هر آنچه باید درباره کارت گرافیک بدانید
کارت گرافیک (GPU) یکی از مهم‌ترین قطعات موجود در داخل دستگاه‌های کامپیوتری و حتی گوشی‌های هوشمند محسوب میشود. آیا درباره‌ی این قطعه اطلاعات زیادی در اختیار ندارید؟ در این مقاله به طور مفصل درباره‌ی تمامی زیر و بمِ پیرامون کارت‌های گرافیک حرف زده خواهد شد. همچنین در انتها، چند نکته برای خرید کارت گرافیک مقرون به صرفه هم ذکر میشود.
احتمالا بارها عبارت GPU را از زبانِ کارشناس‌ها و علاقه‌مندان به حوزه‌ی سخت‌افزار و تکنولوژی شنیده‌اید یا در مقالات مختلف با این کلمه مواجه شده‌اید. به زبان ساده می‌توان اعتراف کرد که اگر کارت گرافیکی در دنیای فناوری و سخت‌افزار ابداع نمی‌شد، پیشرفت‌های حائز اهمیتی هم در بحث بازیهای ویدیویی و انیمیشن‌سازی سه بعدی به هیچ وجه حاصل نمی‌شد. در ادامه، درباره‌ی تمامی نکاتی که باید درباره‌ی کارت گرافیک بدانید صحبت میشود.
کارت گرافیک یا GPU چیست؟
واژهی اختصاری GPU برگرفته از عبارت انگلیسی Graphics Processing Unit به معنای «واحد پردازش گرافیکی» است. به طور کلی، یک کارت گرافیک وظیفهی مدیریت اطلاعاتی را دارد که از اجزای داخلی کامپیوتر به صفحه نمایش منتقل شده و فرمِ تصویری و ویدیویی به خود می‌گیرند. بنابراین، تجربه‌ی بازیهای ویدیویی، ویرایش ویدیوها و حتی زل زدن به تصویر پس‌زمینه‌ی دسکتاپ از جمله وظایفِ کارت گرافیک محسوب میشود. در واقع، GPU تمامی این اطلاعات را پردازش می‌کند. بدیهی است هر اندازه قدرتِ پردازش یک کارت گرافیک بیشتر و بهتر باشد، کارت گرافیکِ مورد نظر گران‌بهاتر و با کیفیت‌تر خواهد بود.
کارت گرافیک مجتمع چیست و چه تفاوتی با کارت گرافیک معمولی دارد؟
در دنیای لپتاپ‌ها، مفهوم واحدِ پردازشگرِ گرافیکی تا حدودی متفاوت است. در بسیاری از لپتاپ‌ها، به خصوص لپتاپ‌ها با وزنی سبک و اندازه‌ی کوچک، یک واحد پردازشگر گرافیکی منحصر به فردی در داخل سیستم تعبیه میشود که در واقع بخشی از چیپستِ پردازندهی مرکزی یا همان CPU است. عبارت Integrated GPU به این مدل پردازندههای گرافیکی اطلاق میشود که در زبانِ فارسی، به «کارت گرافیک مجتمع» یا «کارت گرافیک ادغام شده» معنا میشود.
در مقابل، کارت گرافیک‌های اختصاصی برای لپتاپ‌ها ساخته میشود که در مقایسه با کارت‌های گرافیک عادی از لحاظ ابعاد، کوچکتر بوده و از لحاظ بهره‌وری و عملکرد هم در سطحِ پایین‌تری قرار می‌گیرند؛ چراکه کارت‌های گرافیک لپتاپ نسبت به کارت‌های گرافیک کامپیوترهای دسکتاپ ظریف‌تر محسوب می‌شوند. به طور معمول، برای لپتاپ‌های اقتصادی و لپتاپ‌هایی که دارای صفحه‌ی لمسی هستند، کارت‌های گرافیک مجتمع قرار می‌دهند که دستگاهِ مورد نظر صرف مالی پیدا کرده یا سیستم داخلیِ لپتاپ به راحتی داغ نکند.
