Visoka medicinska i poslovno-tehnološka škola
Arhitektura računara i operativni sistemi
Računarska grafika Tema: Arhitektura savremenih grafičkih kartica (na primeru
nekog savremenog modela NVIDIA ili AMD grafičke kartice)
Prof:
student:
dr Aleksa Macanović
Šabac, 2018
Sadržaj:
Uvod ............................................................................................................................................................ 2
Osnovni podaci ........................................................................................................................................... 3
Istorija grafičkih kartica ............................................................................................................................... 3
NVIDIA i AMD (Radeon) .............................................................................................................................. 4
NVIDIA ......................................................................................................................................................... 4
AMD ............................................................................................................................................................ 4
Vrste upotreba grafičkih kartica .................................................................................................................. 5
Opšte o savremenim arhitekturama ........................................................................................................... 5
Osnovne ideje za optimalnu arhitekturu GPU-a ......................................................................................... 5
Prva ideja: Izbaciti sve delove procesora koji ubrzavaju single instruction stream .................................... 5
Druga ideja: dodati veći broj ALU jedinica u okvoru jednog jezgra / SIMD processing .............................. 6
Treća ideja: izvršavati veći broj fragmenta na jednom jezgru .................................................................... 7
Prebacivanje podataka na jezgra ................................................................................................................ 7
Primeri korišćenja osnovnih ideja na modernijim GPU .............................................................................. 8
NVIDIA Fermi arhitektura ........................................................................................................................... 8
AMD Radeon Cayman Islands .................................................................................................................... 9
Primeri savremenih arhitektura ................................................................................................................ 10
NVIDIA ....................................................................................................................................................... 10
Paskal arhitektura ..................................................................................................................................... 10
NVIDIA 1080 .............................................................................................................................................. 10
AMD Radeon ............................................................................................................................................. 12
Graphics Core Next (GCN) ......................................................................................................................... 12
Polaris generacija grafičkih procesora ...................................................................................................... 13
Zaključak ................................................................................................................................................... 14
Reference .................................................................................................................................................. 15
Osnovni podaci
U ovom segmentu će biti malo reči o istoriji grafičkih kartica (kao i o AMD-u- Radeonu i NVIDA).
Istorija grafičkih kartica
Jedan od prvih sklopova koji se može smatrati pretečom modernih grafičkih kartica nalazio se u računaru
Atari 8 i sastojao se od čipova oznaka ANTIC i CTIA. Ova dva čipa omogućila su vlasnicima ovog računara
da programskim putem koriste čak dvanaest režima rada sa mogućnošću prikazivanja slike na
najobičnijem televizoru. Prvobitni video adapteri na familiji PC računara nosili su oznake MDA
(Monochrome Display Adapter) i CGA (Color Graphic Adapter). Oba su na tržište plasirana 1981. godine i
bili su namenjeni različitim grupama korisnika.
MDA je kao grafički adapter imao izuzetno skromne mogućnosti. Jedini režim rada u kom je ovaj adapter
mogao da radi bio je tekstualni, i u njemu je prikazivao matricu od 80 x 25 ANSI znakova koji su bili
definisani u ROM-u adaptera i korisnik ih nije mogao menjati.
CGA u pitanju, osnovna razlika u odnosu na MDA navedena je u samom imenu. Ovaj adapter može da
predstavi sliku u boji. U pogledu mogućnosti, CGA je mogao da radi u dva tekstualna režima (40 x 25
znakova i 80 x 25 znakova), dok je u grafičkim režimima nudio sliku rezolucije 320 x 200, pa čak i 640 x
200 piksela. Paleta boja ovog adaptera je skromna – sa četiri bita koji su namenjeni definisanju boje bilo
je moguće predstaviti tek 16 boja, tačnije osam boja u tamnijoj i svetlijoj nijansi.
EGA kartica je nastala 1984. godine od evolucije standarda CGA. Iza ove skraćenice krije se naziv
Enhanced Graphics Adapter. Ova kartica u suštini predstavlja nadogradnju CGA kartice. Maksimalna
rezolucija u grafičkom režimu iznosi 640 x 350 piksela i obezbeđena je podrška za CGA režime, mada sve
mogućnosti CGA kartica nisu u potpunosti podržane. Paleta boja je proširena korišćenjem po dva bita za
svaki primar, što je broj raspoloživih boja povećalo na 64, od kojih je u isto vreme bilo moguće koristiti
16. EGA u razvoju grafičkih kartica nije doneo ništa revolucionarno i uglavnom se smatra prelaznim
korakom između CGA i VGA standarda.
VGA standard koji se u vidu kartica pojavio 1987. VGA standard za kartice brzo je stekao veliku
popularnost. On se brzo raširio na sve klonove IBM PC računara. Sama skraćenica postala je oznaka kako
za standard analognog video signala tako i za maksimalnu rezoluciju u grafičkom režimu rada koja je
iznosila čak 640 x 480 piksela, ali i oznaka za minimalni skup grafičkih mogućnosti PC-ja. to se tehničkih
mogućnosti tiče, VGA je doneo maksimalnu moguću rezoluciju 800 x 600 piksela, 18-bitnu paletu od
262.144 mogućih boja, 256 kB memorije, osvežavanje slike frekvencijom do 70 Hz, glatko skrolovanje,
podelu ekrana, kao i nekoliko funkcija koje spadaju pod grafičku akceleraciju kao što su barrel shifter i
pojedine rasterske operacije (RasterOps).
