Ближайшее Будущее Видеокарт

Он вспомнил одного специалиста по народному хозяйству, который даже защитил докторскую диссертацию, и в качестве источников для нее использовал телефонную книгу и несколько старинных народных песен.

- М.

Ларни В этой статье, используя Википедию и несколько картинок из Интернета, я попытаюсь оценить ближайшее будущее графических ускорителей.

Давайте посмотрим на видеокарту серии S3 Trio, которая была актуальна 20 лет назад.

Серьезно, давайте оценим ее.

1. Минимальная электрическая мощность порядка ватт. 2. Из пункта 1. нет системы питания ядра, плата очень компактная.
3. Из пункта 1 также следует, что нет необходимости в мощной системе охлаждения.
Вам не нужен огромный радиатор или вентиляторы.
Полная тишина.
4. Модульная память.
Любой желающий может купить столько видеопамяти, сколько ему необходимо, а затем установить ее на видеокарту.
Вы можете купить дополнительную видеопамять, когда у вас есть деньги или когда вам нужно расширить ее объем.
5. Видеовыход осуществляется через VGA, что в то время было стандартом.
Один тип передачи сигнала, один выход и т.д. 6. Видеокарта подключается через распространённый даже сейчас разъём PCI. Эту видеокарту уже сейчас можно подключить к любому компьютеру с таким разъемом и она будет работать.
7. На плате практически нет радиодеталей, которые подвержены повреждениям или вызывают проблемы.
Мощных дросселей, которые могут начать свистеть, нет, конденсаторов всего несколько – и тех, что минимальной ёмкости.

Давайте теперь посмотрим на один из актуальных топов, а именно на MSI GTX 1080 Ti Lightning Z. Длина видеокарты 32см.

Занимает 3 слота, что в целом стало явлением, не вызывающим удивления на данный момент.

Видеокарта использует три стандартных разъема питания PCI-E.

и в теории он потребляет всего 250Вт, что вызывает некоторые сомнения, судя по мощности и системе охлаждения.
О системе охлаждения, конечно, нужно сказать отдельно.

Всего 5 тепловых трубок не кажутся чем-то исключительным.
Ну, троих фанатов вы уже видели.
Если у кого-то завалялись S3 Trio и GTX1080ti, предлагаю провести простой эксперимент - вытереть пыль с первого, расправить конденсаторы, которые помялись, пока видеокарта валялась на помойке.
Познакомьте обе видеокарты абсолютно далекому от компьютеров человеку, какому-нибудь пенсионеру.
А потом спросить, какая видеокарта, по его мнению, новее.
Если ржавчина на планке S3 Trio вас не подвела, то ответ в ее пользу.
Как мы дошли до этой точки? Очевидно, что столь критическое увеличение размеров платы и тепловыделения было вызвано процессом увеличения электрической мощности видеокарты.
Ядро требует больше энергии; чтобы его обеспечить, необходимо проектировать все более сложную подсистему питания, т.к.
напряжение ядра очень низкое.
Кроме того, выделяемое тепло также приходится рассеивать, что, в свою очередь, требует повышения эффективности системы охлаждения.
Потому что рассеивание в сотню-две ватта (вспомним паяльник на 60Вт), да еще в ограниченном пространстве гипотетического корпуса, уже непростая задача; приходится увеличивать воздушный поток (увеличение количества вентиляторов), площадь теплообмена и теплопроводность самого радиатора (увеличение количества и размеров тепловых трубок).
Когда это началось? Первые поколения обычных графических ускорителей обходились даже без радиаторов, как мы видим на примере S3 Trio. С дальнейшим развитием видеокарт возникла необходимость установки небольших радиаторов.

ATI Rage 128 Pro 32 МБ Почему радиатор черный? Конечно, интересна тенденция тех времен красить радиаторы черной или темной краской вместо более привычного нам сейчас чистого алюминия.
Казалось бы, зачем, ведь краска снизит теплопроводность? Акцент здесь был сделан на законе излучения Кирхгофа, согласно которому отношение излучательной способности любого тела к его поглощающей способности одинаково.
Что.
предполагалось, что, поскольку черный радиатор хорошо поглощает излучение, он должен излучать его лучше, чем блестящий.
К самому началу этого века многие видеокарты линейки оснащались не просто радиатором, но и радиатором с небольшим вентилятором.

