02/09/2008

Bo mạch đồ hoạ (video card)

Bo mạch đồ hoạ (tiếng Anh: Video card, Graphics Accelerator Card, hoặc Video Display Adapters...), card đồ hoạ, cạc màn hình ... là tên gọi của thiết bị chịu trách nhiệm xử lý các thông tin về hình ảnh trong máy tính để xuất tín hiệu ra thiết bị hiển thị. Bo mạch đồ hoạ thường được kết nối với thiết bị hiển thị hình ảnh (màn hình, máy chiếu...) cho mục đích giao tiếp giữa người và máy tính.

Cách gọi tên "bo mạch đồ hoạ" hiện nay mặc dù không được thừa nhận rộng rãi bởi thói quen của một số tác giả đã sử dụng cụm từ "card đồ hoạ". Ngay trong một từ hoạ cũng được viết khác nhau ở cách đặt dấu nặng (.) ở chữ o hay chữ a[1].

CÁI GÌ GỌI LÀ BO MẠCH ĐỒ HOẠ

Mọi máy tính cá nhân, máy tính xách tay đều phải có bo mạch đồ hoạ, chỉ có điều là nó ở dạng nào mà thôi. Bạn thấy điều này có vô lý hay không? Chắc là sẽ có nếu bạn đã từng mở một vỏ máy tính ra để xem ở bên trong nó có gì, nhưng đôi khi lại không thấy bo mạch đồ hoạ đâu cả. Xin hãy bình tĩnh, hãy đọc phần tiếp theo để có thể quy ước rằng sẽ có bo mạch đồ hoạ để cho chúng còn có chức năng đúng như định nghĩa ở trên.

Có thể có nhiều cách phân loại bo mạch đồ hoạ khác nhau: theo dạng thức vật lý, theo loại GPU, theo bus giao tiếp với bo mạch chủ (PCI, AGP, PCI Express...) và thậm chí còn theo hãng sản xuất thiết bị.

Để thuận tiện cho các cách gọi ở phần sau trong bài viết này, tạm phân các loại bo mạch đồ hoạ theo dạng thức vật lý của chúng. Theo cách này bo mạch đồ hoạ có các loại:

  • Bo mạch đồ hoạ được tích hợp trên bo mạch chủ: có thể sử dụng chip đồ hoạ riêng, bộ nhớ đồ hoạ riêng hoặc cũng có thể là một phần của chipset cầu bắc và sử dụng bộ nhớ của RAM hệ thống.
  • Bo mạch đồ hoạ độc lập với bo mạch chủ, gọi tắt là bo mạch đồ hoạ rời, chúng liên kết với bo mạch chủ thông qua các khe cắm mở rộng.
  • Bo mạch đồ hoạ có hình thức sử dụng một GPU độc lập, nhưng lại được gắn cố định vào bo mạch chủ thông qua hàn trực tiếp hoặc cắm vào các đế cắm (thường thấy ở máy tính xách tay).
  • Rời hẳn và không cắm vào bo mạch chủ, nhưng kết nối thông qua một bus có tốc độ cao (có thể xuất hiện trong tương lai, ví dụ USB 3.0 chẳng hạn)

____

Các dạng trên có còn được phân tách rạch ròi hay không trong tương lai, tôi nghi ngờ rằng điều này thì không còn đúng nữa khi mà các hãng Intel và NVIDIA hiện đang có vẻ lấn sân sang nhau trong lĩnh vực CPU và GPU, xin xem thêm entry này để biết thêm một chút thông tin về những điều đó.

CÁC THẾ HỆ BO MẠCH ĐỒ HOẠ

Tôi không có tham vọng rằng trình bày được quá trình phát triển của các bo mạch đồ hoạ trong từng thời kỳ, từng năm, nhưng tôi muốn trả lời câu hỏi của chính tôi rằng sự phát triển của công nghệ phần cứng đồ hoạ có thực sự là cần thiết đến như vậy hay không? chúng ta được lợi gì khi có sự phát triển đồ hoạ mạnh mẽ như vậy.

Hình: Một bo mạch đồ hoạ thế hệ cũ (Tseng Labs ET4000), Có thể nhận thấy rằng GPU (ở vị trí trung tâm) không được gắn các thiết bị tản nhiệt. Bộ nhớ đồ hoạ (phía trên, bên trái) rất cổ điển. Bo mạch đồ hoạ này sử dụng một bus tốc độ chậm trong thời gian trước đây (thể hiện qua chân cắm cổ điển) là ISA.

[Nguồn ảnh: Wikipedia en]

Ban đầu tiên của những chiếc máy tính chỉ xuất ra các hình ảnh hai chiều (2D) đơn thuần, có nghĩa rằng một bo mạch đồ hoạ thời trước đây chỉ cần thực hiện những khối lượng công việc đơn giản, ngay như bộ xử lý đồ hoạ trong giai đoạn này cũng không tần tản nhiệt, lượng bộ nhớ cũng rất nhỏ so với hiện nay.

Trong giai đoạn này thì IBM đã đưa ra các chuẩn về bo mạch đồ hoạ như sau:

MDA (Monochrome Display Adapter)

VGA (Video Graphics Array)

HGC (Hercules Graphics Card)

SVGA (Super VGA)

CGA (Color Graphics Adapter)

XGA (Extended Graphics Array)

EGA (Enhanced Graphics Adapter)

UGA (Ultra Video Graphics Array)

Tuy các chuẩn này cho đến hiện nay không còn được sử dụng nữa, IBM cũng không còn quan tâm đưa ra các chuẩn của bo mạch đồ hoạ nữa khi mà hãng này đã bán bộ phận máy tính cá nhân (PC) cho Lenovo của Trung Quốc vào năm 2005. Chỉ duy nhất còn lại có lẽ là chuẩn VGA được coi như một sự tương thích đối với đa số các thiết bị hiển thị.