متاسفانه در زمان نگارش این مقاله، برای لپتاپ‌ها، تبلت و سیستم‌های دسکتاپ امکان ارتقای کارت گرافیک وجود ندارد. به همین دلیل، پس از گذشت چند سال و پیشرفت همه جانبه‌ی حوزه‌ی بازیهای ویدیویی، کارت‌های گرافیک در پردازش بازیها و نرم‌افزارهای مبتنی بر گرافیک ناتوان ظاهر شده و کاربر به ناچار مجبور میشود تا کارتِ گرافیک جدیدی را خریداری کند که از پسِ رندر و پردازش بازیهای روز دنیا بر بیاید.
تفاوت CPU با GPU
شاید این سوال برای‌تان پیش بیاید که اگر مبنای کارهای گرافیکی بر پایه‌ی پردازش است، پس چرا CPU نمی‌تواند کارهای گرافیکی را هم انجام دهد؟ به زبانِ بسیار ساده می‌توان این‌گونه پاسخ داد که GPU بر اساسِ قطعاتی که دارد، قدرتِ پردازش به مراتب بیشتری برای کارهای گرافیکی دارد. به همین دلیل است که کارت‌های گرافیک روی کار آمده‌اند و روز به روز از فناوری‌های جدیدتری برای بهبود وضعیت راندمان کارت‌های گرافیک استفاده میشود.
تعداد انبوهِ هسته‌های موجود در GPU موجب می شود تا یک کارت گرافیک در هر لحظه با اطلاعات بسیار زیادی روبه‌رو شود. به همین دلیل است که استخراج‌کننده‌ها و ماینرهای بیتکون برای خرید کارت‌های گرافیک قدرتمند تمایل زیادی دارند تا بتوانند در یک بازه‌ی مشخصی از زمان، میزان مطلوبی از بیتکون را استخراج کنند. با تمام این اوصاف، با وجود این‌که CPU و GPU هر دو میکرو پردازنده‌هایی مبتنی بر پلیمر سیلیکون هستند، این دو قطعه همان‌طور که مشخص است نقش‌ها و وظایف متفاوتی را انجام می‌دهند. با این حال، این نکته را خوب می‌دانیم که بدونِ وجود CPU، یک سیستم کامپیوتری در همان وهله‌ی اول روشن نمی‌شود.
AMD و انویدیا؛ دو غولِ بزرگِ صنعت ساخت کارت گرافیک
اگر برای خرید کارت گرافیک به جست‌وجوی هر چند کوتاهی در دنیای مجازی پرداخته باشید، احتمالا با نام‌های انویدیا (Nvidia) و AMD به کرات روبه‌رو شده‌اید. شرکتی تحت عنوان ATI در سال ۱۹۸۵ به طور رسمی پا به عرصه‌ی ساخت کارت گرافیک گذاشت. از سوی دیگر، شرکت انویدیا هم در سال ۱۹۹۹ اولین پردازندهی گرافیکی منحصر به فرد خود را به طور جدی عرضه کرد. از طرفی دیگر، AMD با خرید شرکت ATI در سال ۲۰۰۶ تلاش می‌کند با شرکت انویدیا و اینتل وارد رقابت شود. این رقابتِ دیرینه تا به حال ادامه داشته و کارت‌های گرافیک هر برند، نقاط قوت و ضعف مخصوص به خود را دارند.
شرکت انویدیا مدام در حال قدرت‌نمایی است. این موضوع را با سری کارت‌های گرافیک GTX به خوبی می‌توان حس کرد. از آن سو، شرکت AMD در تلاش است ضمنِ بهبود کیفیت محصولات، پردازنده‌هایی را طراحی کند که عموم کاربرها توان خرید آن را داشته باشند. به همین دلیل، پردازندههای گرافیکی شرکت AMD طراحی‌های مقرون به صرفه‌تری دارند، در حالی‌که شرکت انویدیا مدام در حال ایجاد محصولاتی است تا نهایتِ بهره‌وری و عملکرد را به مخاطب تحویل دهد. در این‌که آیا کارت‌های گرافیک AMD بهتر است یا انویدیا، مقالات متعدد زیادی هر ساله از رسانه‌های معتبر منتشر میشود اما در هر صورت، هر دو برند در تلاش هستند بهترین و پیشرفته‌ترین پردازندههای گرافیکی را به بازار عرضه کنند.