ATI Radeon 8500LE 64 МБ Если кто-нибудь экспериментировал с установкой маленьких вентиляторов где-либо, то прекрасно знает об их крайне низкой эффективности.
Из-за размера их лопастей поток воздуха незначителен, а шума такой вентилятор создает много благодаря приличной скорости вращения.
при этом энергопотребление видеокарт продолжало расти, даже в эталонных (образцовых) видеокартах приходилось переходить на турбины.
Примерно с 2010 года охлаждение турбинного типа стало стандартом для стандартных видеокарт, и хотя мы видим его все реже, сами разработчики видеочипов снабжают свои видеокарты им по умолчанию.
Интересно отметить, что в начале нынешнего века турбина, как тип охлаждения, могла продаваться отдельно для желающих апгрейдить свою видеокарту с обычным небольшим радиатором.
Сейчас, конечно, они уже не продаются.
Собственно, зачем турбина?

Типичная система охлаждения турбинного типа со снятым кожухом на GTX670. Как видите, сама турбина захватывает воздух сверху, перенаправляет его в стороны, после чего воздух проходит через радиатор и охлаждает его.
В идеале горячий воздух полностью выводится за пределы корпуса.
Следует отметить, что турбина вряд ли будет работать без снятого корпуса.
Теоретический предел рассеивания мощности турбиной очень высок — достаточно увеличить количество ребер радиатора, присоединить к нему пару тепловых трубок, и можно будет добиться даже 450 Вт тепловыделения (HD6990).
Однако основным недостатком турбин является шум, поскольку сама турбина должна вращаться с большими скоростями.
Поэтому примерно в 2008 году началось производство уже привычных систем воздушного охлаждения, состоящих из тепловых трубок, относительно компактного радиатора и нескольких полноразмерных вентиляторов, обдувающих видеокарту через радиатор.
Типичный пример: одна из первых ласточек.

Thermalright HR-03 на 8800GT На данный момент такой тип охлаждения уже стал вполне стандартным — покупать видеокарту с турбиной, в самом деле, странно.
Итак, ситуация повторяется.
Турбины изначально продавались как специальный вариант охлаждения, затем стали стандартными.
Затем радиаторы на тепловых трубках с вентиляторами повторили свою судьбу и стали стандартом де-факто.
Остается только надеяться, что дело не дойдет до компактного SVO на каждой видеокарте по умолчанию.
Это всего лишь примерная оценка прироста мощности видеокарт, что называется, «на глазок».
Теперь предлагаю сделать оценку по более строгим критериям, а именно по графикам.
Для построения этого и последующих графиков я в основном использовал данные из Wiki видеокарты.
АМД И NVIDIA Однако некоторые данные я заполнил сам, основываясь на данных, хранящихся в Интернете.
К сожалению, TDP старых видеокарт, выпущенных до 2007 года, неизвестен.
В чарты включены почти все серии GeForce и Radeon за около 10 лет, за исключением серий GTX 100 и 300 и серии HD Radeon 8000. Точки на графиках принадлежат видеокартам, по оси X показана дата выпуска видеокарты, а по оси Y показаны изменения определенных значений.

Итак, давайте внимательно изучим график изменения тепла, выделяемого видеокартами при работе примерно за последние 10 лет.