Bạn dễ nhận thấy rằng không phải người sử dụng sẽ chỉ dùng máy tính cho các trò chơi cũ kỹ, soạn văn bản đơn thuần trên các phần mềm cũ, mà đang tiến tới những gì cần hiển thị tốt hơn nữa, có độ phân giải cao do đó thì bo mạch đồ hoạ cũng phải phát triển mạnh mẽ để phục vụ nhu cầu sử dụng này. Từ những năm 1990 trở đi thì các ứng dụng bắt đầu chú trọng đến xử lý đồ hoạ 3D và do đó sự phát triển của bo mạch đồ hoạ lại chạy đua theo nhu cầu của một phần những người sử dụng đam mê game hay những người làm công việc liên quan đến xử lý đồ hoạ 3D (các nhà thiết kế phát triển game, các kiến trúc sư...)

Sự phát triển các bo mạch tăng tốc đồ hoạ 3D thì sớm hơn, chúng có thể tóm tắt theo bảng sau:

Thế

hệ

Thời gian

(năm)

Công nghệ

Ví dụ về Sản phẩm/Chipset

1st

1996-1997

3D PCI card with passthrough to 2D graphics card; OpenGL and GLIDE APIs

3dfx Voodoo

2nd

1997-1998

2D/3D PCI card

ATI Rage, NVIDIA RIVA 128

3rd

1999

2D/3D AGP 1x/2x

3dfx Voodoo 3, ATI Rage Pro, NVIDIA TnT2

4th

1999-2000

DirectX 7 API, AGP 4x

NVIDIA GeForce 256, ATI Radeon

5th

2001

DirectX 8 API, lập trình vertex và pixel shaders

NVIDIA GeForce 3, NVIDIA GeForce 4 Ti

6th

2001-2002

DirectX 8.1 API

ATI Radeon 8500, ATI Radeon 9000

7th

2002-2003

DirectX 9 API, AGP 8x

ATI Radeon 9700, NVIDIA GeForce FX 5900

8th

2004-2005

PCI Express, DirectX 9.0c

ATI X800, NVIDIA GeForce 6800

9th

2004->

Đồ hoạ kép GPU sử dụng PCI Express x8, x16

ATI X1K, NVIDIA GeForce 7800; ATI CrossFire, NVIDIA nForce SLI trên các bo mạch chủ với các chipset hỗ trợ chúng.

Vậy với những sự phát triển của các loại bo mạch tăng tốc đồ hoạ 3D thì chỉ phục vụ một phần nhỏ số người sử dụng thì người sử dụng bình thường thì sao? Có chút lợi gì không? Tôi nghĩ là có, bởi vì giá thành các công nghệ mới ra đời thì ban đầu sẽ rất cao, nhưng chỉ sau một thời gian thì những dòng sản phẩm cao cấp nhất sẽ lại trở thành lạc hậu hơn so với các công nghệ đồ hoạ mới hơn nữa. Chúng từ nhóm dành cho người sử dụng cao cấp được hạ dần xuống tầm trung và cuối cùng là trở thành thông dụng đối với người dùng phổ thông chỉ sau một vài năm. Đó là những gì mà chúng ta đã được lợi khi công nghệ phát triển nói chung và công nghệ đồ hoạ phát triển nói riêng.

Cùng với một hình minh hoạ về bo mạch đồ hoạ sử dụng bus ISA đã trình bày ở trên thì tôi cũng muốn giới thiệu một số hình ảnh (sưu tầm được) về các bo mạch đồ hoạ đã phát triển thế nào theo thời gian. Lưu ý rằng thời gian của sự phát triển này đã không quá dài, chúng chỉ trong vòng 10 năm. Thật khó tưởng tượng trong 10 năm tiếp theo thì sẽ ra sao.

Hình: Bo mạch đồ hoạ sử dụng bus PCI trước đây (Không phải PCI Express sau này đâu nhé). Cái giống như IC phần bên phải (có dán giấy) là video bios. Những thứ giống IC dọc hàng phía trên là RAM. GPU là cái có chữ S3 ở giữa.

[Nguồn ảnh: Wikimedia Commons]

Ở trên là một đại diện về bo mạch đồ hoạ sử dụng bus PCI, còn dưới đây là thế hệ kế tiếp: Sử dụng bus AGP.

Hình: Bo mạch đồ hoạ Gigabyte GA-MG400 32MB sử dụng bus AGP. Từ thế hệ AGP này trở đi thì hầu như các GPU đều được gắn các tấm tản nhiệt trên nó. RAM được hàn vào bo mạch đồ hoạ và có thể bắt đầu có gắn tản nhiệt trên chúng.

[Nguồn ảnh: Wikimedia commons]

Và đây rồi, những bo mạch đồ hoạ đương đại. Chúng không phải là hiện đại nhất những chúng đã từng là như vậy, cho đến ngày hôm nay thì giá bán của chúng đã rẻ đi khá nhiều để người dùng phổ thông cũng có thể sở hữu được.

