هر آنچه باید درباره کارت گرافیک بدانید - مجله پارمیسفان

احتمالا بارها عبارت GPU را از زبانِ کارشناس ها و علاقه مندان به حوزه سخت افزار و تکنولوژی شنیده اید یا در مقالات مختلف با این کلمه روبرو شده اید. به زبان ساده می توان اعتراف کرد که اگر کارت گرافیکی در جهانی فناوری و سخت افزار ابداع نمی شد، پیشرفت های حائز اهمیتی هم در بحث بازی های ویدیویی و انیمیشن سازی سه بعدی به هیچ وجه حاصل نمی شد. در ادامه، درباره تمامی نکاتی که باید درباره کارت گرافیک بدانید صحبت می گردد.

کارت گرافیک یا GPU چیست؟

واژه اختصاری GPU برگرفته از عبارت انگلیسی Graphics Processing Unit به معنای واحد پردازش گرافیکی است. به طور کلی، یک کارت گرافیک وظیفه مدیریت اطلاعاتی را دارد که از اجزای داخلی کامپیوتر به صفحه نمایش منتقل شده و فرمِ تصویری و ویدیویی به خود می گیرند. بنابراین، تجربه بازی های ویدیویی، ویرایش ویدیوها و حتی زل زدن به تصویر پس زمینه دسکتاپ از جمله وظایفِ کارت گرافیک محسوب می گردد. در واقع، GPU تمامی این اطلاعات را پردازش می نماید. بدیهی است هر میزان قدرتِ پردازش یک کارت گرافیک بیشتر و بهتر باشد، کارت گرافیکِ مورد نظر گران بهاتر و با کیفیت تر خواهد بود.

کارت گرافیک مجتمع چیست و چه تفاوتی با کارت گرافیک معمولی دارد؟

در جهانی لپتاپ ها، مفهوم واحدِ پردازشگرِ گرافیکی تا حدودی فرق دارد. در بسیاری از لپتاپ ها، به خصوص لپتاپ ها با وزنی سبک و میزان کوچک، یک واحد پردازشگر گرافیکی منحصر به فردی در داخل سیستم تعبیه می گردد که در واقع بخشی از چیپستِ پردازنده مرکزی یا همان CPU است. عبارت Integrated GPU به این مدل پردازنده های گرافیکی اطلاق می گردد که در زبانِ فارسی، به کارت گرافیک مجتمع یا کارت گرافیک ادغام شده معنا می گردد.

در مقابل، کارت گرافیک های اختصاصی برای لپتاپ ها ساخته می گردد که در مقایسه با کارت های گرافیک عادی از لحاظ ابعاد، کوچکتر بوده و از لحاظ بهره وری و عملکرد هم در سطحِ پایین تری قرار می گیرند؛ چراکه کارت های گرافیک لپتاپ نسبت به کارت های گرافیک کامپیوترهای دسکتاپ ظریف تر محسوب می شوند. به طور معمول، برای لپتاپ های مالی و لپتاپ هایی که دارای صفحه لمسی هستند، کارت های گرافیک مجتمع قرار می دهند که دستگاهِ مورد نظر صرف مالی پیدا نموده یا سیستم داخلیِ لپتاپ به راحتی داغ نکند.

متاسفانه در زمان نگارش این مقاله، برای لپتاپ ها، تبلت و سیستم های دسکتاپ امکان ارتقای کارت گرافیک وجود ندارد. به همین علت، پس از گذشت چند سال و پیشرفت همه جانبه حوزه بازی های ویدیویی، کارت های گرافیک در پردازش بازی ها و نرم افزارهای مبتنی بر گرافیک ناتوان ظاهر شده و کاربر به ناچار مجبور می گردد تا کارتِ گرافیک نوی را خریداری کند که از پسِ رندر و پردازش بازی های روز جهان بر بیاید.

تفاوت CPU با GPU

شاید این سوال برای تان پیش بیاید که اگر مبنای کارهای گرافیکی بر پایه پردازش است، پس چرا CPU نمی تواند کارهای گرافیکی را هم انجام دهد؟ به زبانِ بسیار ساده می توان این گونه پاسخ داد که GPU بر اساسِ قطعاتی که دارد، قدرتِ پردازش به مراتب بیشتری برای کارهای گرافیکی دارد. به همین علت است که کارت های گرافیک روی کار آمده اند و روز به روز از فناوری های نوتری برای بهبود شرایط راندمان کارت های گرافیک استفاده می گردد.

