Die nahe Zukunft der Grafikkarten

Er erinnerte sich an einen Spezialisten für Volkswirtschaftslehre, der sogar seine Doktorarbeit verteidigte und ein Telefonbuch und mehrere alte Volkslieder als Quellen verwendete.
- M. Larney

In diesem Artikel werde ich anhand von Wikipedia und einigen Bildern aus dem Internet versuchen, die nahe Zukunft von Grafikbeschleunigern zu bewerten.

Schauen wir uns die aktuelle Grafikkarte der S3 Trio-Serie vor 20 Jahren an.



Im Ernst, lasst es uns zu schätzen wissen.

1. Die minimale elektrische Leistung in der Größenordnung von Watt.

2. Aus Anspruch 1. Es folgt das Fehlen eines Kernstromversorgungssystems, die Platine ist sehr kompakt.

3. Aus Absatz 1 geht auch hervor, dass kein leistungsfähiges Kühlsystem erforderlich ist. Sie brauchen keinen großen Kühler und keine Lüfter. Völlige Stille.

4. Modularer Speicher. Jeder kann so viel Videospeicher kaufen, wie er benötigt, und ihn dann auf einer Grafikkarte installieren. Sie können Videospeicher kaufen, wenn Geld vorhanden ist oder wenn Sie das Volumen erweitern müssen.

5. Das Videosignal wird über VGA ausgegeben, was damals Standard war. Eine Art der Signalübertragung, ein Pin usw.

6. Die Grafikkarte wird über den PCI-Steckplatz angeschlossen, der mittlerweile sogar weit verbreitet ist. Diese Grafikkarte kann auch jetzt noch mit einem solchen Anschluss an jeden Computer angeschlossen werden und funktioniert.

7. Auf der Platine befinden sich fast keine Funkkomponenten, die beschädigt werden oder Probleme verursachen können. Es gibt keine starken Drosseln, die anfangen können zu pfeifen, es gibt nur wenige Kondensatoren - und solche mit einer minimalen Kapazität.

Schauen wir uns eine der aktuellen Spitzen an, nämlich die MSI GTX 1080 Ti Lightning Z.
Die Länge der Grafikkarte beträgt 32cm



Es belegt 3 Slots, was im Allgemeinen zu einem Phänomen geworden ist, das im Moment nicht überraschend ist



Die Grafikkarte verwendet drei Standard-PCI-E-Stromanschlüsse



und theoretisch verbraucht es nur 250 W, was einige Zweifel aufkommen lässt, gemessen an der Leistung und dem Kühlsystem. Natürlich muss das Kühlsystem separat erwähnt werden.



Nur 5 Heatpipes scheinen nichts Außergewöhnliches zu sein. Nun, 3 Fans hast du schon gesehen.

Wenn jemand S3 Trio und GTX1080ti herumliegen hat, schlage ich vor, ein einfaches Experiment durchzuführen - entfernen Sie Staub vom ersten und richten Sie die Kondensatoren aus, die während des Liegens der Grafikkarte im Müll zerknittert sind. Stellen Sie einen Rentner mit einer Person, die absolut weit von Computern entfernt ist, einer Grafikkarte vor. Und dann interessieren Sie sich dafür, welche Grafikkarte seiner Meinung nach neuer ist. Wenn der Rost am S3 Trio Sie nicht im Stich lässt, ist die Antwort zu ihren Gunsten.

Wie sind wir dazu gekommen?

Offensichtlich führte der Prozess der Erhöhung der elektrischen Leistung der Grafikkarte zu einer solch kritischen Zunahme der Größe der Platine und der Wärmeableitung. Der Kern benötigt mehr Strom, um sicherzustellen, dass ein immer komplexer werdendes Stromversorgungssystem entworfen werden muss, weil Die Spannung am Kern ist sehr gering. Darüber hinaus muss die erzeugte Wärme abgeführt werden, was wiederum eine Steigerung des Wirkungsgrades des Kühlsystems erfordert. Weil Hunderte von Watt streuen (denken Sie an einen 60-W-Lötkolben), und selbst in dem begrenzten Raum eines hypothetischen Falls ist es bereits eine schwierige Aufgabe, den Luftstrom (Erhöhung der Anzahl der Lüfter), die Wärmeübertragungsfläche und die Wärmeleitfähigkeit des Kühlers selbst (Erhöhung der Anzahl und Größe der Wärmerohre) zu erhöhen. Wann hat es angefangen? Die ersten Generationen gängiger Grafikbeschleuniger haben sogar auf Heizkörper verzichtet, wie wir beim S3 Trio sehen. Bei der Weiterentwicklung von Grafikkarten mussten kleine Heizkörper installiert werden