Geforce 7800GT - một đại diện của bus PCI Express, bo mạch đồ hoạ thế hệ gần đây. Bạn có thể nhận thấy sự chú trọng đến tản nhiệt bởi GPU đã làm việc nặng và rất nóng. Tụ điện quan trọng được sử dụng dạng tụ rắn, có một phần cấp nguồn (6 pin) trực tiếp từ nguồn máy tính. Hai bộ adapter đặt kèm theo là để chuyển đổi cổng DVI sang VGA cho các màn hình máy tính chỉ có các cổng này.

[Nguồn ảnh: Wikipedia Commons]

CÁC HÀM API TRONG ĐỒ HOẠ

Sự xuất hiện của nhiều bộ xử lý đồ hoạ với các công nghệ khác nhau không thống nhất theo chuẩn nhất định khiến cho các nhà phát triển phần mềm và trò chơi trên máy tính gặp khó khăn về vấn đề tương thích đối với các bo mạch đồ hoạ khác nhau. Để thuận tiện cho các nhà viết phần mềm đồ hoạ và trò chơi trên máy tính cần thống nhất các hàm API (Application Programming Interface: Giao diện lập trình ứng dụng) sử dụng chung mà các bo mạch đồ hoạ cần phải tương thích với chúng các hãng đã đưa ra hai chuẩn chung là DirectX và OpenGL.

DirectX: được hãng Microsoft phát triển vào những năm 1996 nhằm hướng các nhà lập trình sử dụng chúng để lập trình các game cho hệ điều hành Windows 95 (hệ điều hành mang tích cách mạng trong thời bấy giờ, bắt đầu cách ly việc các phần mềm can thiệp trực tiếp vào phần cứng) thay cho thói quen lập trình trên nền DOS mà họ dễ dàng can thiệp vào phần cứng.

Sự phát triển các phiên bản DirectX từ đó đến phiên bản DirectX 9c mang tính kế thừa, nhưng đến phiên bản gần đây nhất - DirectX 10 (chỉ sử dụng trong Windows Vista và các hệ điều hành khác nếu có của Microsoft sau này) có một sự thay đổi lớn được xem như viết trên một nền tảng mới hoàn toàn.

OpenGL được Silicon Graphics phát triển những năm 1990, tuy không được thông dụng như DirectX trong ứng dụng game nhưng hiện nay hầu hết các bo mạch đồ hoạ đều hỗ trợ chúng.

THÀNH PHẦN CƠ BẢN

Bộ xử lý đồ hoạ (GPU) hoặc chức năng đồ hoạ tích hợp

Một GPU của NVIDIA

Bộ xử lý đồ hoạ ("Graphics Processing Unit", viết tắt là GPU) là thành phần rất quan trọng quyết định đến sức mạch đồ hoạ, nó có ý nghĩa như CPU trong máy tính. GPU thường được hàn/dập chắc chắn vào bo mạch đồ hoạ rời. Đối với các bo mạch đồ hoạ tích hợp trên bo mạch chủ chúng có thể ở dạng GPU gắn liền trên bo mạch chủ hoặc được tích hợp chung vào chipset.

Hiện nay ở Việt Nam thì các bo mạch đồ hoạ rời thường sử dụng GPU của hai hãng sản xuất (các hãng khác ít thấy xuất hiện trên thị trường Việt Nam)

  • NVIDIA
  • ATI (Trước đây là một hãng độc lập, nay đã được AMD mua lại)

Đối với dạng tính năng đồ hoạ được tích hợp vào chipset hoặc gắn liền trên bo mạch chủ:

  • Intel: Với các chipset: 810, 815, 845, 865, 910, 915, 945, 946, 965...mà phân biệt các chipset tích hợp đồ hoạ thường được ký hiệu thêm chữ "G" (cùng một ký tự khác hoặc không có) ở sau ký hiệu chipset (Ví dụ: 945G, 965GV, G45...)
  • ATI: Radeon IGP 9100, Radeon IGP 9100 PRO, Radeon Xpress 200 (có các phiên bản cho CPU Intel và AMD khác nhau), Radeon IGP 320...
  • VIA: P4M800, P4M800 Pro, K8M800, K8M890, KM400
  • SiS: SiS661FX, SiS661GX, SiS761GL, SiS761GX, SiS760, SiS741
  • NVIDIA: nForce2

Bộ nhớ đồ hoạ

Để xử lý các tác vụ đồ hoạ và lưu trữ kết quả tính toán tạm thời, bo mạch đồ hoạ sử dụng các dạng bộ nhớ sau:

  • Chỉ sử dụng bộ nhớ riêng được gắn trên bo mạch đồ hoạ rời.
  • Sử dụng một phần bộ nhớ rành riêng cho chúng từ RAM của hệ thống (cố định). Trường hợp này chỉ đúng với tính năng đồ hoạ tích hợp.
  • Phần bộ nhớ cấp phát động từ RAM của hệ thống. Trường hợp này cũng chỉ đúng với tính năng đồ hoạ tích hợp.
  • Kết hợp sử dụng bộ nhớ trên bo mạch đồ hoạ rời và bộ nhớ cấp phát từ RAM của hệ thống. Áp dụng cho các bo mạch đồ hoạ rời cho thị trường tầm trung và thấp.

Dung lượng của bộ nhớ đồ hoạ một phần quyết định đến: độ phân giải tối đa, độ sâu màu và tần số làm tươi mà bo mạch đồ hoạ có thể xuất ra màn hình máy tính.

