壹前言一研究動機在資訊發展蓬勃的時代, 資訊產業的產值已達到全球最高, 高達 52%, 而顯示卡的商機是電腦零組件中獲利次高, 僅次於中央處理器, 原因在於電腦再也不只是辦公的工具, 也漸漸的變的娛樂化, 因而顯示卡的要求也逐漸提高, 不管是快取記憶體從 DDR2 到 DDR5, 或者是從高

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换弘
5 years ago
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1 投稿類別 : 資訊類篇名 : 高畫質世界的來源 - 探究顯示卡作者 : 方廷倫高雄市立高雄高級工業職業學校資訊三甲張智雄高雄市立高雄高級工業職業學校資訊三甲田恩東高雄市立高雄高級工業職業學校資訊三甲指導老師 : 康姿瑩老師

2 壹前言一研究動機在資訊發展蓬勃的時代, 資訊產業的產值已達到全球最高, 高達 52%, 而顯示卡的商機是電腦零組件中獲利次高, 僅次於中央處理器, 原因在於電腦再也不只是辦公的工具, 也漸漸的變的娛樂化, 因而顯示卡的要求也逐漸提高, 不管是快取記憶體從 DDR2 到 DDR5, 或者是從高畫質 HD 轉變成 3D 或多點觸碰等層出不窮的演進, 都顯示出顯示卡是電腦中不可或缺的重要角色, 因此本組想藉本次小論文的機會探討顯示卡的演進二研究目的 ( 一 ) 選擇適合自身需求的顯示卡 ( 二 ) 能分析顯示卡效能三研究方法 ( 一 ) 查閱電腦雜誌相關書籍 ( 二 ) 搜尋有關 3C 科技新聞 ( 三 ) 各專業測試顯示卡網站發出的測試數據比較 ( 四 ) 以顯示卡介紹與顯示卡比較兩大主題作探討貳正文一顯示卡介紹 ( 一 ) 何謂顯示卡顯示卡主要的功能在於將電腦執行的結果, 完整且正確的顯示在螢幕上, 而目前的顯示卡不僅提供顯示這單一的功能, 更具備幾何運算 3D 貼圖和影音解碼等功能 ( 二 ) 顯示卡結構 1

顯示卡上主要的零件有 : 顯示晶片 (GPU) RAMDAC 顯示記憶體 BIOS VGA 插座等 ( 參照圖一 ) 如今的顯示卡由於運算速度快, 發熱量大, 甚至會加裝一個散熱風扇 ( 有的是散熱片 ) 以下將會介紹重要的零件外接端子 GPU 風扇電源外接電源供電模組記憶體 PCI-E 圖一顯示卡內部 ( 註一 ) 1 繪圖晶片 (GPU) 繪圖晶片負責圖形數據的處理,

3 顯示卡上主要的零件有 : 顯示晶片 (GPU) RAMDAC 顯示記憶體 BIOS VGA 插座等 ( 參照圖一 ) 如今的顯示卡由於運算速度快, 發熱量大, 甚至會加裝一個散熱風扇 ( 有的是散熱片 ) 以下將會介紹重要的零件外接端子 GPU 風扇電源外接電源供電模組記憶體 PCI-E 圖一顯示卡內部 ( 註一 ) 1 繪圖晶片 (GPU) 繪圖晶片負責圖形數據的處理, 是顯示卡的核心部件在電腦的數據處理過程中,CPU 將其運算處理後的結果通過 PCI 通道傳輸到顯示卡的繪圖晶片上, 而繪圖晶片再加以運算處理之後, 經由顯示卡的接頭傳送到顯示螢幕上面而衡量繪圖晶片的能力示依據 2D/3D 圖形處理能力處理引擎的頻率記憶體頻率和所支援顯示記憶體類型容量內部 RAMDAC 的工作時脈等 ( 註二 ) 2 RAMDAC RAMDAC 主要是將視訊轉換成顯示器認得的 R.G.B. ( 紅, 綠, 藍 ) 類比訊號, 如 32bit 的 RAMDAC 就是一次能將 32 位元的資料轉成類比輸出 ( 註三 ) 同時也代表著轉換頻率越高, 訊號輸出頻率相對也會變高, 畫面就越穩定, 不會閃爍 2

4 3 記憶體 (RAM) 與主板上的 RAM 功能樣, 顯示記憶體也是用於存放數據只不過它存放的是繪圖晶片處理後的數據, 在螢幕上看到的圖像都存放在顯示記憶體中顯示卡要達到的分辨率越高, 屏幕上顯示的像素點就越多, 所需的顯示記憶體也就越多 4 BIOS BIOS(Basic Input/Output System 的縮寫中文 : 基本輸出輸入系統 ), 是載入在電腦硬體系統上的最基本的軟體程式碼 ( 註四 ) 主要用於存放繪圖晶片與驅動程序之間的控制程序, 還存放有顯示卡型號規格生產廠家出廠時間等信息 5 顯示卡接頭 (1) VGA(Video Graphics Array ) 為類比傳輸介面這個標準對於現今的個人電腦市場已經十分過時即使如此,VGA 仍然是最多製造商所共同支援的一個標準 (2) DVI(Digital Visual Interface) 為數位訊號的傳輸介面, 其訊號都是以數位方式進行運作, 若能直接以數位方式接收訊號, 訊號不但能快速反應, 畫面也更清晰穩定 (3) HDMI(High Definition Multimedia Interface) 高解析多媒體介面, 是次世代的數位影音傳輸介面, 支援 Full HD(1080P) 視訊規格, 超越現有 DVI 規格一般有支援 HD 規格的螢幕, 都會搭配 HDMI 介面, 6 顯示卡介面 3

