Что такое графический процессор и как он работает
На что мы смотрим в первую очередь, выбирая себе смартфон? Если на минутку отвлечься от стоимости, то в первую очередь мы, конечно, выбираем размер экрана. Затем нас интересует камера, объем оперативной, количество ядер и частота работы процессора. И тут все просто: чем больше, тем лучше, а чем меньше, тем, соответственно, хуже. Однако в современных устройствах используется еще и графический процессор, он же GPU. Что это такое, как он работает и почему про него важно знать, мы расскажем ниже.
GPU (Graphics Processing Unit) — это процессор, предназначенный исключительно для операций по обработке графики и вычислений с плавающей точкой. Он в первую очередь существует для того, чтобы облегчить работу основного процессора, когда дело касается ресурсоемких игр или приложений с 3D-графикой. Когда вы играете в какую-либо игру, GPU отвечает за создание графики, цветов и текстур, в то время как CPU может заняться искусственным интеллектом или расчетами механики игры.
Архитектура графического процессора не сильно отличается от архитектуры CPU, однако она более оптимизирована для эффективной работы с графикой. Если заставить графический процессор заниматься любыми другими расчетами, он покажет себя с худшей стороны.
Видеокарты, которые подключаются отдельно и работают на высоких мощностях, существуют только в ноутбуках и настольных компьютерах. Если мы говорим об Android-устройствах, то мы говорим об интегрированной графике и том, что мы называем SoC (System-on-a-Chip). К примеру, в процессоре Snapdragon 810 интегрирован графический процессор Adreno 430. Память, которую он использует для своей работы, это системная память, в то время как для видеокарт в настольных ПК выделяется доступная только им память. Правда, существуют и гибридные чипы.
В то время как процессор с несколькими ядрами работает на высоких скоростях, графический процессор имеет много процессорных ядер, работающих на низких скоростях и занимающихся лишь вычислением вершин и пикселей. Обработка вершин в основном крутится вокруг системы координат. GPU обрабатывает геометрические задачи, создавая трехмерное пространство на экране и позволяя объектам перемещаться в нем.
Обработка пикселей является более сложным процессом, требующим большой вычислительной мощности. В этот момент графический процессор накладывает различные слои, применяет эффекты, делает все для создания сложных текстур и реалистичной графики. После того как оба процесса будут обработаны, результат переносится на экран вашего смартфона или планшета. Все это происходит миллионы раз в секунду, пока вы играете в какую-нибудь игру.
Конечно же, этот рассказ о работе GPU является весьма поверхностным, но его достаточно для того, чтобы составить правильное общее представление и суметь поддержать разговор с товарищами или продавцом электроники либо понять — почему ваше устройство так сильно нагрелось во время игры. Позднее мы обязательно обсудим преимущества тех или иных GPU в работе с конкретными играми и задачами.
Графические ускорители ARM: Adreno, GeForce ULP, PowerVR и другие
Современные смартфоны и планшетные ПК просто-таки нельзя представить без графического ускорителя, который входит в состав однокристальной системы (system-on-a-chip). Сейчас графическое ядро требуется не только для запуска трехмерных игр, но и для прорисовки интерфейса операционной системы и воспроизведения видео сверхвысокого разрешения (4K).
Первопроходец Intel
В начале 2000-х мобильные телефоны и КПК обрабатывали графику в играх исключительно с помощью центрального процессора. При этом картинка в играх была предельно примитивной. Лед тронулся в 2006 году, когда компания Intel представила мобильное графическое ядро 2700G с производительностью на уровне игровой консоли Sony PlayStation One. Правда, операционные системы Windows Mobile и Symbian не смогли наполную раскрыть его потенциал.
Dell X50v – КПК с графическим ускорителем Intel 2700G
Мобильные графические ускорители стали эффективно использоваться лишь с выходом Apple iPhone и Android-смартфонов. Так, первое поколение iPhone строилось на базе процессора Samsung ARM 1176JZ(F)-S с графикой Mbx lite (от компании Imagination Technologies). Первым же графическим ядром для Android стало Adreno 130, о котором речь пойдет чуть ниже.
Qualcomm Adreno
В 2005 году компания Qualcomm, до этого занимавшаяся исключительно оборудованием для сотовых сетей, получила у ARM Limited лицензию на производство и, что важнее всего, модификацию процессоров архитектуры ARM. Несколько лет у нее ушло на разработку собственной архитектуры под названием Scorpion (набор инструкций ARMv7) и внедрение энергоэффективного графического ускорителя ATI Imageon.