ATI Rage 128 Pro 32 MB


Zu Beginn dieses Jahrhunderts waren viele Grafikkarten der Reihe nicht nur mit einem Heizkörper ausgestattet, sondern bereits mit einem Heizkörper mit kleinem Lüfter


ATI Radeon 8500LE 64MB

Wenn jemand irgendwo mit der Installation kleiner Lüfter experimentiert hat, ist er sich ihrer extrem geringen Effizienz bewusst. Der Luftstrom aufgrund der Größe ihrer Schaufeln ist vernachlässigbar, und ein solcher Lüfter erzeugt aufgrund der anständigen Drehzahl viel Geräusch. Weil Gleichzeitig stieg der Stromverbrauch von Grafikkarten weiter an, auch bei Referenz- (Modell-) Grafikkarten musste auf Turbinen umgestellt werden. Nach etwa 2010 wurde die Kühlung vom Turbinentyp zum Standard für beispielhafte Grafikkarten, und obwohl wir sie immer seltener sehen, präsentieren die Entwickler von Videochips ihre Grafikkarten standardmäßig damit. Es ist interessant festzustellen, dass zu Beginn des laufenden Jahrhunderts eine Turbine als eine Art Kühlung separat für diejenigen verkauft werden konnte, die ihre Grafikkarte mit einem gewöhnlichen kleinen Kühler aufrüsten wollten. Jetzt werden sie natürlich nicht mehr verkauft. Warum eigentlich eine Turbine?


Typische Turbine mit entferntem Gehäuse an einer GTX670

Wie Sie sehen können, nimmt die Turbine selbst die Luft von oben auf, leitet sie zu den Seiten um. Danach strömt die Luft durch den Kühler und kühlt sie ab. Im Idealfall wird heiße Luft vollständig außerhalb des Gehäuses ausgestoßen. Es ist zu beachten, dass die Turbine bei abgenommener Abdeckung kaum funktioniert. Die theoretische Grenze der Verlustleistung einer Turbine ist sehr groß - es reicht aus, um die Anzahl der Kühlerlamellen zu erhöhen, ein paar Wärmerohre daran anzuschließen und sogar 450 W Wärme abzuleiten (HD6990). Der Hauptnachteil von Turbinen ist jedoch Lärm, wie Die Turbine selbst muss sich mit hohen Drehzahlen drehen. Daher begann seit etwa 2008 die Produktion von Luftkühlsystemen, die bereits bekannt geworden sind und aus Wärmerohren, einem relativ kompakten Kühler und mehreren großen Lüftern bestehen, die in Richtung der Grafikkarte durch den Kühler blasen. Ein typisches Beispiel ist eine der ersten Schwalben


Thermalright HR-03 bei 8800GT

Im Moment ist diese Art der Kühlung zum Standard geworden - es ist seltsam, eine Grafikkarte mit einer Turbine zu kaufen. Die Situation wiederholt sich also. Zunächst wurden Turbinen als kundenspezifische Kühloption verkauft und dann zum Standard. Dann wiederholten Heizkörper an Wärmerohren mit einem Ventilator ihr Schicksal und wurden zum De-facto-Standard. Es ist zu hoffen, dass die Angelegenheit nicht standardmäßig auf jeder Grafikkarte zu einem kompakten CBO wird.

Dies ist nur eine ungefähre Schätzung des Leistungswachstums von Grafikkarten, die als "per Auge" bezeichnet wird. Jetzt schlage ich vor, eine Bewertung nach strengeren Kriterien vorzunehmen, nämlich nach den Grafiken. Um dieses und die folgenden Diagramme zu erstellen, habe ich die meisten Daten aus dem Wiki für AMD- und NVIDIA- Grafikkarten verwendet. Einige Daten habe ich jedoch selbst ausgefüllt, basierend auf den im Internet gespeicherten Daten. Leider ist die TDP älterer Grafikkarten, die vor 2007 veröffentlicht wurden, nicht bekannt. Fast alle GeForce- und Radeon-Serien wurden in etwa 10 Jahren in die Grafik aufgenommen, mit Ausnahme der 100. und 300. GTX-Serie und der 8000. HD Radeon-Serie. Die Punkte in den Diagrammen gehören zu Grafikkarten, die Abszissenachse zeigt das Erscheinungsdatum der Grafikkarte, die Ordinatenachse zeigt die Änderung bestimmter Werte.
Lassen Sie uns daher die grafische Darstellung der Änderungen der von Grafikkarten in Betrieb genommenen Wärme in den letzten 10 Jahren sorgfältig untersuchen.