5 此介面稱為匯流排, 是指電腦組件間用來交換資料的方式, 即以一種通用的方式為各組件提供資料傳送和控制邏輯以下為各個介面發展順序, 與目前各個匯流排技術的比較 ( 以目前最高 ) 圖二顯示卡介面的演變表一各匯流排比較 ( 皆以技術最高為主 )( 註五 ) 介面規格匯流排寬度工作時脈資料速率 ISA 16 bits 8MHz 128 MB/s PCI bits 66.6MHz 266 MB/s AGP 8X 32bits 66.6MHz 2.1 GB/s PCI-E B/130B 8GHz 32GB/s( 雙工 ) ( 三 ) 工作原理與模式工作原理依序為圖三 : 圖三工作模式 1. CPU 將數據通過介面傳送到 GPU 2. 顯卡上 GPU 對圖形數據進行運算處理, 並將處理結果存放在顯卡 RAM 中 3. 顯卡從記憶體中將數據傳送至 RAMDAC 並進行轉換 4. RAMDAC 將模擬信號通過 VGA 接口輸送到顯示器由此可見, 一塊顯卡的性能高低主要是由繪圖晶片顯示記憶體接口和 RAMDAC 決定 4

6 ( 四 ) 顯示卡散熱重要性顯示卡的核心製程進步迅速, 不論是運算效能或是運作溫度都有一定的進步, 但是對於溫度還是讓廠商相當頭疼, 畢竟效能越高功耗就越高, 核心溫度只要到達臨界點後, 所產生的效能就會受到限制, 甚至呈現衰退的現象, 例如 : 遊戲中破圖黑屏, 或是繪圖核心會停止運作等等, 所以長久以來效能和溫度兩者之間就不斷的抗爭大部分都會開發專用的散熱器, 但即使更加重視散熱器的設計, 又是一件不簡單的事情, 原因是顯示卡的繪圖核心瞬間功率可達百瓦以上, 特別是高階的產品更是能在高負載的狀態下, 瞬間提升數百瓦的功率, 這還是在有安裝散熱器的狀況, 可想而知如果沒有散熱器, 繪圖核心的高負載溫度令人難以想像! 所以要達到良好的散熱效果, 本身的設計和材質就顯得相當重要 ( 五 ) 顯示卡效能因素 1. 最大解析度 2. 頻率 ( 一般更新頻率在 75Hz 以上時, 人眼對影像的閃爍才不易查覺這個性能指標主要取決於顯示卡上 RAMDAC 的轉換速度 ) 3. 記憶體容量 4. 記憶體類型 5. 匯流排類型 6. 輸出端子 7. 繪圖晶片 8. 散熱結構二顯示卡比較 5

根據上文所了解的構造後, 現在將透過近期市價相似的兩張高階顯卡 - AMD HD 6950( 圖四 ) 以及 NVIDIA GTX560

註七 ) ( 一 ) 根據兩張顯示卡的官網整理了以下內容的差異 : 表二 6950 與 560 Ti 的比較型號 GeForce GTX

40 nm 40 nm 匯流排支援 PCIe x16 PCIe x16 繪圖時脈 822 MHz 800 MHz 記憶體容量 1024 MB

256-bit DirectX Version DirectX 11 DirectX 11 繪圖卡最大功率 170 watts 200

7 根據上文所了解的構造後, 現在將透過近期市價相似的兩張高階顯卡 - AMD HD 6950( 圖四 ) 以及 NVIDIA GTX560 Ti( 圖五 ), 一步一步的瞭解如何選擇合適的顯示卡圖四 AMD HD 6950( 註六 ) 圖五 NVIDIA GTX560 Ti( 註七 ) ( 一 ) 根據兩張顯示卡的官網整理了以下內容的差異 : 表二 6950 與 560 Ti 的比較型號 GeForce GTX 560 Ti Radeon HD 6950 製造 nvidia ATi 日期 January 2011 December 2010 製程 40 nm 40 nm 匯流排支援 PCIe x16 PCIe x16 繪圖時脈 822 MHz 800 MHz 記憶體容量 1024 MB 1024 MB 記憶體時脈 1002 MHz 1250 MHz 記憶體介面 GDDR5 GDDR5 記憶體介面寬度 256-bit 256-bit DirectX Version DirectX 11 DirectX 11 繪圖卡最大功率 170 watts 200 watts ( 二 ) 根據書上的測試數值來做比較, 以下為 DirectX 9/10 效能測試比較表 : 表三 DirectX 9/10 測試 ( 註八 ) 6

