด์วิดท์ในอัตราที่เร็วขึ้น

ไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังถือว่ามีความอเนกประสงค์มากกว่าอินเทอร์เฟซ AGP ด้วยวิธีการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยอินเทอร์เฟซที่เรียบง่าย

AGP

พอร์ตกราฟิกเร่งความเร็วได้รับการออกแบบเพื่อแสดงกราฟิก 3D และใช้การเชื่อมต่อโดยตรงกับเมนบอร์ด ซึ่งช่วยให้มีความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงขึ้นและสำหรับการส่ง/รับกลุ่มข้อมูลในการถ่ายโอนครั้งเดียว

ไบออสวิดีโอ

BIOS ของวิดีโอประกอบด้วยอินเทอร์เฟซการตั้งค่าพื้นฐานที่สุดสำหรับการ์ดวิดีโอ และถ่ายโอนไปยัง BIOS ของคอมพิวเตอร์ผ่าน ROM ของการ์ดกราฟิกหรือหน่วยความจำแบบอ่านอย่างเดียว

อินเทอร์เฟซนี้มีสิ่งสำคัญเช่น:

• เวลาหน่วยความจำ
• แรงดันไฟฟ้า
• ความเร็วในการทำงาน
• แรม

คิดว่า BIOS ของวิดีโอเป็นหัวใจสำคัญของกราฟิกการ์ด ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับส่วนประกอบที่เหลือในการทำงาน

GPU

หรือที่เรียกว่าหน่วยประมวลผลกราฟิก ผลิตผลงานของการ์ดวิดีโอนี้มีหน้าที่ในการแสดงพิกเซลเป็นกราฟิก 2 มิติและ 3 มิติผ่าน RAM และประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• กราฟิกและคอมพิวเตอร์อาร์เรย์
• ตัวควบคุมหน่วยความจำกราฟิก
• ส่วนต่อประสานบัส
• หน่วยจัดการพลังงาน
• หน่วยประมวลผลวิดีโอ
• อินเทอร์เฟซการแสดงผล

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง GPU ใช้รายละเอียดเฉพาะกับแต่ละพิกเซลเพื่อให้มีชีวิตชีวา รายละเอียดดังกล่าวรวมถึงสี พื้นผิว และลวดลาย มันทำเช่นนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีกจนกว่าพิกเซลที่แสดงผลทั้งหมดจะสร้างภาพที่เหนียวแน่นบนหน้าจอของคุณ (จำนวนพิกเซลที่แน่นอนขึ้นอยู่กับความละเอียดหน้าจอของคุณ)

เนื่องจากมันทำงานหนักมาก GPU จึงสร้างความร้อนจำนวนมาก จึงอยู่ใต้ฮีทซิงค์ (ขนาดใหญ่) เพื่อช่วยให้เย็นเสมอ

หน่วยความจำวิดีโอ

ในขณะที่ GPU กำลังแสดงพิกเซลเหล่านั้นทั้งหมด มันต้องมีที่สำหรับเก็บข้อมูลนี้เพื่อให้สามารถแสดงภาพได้

หน่วยความจำวิดีโอมีไว้เพื่อจุดประสงค์นี้ และโดยทั่วไปจะมีความจุตั้งแต่ 1 GB ถึง 12 GB

หน่วยความจำมีหลายประเภท ได้แก่:

• VRAM:ซึ่งช่วยให้ GPU สามารถแสดงพิกเซลเหล่านั้นได้อย่างรวดเร็ว (หรือที่เรียกว่า “การอ่านและการเขียน”)
• WRAM:VRAM เวอร์ชันที่เร็วยิ่งขึ้น
• SDRAM:ทำงานที่อัตรานาฬิกาและแบนด์วิดท์สูง
• SGRAM:เป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพกราฟิกที่เพิ่มขึ้น

หน่วยความจำวิดีโอเก็บข้อมูลที่เรียกว่าข้อมูลดิจิทัล และต้องการวิธีการส่งข้อมูลนี้ไปยังจอภาพซึ่งอ่านได้เฉพาะสัญญาณแอนะล็อก

มันเหมือนกับคนสองคนที่พูดภาษาต่างกันโดยสิ้นเชิงและพยายามสื่อสารกัน

นี่คือจุดที่ RAMDAC มีประโยชน์

RAMDAC

คิดว่า RAMDAC (ซึ่งย่อมาจาก Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) เป็นล่ามของโลกกราฟิกการ์ด

โดยจะแปลงข้อมูลดิจิตอลจากหน่วยความจำวิดีโอเป็นสัญญาณแอนะล็อกเพื่อส่งไปยังจอภาพ

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสัญญาณดิจิทัลและอนาล็อกมาจากโครงสร้างของคลื่น