Dung lượng bộ nhớ đồ hoạ có thể có số lượng thấp (1 đến 32 MB) trong các bo mạch đồ hoạ trước đây, 64 đến 128 MB trong thời gian hai đến ba năm trước đây và đến nay đã thông dụng ở 256 MB với mức độ cao hơn cho các bo mạch đồ hoạ cao cấp (512 đến 1GB và thậm chí còn nhiều hơn nữa trong tương lai).

Tuy nhiên, dung lượng không phải là một yếu tố quan trọng, cũng như dung lượng RAM và sự tổng thể chung của một hệ thống máy tính thì các tham số khác của bộ nhớ rất ảnh hưởng đến hiệu năng làm việc của bo mạch đồ hoạ. Để nâng cao hiệu năng thì các nhà thiết kế đã dần sử dụng các bộ nhớ có tốc độ cao hơn, do đó đến nay đã qua nhiều chuẩn bộ nhớ đồ hoạ đã từng được sử dụng: FPM DRAM, VRAM, WRAM, EDO DRAM, SDRAM, MDRAM, SGRAM, DDR SDRAM, DDR-II SDRAM, và gần đây là GDDR-3 SDRAM, GDDR-4 SDRAM và mới nhất là GDDR-5 SDRAM[2].

Bus kết nối

Khi đã gắn vào bo mạch chủ để trở thành một hệ thống thì tất cả các thiết bị đều phải sử dụng một bus nào đó để kết nối chúng với hệ thống. Bo mạch đồ hoạ cũng vậy, chúng thường sử dụng các đường truyền dữ liệu theo các chuẩn nhất định (bus) để truyền dữ liệu giữa bo mạch đồ hoạ với hệ thống máy tính, các bus có thể là PCI Express X16 (mới nhất), AGP (gần đây), PCI (trước khi ra đời AGP), hoặc các bus cổ hơn nữa trong thời gian trước đây (ISA 8 bit, ISA 16 bit, VESA 32 bit). Đặc điểm của các bo mạch đồ hoạ sử dụng các bus được giới thiệu sơ lược như sau:

  • ISA : bus cổ nhất trước đây
  • PCI: bus cổ điển.
  • AGP: có các thế hệ 1x, 2x, 4x và 8x.
  • PCI Express
  • USB 3.0 (Có thể là một xu hướng trong tương lai?)

Để biết thêm về tốc độ của một số bus kết nối, xin xem thêm entry này.

Trình điều khiển (driver)

Bo mạch đồ hoạ đều cần sử dụng một trình điều khiển riêng đối với các hệ điều hành khác nhau, nếu không có các trình điều khiển thì dù có một bo mạch đồ hoạ hiện đại nhất hệ thống chỉ xuất ra hình ảnh có có độ phân giải thấp, độ sâu màu thấp và với tốc độ làm tươi hạn chế hoặc không thể khai thác được hết khả năng của của các bo mạch đồ hoạ.

Trình điều khiển được cần được cài đặt vào hệ điều hành sau khi kết nối bo mạch đồ hoạ với hệ thống (trong một số trường hợp, trình điều khiển hệ thống đã được tích hợp sẵn với hệ điều hành thì người sử dụng có thể không cần đến việc cài đặt trình điều khiển).

Do sự quan trọng của trình điều khiển mà nó là một thành phần cơ bản, không thể thiếu trong bo mạch đồ hoạ. Đôi khi trình điều khiển chưa được hoàn thiện hay tồn tại một số lỗi dẫn đến hiệu năng của bo mạch đồ hoạ bị giảm ít hay nhiều tuỳ mức độ, hoặc xuất ra hình ảnh không đúng, gây lỗi hiển thị.

RAMDAC

DAC (Digital-to-Analog Converter): Có chức năng chuyển đổi các tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để hiển thị trên màn hình máy tính. Tốc độ của DAC có thể cao hơn tốc độ làm việc của bộ xử lý đồ hoạ trong các bo mạch trước đây (đến năm 2007 thường vào khoảng 300-500 Mhz). DAC có thể là một bộ phận tách rời hoặc tích hợp sẵn vào các bộ xử lý đồ hoạ mà không nhất thiết phải là một bộ phận độc lập nữa.

Video BIOS

Cũng giống như tính năng của BIOS ở bo mạch chủ, video bios chứa toàn bộ thông tin thiết lập về phần cứng của bo mạch đồ hoạ. Video Bios còn giúp cho bo mạch đồ hoạ hoạt động ngay khi máy tính bắt đầu khởi động trong quá trình POST - trước khi trình điều khiển của hệ điều hành được nạp.

Video bios của bo mạch đồ hoạ ở dạng một ROM, có thể được hàn trực tiếp vào bo mạch đồ hoạ, có thể ở dạng gắn trên đế cắm (đối với các bo mạch đồ hoạ trước đây, chúng có hình dạng cũng giống như các BIOS máy tính).

Trong thời gian trước đây, để ép xung bo mạch đồ hoạ thì một số overclocker hoặc hacker thường thay đổi Video Bios bằng cách tải ra firmware rồi sửa đổi và nạp lại chúng (đây là phương thức mà người ta thường sử dụng can thiệp vào phần cứng, ví dụ bẻ khoá các iPhone, nâng cấp các PocketPC...). Do quá trình sửa đổi firmware đòi hỏi phải biết rất sâu về phần cứng nên không phải ai cũng thực hiện được điều này.