تعداد انبوهِ هسته های موجود در GPU موجب می گردد تا یک کارت گرافیک در هر لحظه با اطلاعات بسیار زیادی روبه رو گردد. به همین علت است که استخراج نماینده ها و ماینرهای بیتکون برای خرید کارت های گرافیک قدرتمند تمایل زیادی دارند تا بتوانند در یک بازه معینی از زمان، میزان مطلوبی از بیتکون را استخراج نمایند. با تمام این اوصاف، با وجود این که CPU و GPU هر دو میکرو پردازنده هایی مبتنی بر پلیمر سیلیکون هستند، این دو قطعه همان طور که معین است نقش ها و وظایف متفاوتی را انجام می دهند. با این حال، این نکته را خوب می دانیم که بدونِ وجود CPU، یک سیستم کامپیوتری در همان وهله اول روشن نمی گردد.

AMD و انویدیا؛ دو غولِ بزرگِ صنعت ساخت کارت گرافیک

اگر برای خرید کارت گرافیک به جست وجوی هر چند کوتاهی در جهانی مجازی پرداخته باشید، احتمالا با نام های انویدیا (Nvidia) و AMD به کرات روبه رو شده اید. شرکتی تحت عنوان ATI در سال 1985 به طور رسمی پا به عرصه ساخت کارت گرافیک گذاشت. از سوی دیگر، شرکت انویدیا هم در سال 1999 اولین پردازنده گرافیکی منحصر به فرد خود را به طور جدی عرضه کرد. از طرفی دیگر، AMD با خرید شرکت ATI در سال 2006 کوشش می نماید با شرکت انویدیا و اینتل وارد رقابت گردد. این رقابتِ دیرینه تا به حال ادامه داشته و کارت های گرافیک هر برند، نقاط قوت و ضعف مخصوص به خود را دارند.

شرکت انویدیا مدام در حال قدرت نمایی است. این موضوع را با سری کارت های گرافیک GTX به خوبی می توان حس کرد. از آن سو، شرکت AMD در کوشش است ضمنِ بهبود کیفیت محصولات، پردازنده هایی را طراحی کند که عموم کاربرها توان خرید آن را داشته باشند. به همین علت، پردازنده های گرافیکی شرکت AMD طراحی های ارزان تری دارند، در حالی که شرکت انویدیا مدام در حال ایجاد محصولاتی است تا نهایتِ بهره وری و عملکرد را به مخاطب تحویل دهد. در این که آیا کارت های گرافیک AMD بهتر است یا انویدیا، مقالات متعدد زیادی هر ساله از رسانه های معتبر منتشر می گردد اما در هر صورت، هر دو برند در کوشش هستند برترین و پیشرفته ترین پردازنده های گرافیکی را به بازار عرضه نمایند.

چگونه یک کارت گرافیک کار می نماید؟

یک GPU اجزای زیادی دارد که کیفیتِ خوبِ اجزا تنها یک مولفه برای مشخص قدرت کارت گرافیک محسوب می گردد. یک کارت گرافیک ایده آل باید پارامترهای مناسبی را داشته باشد تا بتوان آن را یک غولِ پردازشی بنامیم! یکی از مهم ترین اجزای داخلی یک GPU، بخشی است که تحت عنوان حافظه رم مجازی یا VRAM شناخته می گردد. این ماژول حافظه به واحد پردازشگر اجازه می دهد که خیلی سریع اطلاعات را ذخیره و دریافت کند. مزیت VRAM در این است که اجازه نمی دهد تمامی اطلاعات به وسیله CPU به رم حقیقی منتقل گردد. به زبان ساده، VRAM کاری می نماید تا به رمِ حقیقی دستگاه های کامپیوتری فشار بیش از میزان ای وارد نگردد. بنابراین، رم معینی که در کارت گرافیک مجهز شده با رم های حقیقی نصب شده روی مادربورد کاملا فرق دارد.

یک سیستمی که از حافظه رم DDR4 پشتیبانی می نماید این قدرت را دارد تا یک کارت گرافیک با رم GDDR5 را اجرا کند. همان طور که قبلا هم به این نکته اشاره شده، VRAM موجود در یک کارت گرافیک به منظور ذخیره و دسترسی سریع به اطلاعات روی کارت مورد استفاده قرار گرفته و بعلاوه فریم هایی که قرار است روی صفحه نمایش رندر گردد را هم به اصطلاح بافر (Buffering) می نماید. منظور از بافر، مهیا کردن اطلاعات برای به نمایش در آوردن است.

حافظه VRAM بعلاوه با قابلیت Anti-aliasing موجب کاهش اثر لبه های تیز پیرامون اشیای و آبجکت های سه بعدی موجود در محیطِ برنامه ها و بازی ها می گردد. به همین علت، کارت های گرافیک قدیمی با فعال سازی قابلیت Anti-aliasing در اجرای بازی های ویدیویی با قدرت ظاهر نمی شوند.