Напрашиваются следующие выводы:

1. Сокращение техпроцесса не произвело ожидаемой революции в тепловыделении графических ускорителей.
2. Несмотря на большой техпроцесс, самые холодные видеокарты выпускались до 2007 года.
Первый крупный скачок тепловыделения произошел ок.
середина 2006 г.
– начало 2007 г.
Это наглядно свидетельствует о том, что теплоотдача в первую очередь определяется рыночным спросом.
Когда сами видеокарты перестают хорошо играть в игры, производителям приходится повышать частоты и напряжение, что приводит к очень сильному увеличению тепловыделения.
3. Максимальное выделение тепла достигло плато прибл.
2009 год, плюс-минус.
4. Плато максимального тепловыделения мощных моделей устойчиво сохраняется с ок.
250 Вт. Видимо, это максимум, который позволяют объективные свойства видеокарты как устройства в современном виде.
Если бы можно было еще больше увеличить тепловыделение, то, без сомнения, производители видеочипов продолжили бы повышать частоту и напряжение.
Однако охлаждение видеокарты с тепловыделением выше 300Вт – это уже сложная задача, и в плохом случае она сгорит, а шум вентиляторов или турбины будет выше всех норм.
5. Средние и слабые модели также медленно, но верно увеличивают теплоотдачу.
Если же старшие модели достигают максимума (плато) примерно в 2009 году, то средние достигают около 150-180Вт еще раньше.
Слабые идут по тому же пути.
6. С 2012 года наблюдается уменьшение количества представленных моделей.
Особенно это заметно в отношении моделей с низким тепловыделением.
Их становится все меньше и меньше.
7. Конечно, нельзя объяснить недавнюю довольно длительную стагнацию вниманием к рынку мобильных решений, как это делалось раньше.
Более того, как раз в момент максимальной популярности планшетов наблюдается достаточно высокая частота выпуска новых видеокарт. 8. Не менее парадоксальным кажется и то, что в годы мирового экономического кризиса выпуск новых моделей происходил значительно чаще, чем сейчас.
9. Два последних вывода вновь приводят нас к доминирующей роли требований рынка над объективными возможностями видеокарт.

Что ж, может быть, мы не зря терпим увеличение тепловыделения; наверняка это оправдано увеличением вычислительной мощности? Попробуем это проверить.
Конечно, однозначного способа узнать точную производительность видеокарты не существует, поэтому я обратился к максимальной теоретической производительности для расчетов одинарной точности.

Очень приятно видеть здесь экспоненциальный рост. Лично меня удивила заметно более высокая теоретическая производительность видеокарт Radeon. Ну наверное старый анекдот про отсутствие водителя

оказалось правдой.
Возможно, дело в оптимизации самих игр.
Теперь сравним график изменения TDP и производительности.

Легко прийти к выводу, подтверждающему пункт 2:

10 Рынок требует экспоненциального роста производительности, хотя производители видеочипов явно едва справляются с этим спросом.
Об этом говорит рост TDP.

Теперь почему бы нам не связать производительность с мощностью.

Трудно сказать, какая именно функция здесь определяет кривую.
С одной стороны, у GeForce вроде бы есть функция мощности, а у Radeon S-образная кривая.
Если отбросить оптимизацию драйверов и игр, мы обнаружим, что с AMD все в порядке.
2009 год добился хорошей эффективности архитектуры, которую использует уже много лет и последние модели которой вышли в начале 2016 года.
Это плато на S-кривой.
Хорошо разбираясь в выпущенных видеокартах, легко примерно понять, о каких моделях идет речь.
NVIDIA наблюдает скачок эффективности с 2012 года — скорее всего, за счет внедрения какой-то совершенно новой архитектуры.
За GeForce последовал экспоненциальный скачок Radeon с 2015 года.
Предлагаю теперь перейти к увеличению количества транзисторов.
Попробуем проверить закон Мура.

Кстати, стоит упомянуть, что т.н.
Закон Мура — это всего лишь наблюдение, сделанное в 1965 году, то есть на заре современной электронной промышленности.

Причем наблюдение было сделано на процессорах Intel. Сам закон гласит:

Количество транзисторов, размещенных на микросхеме интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца.

Проблемы с долгосрочным прогнозированием по закону Мура в точке отсчета, а именно какое количество транзисторов взять.
Я брал 110 миллионов за средне-слабую видеокарту.
Как видите, закон Мура выполняется, количество транзисторов растёт, как и должно быть.
Но здесь уместно было бы задать вопрос: не растет ли он за счет площади кристалла? Смотрим на размер кристалла (или их сумму, если речь идет о двухпроцессорных решениях)

В этом случае мы видим консистенцию, приятную глазу.
Производителям просто невыгодно увеличивать площадь кристалла.
Но хотелось бы напомнить, что с прогрессом хотелось бы видеть уменьшение площади кристалла.

