O futuro próximo das placas de vídeo

Lembrou-se de um especialista em economia nacional, que até defendeu sua tese de doutorado, e usou uma lista telefônica e várias canções folclóricas antigas como fontes.
- M. Larney

Neste artigo, usando a Wikipedia e algumas fotos da Internet, tentarei avaliar o futuro próximo dos aceleradores gráficos.

Vejamos a placa de vídeo atual da série S3 Trio há 20 anos.



Sério, vamos apreciá-lo.

1. A energia elétrica mínima da ordem de watts.

2. Da reivindicação 1. Segue a falta de um sistema de energia principal, a placa é muito compacta.

3. O parágrafo 1 também segue a ausência da necessidade de um poderoso sistema de refrigeração. Você não precisa de um radiador enorme, nem de ventiladores. Silêncio completo.

4. memória modular. Todo mundo pode comprar memória de vídeo quantas vezes precisar e instalá-la em uma placa de vídeo. Você pode comprar memória de vídeo quando houver dinheiro ou quando precisar expandir seu volume.

5. O sinal de vídeo é emitido via VGA, que era então padrão. Um tipo de transmissão de sinal, um pino, etc.

6. A placa de vídeo está conectada através do slot PCI, que é ainda mais difundido agora. Esta placa de vídeo pode ser conectada a qualquer computador com esse conector agora e funcionará.

7. Quase não há componentes de rádio na placa propensos a danificar ou causar problemas. Não há estrangulamentos poderosos que possam começar a apitar, existem apenas alguns capacitores - e aqueles com capacidade mínima.

Vejamos um dos topos atuais, o MSI GTX 1080 Ti Lightning Z.
O comprimento da placa de vídeo é de 32 cm



Ocupa 3 slots, o que em geral se tornou um fenômeno que não é surpreendente no momento



A placa de vídeo usa três conectores de alimentação PCI-E padrão



e, em teoria, consome apenas 250W, o que causa algumas dúvidas, a julgar pelo sistema de energia e refrigeração. Obviamente, o sistema de refrigeração deve ser mencionado separadamente.



Apenas 5 tubos de calor não parecem ser algo excepcional. Bem, 3 fãs que você já viu.

Se alguém tiver o S3 Trio e o GTX1080ti espalhados, proponho realizar um experimento simples - remova a poeira do primeiro, alinhe os capacitores amassados ​​durante a placa de vídeo no lixo. Apresente um aposentado a uma pessoa absolutamente distante dos computadores de qualquer placa de vídeo. E então interesse-se em que a placa de vídeo, na sua opinião, seja mais nova. Se a ferrugem no S3 Trio não o decepcionar, a resposta estará a seu favor.

Como chegamos a isso?

Obviamente, o processo de aumentar a energia elétrica da placa de vídeo levou a um aumento tão crítico no tamanho da placa e na dissipação de calor. O núcleo requer mais energia, para garantir que seja necessário projetar um subsistema de energia cada vez mais complexo, porque A voltagem no núcleo é muito pequena. Além disso, o calor gerado também deve ser dissipado, o que exige um aumento na eficiência do sistema de refrigeração. Porque espalhar centenas de watts (lembre-se de um ferro de solda de 60 W) e, mesmo no espaço limitado de um caso hipotético, já é uma tarefa difícil, é necessário aumentar o fluxo de ar (aumento no número de ventiladores), a área de transferência de calor e a condutividade térmica do próprio radiador (aumento no número e no tamanho dos tubos de calor). Quando começou? As primeiras gerações de aceleradores gráficos comuns até dispensavam radiadores, como vemos no S3 Trio. Com o desenvolvimento das placas de vídeo, foi necessário instalar pequenos radiadores


ATI Rage 128 Pro 32Mb


No início deste século, muitas placas de vídeo da linha estavam equipadas não apenas com um radiador, mas já com um radiador com um pequeno ventilador