• ดิจิตอล – คลื่นที่ดูแข็งทื่อ
• อนาล็อก – คลื่นที่ราบรื่นและต่อเนื่อง

RAMDAC นำคลื่นที่แข็งและเรียบออกเพื่อให้จอภาพเข้าใจ ซึ่งจะสร้างภาพที่เสร็จแล้วซึ่ง GPU เรนเดอร์

ผลลัพธ์

เอาต์พุตใช้เพื่อเชื่อมต่อการ์ดแสดงผลกับสายแสดงผล ซึ่งใช้ในการถ่ายโอนสัญญาณการแปลงจากดิจิทัลเป็นแอนะล็อกที่ RAMDAC กำลังตีความ

ผลลัพธ์แบ่งออกเป็นหมวดหมู่ต่อไปนี้:

• VGA:ใช้สัญญาณแสดงผลแบบอะนาล็อก
• DVI:อินเทอร์เฟซดิจิตอลมาตรฐานสำหรับถ่ายโอนพิกเซลจากคอมพิวเตอร์ไปยังจอภาพ
• HDMI:ดำเนินการถ่ายโอนทั้งภาพและเสียง
• Vivo:ใช้เพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์มัลติมีเดียต่างๆ เช่น ทีวีและเครื่องเล่นดีวีดี
• DisplayPort:เชื่อมต่ออุปกรณ์วิดีโอและอุปกรณ์แสดงผลเข้าด้วยกัน

คูลเลอร์

เนื่องจาก GPU เป็นส่วนที่ร้อนที่สุดของกราฟิกการ์ด จึงจำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิให้เย็นอยู่เสมอเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไป

ฮีทซิงค์

ฮีทซิงค์นำความร้อนที่เกิดจาก GPU และกระจายไปทั่วครีบและห่างจากตัวเครื่อง ซึ่งโดยปกติแล้วจะระบายความร้อนด้วยพัดลมที่ต่ออยู่

บล็อกน้ำ

บล็อกน้ำเป็นวิธีหนึ่งในการระบายความร้อนด้วยของเหลวของ GPU โดยการนำความร้อนและเปลี่ยนจากก๊าซไปเป็นของเหลวที่ระบายความร้อนด้วย ของเหลวนี้จะไหลผ่านท่อฉนวนและย้อนกลับไปยัง GPU เพื่อนำกลับมาใช้ใหม่อีกครั้ง

รูปแบบสล็อต

ช่องระบายความร้อนแบบช่องเดี่ยว

รุ่นปลายล่างมักจะสูงหนึ่งช่องและสร้างความร้อนน้อยกว่าระบบช่องคู่ สิ่งเหล่านี้ใช้พื้นที่เพียงพอสำหรับสล็อตขยายหนึ่งสล็อตและมักจะมีขนาดเล็ก

คูลเลอร์สล็อตคู่

รุ่นระดับไฮเอนด์มักจะสร้างด้วยสองช่องเพื่อให้ระบายความร้อนได้ดีขึ้น ระบบสองช่องออกแบบมาเพื่อดันอากาศร้อนผ่านช่องที่สองและออกจากเคสคอมพิวเตอร์ของคุณ

รวบรวมไว้ทั้งหมด

เมนบอร์ดบอกให้วิดีโอ BIOS บู๊ตผ่านอินเทอร์เฟซการ์ดแสดงผล ซึ่งจะส่งสัญญาณไปยัง GPU เพื่อเริ่มการเรนเดอร์กราฟิก

เนื่องจาก GPU เริ่มกำหนดรายละเอียดให้กับแต่ละพิกเซล การ์ดจะเก็บข้อมูลนี้ไว้ในหน่วยความจำวิดีโอ ซึ่งจะอ่านได้เฉพาะสัญญาณดิจิทัล

RAMDAC จะแปลงสัญญาณดิจิทัลเหล่านี้เป็นสัญญาณแอนะล็อกเพื่อให้จอภาพเข้าใจและส่งคลื่นเหล่านี้ผ่านเอาต์พุตเป็นวิธีการถ่ายโอน

ในขณะเดียวกัน วิธีการระบายความร้อน เช่น ฮีทซิงค์หรือบล็อกน้ำ ใช้เพื่อป้องกันไม่ให้ GPU ร้อนเกินไป เนื่องจากเป็นงานส่วนใหญ่

สิ่งเหล่านี้คือองค์ประกอบที่สำคัญของการ์ดกราฟิกและวิธีการทำงานอย่างกลมกลืนเพื่อแสดงผลกราฟิกความละเอียดสูงที่เราทุกคนรู้จักและชื่นชอบ

เครดิตภาพ:กราฟิกการ์ด, การ์ดกราฟิก S3 chrome 530 GT, Wave, EVGA GeForce GTX 590, ตัวระบายความร้อน GPU Zalman Fatal1ty, CPU Waterblock HDR – จับคู่โทน, Mindstorm