Đa số các hãng sản xuất đều không cung cấp những sự thay đổi, nâng cấp các firmware cho video bios của bo mạch đồ hoạ bởi vì chúng thường được coi là tối ưu cho mỗi model (tất nhiên rằng trừ trường hợp phát hiện lỗi và cần thiết phải nâng cấp lại). Thay vì đó thì để phục vụ các mục đích overclock bo mạch đồ hoạ sẽ có các tiện ích tinh chỉnh tốc độ CPU, RAM riêng cho từng loại bo mạch hoặc cả một dòng sản phẩm.

KẾT NỐI VỚI MÀN HÌNH MÁY TÍNH

Kết nối đầu ra của bo mạch đồ hoạ đến các màn hình máy tính hoặc các thiết bị hiển thị/sử dụng hình ảnh khác (máy chiếu, TV...) có thể gồm các loại sau đây:

  • VGA connecter (HD-15): Đầu kết nối thông dụng nhất cho đến năm 2007. Đây là kiểu kết nối với tín hiệu đầu ra kiểu tương tự dành cho các màn hình máy tính kiểu CRT, các máy chiếu, màn hình máy tính kiểu tinh thể lỏng tầm trung.
  • DVI: Kiểu kết nối tín hiệu số: Dành cho các màn hình máy tính tinh thể lỏng tầm trung và cao cấp. Kiểu kết nối này mang lại sự tối ưu hơn do làm giảm sự nhiễu hình ảnh do đường truyền từ PC tới màn hình, tuy nhiên không phải bất kỳ bo mạch đồ hoạ nào cũng hỗ trợ đầu ra DVI và không phải loại màn hình nào cũng hỗ trợ đầu vào DVI.
  • DisplayPort[3], một chuẩn kết nối mới xuất hiện có thể phục vụ tốt các nhu cầu giải trí đối với độ phân giải cao, tuy nhiên trong thời điểm hiện tại (2008) thì chưa thấy các bo mạch đồ hoạ sử dụng cổng này. Cho dù có nhiều hứa hẹn nhưng các màn hình máy tính dòng phổ thông và tầm trung chưa đủ độ phân giản để có thể sử dụng lợi thế của DisplayPort.
  • S-Video: Kiểu kết nối đầu ra tín hiệu tương tự dành cho các thiết bị video dân dụng: Ti vi, đầu phát video (băng từ, VCD, DVD), máy quay, máy chiếu...Trong kiểu này thì còn có chứa cổng Video in là ngõ vào video ở một số bo mạch đồ hoạ có tính năng mở rộng "VIVO" (Video-In-Video-Out). Với tính năng Video in thì bo mạch đồ hoạ có một phần tính năng của một bo mạch kỹ xảo (chủ yếu phục vụ việc dựng phim, xử lý video khi thu các video từ nguồn máy quay nào đó để số hoá chúng trên máy tính).
Cổng kết nối: Từ trái sang: S-Video, DVI, và VGA (HD-15). [Nguồn ảnh: en.wiki]

Trên thực tế thì có nhiều bo mạch đồ hoạ sử dụng cả hai cổng DVI, bởi vì từ cổng này có thể có các bộ chuyển đổi sang cổng VGA được

NGUỒN ĐIỆN CUNG CẤP CHO BO MẠCH ĐỒ HOẠ

Các bo mạch đồ hoạ (rời) trước đây thường lấy điện trực tiếp từ bo mạch chủ thông qua các chân cắm (các khe cắm như PCI, AGP, PCI Express). Với nhu cầu xử lý ngày càng cao, ngày nay các GPU (bộ xử lý đồ hoạ) cần sử dụng một lượng điện năng lớn (có thể trên 150 W), do đó các mạch dẫn trên mạch in của bo mạch chủ và mối tiếp xúc của các khe cắm sẽ không thể đáp ứng nổi các dòng điện lớn như vậy. Đứng trước những yêu cầu như vậy thì bắt buộc hướng thiết kế bo mạch đồ hoạ phải chuyển sang một phương thức cấp nguồn điện khác.

Các cung cấp nguồn điện mới sẽ cấp điện trực tiếp từ nguồn máy tính thông qua các đầu cắm thiết kế riêng cho bo mạch đồ hoạ. Đây là một xu thế tất yếu của công nghệ bởi hình thức cung cấp nguồn riêng này đã làm tối ưu rất nhiều trong thiết kế nguồn và thiết kế bo mạch chủ: nguồn máy tính sẽ có thể sử dụng các đường điện +12V độc lập thứ hai, thứ ba hoặc nhiều hơn thế nữa, còn bo mạch chủ sẽ không bị các đường dẫn kích thước lớn để cung cấp cho khe cắm đồ hoạ hiện nay vốn đã có số lượng lớn (có thể có từ 2 đến 4 khe PCI Express theo kiểu X16)

Đầu cắm thông dụng cung cấp điện cho bo mạch đồ hoạ hiện nay thường là 6 hoặc 8 chân tuỳ theo mức độ sử dụng điện năng và thiết kế của nhà sản xuất. Hầu như các chân cắm này đều nối các dây dẫn song song - có nghĩa rằng ví dụ có 6 chân thì có đến 3 chân cho dây dẫn GND và 3 dây cho dây dẫn +12V.

THIẾT KẾ TẢN NHIỆT

Do phải xử lý một khối lượng công việc lớn khi chơi game hoặc thực hiện các tác vụ liên quan nên bộ xử lý đồ hoạ thường toả một lượng nhiệt lớn, cũng như CPU trong máy tính, các bo mạch đồ hoạ cũng cần tản nhiệt cho GPU.

