显卡的不久的将来

他记得一位国民经济学专家,甚至为自己的博士学位论文辩护,并使用电话簿和几首古老的民歌作为资料来源。
-拉尼(M. Larney)

在本文中,我将使用Wikipedia和一些Internet上的图片,尝试评估图形加速器的不久的将来。

让我们看一下20年前S3 Trio系列的当前视频卡。

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说真的,让我们感激不已。
1.最小功率量级(瓦)。

2.从索赔1。 由于缺少核心电源系统,因此该板非常紧凑。

3.从第1款也可以看出,不需要强大的冷却系统。 您不需要巨大的散热器,也不需要风扇。 完全沉默。

4.模块化内存。 每个人都可以根据需要购买视频内存,然后将其安装在视频卡上。 您可以在有钱或需要扩展存储容量时购买视频存储。

5.视频信号通过当时是标准的VGA输出。 一种信号传输,一种引脚等。

6.视频卡通过PCI插槽连接,该插槽现在已经普及。 即使现在,该视频卡也可以使用这种接口连接到任何计算机,并且可以正常工作。

7.板上几乎没有容易损坏或引起问题的无线电组件。 没有强大的扼流圈可以开始吹响,只有几个电容器-以及容量最小的电容器。
让我们看一下当前的顶级产品之一,即MSI GTX 1080 Ti LightningZ。
显卡长度为32cm

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它占用了3个插槽,通常已经成为一种现象,目前不足为奇

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显卡使用三个标准的PCI-E电源连接器

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从理论上讲,它仅消耗250W功率,这从电源和冷却系统来看会引起一些疑问。 当然,必须单独提及冷却系统。

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似乎只有5条热管并不是什么例外。 好吧,您已经看过3位粉丝。

如果有人躺在S3 Trio和GTX1080ti周围,我建议进行一个简单的实验-清除第一个中的灰尘,将在视频卡期间弄皱的电容器对准垃圾。 向一个绝对远离计算机到任何视频卡的人介绍一个养老金领取者。 然后,他感兴趣的是哪种视频卡较新。 如果S3 Trio上的锈迹不让您失望,答案将是她的偏爱。

我们是怎么做到的?

显然,增加视频卡电功率的过程导致了电路板尺寸和散热的如此关键的增长。 内核需要更多的电源,以确保有必要设计一个日益复杂的电源子系统,因为 内核上的电压很小。 此外,产生的热量也必须消散,这又需要提高冷却系统的效率。 因为 分散数百瓦特的功率(记住一个60W的烙铁),即使在假设的情况下空间有限,这已经是一项艰巨的任务,您必须增加空气流量(增加风扇的数量),散热器本身的传热面积和导热率(增加热管的数量和尺寸)。 它什么时候开始的? 正如我们在S3 Trio上看到的那样,第一代通用图形加速器甚至省去了散热器。 随着视频卡的进一步发展,有必要安装小型散热器

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ATI Rage 128 Pro 32Mb

为什么散热器是黑色的?
当然,那些时代的忙碌趋势是用黑色或深色油漆喷涂散热器,而不是现在我们更熟悉的更纯净的铝。 看起来为什么,因为涂料会降低导热率? 这里的重点是基尔霍夫辐射定律,根据该定律,任何物体的发射率与其吸收能力之比是相同的。 T.O. 据推测,由于黑色辐射体吸收辐射良好,因此它应该比明亮的辐射更好。

到本世纪初,该系列中的许多视频卡不仅配备了散热器,而且已经配备了带有小风扇的散热器

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ATI Radeon 8500LE 64MB

如果有人尝试将小型风扇安装在某个地方,那么他会意识到它们的效率极低。 由于其叶片尺寸而导致的气流可以忽略不计,并且这种风扇由于适当的旋转速度会产生大量噪音。 因为 同时,视频卡的功耗持续增长,即使在参考(模型)视频卡中,也必须切换到涡轮机。 在2010年左右之后,涡轮式冷却已成为示例性图形卡的标准配置,尽管我们越来越少地看到它,但是视频芯片开发人员自己默认情况下会随同提供其视频卡。 有趣的是,在本世纪初,涡轮机作为一种冷却装置,可以单独出售给那些想要用普通的小型散热器升级其视频卡的人。 现在,当然,它们不再被出售。 其实为什么要用涡轮机?