Попробуем сформулировать выводы:

11. Соотношение производительности и TDP практически полностью зависит от текущей архитектуры (или от каких-то пока не очевидных факторов).
12. Архитектуры, несмотря на маркетинговые изменения названий от поколения к поколению, на самом деле в реальности меняются принципиально редко.
Не чаще одного раза в 6-7 лет. 13. Использование той или иной архитектуры очень хорошо видно по кривой, описывающей соотношение производительности и TDP. 14. Большую часть изменений соотношения производительности к TDP невозможно описать степенными функциями.
Увы, эти изменения не имеют вида линейной функции и вообще могут сохраняться годами практически без изменений.
15.Техпроцесс не влияет на соотношение производительности и мощности, т.к.
уменьшение размеров транзистора сопровождается лишь тем, что на его место приходят новые транзисторы.
Это связано с пунктом 10, т.е.
с завышенными требованиями рынка.
16. Площади кристаллов не меняются.
17. Увеличение количества транзисторов продолжает подчиняться закону Мура.

Теперь давайте посмотрим на самое интересное, а именно на цену.
Потому что в Википедии было не так много информации о цене релиза, поэтому пришлось поискать в Интернете, но это все равно не является большим секретом.
Поскольку цена — вещь весьма расплывчатая (цена выпуска может отличаться от вскоре установившейся рыночной цены, сами цены выпуска не всегда доступны и т. д.), ее неточность требует использования более расплывчатого маркера.

Подведем итоги здесь:

18 Цена медленно растет. 19. Общую тенденцию роста цен можно соотнести с инфляцией доллара США ( спасибо американским и британским экономистам ).
Для большинства моделей это можно объяснить очень просто — компании-разработчики чипов родом из Кремниевой долины.
Инфляция американской национальной валюты, естественно, отразится на них.
20. Однако отдельные плато образуют старшие модели видеокарт. В частности, у NVIDIA мы видим несколько S-образных подорожаний — цены на топовые продукты выросли в начале 2012 года и к лету 2016 года.
AMD, перешедшая в предтоповый модельный ряд из эпохи HD7970, так и не сделала нет таких прыжков.
21. Ценовые показатели стоящих особняком двухчиповых решений сами по себе не заслуживают отдельного рассмотрения.
Однако в итоге к ним впервые присоединилось одночиповое решение — NVIDIA TITAN V.