Cách thức tản nhiệt với các GPU thường là:

  • Sử dụng tấm, phiến tản nhiệt (không dùng quạt) để tản nhiệt tự nhiên. Hình thức này trước kia chỉ phù hợp với các GPU có xung nhịp thấp. Hiện nay đã có những hãng (như Asus) rất thành công trong việc tạo những phiến tản nhiệt tĩnh lặng (tản nhiệt silent) cho bo mạch đồ hoạ trung, cao cấp, tận dụng được quạt của CPU và case giải nhiệt qua những ống đồng và các phiến dẫn nhiệt. Điều kiện để thực hiện các phương thức này thường là áp dụng đối với các GPU toả ít nhiệt khi làm việc.
  • Sử dụng tấm, phiến tản nhiệt kết hợp dùng quạt. Đây là cách thông dụng nhất cho các bo mạch đồ hoạ tầm trung và tầm cao cấp hiện nay. Phương pháp này tuỳ biến ra rất nhiều phương pháp tản nhiệt khác nhau, ví dụ việc gắn tấm tản nhiệt có quạt gắn trực tiếp trên GPU, sử dụng tấm tản nhiệt thông qua
  • Tản nhiệt bằng chất lỏng: Rất hiếm gặp hình thức này ở các bo mạch đồ hoạ khi xuất xưởng bởi một bo mạch đồ hoạ sử dụng phương thức này thì cũng phải kèm theo hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng để đảm bảo cho vận hành ổn định. Chính do đó nên thông thường hình thức này do người dùng thay thế cách cách tản nhiệt nguyên bản của bo mạch đồ hoạ để ép xung.

Do bộ nhớ đồ hoạ cũng phát sinh nhiệt nên trong các cách tản nhiệt trên, tấm tản nhiệt thường bao trùm và tản nhiệt luôn cho bộ nhớ đồ hoạ. Các trường hợp còn lại thì bo mạch đã không tản nhiệt cho bộ nhớ đồ hoạ hoặc thiết kế các phiến tản nhiệt riêng.

ĐA MÀN HÌNH

Hình minh hoạ: Hai màn hình có thể mở rộng desktop; [Nguồn ảnh: Wikimedia commons]

Sử dụng nhiều màn hình giúp mở rộng Desktop (màn hình chính khi khởi động vào hệ điều hành) và hiển thị nhiều ứng dụng cùng lúc. Với các ứng dụng thông thường hoặc những người sử dụng thông thường thì có vẻ như nhiều desktop đồng thời là điều chưa cần thiết, tuy nhiên ở các phần mềm, game, công việc cần theo dõi nhiều sự biến đổi thông số để nhận định tổng hợp thì nhiều màn hình đồng thời lại có tác dụng rất tốt.

Cùng một bo mạch đồ hoạ có thể cho phép xuất ra nhiều màn hình đồng thời mà không nhất thiết chúng có hình ảnh giống hệt nhau. Với các bộ xử lý đồ hoạ mạnh mẽ hiện nay có thể cho phép một bo mạch đồ hoạ xuất ra hai màn hình để mở rộng desktop trong hệ điều hành. Trong trường hợp hệ thống có nhiều bo mạch đồ hoạ cũng có thể mở rộng ra nhiều màn hình đồng thời (giả sử có hai bo mạch đồ hoạ, mỗi chiếc xuất ra hai màn hình thì tổng số sẽ có thể có 4 màn hình cùng hiển thị).

Hai (hoặc nhiều hơn) màn hình có thể giúp người sử dụng mở đồng thời nhiều ứng dụng mà vẫn quan sát được các tiến trình đang diễn ra, nhiều cửa sổ để tham chiếu, duyệt web...

Một số game cũng cho phép xuất ra nhiều màn hình cùng lúc để hiển thị các góc nhìn khác nhau, ví dụ các game giả lập điều khiển lái máy bay, đua ô tô...mà mỗi một màn hình là một cửa quan sát.

ĐỒ HOẠ KÉP

Không dừng lại ở các bộ xử lý đồ hoạ cao cấp, bộ nhớ đồ hoạ dung lượng lớn với tốc độ làm việc cao, các hãng sản xuất đã thiết kế các kiểu sử dụng nhiều bo mạch đồ hoạ trên cùng một máy tính hoặc nhiều GPU trong cùng một bo mạch đồ hoạ.

Trong các thời gian trước đây, người ta cũng có thể sử dụng đồng thời nhiều bo mạch đồ hoạ nhưng chỉ dừng lại ở công dụng phát ra nhiều màn hình đồng thời. Công nghệ đồ hoạ kép hiện nay cho phép nhiều bộ xử lý đồ hoạ cùng xử lý một vấn đề đồ hoạ do đó chất lượng và tốc độ xử lý tăng mạnh hơn (có thể hình dung nhiều bộ xử lý đồ hoạ tương tự việc bộ xử lý đa nhân hoặc nhiều bộ xử lý trên cùng một bo mạch chủ).

Không giống như mục đa màn hình ở trên, đồ hoạ kép thì theo tôi được biết sẽ chỉ xuất ra một màn hình, có lẽ rằng sau này chúng sẽ cho phép xuất ra nhiều màn hình (hoặc như vậy rồi cũng nên). Mục đích của chế độ này là ghép các bo mạch đồ hoạ lại cùng xử lý chung các vấn đề giống như công nghệ CPU phát triển theo hướng đa nhân vậy.