یکی دیگر از کارهای مهمی که یک کارت گرافیک انجام می دهد، بالا بردن دقت صفحه نمایش یا همان رزولوشن (Resolution) است. رزولوشن به این معناست که یک صفحه نمایش تا چه میزان می تواند پیکسل را به تصویر بکشد. بدیهی است که هر میزان تعداد پیکسل ها بیشتر و کوچکتر باشند، کیفیت تصویر و ویدیوهای منتشر شده به واسطه مانیتور بهتر خواهد بود. بنابراین، منظور از ابعاد رزولوشن 1920×1080 یا 1366×768 در میزان تعداد پیکسلی است که به طور طول و عرض محاسبه می شوند. هر میزان کارت گرافیک قوی تر باشد، رزولوشنی که مانیتور به نمایش می کشد هم قطعا بالاتر خواهد بود. البته مانیتور و تلویزیون ها باید ظرفیت لازم را داشته باشند. برای مثال، یک تلویزیون فول اچ دی معمولی، توانِ اجرا و نمایش ویدیو و تصاویر با کیفیت 4K را ندارد.

این همه قابلیت ها را مطرح نموده ایم تا به این نتیجه برسیم چرا کارت های گرافیک مدرن دارای صدها هسته هستند. با افزایش تعداد هسته ها، قدرتِ GPU هم افزایش یافته و از طرفی دیگر، به میزان انرژی بیشتری هم برای مدیریت کارت گرافیک احتیاج می گردد.

فراوری دما؛ یک معضل اصلی

پردازنده های گرافیکی به خصوص کارت های گرافیک مدرن به انرژی الکتریسیته بسیار بالایی احتیاج دارند. به همین علت، گرمای بسیار زیادی به واسطه فعالیت پردازنده های گرافیکی در محفظه مادربورد ایجاد می گردد. گرمای فراوری شده به وسیله یک کارت گرافیک بر حسب واحد TDP (مخفف Thermal Design Power) محاسبه می گردد. با این حال باید هنگام خرید دقت کرد که اگر برای مثال کارت گرافیک GTX 1080 به 180 وات انرژی برق احتیاج دارد، الزاما قرار نیست صرفا همین عدد برای کارت گرافیک صدق کند. شاید در استفاده بیش از حد، کارت گرافیک به میزان وات بیشتری احتیاج داشته باشد.

از طرفی، خرید یک کارت گرافیک قدرتمند و قرار دادن قطعه در داخل یک کیس تنگ می تواند باعث خرابی کارت گرافیک و حتی سایر اجزا گردد؛ چراکه حرارتِ فراوری شده به وسیله کارت گرافیک می تواند به سایر اجزا آسیب بزند. بنابراین، وجودِ یک سیستم خنک نماینده عالی می تواند جلوی این اتفاق را تا حد به سزایی بگیرد. بدیهی است که هر میزان مصرفِ وات کارت گرافیک بیشتر باشد، به فن قدرتمندتری هم برای خنک سازی احتیاج می گردد.

متخصصین و خوره های فناوری با استفاده از ترفندهای مختلف کوشش می نمایند تا پردازنده های گرافیکی را به اصطلاح اورکلاک (Overclock) نمایند؛ به این معنا که سرعت کلاک و پردازش یک کارت گرافیک از حد معمول خود فراتر برود. البته اورکلاک GPU زمانی کاربرد خواهد داشت که کارت گرافیک مربوطه در ابتدا توانایی لازم را داشته باشد و در قدم بعدی بتوان سیستم را به درستی خنک کرد. در این رابطه، مقالات آموزشی متعددی نوشته شده است.

آشنایی با بعضی از واژه های مهم درباره کارت های گرافیک

در بحثِ کارت های گرافیک شاید بعضی اصطلاحات و مفاهیمی وجود داشته باشد که برای عموم کاربران عادی گنگ و مبهم باشد. در ادامه، چند مورد از مهم ترین واژه ها را نام برده و درباره هر کدام، اطلاعات مختصر و مفیدی را ارائه می دهیم.

معماری (Architecture)

منظور از معماریِ کارت گرافیک، به پلتفرم یا فناوری خاصی گفته می گردد که GPU بر اساس آن توسعه می یابد. معماریِ کارت های گرافیک به مرور زمان به وسیله شرکت های سازنده بهبود پیدا می نماید. برای مثال می توان به معماری پولاریس (Polaris) شرکت AMD اشاره نمود که سر و صدای زیادی از بابتِ جو رسانه ای ایجاد شد.

