El futuro cercano de las tarjetas de video

Recordó a un especialista en economía nacional, que incluso defendió su disertación doctoral, y utilizó una guía telefónica y varias canciones populares antiguas como fuentes.
- M. Larney

En este artículo, usando Wikipedia y algunas imágenes de Internet, intentaré evaluar el futuro cercano de los aceleradores gráficos.

Veamos la tarjeta de video actual de la serie S3 Trio hace 20 años.



En serio, lo apreciamos.

1. La potencia eléctrica mínima del orden de vatios.

2. De la reclamación 1. Sigue la falta de un sistema de alimentación central, la placa es muy compacta.

3. Del párrafo 1 también se deduce la ausencia de la necesidad de un potente sistema de enfriamiento. No necesita un radiador enorme, ni ventiladores. Silencio completo

4. Memoria modular. Todos pueden comprar memoria de video tanto como lo necesiten, y luego instalarlo en una tarjeta de video. Puede comprar memoria de video cuando hay dinero o cuando necesita expandir su volumen.

5. La señal de video se emite a través de VGA, que entonces era estándar. Un tipo de transmisión de señal, un pin, etc.

6. La tarjeta de video está conectada a través de la ranura PCI, que incluso ahora está muy extendida. Esta tarjeta de video se puede conectar a cualquier computadora con dicho conector incluso ahora y funcionará.

7. Casi no hay componentes de radio en la placa que sean propensos a dañarse o causar problemas. No hay estranguladores potentes que puedan comenzar a silbar, solo hay unos pocos condensadores, y aquellos con una capacidad mínima.

Echemos un vistazo a uno de los principales tops, es decir, el MSI GTX 1080 Ti Lightning Z.
La longitud de la tarjeta de video es de 32 cm.



Ocupa 3 espacios, lo que en general se ha convertido en un fenómeno que no es sorprendente en este momento.



La tarjeta de video utiliza tres conectores de alimentación PCI-E estándar.



y en teoría consume solo 250 W, lo que genera algunas dudas, a juzgar por el sistema de alimentación y enfriamiento. Por supuesto, el sistema de enfriamiento debe mencionarse por separado.



Solo 5 tubos de calor no parecen ser algo excepcional. Bueno, 3 fans que ya has visto.

Si alguien tiene el S3 Trio y el GTX1080ti por ahí, propongo realizar un experimento simple: eliminar el polvo del primero, alinear los condensadores arrugados durante el descarte de la tarjeta de video. Presente a un pensionista con una persona que esté absolutamente lejos de las computadoras a cualquier tarjeta de video. Y luego tome interés en qué tarjeta de video, en su opinión, es más nueva. Si el óxido en el S3 Trio no te decepciona, la respuesta estará a su favor.

¿Cómo llegamos a esto?

Obviamente, el proceso de aumentar la potencia eléctrica de la tarjeta de video condujo a un aumento tan crítico en el tamaño de la placa y la disipación de calor. El núcleo requiere más potencia, para garantizar que sea necesario diseñar un subsistema de potencia cada vez más complejo, porque El voltaje en el núcleo es muy pequeño. Además, el calor generado también debe ser disipado, lo que a su vez requiere un aumento en la eficiencia del sistema de enfriamiento. Porque dispersando cientos de vatios (recuerde un soldador de 60 W), e incluso en el espacio limitado de un caso hipotético, ya es una tarea difícil, debe aumentar el flujo de aire (aumentar el número de ventiladores), el área de transferencia de calor y la conductividad térmica del radiador (aumento en el número y tamaño de los tubos de calor). ¿Cuándo empezó? Las primeras generaciones de aceleradores gráficos comunes incluso prescindieron de radiadores, como vemos con el S3 Trio. Con el desarrollo posterior de las tarjetas de video, fue necesario instalar radiadores pequeños


ATI Rage 128 Pro 32Mb


A principios de este siglo, muchas tarjetas de video en la línea estaban equipadas no solo con un radiador, sino también con un radiador con un pequeño ventilador