В 2008 году в продажу поступил WindowsMobile-коммуникатор HTC Touch Diamond с процессором Qualcomm MSM7201A и графикой Adreno 130 (переименованная ATI Imageon). А вскоре мир увидел первый Android-смартфон – HTC Dream (операторское название T-Mobile G1) с точно такой же однокристальной системой. Окрыленная успехом на рынке Android, компания Qualcomm выкупила подразделение мобильной графики AMD.
Современная графика Qualcomm представлена как бюджетными моделями (Adreno 203, 205 и 305), так и настоящими 3D-монстрами (Adreno 320, 330 и 420). В отличие от родоначальницы Adreno 130, в которой применялась устаревшая конвейерная архитектура с фиксированными функциями блоков, современная графика Qualcomm строится на унифицированной шейдерной архитектуре. Исключением стала лишь Adreno 205 с VLIW-архитектурой.
NVIDIA GeForce ULP
Компания NVIDIA, многолетний лидер индустрии компьютерной графики, не могла долго оставаться в стороне быстрорастущего рынка мобильных гаджетов. И если первое поколение чипов NVIDIA Tegra нигде кроме медиаплеера Microsoft Zune HD не применялось, то второе поколение произвело настоящий фурор. Так, LG Optimus 2X на базе Tegra 2 стал первым в мире двухъядерным Android-смартфоном. Да и львиная доля модельного ряда Android-планшетов 2011 года строились именно на втором поколении Tegra. Мобильное графическое ядро Tegra 2 получило 8 ядер и громогласное имя GeForce ULP.
В третьем поколении однокристальных систем NVIDIA число ядер графики увеличилось до 12, а в четвертом – до 72 штук. Настоящим же откровением стал анонс чипа Tegra K1 с графикой аж на 192 ядра и, что важнее всего, взрослой архитектурой Kepler. Наконец-то появилась возможность сравнивать смартфонно-планшетную графику NVIDIA с ее же видеокартами для ПК. Если не делать поправку на невысокую частоту графического ядра и видеопамяти Tegra K1, то можно предположить, что она всего лишь вдвое медленнее ноутбучной NVIDIA GeForce 740M (384 ядра Kepler).
Imagination PowerVR
Несмотря на сильные рыночные позиции Qualcomm и авторитет NVIDIA, именно мобильная графика PowerVR от компании Imagination Technologies является самой распространенной в мире. По некоторым данным, ее доля достигает 50 процентов рынка. Впрочем, оно и не странно, ведь графику PowerVR применяют в своих однокристальных системах сразу несколько крупных производителей.
Так, графические ускорители PowerVR SGX 531 и SGX 544MP в своих ARM-процессорах использует компания MediaTek. Модель PowerVR SGX 545 вполне себе неплохо подружилась с процессорными ядрами х86 в чипах Intel Atom. Нельзя забывать и про портативную игровую консоль Sony PlayStation Vita с графикой PowerVR SGX 543MP4+.
Приоритетным же заказчиком для Imagination остается компания Apple. Именно ей Imagination предоставляет право первыми использовать свои новейшие разработки. Так было в 2011 году с PowerVR SGX 543MP2 с двумя кластерами ядер (для iPad 2 и iPhone 4S), точно также произошло в прошлом году с PowerVR G6430 с уже четырьмя кластерами (для iPad Air, iPad mini 2gen и iPhone 5S).
А ведь в арсенале Imagination имеется еще более мощная графика – PowerVR GX6650 с 192 ядрами, как у NVIDIA Tegra K1. Так почему же качество картинки в мобильных играх так медленно двигается вперед? Об этом мы тоже расскажем ниже.
ARM Mali
Британская компания ARM Limited, которая в 1980-х и придумала одноименную процессорную архитектуру, проектирует не только процессорные, но и графические ядра. А ее партнеры сами решают, лицензировать только первое, или еще и второе. Пробой пера для ARM Limited стала графика Mali 55, которая применялась в мобильном телефоне LG Renoir не столько для игр, сколько для плавности анимации меню.
Первым же полноценным ускорителем 3D-графики ARM Limited был Mali-200, которого со временем заменил мультикластерный Mali-400MP. Новым витком эволюции стала графика Mali-T604 (почти вдвое быстрее Mali-400MP), первым устройством на базе которой стал планшет Google Nexus 10.