ATI Radeon 8500LE 64MB

Se alguém experimentou instalar pequenos ventiladores em algum lugar, então ele está ciente de sua eficiência extremamente baixa. O fluxo de ar devido ao tamanho de suas pás é insignificante, e esse ventilador cria muito ruído devido à velocidade decente de rotação. Porque ao mesmo tempo, o consumo de energia das placas de vídeo continuou a crescer, mesmo nas placas de referência (modelo), era necessário mudar para turbinas. Após cerca de 2010, o resfriamento do tipo turbina tornou-se padrão para placas gráficas exemplares e, embora vivamos vendo cada vez menos, os próprios desenvolvedores de chips de vídeo apresentam suas placas de vídeo por padrão. É interessante notar que, no início do século atual, uma turbina, como um tipo de refrigeração, poderia ser vendida separadamente para quem quisesse atualizar sua placa de vídeo com um pequeno radiador comum. Agora, é claro, eles não estão mais sendo vendidos. Na verdade, por que uma turbina?


Turbina típica com o compartimento removido em um GTX670

Como você pode ver, a própria turbina captura o ar de cima, redireciona-o para os lados, após o que o ar passa pelo radiador e o resfria. Idealmente, o ar quente é completamente ejetado para fora do gabinete. Note-se que a turbina dificilmente funcionará com a tampa removida. O limite teórico de dissipação de energia de uma turbina é muito grande - basta aumentar o número de aletas do radiador, conectar um par de tubos de calor e até 450 W de calor podem ser dissipados (HD6990). No entanto, a principal desvantagem das turbinas é o ruído, pois a própria turbina deve girar em alta velocidade. Portanto, desde cerca de 2008, começou a produção de sistemas de refrigeração de ar que já se tornaram familiares, consistindo em tubos de calor, um radiador relativamente compacto e várias ventoinhas de tamanho normal soprando na direção da placa de vídeo através do radiador. Um exemplo típico, uma das primeiras andorinhas


Thermalright HR-03 em 8800GT

No momento, esse tipo de refrigeração se tornou bastante padrão - é estranho comprar uma placa de vídeo com uma turbina. Então a situação está se repetindo. Inicialmente, as turbinas foram vendidas como uma opção de resfriamento personalizada e depois se tornaram o padrão. Em seguida, radiadores em tubos de calor com ventilador repetiram seu destino e se tornaram o padrão de fato. Espera-se que o problema não chegue ao CBO compacto em cada placa de vídeo por padrão.

Esta é apenas uma estimativa aproximada do crescimento de potência das placas de vídeo, que é chamado "a olho nu". Agora, proponho fazer uma avaliação de acordo com critérios mais rigorosos, ou seja, de acordo com os gráficos. Para criar esse e os gráficos a seguir, usei a maioria dos dados das placas gráficas Wiki para AMD e NVIDIA ; no entanto, preenchi alguns dados com base nos dados armazenados na Internet. Infelizmente, o TDP das placas de vídeo antigas lançadas antes de 2007 é desconhecido. Quase todas as séries GeForce e Radeon foram incluídas nos gráficos em cerca de 10 anos, exceto as séries 100 e 300 da GTX e 8000 da série HD Radeon. Os pontos nos gráficos pertencem às placas de vídeo, o eixo da abcissa mostra a data de lançamento da placa de vídeo, o eixo das ordenadas mostra a alteração em certos valores.
Portanto, vamos estudar cuidadosamente o gráfico das alterações nas baterias emitidas pelas placas de vídeo em operação nos últimos 10 anos.



As seguintes conclusões sugerem-se:

1. A diminuição do processo de fabricação não produziu a revolução esperada na geração de calor dos aceleradores gráficos.

2. Apesar do grande processo tecnológico, as melhores placas de vídeo foram produzidas até 2007. O primeiro grande salto na geração de calor ocorreu em aprox. meados de 2006 - início de 2007. Isso indica claramente que a dissipação de calor é determinada principalmente pela demanda do mercado. Quando as próprias placas de vídeo já estão prejudicando o jogo, os fabricantes precisam superestimar as frequências e a tensão, o que leva a um aumento muito forte na dissipação de calor.