ATI Radeon 8500LE 64MB

Si alguien ha experimentado con la instalación de pequeños ventiladores en algún lugar, entonces es muy consciente de su extremadamente baja eficiencia. El flujo de aire debido al tamaño de sus aspas es insignificante, y dicho ventilador crea mucho ruido debido a la velocidad de rotación decente. Porque Al mismo tiempo, el consumo de energía de las tarjetas de video continuó creciendo, incluso en las tarjetas de video de referencia (modelo), fue necesario cambiar a turbinas. Después de aproximadamente 2010, el enfriamiento de tipo turbina se convirtió en estándar para tarjetas gráficas ejemplares, y aunque vivimos viéndolo cada vez menos, los propios desarrolladores de chips de video presentan sus tarjetas de video por defecto. Es interesante notar que a principios de este siglo la turbina, como un tipo de enfriamiento, se podía vender por separado para aquellos que querían actualizar su tarjeta de video con un pequeño radiador común. Ahora, por supuesto, ya no se venden. En realidad, ¿por qué una turbina?


Turbina típica con carcasa retirada en una GTX670

Como puede ver, la turbina misma captura el aire desde arriba, lo redirige a los lados, después de lo cual el aire pasa a través del radiador y lo enfría. Idealmente, el aire caliente se expulsa por completo fuera del recinto. Cabe señalar que la turbina difícilmente funcionará con la cubierta quitada. El límite teórico de disipación de energía por una turbina es muy grande: es suficiente para aumentar el número de aletas del radiador, conectarle un par de tubos de calor e incluso se pueden disipar 450 W de calor (HD6990). Sin embargo, la principal desventaja de las turbinas es el ruido, ya que La turbina misma debe girar a altas velocidades. Por lo tanto, desde aproximadamente 2008, comenzó la producción de sistemas de refrigeración por aire, que ya se han familiarizado, que consisten en tubos de calor, un radiador relativamente compacto y varios ventiladores de tamaño completo que soplan en la dirección de la tarjeta de video a través del radiador. Un ejemplo típico, una de las primeras golondrinas.


Thermalright HR-03 a 8800GT

Por el momento, este tipo de enfriamiento se ha vuelto bastante estándar; de hecho, es extraño comprar una tarjeta de video con una turbina. Entonces la situación se repite. Inicialmente, las turbinas se vendieron como una opción de enfriamiento personalizada, luego se convirtieron en el estándar. Luego, los radiadores en tuberías de calor con ventilador repitieron su destino y se convirtieron en el estándar de facto. Se espera que el asunto no llegue a compactar CBO en cada tarjeta de video por defecto.

Esto es solo una estimación aproximada del crecimiento de potencia de las tarjetas de video, que se llama "a simple vista". Ahora propongo hacer una evaluación de acuerdo con criterios más estrictos, es decir, de acuerdo con los gráficos. Para construir este y los siguientes gráficos, utilicé la mayoría de los datos de Wiki para tarjetas gráficas AMD y NVIDIA , sin embargo, completé algunos de los datos yo mismo en base a los datos almacenados en Internet. Desafortunadamente, se desconoce el TDP de las tarjetas de video anteriores lanzadas antes de 2007. Casi todas las series GeForce y Radeon se han incluido en los gráficos en aproximadamente 10 años, excepto las series 100 y 300 de GTX y la serie 8000 de HD Radeon. Los puntos en los gráficos pertenecen a las tarjetas de video, el eje de abscisas muestra la fecha de lanzamiento de la tarjeta de video, el eje de ordenadas muestra el cambio en ciertos valores.
Entonces, estudiemos cuidadosamente la gráfica de los cambios en los calores emitidos por las tarjetas de video en operación durante los últimos 10 años.



Las siguientes conclusiones se sugieren:

1. La disminución en el proceso de fabricación no produjo la revolución esperada en la generación de calor de los aceleradores gráficos.

2. A pesar del gran proceso tecnológico, las mejores tarjetas de video se produjeron hasta 2007. El primer gran salto en la generación de calor ocurrió en aprox. mediados de 2006 - principios de 2007. Esto indica claramente que la disipación de calor está determinada principalmente por la demanda del mercado. Cuando las tarjetas de video ya están tirando mal del juego, los fabricantes tienen que sobreestimar las frecuencias y el voltaje, lo que conduce a un aumento muy fuerte en la disipación de calor.