Подводя итог сказанному, попробуем составить прогноз на ближайшее будущее графических ускорителей.
Да, копаться в будущем может только дурак, а любой человек, обладающий хоть малейшим уважением к себе, никогда не опускается до прогнозов (потому что он обязательно в них так или иначе ошибется).
Ну а если он их и делает, то делает крайне размытыми, чтобы попасть, что называется, пальцем в небо.
Однако я готов рискнуть: 1. TDP видеокарт продолжит расти для слабых и средних моделей.
Это будет очень медленный процесс, но, скорее всего, неизбежный.
2. Для старых моделей и моделей старшего среднего уровня TDP останется прибл.
250 Вт — это объективный предел для современных систем охлаждения.
Дальнейшее увеличение тепловыделения просто потребует установки неоправданно дорогой системы охлаждения, а также сократит срок службы устройств.
Влияние температуры на срок службы Из химии мы знаем, что на каждые 10 градусов скорость химической реакции увеличивается в 2-3 раза.
Если предположить, что процессы деградации оборудования носят, скорее всего, химическую природу или хотя бы связаны с кинетическими свойствами молекул, то можно ожидать сокращения срока службы оборудования вдвое при повышении его средней температуры на указанные 10 градусов.
Это, безусловно, очень сложная и интересная тема, требующая отдельной статьи.
Как бы то ни было, производителю крайне нежелательно повышать рабочую температуру видеокарты даже на 10 градусов.
Быстрый выход видеокарт из строя при майнинге, происходящий задолго до истечения гарантийного срока, подтверждает эти выводы.
3 В производительности видеокарт требования рынка являются первичными.
Так или иначе, видеокарты их не удовлетворяют, или удовлетворяют, но с трудом.
Если предположить, что рынок не снижает свои требования, то можно ожидать снижения TDP, уменьшения размера чипа и т. д. это запрещено.
Видеокарты с разрешением 1920х1080 победили? Многие утверждают, что для игр в разрешении 1920х1080 достаточно видеокарт уровня GTX1050 — GTX1050ti, а если верить обозревателям YouTube, то и почти GT1030. В этом случае критический момент был бы пройден, а поскольку следующие поколения видеокарт будут лучше, можно было бы ожидать снижения их TDP. Однако утверждения о достаточности ядра GP107-300/400 неверны; более-менее удовлетворительную производительность эти видеокарты демонстрируют лишь в ряде игр, да еще и с мощным процессором.
И не на текущий момент, а только на время релиза.
Ситуация, на самом деле, не нова; такое происходило практически в каждом поколении видеокарт, когда при поверхностном взгляде казалось, что среднеслабой видеокарты хватит для всех игр.
Но на практике они всегда очень быстро устаревали.
Дело в том, что игры не перестают выходить, а требования не перестают расти, а потому нельзя сказать, что бюджетных видеокарт достаточно для современных игр в разрешении 1920х1080. Вот если бы видеокарты на базе чипа GP104-200/300/400 занимали низшую ценовую категорию, то только тогда можно было бы заявить о победе над разрешением 1920х1080. 4. Увеличение количества транзисторов и улучшение архитектуры не улучшит эргономические свойства видеокарт, а полностью пойдут на догонение требований рынка по повышению производительности.
5. Скорее всего, стоит готовиться к сокращению модельного ряда видеокарт. Помимо коммерческих ходов, производители чипов разработают лишь несколько ядер, которые уже будут сортироваться в зависимости от их качеств.
Это будет сделано для снижения затрат на разработку.
6. Цена на видеокарты будет медленно расти, возможно, будет буквально одна младшая модель по минимальной цене (например, младшая видеокарта предыдущего поколения), но рост цен в долларах продолжится.
7. Отдельного беспокойства заслуживают цены на мощные и среднемощные видеокарты.
Потому что NVIDIA уже давно достигла плато; стоит ожидать очередного скачка цен на вышеупомянутые видеокарты в новом поколении или следующем.
Как бы то ни было, повышение цен на топы не за горами.
Актуальны ли топы? Здесь нельзя не заметить, что именно с коммерческой точки зрения наибольший интерес представляют сильные или среднесильные видеокарты, т.к.
они обеспечивают отличную производительность, хоть и за высокую цену.
Их главное преимущество перед более низкими конкурентами в том, что они имеют гораздо больший срок актуальности – выгоднее отдавать большую сумму каждые 3-4 года, чем каждый год отдавать среднюю сумму.
В качестве поучительного примера нельзя не вспомнить, что топы 2012 года, например Radeon HD7970, до сих пор вполне актуальны для игр, несмотря на то, что им уже 6 лет. Именно поэтому для рынка важны цены на мощные видеокарты.
Это не выбор энтузиаста (выбор энтузиаста — самая дорогая видеокарта), это оптимальный выбор.
Так что, скорее всего, ничего обнадеживающего в ближайшее время ожидать не стоит. Только наивный человек может думать, что за цену GT1030 он получит производительность GTX1060 следующего поколения.
Короче говоря, прогноз можно сформулировать просто как «держаться за наши винтажные топы и ожидать лучшего».
Небольшое дополнение: Спасибо пользователю Эдил0 за идею.
Взаимосвязь между теоретической производительностью одинарной точности и ценой.

Теги: #Компьютерное оборудование #Видеокарты #Будущее здесь #прогноз #будущее #Radeon #geforce #s3 графика