چگونه یک کارت گرافیک کار می‌کند؟
یک GPU اجزای زیادی دارد که کیفیتِ خوبِ اجزا تنها یک مولفه برای تعیین قدرت کارت گرافیک محسوب میشود. یک کارت گرافیک ایده‌آل باید پارامترهای مناسبی را داشته باشد تا بتوان آن را یک غولِ پردازشی بنامیم! یکی از مهم‌ترین اجزای داخلی یک GPU، بخشی است که تحت عنوان حافظه‌ی رم مجازی یا VRAM شناخته میشود. این ماژول حافظه به واحد پردازشگر اجازه میدهد که خیلی سریع اطلاعات را ذخیره و دریافت کند. مزیت VRAM در این است که اجازه نمیدهد تمامی اطلاعات از طریق CPU به رم حقیقی منتقل شود. به زبان ساده، VRAM کاری می‌کند تا به رمِ حقیقی دستگاه‌های کامپیوتری فشار بیش از اندازه‌ای وارد نشود. بنابراین، رم مشخصی که در کارت گرافیک مجهز شده با رم‌های حقیقی نصب شده روی مادربورد کاملا متفاوت است.
یک سیستمی که از حافظه‌ی رم DDR4 پشتیبانی می‌کند این قدرت را دارد تا یک کارت گرافیک با رم GDDR5 را اجرا کند. همان‌طور که قبلا هم به این نکته اشاره شده، VRAM موجود در یک کارت گرافیک به منظور ذخیره و دسترسی سریع به اطلاعات روی کارت مورد استفاده قرار گرفته و همچنین فریم‌هایی که قرار است روی صفحه نمایش رندر شود را هم به اصطلاح بافر (Buffering) می‌کند. منظور از بافر، مهیا کردن اطلاعات برای به نمایش در آوردن است.
حافظه‌ی VRAM همچنین با قابلیت Anti-aliasing موجب کاهش اثر لبه‌های تیز پیرامون اشیای و آبجکت‌های سه بعدی موجود در محیطِ برنامه‌ها و بازیها میشود. به همین دلیل، کارت‌های گرافیک قدیمی با فعال‌سازی قابلیت Anti-aliasing در اجرای بازیهای ویدیویی با قدرت ظاهر نمی‌شوند.
یکی دیگر از کارهای مهمی که یک کارت گرافیک انجام میدهد، بالا بردن دقت صفحه نمایش یا همان رزولوشن (Resolution) است. رزولوشن به این معناست که یک صفحه نمایش تا چه اندازه می‌تواند پیکسل را به تصویر بکشد. بدیهی است که هر اندازه تعداد پیکسل‌ها بیشتر و کوچکتر باشند، کیفیت تصویر و ویدیوهای منتشر شده به واسطه‌ی مانیتور بهتر خواهد بود. بنابراین، منظور از ابعاد رزولوشن ۱۹۲۰×۱۰۸۰ یا ۱۳۶۶×۷۶۸ در میزان تعداد پیکسلی است که به طور طول و عرض محاسبه می‌شوند. هر اندازه کارت گرافیک قوی‌تر باشد، رزولوشنی که مانیتور به نمایش می‌کشد هم قطعا بالاتر خواهد بود. البته مانیتور و تلویزیون‌ها باید ظرفیت لازم را داشته باشند. برای مثال، یک تلویزیون فول اچ‌دی معمولی، توانِ اجرا و نمایش ویدیو و تصاویر با کیفیت ۴K را ندارد.