3. La máxima liberación de calor a la meseta ocurrió aprox. 2009, más o menos.

4. La meseta de máxima disipación de calor de los modelos potentes se ha mantenido constante desde aprox. 250W Esto, aparentemente, es el máximo que permiten las propiedades objetivas de una tarjeta de video como dispositivo en su forma moderna. Si fuera posible aumentar aún más la generación de calor, entonces, sin duda, los fabricantes de chips de video continuarían aumentando la frecuencia y el voltaje. Sin embargo, enfriar una tarjeta de video con calor por encima de 300W ya es una tarea difícil, y en un mal caso se fríe, y el ruido de los ventiladores o una turbina estará por encima de todos los estándares.

5. Los modelos medianos y débiles también aumentan lenta pero seguramente su disipación de calor. Sin embargo, si los modelos más antiguos alcanzaron un máximo (meseta) alrededor de 2009, entonces los modelos medianos alcanzaron aproximadamente 150-180 W incluso antes. Los débiles van por el mismo camino.

6. Ha habido una disminución en el número de modelos presentados desde 2012. Esto es especialmente notable con modelos con baja disipación de calor. Hay menos de ellos.

7. Es imposible, por supuesto, cancelar el último estancamiento bastante largo de atención al mercado de soluciones móviles, como lo hicieron antes. Además, justo en el momento de la máxima popularidad de las tabletas, hay una frecuencia bastante alta de nuevas tarjetas de video.

8. Parece no menos paradójico que durante los años de la crisis económica mundial, el lanzamiento de nuevos modelos ocurriera con mucha más frecuencia que ahora.

9. Las últimas dos conclusiones nos llevan nuevamente al papel dominante de los requisitos del mercado sobre las capacidades objetivas de las tarjetas de video.

Bueno, tal vez no estamos en vano tolerando un aumento en la generación de calor, ¿seguro que esto se justifica por un aumento en la potencia informática? Intentemos echarle un vistazo. Por supuesto, no hay forma de encontrar inequívocamente el rendimiento exacto de una tarjeta de video y, por lo tanto, recurrí al rendimiento teórico máximo para los cálculos de precisión simple.



Es bastante agradable ver un crecimiento bastante exponencial aquí. Personalmente, resultó ser una sorpresa para mí un rendimiento teórico notablemente mayor para las tarjetas de video Radeon. Bueno, probablemente una vieja broma sobre la falta de un conductor



resultó ser cierto. Es posible que la cuestión esté en optimizar los juegos en sí.

Ahora comparemos el gráfico de TDP y el rendimiento. Aquí es fácil llegar a una conclusión confirmando el párrafo 2:

10 El mercado requiere un aumento exponencial de la productividad, a pesar del hecho de que los fabricantes de chips de video apenas cumplen con este requisito. Esto se indica por un aumento en TDP.

Ahora, ¿por qué no relacionamos el rendimiento con el poder?



Es difícil decir exactamente qué función establece la curva aquí. Por un lado, la GeForce parece tener una función de potencia, y la curva Radeon tiene forma de S. Si descartamos el controlador y la optimización del juego, encontramos que AMD es de aprox. 2009 logró una buena arquitectura que se ha utilizado durante muchos años y cuyos últimos modelos se lanzaron a principios de 2016. Esta es una meseta en la curva en forma de S. Al estar bien guiado en las tarjetas de video lanzadas, es fácil entender de qué modelos estamos hablando. En NVIDIA, sin embargo, se ha observado un salto en la eficiencia desde 2012, muy probablemente, la adopción de una arquitectura completamente nueva. A GeForce le sigue un salto exponencial de Radeon desde 2015.

Propongo ahora pasar al aumento en el número de transistores. Tratemos de verificar la ley de Moore.



Por cierto, sería útil mencionar que el llamado La ley de Moore es solo una observación que se hizo en 1965, es decir en los albores de la industria electrónica moderna. Además, la observación se realizó en procesadores Intel. La ley misma establece:

El número de transistores colocados en un chip de circuito integrado se duplica cada 24 meses.