Противостоять же графическим флагманам 2014 года – Adreno 420, Tegra K1 и PowerVR G6650 – будет ARM Mali-T760, способный построить до 1,4 млрд. треугольников в секунду. Кроме того, Mali-T760 поддерживает актуальные графические технологии OpenGL ES 3.0 и DirectX 11, а также параллельные вычисления OpenCL.
Сравнить несравнимое
Противопоставлять друг другу два мобильных графических ускорителя – дело неблагодарное. Меньше всего стоит доверять показателям бенчмарков, так как они выдают суммарную оценку процессора и интегрированной графики. Некоторые однокристальные системы содержат мощные процессорные ядра и при этом слабый графический ускоритель, тогда как в других наоборот перевешивает графика.
Лучший же способ сравнить два мобильных графических ядра – детально рассмотреть их архитектуру. В качестве примера возьмем три широко известные модели: Qualcomm Adreno 220 (из чипа Snapdragon S3), NVIDIA GeForce ULP (из Tegra 2) и Imagination PowerVR SGX 543MP2 (из Apple A5). Так, графика Adreno 220 содержит 8 унифицированных шейдеров, работающих по-умолчанию на частоте 266 МГц, а ее производительность оценивается в 17 GLOPS.
Конкурирующая же NVIDIA GeForce ULP версии Tegra 2 также имеет 8 шейдеров, но в отличие от Adreno они не унифицированные. Четыре шейдера являются пиксельными и еще четыре вертексными. Стандартная частота ядра GeForce ULP равняется 300 МГц. Пиковая производительность Tegra 2 составляет 5,6 GLOPS. Существенное отставание в производительности от Adreno 220 при в целом-то схожем количестве шейдеров вызвано меньшем количеством инструкций, обрабатываемых за такт.
Qualcomm Adreno 220
NVIDIA GeForce ULP (версия из Tegra 2)
Imagination PowerVR SGX 543MP2
С фиксированными функциями блоков
С фиксированными функциями блоков
Отдельно стоит поговорить про графику Imagination PowerVR SGX 543MP2, которую часто ошибочно называют «двухъядерной». На самом же деле, приставка MP2 в названии подразумевает наличие двух кластеров ядер. Каждый кластер у SGX 543MP2 содержит 4 пиксельных шейдера и 2 вертексных. То есть суммарное количество шейдеров у SGX 543MP2 равно 12 (8+4), начальная рабочая частота – 200 МГц, а быстродействие – 14,4 GFLOPS.
Унифицированная шейдерная архитектура является куда более современной, чем фиксированная. К примеру, современные видеокарты для ПК содержат большое количество унифицированных шейдеров (больше тысячи) и значительно меньше фиксированных (меньше сотни). Быстродействие же в играх зависит в первую очередь от того, на какую архитектуру ориентировался разработчик, то есть от оптимизации.
А еще от смартфона к смартфону может отличаться частота оперативной памяти, часть которой, как известно, одалживает интегрированная графика. Именно ОЗУ с низкой пропускной способность может стать узким горлышком графической подсистемы, что выльется в низкие оценки бенчмарка.
Похорошела ли графика в играх?
Если сравнивать мобильные игры пятилетний давности и современные, то разница в качестве картинки будет, как говорится, на лицо. Но если учитывать многократный прирост производительности ARM-процессоров и интегрированных в них графических ускорителей, то картинка явно похорошела недостаточно сильно.
Несколько лет назад дать толчок развитию графики в мобильных играх, якобы, пыталась компания NVIDIA. Так, зомби-шутер Dead Trigger на смартфонах и планшетах с чипом Tegra 3 работал с расширенными опциями графики: лучами света, тенями, металлическим блеском и дымкой. Правда, очень скоро выяснилось, что для всего этого мощная графика GeForce ULP вовсе не требуется, а достаточно с помощью root-прав отредактировать конфигурационный файл игры.
Среда разработки Unity
Впрочем, винить во всех бедах производителей ARM-чипов и, тем более, компании Google и Apple не стоит. Прогресс качества картинки тормозят в первую очередь разработчики игр. Продавая свои творения по доллару-два, они не готовы инвестировать сотни тысяч в разработку собственного графического движка. Луч надежды загорелся лишь с появлением кроссплатформенного движка Unity. Хочется верить, что уже в этом году появятся игры с по-настоящему красивой и реалистичной картинкой.
Подписывайтесь на наш нескучный канал в Telegram, чтобы ничего не пропустить.
Как выбрать игровой планшет?