Hai hãng sản xuất chip đồ hoạ ATI và NVIDIA đã có các chuẩn riêng như sau

Công nghệ Crossfire của ATI

Crossfire là một công nghệ tăng tốc đồ hoạ mà trong đó một hệ thống máy tính có hai bộ xử lý đồ hoạ cùng có mặt trên một bo mạch đồ hoạ hoặc hai bo mạch đồ hoạ trở lên cùng có mặt trên một bo mạch chủ.

Nếu thuộc loại hai bo mạch đồ hoạ (trở lên) cắm vào bo mạch chủ thì yêu cầu bo mạch chủ phải có hai khe cắm kiểu PCI Express X16 (chúng có thể không đồng thời hỗ trợ X16) và bo mạch chủ phải hỗ trợ.

Hai bo mạch đồ hoạ ở đây phải liên kết với nhau, có thể qua dây kết nối đầu ra (dây cắm thiết kế riêng gồm 3 đầu, hai đầu cắm vào hai bo mạch đồ hoạ, đầu còn lại cắm vào màn hình máy tính), có thể sử dụng cầu nối giữa hai bo mạch đồ hoạ hoặc có thể sử dụng bằng phần mềm thiết đặt trình điều khiển.

Hình minh hoạ: Sơ đồ nối kết hai bo mạch đồ hoạ để thành một hệ thống crossfire. [Ảnh sưu tầm]

Hình sơ đồ thực tế lắp ghép hai bo mạch đồ hoạ vào cùng một máy tính ở dưới đây:

Hình minh hoạ: Một máy tính có gắn hai bo mạch đồ hoạ theo công nghệ CrossFire nhưng chỉ xuất ra một màn hình máy tính. Trong hình này thì hai bo mạch đồ hoạ được kết nối với nhau thông qua hai cầu nối (mềm) để liên kết.

Hai bo mạch đồ hoạ này sử dụng các đường nguồn cung cấp điện riêng cho chúng trực tiếp từ nguồn máy tính.

Trong ảnh này cũng có một phần mờ mờ của loại bìa bóng kính (dùng cho đóng sổ sách văn phòng) được cắt lỗ và định hường cho luồng gió vào khu vực cần tả nhiệt: Chipset cầu nam và khe giữa của hai bo mạch đồ hoạ. Phần này là hoàn toàn tự thủ công chủ nhân chiếc máy tính này thiết kế để định hướng luồng gió.

Ảnh theo Wikipedia tiếng Việt]. (có một số hình liên quan tại entry này)

Chế độ Crossfire chỉ được thiết lập khi mà có các điều kiện sau đây thoả mãn:

  • Bo mạch chủ có hỗ trợ công nghệ Crossfire
  • Bo mạch đồ hoạ hỗ trợ Crossfire (chúng bắt buộc phải là các bo mạch đồ hoạ sử dụng GPU của ATI, và được thiết kế cho crossfire).
Hai bo mạch đồ hoạ dòng HD4600 của AMD được ghép nối thành hệ crossfire chỉ với một cầu nối. Các bo mạch đồ hoạ này không sử dụng sự cung cấp nguồn bên ngoài, công suất sử dụng của chúng khác thấp (70-80W).

[Nguồn ảnh theo Tom's Hardware: AMD to Strike Nvidia 9500 With HD4600]

Crossfire thì có hai chế độ để thiết đặt chúng hoạt động hoặc loại bỏ chế độ (khi không thiết lập chế độ crossfire thì các bo mạch đồ hoạ này sẽ trở thành nguồn xuất ra nhiều desktop như trường hợp mở rộng nhiều màn hình như phần trên) :

  • Thiết lập bằng các cầu nối (như hình minh hoạ trên) hoặc các dây cắm ở phía ngoài của bo mạch đồ hoạ (có thể gọi là thiết lập cứng)
  • Thiết lập chế độ bằng phần mềm, tức là có thể thực hiện ngay trên driver hoặc các phần mềm kèm theo bo mạch đồ hoạ. Ví dụ các bo mạch đồ hoạ của ATI thường sử dụng ATI Catalyst để điều khiển và hiệu chỉnh các thông số làm việc.

Bạn có nghĩ rằng crossfire sẽ tăng hiệu năng đồ hoạ lên gấp đôi? Không phải, bởi vì không phải cứ có hai bộ xử lý hoặc có hai bo mạch đồ hoạ thì sức mạnh được tăng gấp đôi, chúng chỉ làm tăng lên ... một ít. Chính vì điều này mà sau khi rời bỏ chơi game 3D thì tôi đã phải tháo bỏ một bo mạch đồ hoạ ra mà không sử dụng chế độ crossfire nữa - với các game bình thường hoặc các ứng dụng thông thường thì sử dụng hai bo mạch đồ hoạ chỉ gây tiêu tốn năng lượng không cần thiết (việc sử dụng đồ hoạ kép cho ứng dụng thông thường tựa như việc chúng ta sử dụng một khẩu đại bác chỉ để bắn một con gà nhỏ đang nằm ngủ vậy).

Công nghệ SLI của NVIDIA

Gần tương tự như công nghệ Crossfire của ATI, nhưng công nghệ SLI (Scalable Link Interface) của NVIDIA yêu cầu khắt khe hơn về bo mạch chủ: Các bo mạch chủ hỗ trợ công nghệ này phải sử dụng các chipset của chính hãng NVIDIA. Cũng có thể do các điều kiện khắt khe này nên so với Crossfire thì tôi thấy ít nhắc đến SLI ít hơn so với crossfire.