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典型的涡轮机,在GTX670上已卸下外壳

如您所见,涡轮机本身从上方捕获空气,将其重定向到侧面,然后空气通过散热器进行冷却。 理想情况下,热空气会完全排出到机柜外部。 应该注意的是,涡轮机在卸下盖子后几乎不会工作。 涡轮机的功率耗散的理论极限非常大-足以增加散热片的数量,在其上连接几条热管,甚至可以消散450W的热量(HD6990)。 但是,涡轮机的主要缺点是噪音,因为 涡轮本身必须高速旋转。 因此,大约从2008年开始,已经开始熟悉的空气冷却系统的生产,该系统由热管,相对紧凑的散热器和几个全尺寸的风扇组成,这些风扇朝着视频卡的方向穿过散热器。 一个典型的例子,第一个燕子

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8800GT上的Thermalright HR-03

目前,这种冷却方式已经非常普遍-实际上,购买带有涡轮机的视频卡很奇怪。 因此,情况正在重演。 最初,涡轮机是作为定制冷却选项出售的,后来成为标准配置。 然后,带有风扇的热管上的散热器重复了它们的命运,并成为事实上的标准。 希望此问题在默认情况下不会涉及每个视频卡上的紧凑CBO。

这只是视频卡功率增长的大概估计,被称为“肉眼可见”。 现在,我建议根据更严格的标准(即根据图表)进行评估。 为了构建该图和以下图形,我使用了Wiki中用于AMDNVIDIA图形卡的大部分数据,但是我本人根据存储在Internet上的数据填写了一些数据。 不幸的是,未知的2007年之前发布的较旧视频卡的TDP。 除了第100个和第300个GTX系列以及第8000个HD Radeon系列以外,几乎所有的GeForce和Radeon系列都已在大约10年后被包含在图形中。 图表上的点属于视频卡,横轴表示视频卡的发布日期,纵轴表示某些值的变化。
因此,让我们仔细研究过去十年中运行的视频卡所散发的热量变化图。

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以下结论表明了自己:
1.制造工艺的减少并未在图形加速器的发热方面产生预期的旋转。

2.尽管技术流程繁琐,但最酷的视频卡仍生产到2007年。 热量产生的第一个主要跃迁发生在大约 2006年中-2007年初。这清楚地表明,散热主要是由市场需求决定的。 当视频卡本身已经不能很好地吸引游戏时,制造商必须高估频率和电压,这会导致散热量大大增加。

3.释放到高原的最大热量发生在大约。 2009年,正负。

4.大约从2000年以来,功能强大的模型的最大散热平台一直稳定保持。 250瓦 显然,这是作为现代形式的设备的视频卡的客观特性所允许的最大值。 如果有可能进一步增加热量的产生,那么毫无疑问,视频芯片制造商将继续提高频率和电压。 但是,用300W以上的热量冷却视频卡已经是一项艰巨的任务,在坏的情况下,它会被炸掉,风扇或涡轮的噪音将超过所有标准。

5.中型和弱型模型也会缓慢但确实会增加其散热。 但是,如果较旧的型号在2009年左右达到最高(平稳),则中型型号的功率范围甚至更早在150-180W之间。 弱者也是如此。

6.自2012年以来,提出的模型数量有所减少。 对于散热量低的型号,这一点尤其明显。 他们很少。

7.当然,像以前一样,不可能消除对移动解决方案市场的最后漫长的停滞。 此外,就在平板电脑获得最大普及之时,出现了相当多的新视频卡。

8.在全球经济危机期间,新模式的发布比现在要频繁得多,这似乎也很矛盾。

9.最后两个结论再次将我们引导到市场需求在视频卡的客观功能上的主导作用。
好吧,也许我们不会容忍热量增加,可以肯定的是,计算能力的增加是合理的? 让我们尝试检查一下。 当然,没有办法明确地找到视频卡的确切性能,因此,我转向了单精度计算的最大理论性能。

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很高兴看到这里呈指数增长。 就个人而言,Radeon显卡的显着更高的理论性能令我感到惊讶。 好吧,可能是关于缺少司机的一个老笑话

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原来是真的。 问题可能在于优化游戏本身。

现在,让我们比较一下TDP和性能的图表。 在这里很容易得出确认第2段的结论:
10尽管视频芯片制造商显然几乎无法满足这一要求,但市场仍需要生产率成倍增长。 TDP的增加表明了这一点。
现在,为什么我们不将性能与力量联系起来。

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很难确切地说出哪个函数可以在此处设置曲线。 一方面,GeForce似乎具有幂函数,Radeon曲线具有S形。 如果我们放弃驱动程序和游戏优化,我们会发现AMD大约是AMD。 2009年实现了高效的良好架构,已使用了许多年,其最新模型于2016年初发布。这是S形曲线上的平稳时期。 在发布的视频卡中得到很好的指导,很容易了解我们在谈论什么型号。 但是,在NVIDIA看来,自2012年以来效率一直在飞跃,很可能是采用了一些全新的架构。 自2015年以来,GeForce紧随其后是Radeon的指数级飞跃。

我现在建议转向增加晶体管的数量。 让我们尝试检查摩尔定律。

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顺便说一句,提到所谓的 摩尔定律只是1965年做出的一项观察,即 在现代电子工业的曙光中。 此外,观察是在英特尔处理器上进行的。 法律本身规定:
每24个月,放置在集成电路芯片上的晶体管数量将增加一倍。
在参考点处根据摩尔定律进行的长期预测存在问题,即需要使用多少个晶体管。 我花了1.1亿美元购买了一个中等强度的图形卡。 如您所见,摩尔定律成立,晶体管的数量正以其应有的数量增长。 但是在这里提出一个问题是适当的-但是它是否由于晶体的面积而增长? 我们看一下晶体的大小(如果要讨论双处理器解决方案,则看它们的总和)