3. A liberação máxima de calor para o platô ocorreu aprox. 2009, mais ou menos.

4. O platô de dissipação máxima de calor de modelos poderosos é mantido firmemente desde aprox. 250W Aparentemente, isso é o máximo que as propriedades objetivas de uma placa de vídeo como dispositivo em sua forma moderna permitem. Se fosse possível aumentar ainda mais a geração de calor, então, sem dúvida, os fabricantes de chips de vídeo continuariam aumentando a frequência e a tensão. No entanto, resfriar uma placa de vídeo com calor acima de 300 W já é uma tarefa difícil e, em um caso ruim, será frito, e o ruído dos ventiladores ou de uma turbina estará acima de todos os padrões.

5. Modelos médios e fracos também aumentam lenta mas seguramente sua dissipação de calor. Se, no entanto, os modelos mais antigos atingiram o máximo (platô) por volta de 2009, os do meio atingiram 150-180W ainda mais cedo. Os fracos seguem o mesmo caminho.

6. Houve uma diminuição no número de modelos apresentados desde 2012. Isso é especialmente perceptível em modelos com baixa dissipação de calor. Existem menos deles.

7. É impossível, é claro, anular a última estagnação bastante longa da atenção ao mercado de soluções móveis, como fizeram antes. Além disso, no momento da popularidade máxima dos tablets, há uma frequência bastante alta de novas placas de vídeo.

8. Parece não menos paradoxal que, durante os anos da crise econômica global, o lançamento de novos modelos tenha ocorrido com muito mais frequência do que agora.

9. As duas últimas conclusões novamente nos levam ao papel dominante das exigências do mercado sobre as capacidades objetivas das placas de vídeo.

Bem, talvez não possamos em vão tolerar um aumento na geração de calor, com certeza isso é justificado por um aumento no poder da computação? Vamos tentar dar uma olhada. Obviamente, não há como encontrar inequivocamente o desempenho exato de uma placa de vídeo e, portanto, voltei-me ao desempenho teórico máximo para cálculos de precisão única.



É muito bom ver um crescimento bastante exponencial aqui. Pessoalmente, me surpreendeu o desempenho teórico notavelmente mais alto das placas de vídeo Radeon. Bem, provavelmente uma piada antiga sobre a falta de motorista



acabou por ser verdade. É possível que o problema esteja na otimização dos próprios jogos.

Agora vamos comparar o gráfico de TDP e desempenho. Aqui é fácil chegar a uma conclusão confirmando o parágrafo 2:

10 O mercado exige um aumento exponencial da produtividade, apesar do fato de os fabricantes de chips de vídeo obviamente não atenderem a esse requisito. Isso é indicado por um aumento no TDP.

Agora, por que não relacionamos desempenho com poder?



É difícil dizer exatamente qual função define a curva aqui. Por um lado, a GeForce parece ter uma função de potência, e a curva Radeon tem um formato em S. Se descartarmos a otimização de drivers e jogos, descobrimos que a AMD é de aprox. O ano de 2009 alcançou uma boa arquitetura com eficiência, usada há muitos anos e os modelos mais recentes lançados no início de 2016. Este é um platô na curva em forma de S. Sendo bem guiado nas placas de vídeo lançadas, é fácil entender sobre quais modelos estamos falando. Na NVIDIA, no entanto, foi observado um salto de eficiência desde 2012 - provavelmente a adoção de uma arquitetura completamente nova. A GeForce é seguida por um salto exponencial da Radeon desde 2015.

Proponho agora voltar ao aumento do número de transistores. Vamos tentar verificar a lei de Moore.



A propósito, seria útil mencionar que os chamados A lei de Moore é apenas uma observação feita em 1965, ou seja, no início da indústria eletrônica moderna. Além disso, a observação foi feita nos processadores Intel. A própria lei declara:

O número de transistores colocados em um chip de circuito integrado dobra a cada 24 meses.