این همه قابلیت‌ها را مطرح کرده‌ایم تا به این نتیجه برسیم چرا کارت‌های گرافیک مدرن دارای صدها هسته هستند. با افزایش تعداد هسته‌ها، قدرتِ GPU هم افزایش یافته و از طرفی دیگر، به میزان انرژی بیشتری هم برای مدیریت کارت گرافیک احتیاج میشود.
تولید دما؛ یک معضل اصلی
پردازندههای گرافیکی به خصوص کارت‌های گرافیک مدرن به انرژی الکتریسیته‌ی بسیار بالایی نیاز دارند. به همین دلیل، گرمای بسیار زیادی به‌واسطه‌ی فعالیت پردازندههای گرافیکی در محفظه‌ی مادربورد ایجاد میشود. گرمای تولید شده توسط یک کارت گرافیک بر حسب واحد TDP (مخفف Thermal Design Power) محاسبه میشود. با این حال باید هنگام خرید دقت کرد که اگر برای مثال کارت گرافیک GTX 1080 به ۱۸۰ وات انرژی برق نیاز دارد، الزاما قرار نیست صرفا همین عدد برای کارت گرافیک صدق کند. شاید در استفاده‌ی بیش از حد، کارت گرافیک به مقدار وات بیشتری نیاز داشته باشد.
از طرفی، خرید یک کارت گرافیک قدرتمند و قرار دادن قطعه در داخل یک کیس تنگ می‌تواند باعث خرابی کارت گرافیک و حتی سایر اجزا شود؛ چراکه حرارتِ تولید شده توسط کارت گرافیک می‌تواند به سایر اجزا آسیب بزند. بنابراین، وجودِ یک سیستم خنک‌کننده‌ی عالی می‌تواند جلوی این اتفاق را تا حد بهسزایی بگیرد. بدیهی است که هر اندازه مصرفِ وات کارت گرافیک بیشتر باشد، به فن قدرتمندتری هم برای خنک‌سازی نیاز میشود.
متخصصین و خوره‌های فناوری با استفاده از ترفندهای مختلف تلاش می‌کنند تا پردازندههای گرافیکی را به اصطلاح اورکلاک (Overclock) کنند؛ به این معنا که سرعت کلاک و پردازش یک کارت گرافیک از حد معمول خود فراتر برود. البته اورکلاک GPU زمانی کاربرد خواهد داشت که کارت گرافیک مربوطه در ابتدا توانایی لازم را داشته باشد و در قدم بعدی بتوان سیستم را به درستی خنک کرد. در این رابطه، مقالات آموزشی متعددی نوشته شده است.
آشنایی با برخی از واژه‌های مهم درباره‌ی کارت‌های گرافیک
در بحثِ کارت‌های گرافیک شاید برخی اصطلاحات و مفاهیمی وجود داشته باشد که برای عموم کاربران عادی گنگ و مبهم باشد. در ادامه، چند مورد از مهم‌ترین واژه‌ها را نام برده و درباره‌ی هر کدام، اطلاعات مختصر و مفیدی را ارائه می‌دهیم.
معماری (Architecture)
منظور از معماریِ کارت گرافیک، به پلتفرم یا فناوری خاصی گفته میشود که GPU بر اساس آن توسعه مییابد. معماریِ کارت‌های گرافیک به مرور زمان توسط شرکت‌های سازنده بهبود پیدا می‌کند. برای مثال می‌توان به معماری پولاریس (Polaris) شرکت AMD اشاره کرد که سر و صدای زیادی از بابتِ جو رسانه‌ای ایجاد شد.
پهنای باند حافظه (Memory Bandwidth)
پهنا باند حافظه منظور این است که یک پردازندهی گرافیکی تا چه اندازه‌ای می‌تواند به طور مفید از VRAM استفاده کند. فرض کنید کل حافظه‌ی GDDR5 را در اختیار داشته باشید؛ اگر کارت گرافیکِ مربوطه پهنا باند لازم را نداشته باشد نمی‌توان از حداکثر قدرت حافظه‌ی قطعه استفاده کرد. در این حالت به اصطلاح گفته میشود که پردازنده دچارِ گلوگاه (Bottleneck) شده است.