Sam VGA standard naknadno je pretrpeo gomilu proširenja početkom devedesetih. Osnovno
unapređenje došlo je u vidu standarda XGA, koji je doneo rezolucije 800 x 600 sa 65.536 boja (16-bitna,
hi-color paleta) i 1024 x 768 sa 256 boja i 2D akceleraciju. Kasnije je u okviru XGA-2 standarda
omogućena i upotreba hi-color palete u rezolucijama do 1024 x 768, veće frekvencije osvežavanja i
standardizacija rezolucija u skladu sa proporcijama 4:3 uz zaokruženje na 8 piksela. Otprilike u isto
vreme pojavio se i standard EVGA koji je napravila VESA, a koji je nudio slične mogućnosti. Sva proširenja
VGA standarda grupno se nazivaju SVGA.
Sredinom devedesetih godina gotovo svi popularni proizvođači grafičkih kartica tržištu su nudili nekakvu
varijantu kartica sa 3D mogućnostima. Međutim, prvi veći pomak po pitanju performansi napravila je
firma 3dfx Interactive 1996. godine legendarnom karticom Voodoo. Ova kartica predstavlja preteču
modernih grafičkih 3D akceleratora. Kasnije verzije ove kartice donele su uspešno sjedinjavanje 2D i 3D
kartica, kao i upotrebu tehnologije po imenu Scan-Line Interleave, iz koje su se kasnije razvili nVidijin
Scalable Link Interface i ATI-jev Crossfire koji omogućavaju upotrebu dve kartice za renderovanje jedne
slike.
Sam termin Graphic Processing Unit izmislila je nVidija da bi opisala svoju karticu GeForce 256 (ona je
označila kraj dominacije tržištom 3dfx iteractive). Ova kartica, koja je nVidiji zagarantovala važno mesto
u daljem razvoju 3D hardvera, odlikovala se hardverskom implementacijom T&L-a (Transform &
Lighting) i drugim mogućnostima koje su garantovale obradu najmanje deset miliona trouglova u
sekundi.
Dalji razvoj serije GeForce u osnovi je predstavljao usavršavanje arhititekture izvorne GeForce 256. Kroz
razne generacije ove familije kartica performanse su poboljšavane, pre svega kroz korišćenje metoda za
povećanje efikasnosti i brže memorije, što je dovelo do pojave kartice poznate po imenu GeForce4 MX
460 koja je po niskoj ceni nudila odlične performanse, kombinujući najbolje osobine serija GeForce2,
GeForce3, kao i Geforce4 Ti. U ovoj verziji, nVidijine kartice su već raspolagale naprednim tehnikama za
renderovanje slike kao što su verteks i piksel šejderi, kao i hardverski antialiasing, međutim najbitnija
stvar koju su prve generacije GeForce kartica donele jeste dobar grafički pajplajn. U vreme pojave kartice
GeForce4 pojavile su se i prve konkurentne ATI-jeve kartice iz serije Radeon. Ostali proizvođači grafičkih
kartica do kraja 2002. godine u potpunosti su se povukli iz konkurencije za gejmersko tržište, ostavljajući
nVidiju (koja je otkupija 3dfx interactiv) i ATI da se bore za prevlast.
NVIDIA i AMD (Radeon)
Ovde će biti pisano o osnovnim informacijama vezanim za kompanije NVIDIA i AMD, kao i ATI-u koji je
otkupio AMD i time ušao u tržište grafičkih kartica.
NVIDIA
NVIDIA Corporation je jedan od najvećih svetskih proizvođača grafičkih čipova za lične računare i Xbox.
Jen-Hsun Huang, Chris Malachowsky i Curtis Priem su osnovali nVidia kompaniju u januaru 1993, ali je
tek 1997. počela aktivno učestvovati kada je na tržište izbacila RIVA grafičke procesore. nVidia ne
proizvodi grafičke karte, ona proizvodi samo GPU za grafičke karte. Sama nVidia ne proizvodi GPU u
svojim prostorijama, oni se pre svega bave dizajniranjem svojih proizvoda dok ih neki drugi proizvođači
proizvode. Na početku su bili ograničeni na tržište ličnih računara, iako se kasnije širi i na tržište konzola,
pa tako je već dizajnirala grafički SISTEM za Xbox, dok je isti u pripremi za PlayStation 3. Višegodišnjeg
glavnog 3Dfx je odkupila 2000 (uglavnom patente).
AMD
Advanced Micro Devices, Inc. (AMD) je američka multinacionalna kompanija sa središtem u Santa Clara,
Kalifornija, koja razvija kompjuterske procesore i povezane tehnologije za poslovna i potrošačka tržišta.
U početku su proizvodili svoje sopstvene procesore, kompanija je kasnije prodala svoju proizvodnju,
praksu poznatu kao fabless. Glavni proizvodi kompanije AMD su mikroprocesori, čipsetovi matičnih