Отрасль производителей компьютерных игр развивается настолько бурными темпами, что порой успеть за ним способны лишь поставщики оборудования топового сегмента. Постоянно улучшающаяся графика, все более детализированный геймплей, «физика» игр требуют от «железа» максимальной производительности, а стремительно завоевывающие популярность трехмерные игры придают этой гонке процессоров и памяти новую динамику.
С чего начать?
Прежде чем подойти к процедуре выбора конкретной марки и модели планшета, предстоит определиться с главным: для какой операционной системы приобретается будущий планшет. Тут какие-то советы давать весьма сложно: у каждого имеются свои предпочтения, привычки и любимые игры.
Серьезные разработчики игр выпускают свои программы сразу под все основные ОС, поэтому при прочих равных следует помнить, что игровой планшет под управлением iOS будет заведомо дороже примерного аналога на Android. Это практически единственная разница, а утверждения о том, что самый лучший игровой планшет должен работать исключительно под Android или, наоборот, исключительно под iOS, всегда будут предметом для споров.
Слагаемые производительности
Продолжая выбор игрового планшета, стоит разобраться в том, какие требования накладывает современная ресурсоемкая игра на техническую часть и, прежде всего, – на производительность.
Производительность планшетных устройств складывается из трех составляющих:
- процессор, его тактовая частота и количество ядер;
- оперативная память;
- графический ускоритель, его тип и объем памяти.
Наличие мощного многоядерного процессора, современного графического ускорителя и большого количества оперативной памяти – это первые важные показатели того, чем отличается игровой планшет от обычного. О каждой позиции поговорим чуть подробнее.
Процессор.
Основные характеристики – тактовая частота и количество ядер. Оба критерия предельно просты: чем больше того и другого – тем лучше. Современные мобильные процессоры ведущих производителей (Apple, Intel, Qualcomm, Kirin, Samsung, Mediatek) уже сегодня строятся по восьмиядерной схеме и работают на тактовых частотах 2,2 МГц и выше.
Оперативная и внутренняя память.
Здесь тоже все просто: памяти, как говорится, много не бывает. Самые мощные из игровых гаджетов имеют «на борту» по 4 Гб оперативной памяти и выше. Не стоит забывать и про внутреннюю память для хранения файлов: современные игры «весят» достаточно много, и хранилище должно быть соответствующим. Возможность его расширения при помощи флеш-накопителя максимально большого объема тоже никому еще пока не навредила.
Графический ускоритель.
С точки зрения потребления ресурсов, игра – это, прежде всего, графика, поэтому от возможностей графического ускорителя в споре о том, какой игровой планшет самый мощный, зависит многое. Битва производителей железа в этом сегменте разгорелась ничуть не меньшая, чем в процессорном. Крупнейшими и самыми авторитетными производителями графических ускорителей являются все тот же Qualcomm с его Adreno, Imagination Technologies c PowerVR, ARM (ускорители Mali, Mitgard), Nvidia (архитектура GeForse Tegra).
Дополнительные характеристики
Все вышеперечисленное крайне важно для определения самого производительного игрового планшета, однако и другие характеристики не стоит оставлять без внимания.
Прежде всего – это дисплей. Играть в серьезную игру на семидюймовом планшете, пусть и очень мощном – занятие малоприятное как для глаз, так и с точки зрения удобства управления им. Поэтому диагональ 10’’ можно считать минимальной для таких нужд. Разрешение экрана тоже рекомендуется выбирать максимальное из доступных: качество графики в игре – это то, на что разработчики обращают повышенное внимание. Угол обзора дисплея желательно иметь приближающийся к 180 градусам: динамичные игры подразумевают различный наклон устройства относительно глаз.
Связь с внешним миром – тоже практически обязательный атрибут. И если слот для сим-карты – вещь для игрока почти не важная, то наличие высокоскоростного беспроводного соединения – жизненно необходимо, особенно в сетевых играх.
Подводя итог, можно сказать: бесконечные споры о том, какой лучший игровой планшет выбрать – носят очень субъективный характер и во многом зависят от пристрастий того или иного геймера. Выбирайте по приведенным нами критериям – и положительные эмоции от компьютерных игр будут гарантированы вне зависимости от конкретного производителя планшета!
Источник https://androidinsider.ru/polezno-znat/chto-takoe-graficheskiy-protsessor-i-kak-on-rabotaet.html
Источник https://gagadget.com/cellphones/14136-graficheskie-uskoriteli-arm-adreno-geforce-ulp-powervr-i-drugie/
Источник https://naobzorah.ru/articles/kak_vibrat_igrovoj_planshet