Die folgenden Schlussfolgerungen bieten sich an:

1. Die Verringerung des Herstellungsprozesses führte nicht zu der erwarteten Revolution bei der Wärmeerzeugung von Grafikbeschleunigern.

2. Trotz des großen technologischen Prozesses wurden die coolsten Grafikkarten bis 2007 hergestellt. Der erste große Sprung in der Wärmeerzeugung erfolgte in rd. Mitte 2006 - Anfang 2007. Dies zeigt deutlich, dass die Wärmeableitung hauptsächlich von der Marktnachfrage bestimmt wird. Wenn die Grafikkarten selbst das Spiel bereits schlecht spielen, müssen die Hersteller die Frequenzen und Spannungen überschätzen, was zu einem sehr starken Anstieg der Wärmeableitung führt.

3. Die maximale Wärmefreisetzung auf das Plateau erfolgte ca. 2009 plus oder minus.

4. Das Plateau der maximalen Wärmeableitung von leistungsstarken Modellen wurde seit ca. 250W Dies ist anscheinend das Maximum, das die objektiven Eigenschaften einer Grafikkarte als Gerät in ihrer modernen Form zulassen. Wenn es möglich wäre, die Wärmeerzeugung weiter zu erhöhen, würden die Hersteller von Videochips ohne Zweifel die Frequenz und Spannung weiter erhöhen. Das Kühlen einer Grafikkarte mit einer Wärme von über 300 W ist jedoch bereits eine schwierige Aufgabe. In einem schlechten Fall wird sie gebraten und das Geräusch von Lüftern oder Turbinen wird über allen Standards liegen.

5. Mittlere und schwache Modelle erhöhen ebenfalls langsam aber sicher ihre Wärmeableitung. Wenn jedoch die älteren Modelle um 2009 auf ein Maximum (Plateau) stießen, lagen die mittleren Modelle noch früher bei etwa 150-180 W. Die Schwachen gehen den gleichen Weg.

6. Die Anzahl der vorgestellten Modelle ist seit 2012 zurückgegangen. Dies macht sich insbesondere bei Modellen mit geringer Wärmeableitung bemerkbar. Es gibt weniger von ihnen.

7. Es ist natürlich unmöglich, die letzte ziemlich lange Stagnation der Aufmerksamkeit für den Markt für mobile Lösungen wie zuvor abzuschreiben. Darüber hinaus gibt es gerade zur Zeit der maximalen Beliebtheit von Tablets eine ziemlich hohe Häufigkeit neuer Grafikkarten.

8. Es scheint nicht weniger paradox, dass in den Jahren der globalen Wirtschaftskrise die Veröffentlichung neuer Modelle viel häufiger als jetzt erfolgte.

9. Die letzten beiden Schlussfolgerungen führen uns erneut zu der dominierenden Rolle der Marktanforderungen gegenüber den objektiven Fähigkeiten von Grafikkarten.

Nun, vielleicht tolerieren wir nicht vergeblich eine Zunahme der Wärmeerzeugung, sicher ist dies durch eine Zunahme der Rechenleistung gerechtfertigt? Lassen Sie uns versuchen, es herauszufinden. Natürlich gibt es keine Möglichkeit, die genaue Leistung einer Grafikkarte eindeutig zu ermitteln, und deshalb habe ich mich für Berechnungen mit einfacher Genauigkeit der maximalen theoretischen Leistung zugewandt.



Es ist ziemlich schön, hier ein ziemlich exponentielles Wachstum zu sehen. Persönlich stellte sich für mich eine Überraschung heraus, dass die theoretische Leistung für Radeon-Grafikkarten spürbar höher war. Nun, wahrscheinlich ein alter Witz über das Fehlen eines Fahrers



stellte sich als wahr heraus. Es ist möglich, dass es darum geht, die Spiele selbst zu optimieren.