پهنای باند حافظه (Memory Bandwidth)

پهنا باند حافظه منظور این است که یک پردازنده گرافیکی تا چه میزان ای می تواند به طور مفید از VRAM استفاده کند. فرض کنید کل حافظه GDDR5 را در اختیار داشته باشید؛ اگر کارت گرافیکِ مربوطه پهنا باند لازم را نداشته باشد نمی توان از حداکثر قدرت حافظه قطعه استفاده کرد. در این حالت به اصطلاح گفته می گردد که پردازنده دچارِ گلوگاه (Bottleneck) شده است.

نرخِ پرنماینده بافتی (Texture Fillrate)

این پارامتر به وسیله کلاک هسته ضرب در پارامتر Texture Mapping Units (TMU) به دست می آید. به زبان ساده تر، این مولفه به تعداد پیکسل هایی گفته می گردد که کارت گرافیک می تواند در هر ثانیه به نمایش در بیاورد.

هسته ها/پردازنده ها (Cores and Processors)

به تعداد هسته ها و پردازنده های موجود روی یک کارت گفته می گردد.

کلاک هسته (Core Clock)

این پارامتر شبیه به سرعت کلاک پردازنده مرکزی یا همان CPU است. به طور معمول، هر میزان این میزان بالاتر باشد، پردازنده گرافیکی سریع تر کار می نماید. با این اوصاف، صرفا مقایسه سرعت کلاک دو پردازنده گرافیک معیار خوبی برای مقایسه محصولات نیست.

SLI/CrossFire

آیا به قدرت بیشتری احتیاج دارید؟ شما می توانید دو کارت گرافیک سازگار با یکدیگر را خریداری نموده و روی سیستم خود نصب کنید تا قدرت پردازشی سیستم به طرز حیرت انگیزی بیشتر گردد. SLI و CrossFire دو فناوری شرکت های انویدیا و AMD تلقی می شوند که به شما اجازه می دهند بیشتر از یک مدل کارت گرافیک را روی سیستم خود نصب کنید. با این حال، نصب دو پردازنده گرافیکی روی یک سیستم به همین سادگی نیست و باید سیستم را از تمامی جوانب فنی آنالیز کرد. از همه مهم تر این که آیا اصلا مادربورد دو یا تعداد جایگاه های بیشتری برای نصب کارت گرافیک های متعدد در اختیار دارد یا خیر.

آپدیت کارت گرافیک؛ الزامی یا اختیاری؟

اگر جزء کاربرهای عادی هستید، احتمالا بارها با پیغام به روز رسانی درایورهای کارت گرافیک به خصوص پردازنده های انویدیا روبه رو شده اید. آیا حتما باید کارت های گرافیک را به طور مرتب به روز رسانی کنیم؟ اصلا آپدیت کردن درایورهای مخصوص کارت گرافیک چه سودی برای مان دارد؟

به طور خلاصه، اگر اهل بازی های ویدیویی با کامپیوتر یا لپتاپ هستید، آپدیت درایورهای کارت گرافیک توصیه می گردد؛ چراکه بهینه سازی بازی ها از این طریق به راحتی اجرا شده و تنظیمات بازی بر اساس مدل کارت گرافیکی که در اختیار دارید به طور اتوماتیک به وسیله درایور مربوطه تغییر و تحول می یابد. با این حال، اگر تصور می نماید با آپدیت درایور گرافیکی، کیفیت عملکرد سخت افزار گرافیکی هم تغییراتی پیدا می نماید سخت در اشتباه هستید.

ذکر این نکته الزامی است که اگر کارت گرافیک نصب شده روی سیستم شما بیش از میزان قدیمی باشد، به روز رسانی درایورهای مربوطه، رسما فایده چندانی بر افزایش عملکرد و بهره وری پردازنده گرافیکی در بازی های ویدیویی روز جهان ندارد؛ چراکه بازی های ویدیویی نو بر مبنای پارامترها و قابلیت های کارت های گرافیک نو و مدرن توسعه پیدا می نمایند.

با تمام این تفاسیر، سناریوی بهینه سازی بازی های ویدیویی به وسیله دو کمپانی مطرح سازنده GPU چند سالی است که تغییر و تحول یافته و راه چاره ساده تری برای بهینه سازی وجود دارد. شرکت های بازی سازی بعضی از کدهای مربوط به بازی خود را در اختیار شرکت انویدیا یا AMD قرار می دهند تا متخصصین فنی این دو شرکت راهی برای بهینه سازی بیشتر و بهترِ گرافیک بازی مورد نظر پیدا نمایند تا در وهله اول، نرخ فریم بازی در پلتفرم کامپیوتر شرایط پایدارتری داشته باشد.