Problemas con el pronóstico a largo plazo según la ley de Moore en el punto de referencia, a saber, cuántos transistores tomar. Tomé 110 millones para una tarjeta gráfica medianamente débil. Como puede ver, la ley de Moore sostiene que el número de transistores está creciendo, como debería. Pero aquí será apropiado hacer una pregunta, pero ¿está creciendo debido al área del cristal? Observamos el tamaño del cristal (o su suma, si hablamos de soluciones de doble procesador)



En este caso, vemos constancia agradable a la vista. Es común que los fabricantes aumenten el área de cristal. Pero me gustaría recordar que con el progreso sería deseable ver una disminución en el área del cristal. Tratemos de formular las conclusiones:

11. La relación de rendimiento a TDP depende casi por completo de la arquitectura actual (o de algunos factores aún no obvios).

12. La arquitectura, a pesar del cambio comercial de los nombres de generación en generación, en realidad en realidad cambian fundamentalmente raramente. No más de una vez cada 6-7 años.

13. El uso de esta o aquella arquitectura se ve muy claramente en la curva que describe la relación de rendimiento con TDP.

14. La mayoría de los cambios en la relación rendimiento-TDP no pueden describirse mediante funciones de potencia. Por desgracia, estos cambios no tienen la forma de una función lineal y, en general, pueden permanecer en su lugar casi sin cambios durante años.

15. El proceso de fabricación no afecta la relación de rendimiento a potencia, porque la reducción del tamaño del transistor se acompaña solo de ocupar su lugar con nuevos transistores. Esto está conectado con el artículo 10, es decir con requisitos de mercado excesivos.

16. El área de los cristales no cambia.

17. El aumento en el número de transistores continúa cumpliendo con la ley de Moore.

Y ahora veamos lo más interesante, a saber, el precio. Porque en Wikipedia, los datos sobre el precio de lanzamiento eran escasos, tuve que buscarlos en Internet, pero esto todavía no es un gran secreto. Porque precio: la cosa está muy borrosa (el precio de lanzamiento puede diferir del mercado establecido pronto, los precios de lanzamiento en sí no siempre están disponibles, etc.), su inexactitud requiere el uso de un marcador más borroso.



Para resumir aquí también:

18 El precio está aumentando lentamente.

19. La tendencia general del aumento de los precios puede correlacionarse con la inflación del dólar estadounidense ( gracias a los economistas estadounidenses y británicos ). Para la gran cantidad de modelos, esto puede explicarse de manera muy simple: las empresas de desarrollo de chips provienen de Silicon Valley. La inflación de la moneda nacional estadounidense, por supuesto, se reflejará en ellos.

20. Sin embargo, las mesetas individuales forman modelos superiores de tarjetas de video. En particular, para NVIDIA vemos varios aumentos de precios en forma de S: los precios de los tops subieron a principios de 2012 y en el verano de 2016. AMD, que ha cambiado a la gama de modelos pre-top desde la era HD7970, no tiene tales saltos.

21. Los puntos de precio independientes para las soluciones de doble chip no merecen una consideración separada por sí mismos. Sin embargo, al final, se les unió por primera vez una solución de un solo chip: NVIDIA TITAN V.

En resumen, intentemos crear un pronóstico para el futuro cercano de los aceleradores gráficos. Sí, solo un tonto puede escalar hacia el futuro, y cualquier persona que se respete a sí misma en el más mínimo grado nunca se rebajará a las predicciones (porque ciertamente se equivocará en ellas, de una forma u otra). Bueno, si él los hace, entonces son extremadamente borrosos para llegar, como dicen, con un dedo al cielo. Sin embargo, estoy listo para arriesgarme:

1. Las tarjetas de video TDP continuarán aumentando para los modelos débiles y medianos. Este será un proceso muy lento, pero muy probablemente inevitable.

2. Para modelos TDP más antiguos y de rango medio, aprox. 250W: un límite objetivo para los sistemas de refrigeración modernos. Un aumento adicional en la generación de calor simplemente requerirá la instalación de un sistema de enfriamiento excesivamente costoso y reducirá la vida útil de los dispositivos.


3 En el rendimiento de las tarjetas de video, los requisitos del mercado son primarios. De una forma u otra, y las tarjetas de video no las satisfacen o satisfacen, pero con dificultad. Si suponemos que el mercado no reduce sus requisitos, entonces esperamos una disminución en el TDP, una reducción en el tamaño del chip, etc. no permitido


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