Vergleichen wir nun das Diagramm von TDP und Leistung. Hier ist es leicht, zu einer Schlussfolgerung zu kommen, die Absatz 2 bestätigt:

10 Der Markt erfordert eine exponentielle Steigerung der Produktivität, obwohl die Hersteller von Videochips offensichtlich kaum mit dieser Anforderung Schritt halten. Dies wird durch einen Anstieg der TDP angezeigt.

Warum beziehen wir Leistung nicht auf Macht?



Es ist schwer genau zu sagen, welche Funktion hier die Kurve festlegt. Einerseits scheint die GeForce eine Potenzfunktion zu haben, und die Radeon-Kurve hat eine S-Form. Wenn wir die Treiber- und Spieloptimierung verwerfen, stellen wir fest, dass AMD ca. 2009 wurde eine gute Architektur mit Effizienz erreicht, die seit vielen Jahren verwendet wird und deren neueste Modelle Anfang 2016 veröffentlicht wurden. Dies ist ein Plateau auf der S-förmigen Kurve. Da die veröffentlichten Grafikkarten gut geführt werden, ist es leicht zu verstehen, um welche Modelle es sich handelt. Bei NVIDIA ist jedoch seit 2012 ein Effizienzsprung zu beobachten - höchstwahrscheinlich die Einführung einer völlig neuen Architektur. Auf GeForce folgt seit 2015 ein exponentieller Sprung von Radeon.

Ich schlage jetzt vor, mich der Zunahme der Anzahl von Transistoren zuzuwenden. Versuchen wir, Moores Gesetz zu überprüfen.



Übrigens wäre es nützlich zu erwähnen, dass die sogenannten Moores Gesetz ist nur eine Beobachtung, die 1965 gemacht wurde, d.h. zu Beginn der modernen Elektronikindustrie. Darüber hinaus wurde die Beobachtung auf Intel-Prozessoren durchgeführt. Das Gesetz selbst besagt:

Die Anzahl der auf einem integrierten Schaltkreischip platzierten Transistoren verdoppelt sich alle 24 Monate.

Probleme mit der Langzeitprognose nach Moores Gesetz am Bezugspunkt, nämlich wie viele Transistoren zu nehmen sind. Ich habe 110 Millionen für eine mittelschwache Grafikkarte genommen. Wie Sie sehen können, gilt nach Moores Gesetz die Anzahl der Transistoren, wie es sollte. Aber hier ist es angebracht, eine Frage zu stellen - aber wächst sie aufgrund der Fläche des Kristalls? Wir betrachten die Größe des Kristalls (oder ihre Summe, wenn es sich um Dual-Prozessor-Lösungen handelt).



In diesem Fall sehen wir eine Konstanz, die dem Auge gefällt. Für Hersteller ist es üblich, die Kristallfläche zu vergrößern. Ich möchte jedoch daran erinnern, dass es mit zunehmendem Fortschritt wünschenswert wäre, eine Verringerung der Fläche des Kristalls zu sehen. Versuchen wir, die Schlussfolgerungen zu formulieren:

11. Das Verhältnis von Leistung zu TDP hängt fast ausschließlich von der aktuellen Architektur ab (oder von einigen noch nicht offensichtlichen Faktoren).

12. Architektur, trotz der Marketingänderung von Namen von Generation zu Generation, tatsächlich ändern sie sich in Wirklichkeit grundlegend selten. Nicht mehr als einmal alle 6-7 Jahre.

13. Die Verwendung dieser oder jener Architektur ist in der Kurve, die das Verhältnis der Leistung zur TDP beschreibt, sehr deutlich zu sehen.

14. Die meisten Änderungen in der Beziehung zwischen Leistung und TDP können nicht durch Leistungsfunktionen beschrieben werden. Leider haben diese Änderungen nicht die Form einer linearen Funktion und können im Allgemeinen über Jahre hinweg nahezu unverändert bleiben.

15. Der Herstellungsprozess hat keinen Einfluss auf das Verhältnis von Leistung zu Leistung, weil Das Verringern der Größe des Transistors geht nur mit dem Einsetzen neuer Transistoren einher. Dies ist mit Punkt 10 verbunden, d.h. mit übermäßigen Marktanforderungen.