خرید کارت گرافیک ارزان قیمت؛ چالش های پیشِ روی خریداران واقعی

در اغلب اوقات، گیمرها و افرادی که تدوینگر حرفه ای هستند، در پی خرید یک کارت گرافیک قدرتمند هستند. با این اوصاف، هزینه بسیار بالای کارت های گرافیک موجب شده روند خرید چنین قطعاتی برای هر فردی آسان نباشد. بنابراین، اگر از لحاظ بودجه با مضیقه روبه رو هستید، بهتر است چند مولفه مهم را در حین خرید در نظر داشته باشید.

در ابتدای امر، نوع حافظه کارت گرافیک هیچ الزامی ندارد که حتما GDDR6 باشد. شما می توانید محصولاتی از نوع GDDR5 یا حتی GDDR4 هم بخرید. از طرفی، اگر قصد خرید یک پردازنده گرافیکی دارید که صرفا به یک مانیتور متصل گردد، الزامی ندارد کارت گرافیک خاصی را بخرید که دو عدد پورت HDMI داشته باشد. از طرفی دیگر، اگر گیمر حرفه ای نیستید یا قصد تدوین های فوق العاده سنگین ویدیویی را ندارید، احتیاجی نیست تا میزان VRAM کارت گرافیک آنچنان بالا باشد. صرفا یک کارت گرافیک با حداقل چهار گیگابایت VRAM هم می تواند کار شما را در فعالیت های معمولی راه بیندازد.

هیچ الزامی را نمی توان برای کارت های گرافیک مناسب برای کامپیوتر تعریف کرد که حتما باید از دو یا سه عدد فن استفاده نمایند. شرکت های توسعه دهنده، بر حسبِ میزان وات مصرفی قطعه تصمیم می گیرند که پردازنده گرافیکی باید چه تعداد فن داشته باشد. بعضی از کاربرها مدام تصور می نمایند تمامی فن های کارت گرافیک باید همواره و در همه حالت روشن بوده و بچرخند. این مسئله در پردازنده های گرافیکی نسل های اخیر هوشمندتر و پیشرفته تر شده است؛ به این معنا که کارت های گرافیک، بسته به نوع فعالیتی که انجام می دهند از فن ها کار می کشند. اگر در حال تجربه یک بازی ویدیویی سبک هستید، شاید اصلا فن یا فن های کارت گرافیک روشن نشوند. بنابراین، جای هیچ نگرانی وجود ندارد.

در زمانی که این مطلب نوشته می گردد، برای تجربه بازی های روز جهان با کیفیت میانه رو به بالا، می توان کارت های گرافیک RTX 3060 را پیشنهاد کرد که برای افراد گیمر به شدت مناسب بوده و در برابر قیمتی که دارند، کیفیت بسیار فوق العاده ای را از خود نشان می دهند. برای خرید یک لپتاپ میان رده گیمینگ هم می توان در پی خرید لپتاپی بود که چیپست RTX 3060 یا RTX 3050 با حافظه اختصاصی شش و چهار گیگابایت داشته باشد.

سوال و جواب های رایج

GPU به چه معناست؟

واژه اختصاری GPU برگرفته از عبارت انگلیسی Graphics Processing Unit به معنای واحد پردازش گرافیکی است.

GPU با CPU چه تفاوتی دارد؟

CPU واحد پردازنده مرکزی است و در راس تمام فعالیت های سخت افزاری کامپیوتر قرار می گیرد. GPU صرفا وظیفه پردازش اطلاعات مربوط به گرافیک را در اختیار دارد.

VRAM به چه معناست و چه کاربردی دارد؟

این ماژول حافظه به واحد پردازشگر اجازه می دهد که خیلی سریع اطلاعات را ذخیره و دریافت کند. مزیت VRAM در این است که اجازه نمی دهد تمامی اطلاعات به وسیله CPU به رم حقیقی منتقل گردد و جلوی فشار به رم حقیقی را تا حد به سزایی می گیرد.

آپدیت درایور کارت گرافیک چه فایده ای دارد؟

اگر اهل بازی های ویدیویی با کامپیوتر یا لپتاپ هستید، آپدیت درایورهای کارت گرافیک توصیه می گردد؛ چراکه بهینه سازی بازی ها از این طریق به راحتی اجرا شده و تنظیمات بازی بر اساس مدل کارت گرافیکی که در اختیار دارید به طور اتوماتیک به وسیله درایور مربوطه تغییر و تحول می یابد.