8 由此可知 560Ti 在 DirectX 9/10 測試中, 領先 6950 ( 三 ) 根據書上的測試數值來做比較, 以下為 DirectX11 效能測試比較表 : 表四 DirectX11 測試 ( 註九 ) 7

9 DirectX11 測試中, 還是 560Ti 領先 ( 四 ) 根據書上的測試數值來做比較, 以下為功耗表現比較表 : 表五功耗表現 ( 註十 ) 閒置功耗上差距不過 3W 左右, 不過在滿載上去相差 25W 左右根據表三與表四效能測試, 效能越高, 瓦數也免不了會增加參結論綜合二顯示卡的比較以 560Ti 效果最突出, 然而功耗表現不是非常出色, 但 AMD 也新增了新技術, 如 :HD3D Eyefinity UVD3 等,NVIDIA 則是擁有較強 DirectX 11 效能 PhysX 以及 3D Vision 等技術, 因此要選擇時, 其他技術的優勢是否能夠符合自己需求, 與是否能選擇到便宜又兼具效能的卡, 相信是如今必須考量的問題以下是兩家從官方所得知的建議 : 一 NVIDIA 針對遊戲優化數量多,CUDA 技術純熟 ( 使用顯示卡做運算的技術 ), 驅動程式介面親和易上手如果是比較重度的使用者, 會經常使用 3D 繪圖軟體做算圖需求或轉影片時, 比較適合選用 NVIDIA 的顯示卡二 ATI 色彩表現比較鮮豔 ( 相同螢幕設定下 ), 高解析度反鋸齒表現較佳, 耗電量較低如果今天預算不高又偏重遊戲表現, 適合選用 ATI 的顯示卡基於開發遊戲的繪圖引擎等級越來越高, 圖形物件的複雜度比起以前提升不 8

10 少 ; 再者, 為了追求擬真場景, 遊戲中加入了相當多的光影特效這些都已經遠遠超越了內顯所能運算的範圍了不單只是遊戲能看出顯示卡的重要性之外, 近年來影音轉檔更是能藉由顯示卡的運算技術提升速度, 例如 NVIDIA 擁有 CUDA 核心運算技術, 加上有越來越多的編輯軟體有支援此外還可以將拍壞的照片變清晰把 DVD 變高清藍光畫質影片等另外像是圖像處理更是離不開顯示卡, 現今最多人使用的繪圖軟體 Adobe CS 系列, 在顯示卡幫助下明顯提升繪圖效率除此之外, 支援 3D Vision 更是最特別得新功能, 全球已經超過數百款的 3D 立體遊戲與影片, 只要再搭配 3D 顯示器 3D 眼鏡套件, 就能享受同電影院的 3D 效果! 分擔 CPU 的負擔, 提升平台的整體效能, 可說是顯示卡的附加價值一般來說, 挑選顯示卡都會注意到該張顯示卡是否支援市面上最新的技術, 而遊戲技術的指標則是 DirectX, 確定支援最新技術之後, 接著就是查詢顯示卡效能測試軟體的評分, 以及遊戲實際效能的表現即便顯示卡測試軟體是全球最受歡迎的, 顯示卡實際在進行遊戲的時候, 還是會受到驅動程式, 遊戲引擎, 以及硬體優化等相關因素來影響效能表現, 因此想要知道顯示卡在軟體上的效能表現, 針對該軟體進行實際測試才是最準確的肆引註資料註一 4gamer 2011/11/5, 取自註二一乙電腦家電維修站 2011/11/5, 取自 4%BB%8B.htm 註三教育部數位教學資源入口網 2011/11/5, 取自註四維基百科 2011/11/5, 取自註五匯流排知識 2011/11/5, 取自註六 GeForce 2011/11/6, 取自 es/amd-radeon-hd-6950-overview.aspx#2 9

11 註七 AMD 2011/11/6, 取自 mages 註八費宏達 (2011) NVIDIA GeForce GTX 560Ti 顯示卡 PCDIY,NO.169, 121 註九費宏達 (2011) NVIDIA GeForce GTX 560Ti 顯示卡 PCDIY,NO.169, 122 註十白國佳 (2011) 以下犯上,GTX 560T 越級挑戰 HD 6950 PC ADV 電腦王,79 期,114 10

桌上型個人電腦採購規格說明表

桌上型個人電腦採購規格說明表第三組顯示卡規範書 1. Nvidia 繪圖晶片 1-1. 1-1-1. 繪圖晶片 :NVIDIA GeForce 8400 系列 ( 含 ) 以上 ( 請註明採用商品之廠牌及型號, 並於型錄標示對 NVIDIA 應到主要規格之項次 ) GeForce 1-1-2. 繪圖介面 : 支援 PCI Express 介面 16X( 含 ) 以上高速繪圖晶片 8400 低階顯 1-1-3. 提供 256MB