(Quả thực là tôi chưa hiểu lắm về SLI nên chưa viết được đoạn này, lúc nào biết sẽ cập nhật thêm)

MỘT VÀI HÌNH ẢNH VỀ BO MẠCH ĐỒ HOẠ HIỆN TẠI

Bo mạch đồ hoạ thì có muôn hình muôn vẻ, ở dưới đây tôi có sưu tầm một số hình ảnh về các bo mạch đồ hoạ để có vài bình luận về phương thức tản nhiệt của chúng.

Hai bo mạch đồ hoạ hiện đại (2008) sử dụng GPU của NVIDIA do ASUS sản xuất, chúng được hấp dẫn bằng hình ảnh các nữ nhân vật trong game. Những hình ảnh này mang ý nghĩa rằng sự xử lý đồ hoạ có thể cho ra các hình ảnh nét và mịn giống như các nhân vật trên (tiến tới hiển thị như hình ảnh người thật).

Trong thiết kế này thì hộp phía ngoài có công dụng định hướng luồng gió thổi từ quạt hút, qua phần tản nhiệt và thoát ra ngoài thùng máy bằng một lỗ khe định vị PCI thứ hai. Mỗi bo mạch đồ hoạ này chiếm đến hai khe PCI. Thiết kế kiếu tản nhiệt này rất thuận lợi cho việc làm mát hệ thống tổng thể bởi vì nhiệt độ của GPU không bị luẩn quẩn bên trong thùng máy.

Nguồn ảnh: http://www.extremetech.com/article2/0,2845,2326546,00.asp

BẠN CÓ CẦN BO MẠCH ĐỒ HOẠ NHƯ VẬY KHÔNG

Bạn có cần không? Nếu như chỉ sử dụng các tính năng bình thường, các game bình thường hoặc game 3D đơn giản không đòi hỏi DX phiên bản 9 trở lên ở một máy tính thì có lẽ rằng đồ hoạ tích hợp sẵn trên chipset là đủ với bạn. Bạn không nên chạy theo các sản phẩm cao cấp mới nhất để rồi giá trị của chúng sẽ dần hạ xuống chỉ sau một thời gian ngắn (tôi thấy thường trong vòng một năm). Sự khôn ngoan trong đầu tư các linh kiện máy tính sẽ giúp bạn giảm chi phí vào các sở thích sở hữu các sản phẩm cao cấp dành cho người sử dụng có nhiều tiền.

Nhưng nếu bạn là một người làm việc với đồ hoạ liên tục - như các kiến trúc sư, các người thiết kế đồ hoạ, những người biên tập video thường xuyên thì bạn hãy chọn những bo mạch đồ hoạ có hiệu năng cao để có thể tiết kiệm thời gian làm việc của bạn. Tôi giả sử như việc chờ đợi máy tính render trong một thời gian dài thì chúng cũng sẽ làm bạn lãng phí nhiều thời gian và giảm hiệu suất làm việc.

Nhưng mà cho dù có dùng hay không thì biết được chúng như thế thì vẫn tốt hơn :)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Scott Mueller

Upgrading and Repairing Pcs, 17th Edition.

Mueller Technical Research

3700 Grayhawk Drive

Algonquin, IL 60102-6325

(847) 854-6794

(847) 854-6795 Fax

Internet: scottmueller@compuserve.com

Web: http://www.upgradingandrepairingpcs.com

http://www.scottmueller.com

Có thể mua phiên bản mới hơn (18) tại: Amazon.com

  • ISBN-10: 0789736977
  • ISBN-13: 978-0789736970
  • CHÚ THÍCH

    1^. Phần thảo luận về cách đặt tên mục từ "bo mạch đồ hoạ" trên Wikipedia tiếng Việt. Tìm kiếm với cụm từ "Card đồ hoạ" trên Google.

    2^. AMD sẽ dùng GDDR5 cho bo mạch đồ hoạ thế hệ kế tiếp, entry trên blog này nói đến sự lựa chọn GDDR5 cho các bo mạch đồ hoạ của AMD như một sự lựa chọn tối ưu hơn về tốc độ và độ rộng.

    3^. iSuppli cho rằng tương lai của DisplayPort là rất sáng sủa, trên 3C, 28/7/2008.

    XEM THÊM

    Video card, mục từ trên Wikipedia tiếng Anh (en).

    SLI vs. CrossFire, trên Hardware Secrets (en)

    Trương Mạnh An (2007-2008)

    (Entry này được phát triển dựa trên mục từ "Bo mạch đồ hoạ" trên WPtV mà tôi là người đóng góp chính về nội dung - tính theo dung lượng - Và cũng chỉ lấy phần mình viết thôi ^_^)

    (Entry này có thể chứa đựng nhiều kiến thức lỗi thời, chúng đang được hoàn thiện dần theo thời gian để đảm bảo luôn theo sát sự thay đổi của công nghệ)

    Không có nhận xét nào :

    Đăng nhận xét

    Hoan nghênh góp ý/phản hồi của bạn tới các bài viết!
    - Nếu bạn không có các tài khoản Blogger/WordPress... để phản hồi/bình luận bạn có thể chọn trong "Nhận xét với tư cách" phần "Ẩn danh" (Anonymous).
    - Blog còn có các bài viết khác mà có thể bạn sẽ quan tâm, được liệt kê tại Mục lục.