16. Die Fläche der Kristalle ändert sich nicht.

17. Die Erhöhung der Anzahl der Transistoren entspricht weiterhin dem Gesetz von Moore.

Und jetzt schauen wir uns das interessanteste an, nämlich den Preis. Weil Auf Wikipedia waren die Daten zum Veröffentlichungspreis knapp, ich musste sie im Internet suchen, aber das ist immer noch kein großes Geheimnis. Weil Der Preis ist eine sehr verschwommene Sache (der Veröffentlichungspreis kann vom bald etablierten Markt abweichen, die Veröffentlichungspreise selbst sind nicht immer verfügbar usw.), seine Ungenauigkeit erfordert die Verwendung eines verschwommeneren Markers.



Um es auch hier zusammenzufassen:

18 Der Preis steigt langsam.

19. Der allgemeine Trend steigender Preise kann mit der Inflation des amerikanischen Dollars korreliert werden ( dank der amerikanischen und britischen Ökonomen ). Für die Masse der Modelle lässt sich dies sehr einfach erklären - Chipentwicklungsunternehmen stammen aus dem Silicon Valley. Die Inflation der US-Landeswährung wird sich natürlich in ihnen widerspiegeln.

20. Einzelne Plateaus bilden jedoch höhere Modelle von Grafikkarten. Insbesondere für NVIDIA sehen wir mehrere S-förmige Preiserhöhungen - die Preise für die Tops stiegen Anfang 2012 und bis zum Sommer 2016. AMD, das seit der HD7970-Ära auf die Pre-Top-Modellreihe umgestellt hat, weist solche Sprünge nicht auf.

21. Die eigenständigen Preispunkte für Dual-Chip-Lösungen verdienen keine gesonderte Prüfung. Am Ende kam jedoch zunächst eine Single-Chip-Lösung hinzu - NVIDIA TITAN V.

Lassen Sie uns zusammenfassend versuchen, eine Prognose für die nahe Zukunft von Grafikbeschleunigern zu erstellen. Ja, nur ein Narr kann in die Zukunft klettern, und jeder, der sich selbst im geringsten respektiert, wird sich niemals an Vorhersagen bücken (weil er sich auf die eine oder andere Weise mit ihnen irren wird). Nun, wenn er sie macht, dann sind sie extrem verschwommen, um, wie sie sagen, mit einem Finger in den Himmel zu gelangen. Ich bin jedoch bereit, ein Risiko einzugehen:

1. TDP-Grafikkarten werden bei schwachen und mittleren Modellen weiter zunehmen. Dies wird ein sehr langsamer Prozess sein, der jedoch höchstwahrscheinlich unvermeidlich ist.

2. Für ältere und ältere bis mittlere TDP-Modelle ca. 250W - eine objektive Grenze für moderne Kühlsysteme. Eine weitere Erhöhung der Wärmeerzeugung erfordert lediglich die Installation eines unangemessen teuren Kühlsystems und verkürzt die Lebensdauer der Geräte.


3 Bei der Leistung von Grafikkarten stehen die Marktanforderungen im Vordergrund. So oder so, und Grafikkarten befriedigen sie nicht oder befriedigen sie, aber mit Schwierigkeiten. Wenn wir davon ausgehen, dass der Markt seine Anforderungen nicht reduziert, erwarten wir eine Verringerung der TDP, eine Verringerung der Chipgröße usw. nicht erlaubt.


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7. - . Weil NVIDIA hat lange ein Plateau erreicht, wir können einen weiteren Preissprung für die oben genannten Grafikkarten in der neuen Generation oder in der nächsten erwarten. Wie dem auch sei, der Anstieg der Spitzenpreise steht vor der Tür.


Daher sollte man in naher Zukunft höchstwahrscheinlich nichts Ermutigendes erwarten. Nur ein naiver Mensch kann sich vorstellen, dass die nächste Generation die GTX1060-Leistung für den GT1030 erhalten wird. Mit einem Wort, die Prognose kann einfach ausgedrückt werden: „Wir halten an unseren alten Spitzen fest und erwarten das Beste“.

Eine kleine Ergänzung:

Danke an User Edil0 für die Idee. Das Verhältnis der theoretischen Leistung für Preisberechnungen mit einfacher Genauigkeit.