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在这种情况下,我们可以看到恒定的视觉效果。 制造商增加晶体面积是司空见惯的。 但是我想回顾一下,随着进展,希望晶体面积减小。 让我们尝试得出结论:
11.性能与TDP的比率几乎完全取决于当前体系结构(或某些尚不明显的因素)。

12.尽管市场名称在代代之间发生了变化,但实际上,它们在架构上几乎没有根本改变。 每6-7年不超过一次。

13.在描述性能与TDP的关系的曲线中非常清楚地看到了这种架构的使用。

14.性能与TDP关系中的大多数变化都无法用功率函数来描述。 changes,这些更改没有线性函数的形式,并且通常可以在几年内保持不变。

15.制造过程不会影响性能与功率的比例,因为 减小晶体管的尺寸仅伴随着用新晶体管代替它。 这与项目10有关,即 市场需求过大。

16.晶体的面积不变。

17.晶体管数量的增加继续符合摩尔定律。
现在,让我们看一下最有趣的价格。 因为 在Wikipedia上,发布价格数据很少,我不得不在Internet上寻找它们,但这仍然不是什么大秘密。 因为 价格是非常模糊的事情(发行价格可能与即将建立的市场有所不同,发行价格本身并不总是可用的,等等),它的准确性要求使用更模糊的标记。

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这里也要总结一下:
18价格正在缓慢上涨。

19.价格上涨的总体趋势可能与美元的通货膨胀有关( 感谢美国和英国的经济学家 )。 对于大量模型,这可以非常简单地解释-芯片开发公司来自硅谷。 当然,美国本国货币的通货膨胀将在其中反映出来。

20.但是,各个平台构成了更高型号的视频卡。 特别是对于NVIDIA,我们看到了数个S形价格上涨-顶端的价格在2012年初和2016年夏天上涨了。AMD从HD7970时代起就切换到了顶端前的型号范围,没有这种上涨。

21.双芯片解决方案的独立价格点不值得单独考虑。 但是最后,他们首先加入了单芯片解决方案NVIDIA TITANV。
总而言之,让我们尝试为图形加速器的不久的将来创建一个预测。 是的,只有傻子才能爬到未来,任何在最小程度上尊重自己的人都不会屈从于预测(因为他肯定会以某种方式误认为它们)。 好吧,如果他做到了,那么,就像他们说的那样,用手指指着天空他们会变得非常模糊。 但是,我准备冒险:

1.对于中小型机型,TDP视频卡将继续增加。 这将是一个非常缓慢的过程,但很可能是不可避免的。

2.对于较早和较早到中端的TDP型号,大约 250W-现代冷却系统的客观极限。 热量产生的进一步增加将仅需要安装不合理的昂贵冷却系统,并会缩短设备的使用寿命。

温度对使用寿命的影响
从化学上我们知道,每10度,化学反应的速度就会增加2-3倍。 假设设备的降解过程很可能是化学性质的,或者至少与分子的动力学特性有关,我们可以预期设备的使用寿命会减少一半,平均温度会升高10度。 这当然是一个非常复杂且有趣的主题,需要另外撰写一篇文章。 即便如此,制造商将视频卡的工作温度甚至提高10度也是非常不希望的。 采矿期间视频卡的快速故障发生在保修期到期之前很久,证实了这些结论。

3在视频卡的性能方面,市场要求是首要的。 一种或另一种方式,视频卡不能满足要求,也很难满足要求。 如果我们假设市场没有减少其需求,那么可以预期TDP的减少,芯片尺寸的减少等。 不允许。

1920x1080视频卡赢了吗?
许多人争辩说,对于分辨率为1920x1080的游戏,GTX1050级显卡-GTX1050ti就足够了,如果您相信YouTube评测者,那就差不多是GT1030。 在这种情况下,关键时刻将过去,并且由于下一代视频卡会更好,因此我们可以预期其TDP会下降。

但是,关于GP107-300 / 400内核是否足够的说法是不正确的,这些视频卡在许多游戏中甚至在具有强大CPU的情况下,都仅显示出或多或少令人满意的性能。 那不是当前,而是仅在发布时。 实际上,这种情况并不新鲜,因为几乎每一代视频卡都发生过这种情况,当粗略地看一眼,似乎中等弱的视频卡已足够用于所有游戏。 但是实际上,它们总是非常快地过时。 事实是,这些游戏并没有停止增长,并且没有增长的要求,因此,要说对于1920x1080的现代游戏来说,没有足够的预算显卡。 GP104-200/300/400 , 19201080.

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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN411087/


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