نرخِ پرکننده‌ی بافتی (Texture Fillrate)
این پارامتر توسط کلاک هسته ضرب در پارامتر Texture Mapping Units (TMU) به دست می‌آید. به زبان ساده‌تر، این مولفه به تعداد پیکسل‌هایی گفته میشود که کارت گرافیک می‌تواند در هر ثانیه به نمایش در بیاورد.
هسته‌ها/پردازنده‌ها (Cores and Processors)
به تعداد هسته‌ها و پردازندههای موجود روی یک کارت گفته میشود.
کلاک هسته (Core Clock)
این پارامتر شبیه به سرعت کلاک پردازندهی مرکزی یا همان CPU است. به طور معمول، هر اندازه این مقدار بالاتر باشد، پردازندهی گرافیکی سریع‌تر کار می‌کند. با این اوصاف، صرفا مقایسه‌ی سرعت کلاک دو پردازندهی گرافیک معیار خوبی برای مقایسه‌ی محصولات نیست.
SLI/CrossFire
آیا به قدرت بیشتری نیاز دارید؟ شما می‌توانید دو کارت گرافیک سازگار با یکدیگر را خریداری کرده و روی سیستم خود نصب کنید تا قدرت پردازشی سیستم به طرز حیرت‌انگیزی بیشتر شود. SLI و CrossFire دو فناوری شرکت‌های انویدیا و AMD تلقی می‌شوند که به شما اجازه می‌دهند بیشتر از یک مدل کارت گرافیک را روی سیستم خود نصب کنید. با این حال، نصب دو پردازندهی گرافیکی روی یک سیستم به همین سادگی نیست و باید سیستم را از تمامی جوانب فنی بررسی کرد. از همه مهم‌تر این‌که آیا اصلا مادربورد دو یا تعداد جایگاه‌های بیشتری برای نصب کارت گرافیک‌های متعدد در اختیار دارد یا خیر.
آپدیت کارت گرافیک؛ الزامی یا اختیاری؟
اگر جزء کاربرهای عادی هستید، احتمالا بارها با پیام به‌روز رسانی درایورهای کارت گرافیک به خصوص پردازندههای انویدیا روبه‌رو شده‌اید. آیا حتما باید کارت‌های گرافیک را به طور مرتب به‌روز رسانی کنیم؟ اصلا آپدیت کردن درایورهای مخصوص کارت گرافیک چه سودی برای‌مان دارد؟
به طور خلاصه، اگر اهل بازیهای ویدیویی با کامپیوتر یا لپتاپ هستید، آپدیت درایورهای کارت گرافیک توصیه میشود؛ چراکه بهینهسازی بازیها از این طریق به راحتی انجام شده و تنظیمات بازی بر اساس مدل کارت گرافیکی که در اختیار دارید به طور خودکار توسط درایور مربوطه تغییر و تحول مییابد. با این حال، اگر تصور می‌کند با آپدیت درایور گرافیکی، کیفیت عملکرد سخت‌افزار گرافیکی هم تغییراتی پیدا می‌کند سخت در اشتباه هستید.
ذکر این نکته الزامی است که اگر کارت گرافیک نصب شده روی سیستم شما بیش از اندازه قدیمی باشد، به‌روز رسانی درایورهای مربوطه، رسما فایده‌ی چندانی بر افزایش عملکرد و بهره‌وری پردازندهی گرافیکی در بازیهای ویدیویی روز دنیا ندارد؛ چراکه بازیهای ویدیویی جدید بر مبنای پارامترها و قابلیت‌های کارت‌های گرافیک جدید و مدرن توسعه پیدا می‌کنند.