Problemas com previsões de longo prazo de acordo com a lei de Moore no ponto de referência, ou seja, quantos transistores devem ser utilizados. Peguei 110 milhões para uma placa de vídeo média-fraca. Como você pode ver, a lei de Moore sustenta que o número de transistores está aumentando, como deveria. Mas aqui será apropriado fazer uma pergunta - mas está crescendo devido à área do cristal? Examinamos o tamanho do cristal (ou sua soma, se estamos falando de soluções com processador duplo)



Nesse caso, vemos constância agradável aos olhos. É comum que os fabricantes aumentem a área de cristal. Mas eu gostaria de lembrar que, com o progresso, seria desejável ver uma diminuição na área do cristal. Vamos tentar formular as conclusões:

11. A proporção de desempenho em relação ao TDP depende quase inteiramente da arquitetura atual (ou de alguns fatores ainda não óbvios).

12. A arquitetura, apesar da mudança de nomes de marketing de geração em geração, na realidade eles mudam fundamentalmente raramente. Não mais de uma vez a cada 6-7 anos.

13. O uso desta ou daquela arquitetura é visto com muita clareza na curva que descreve a relação de desempenho com o TDP.

14. A maioria das alterações no relacionamento desempenho-para-TDP não pode ser descrita pelas funções de energia. Infelizmente, essas mudanças não têm a forma de uma função linear e, em geral, podem permanecer no local quase inalteradas por anos.

15. O processo de fabricação não afeta a relação desempenho / potência, porque a redução do tamanho do transistor é acompanhada apenas por seu lugar com novos transistores. Isso está conectado ao item 10, ou seja, com exigências de mercado excessivas.

16. A área dos cristais não muda.

17. O aumento no número de transistores continua em conformidade com a lei de Moore.

E agora vamos ver o mais interessante, ou seja, o preço. Porque na Wikipedia, os dados sobre o preço de lançamento eram escassos, tive que procurá-los na Internet, mas esse ainda não é um grande segredo. Porque o preço é uma coisa muito embaçada (o preço de lançamento pode diferir do mercado estabelecido em breve, os preços de lançamento nem sempre estão disponíveis etc.), sua imprecisão exige o uso de um marcador mais embaçado.



Para resumir aqui também:

18 O preço está subindo lentamente.

19. A tendência geral de aumento de preços pode ser correlacionada com a inflação do dólar americano ( graças aos economistas americanos e britânicos ). Para a massa de modelos, isso pode ser explicado com muita simplicidade - as empresas de desenvolvimento de chips são oriundas do Vale do Silício. A inflação da moeda nacional dos EUA, é claro, será refletida nelas.

20. No entanto, os platôs individuais formam modelos mais altos de placas de vídeo. Em particular, para a NVIDIA, observamos vários aumentos de preços em forma de S - os preços dos topos subiram no início de 2012 e no verão de 2016. A AMD, que passou para a faixa de modelos pré-top desde a era HD7970, não tem tais saltos.

21. Os preços autônomos das soluções de chip duplo não merecem uma consideração separada por si mesmos. No entanto, no final, eles foram unidos por uma solução de chip único - NVIDIA TITAN V.

Para resumir, vamos tentar criar uma previsão para o futuro próximo dos aceleradores gráficos. Sim, apenas um tolo pode escalar para o futuro, e qualquer pessoa que se respeite no mínimo grau nunca se inclinará às previsões (porque certamente será enganado nelas, de uma maneira ou de outra). Bem, se ele os faz, ficam extremamente embaçados para conseguir, como se costuma dizer, com um dedo no céu. No entanto, estou pronto para arriscar:

1. As placas de vídeo TDP continuarão a aumentar para modelos fracos e médios. Este será um processo muito lento, mas provavelmente inevitável.

2. Nos modelos TDP mais antigos e mais antigos e de gama média, aprox. 250W - um limite objetivo para sistemas de refrigeração modernos. Um aumento adicional na geração de calor exigirá simplesmente a instalação de um sistema de refrigeração excessivamente caro e reduzirá a vida útil dos dispositivos.


3 No desempenho das placas de vídeo, os requisitos do mercado são primários. De uma maneira ou de outra, e as placas de vídeo não as satisfazem, mas com dificuldade. Se assumirmos que o mercado não reduz seus requisitos, esperamos uma diminuição no TDP, uma redução no tamanho do chip, etc. não é permitido


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