با تمام این تفاسیر، سناریوی بهینهسازی بازیهای ویدیویی توسط دو کمپانی مطرح سازنده‌ی GPU چند سالی است که تغییر و تحول یافته و راه حل ساده‌تری برای بهینهسازی وجود دارد. شرکت‌های بازی‌سازی برخی از کدهای مربوط به بازی خود را در اختیار شرکت انویدیا یا AMD قرار می‌دهند تا متخصصین فنی این دو شرکت راهی برای بهینهسازی بیشتر و بهترِ گرافیک بازی مورد نظر پیدا کنند تا در وهله‌ی اول، نرخ فریم بازی در پلتفرم کامپیوتر وضعیت پایدارتری داشته باشد.
خرید کارت گرافیک ارزان قیمت؛ چالش‌های پیشِ روی خریداران واقعی
در اغلب اوقات، گیمرها و افرادی که تدوینگر حرفه‌ای هستند، به دنبال خرید یک کارت گرافیک قدرتمند هستند. با این اوصاف، هزینه‌ی بسیار بالای کارت‌های گرافیک موجب شده روند خرید چنین قطعاتی برای هر فردی آسان نباشد. بنابراین، اگر از لحاظ بودجه با مضیقه روبه‌رو هستید، بهتر است چند مولفه‌ی مهم را در حین خرید در نظر داشته باشید.
در ابتدای امر، نوع حافظه‌ی کارت گرافیک هیچ الزامی ندارد که حتما GDDR6 باشد. شما می‌توانید محصولاتی از نوع GDDR5 یا حتی GDDR4 هم خریداری کنید. از طرفی، اگر قصد خرید یک پردازندهی گرافیکی دارید که صرفا به یک مانیتور متصل شود، الزامی ندارد کارت گرافیک خاصی را خریداری کنید که دو عدد پورت HDMI داشته باشد. از طرفی دیگر، اگر گیمر حرفه‌ای نیستید یا قصد تدوین‌های فوق‌العاده سنگین ویدیویی را ندارید، نیازی نیست تا مقدار VRAM کارت گرافیک آنچنان بالا باشد. صرفا یک کارت گرافیک با حداقل چهار گیگابایت VRAM هم می‌تواند کار شما را در فعالیتهای معمولی راه بیندازد.
هیچ الزامی را نمی‌توان برای کارت‌های گرافیک مناسب برای کامپیوتر تعریف کرد که حتما باید از دو یا سه عدد فن استفاده کنند. شرکت‌های توسعه‌دهنده، بر حسبِ میزان وات مصرفی قطعه تصمیم می‌گیرند که پردازندهی گرافیکی باید چه تعداد فن داشته باشد. برخی از کاربرها مدام تصور می‌کنند تمامی فن‌های کارت گرافیک باید همیشه و در همه حالت روشن بوده و بچرخند. این مسئله در پردازندههای گرافیکی نسل‌های اخیر هوشمندتر و پیشرفته‌تر شده است؛ به این معنا که کارت‌های گرافیک، بسته به نوع فعالیتی که انجام می‌دهند از فن‌ها کار می‌کشند. اگر در حال تجربه‌ی یک بازی ویدیویی سبک هستید، شاید اصلا فن یا فن‌های کارت گرافیک روشن نشوند. بنابراین، جای هیچ نگرانی وجود ندارد.
در زمانی که این مطلب نوشته میشود، برای تجربه‌ی بازیهای روز دنیا با کیفیت متوسط رو به بالا، می‌توان کارت‌های گرافیک RTX 3060 را پیشنهاد کرد که برای افراد گیمر به شدت مناسب بوده و در برابر قیمتی که دارند، کیفیت بسیار فوق‌العاده‌ای را از خود نشان می‌دهند. برای خرید یک لپتاپ میان‌رده‌ی گیمینگ هم می‌توان به دنبال خرید لپتاپی بود که چیپست RTX 3060 یا RTX 3050 با حافظه‌ی اختصاصی شش و چهار گیگابایت داشته باشد.
