Bo mạch đồ hoạ
Bo mạch đồ họa (graphics adapter), card màn hình (graphics card), thiết bị đồ họa, card màn hình, đều là tên gọi chung của thiết bị chịu trách nhiệm xử lý các thông tin về hình ảnh trong máy tính. Bo mạch đồ họa thường được kết nối với màn hình máy tính giúp ...
Bo mạch đồ họa (graphics adapter), card màn hình (graphics card), thiết bị đồ họa, card màn hình, đều là tên gọi chung của thiết bị chịu trách nhiệm xử lý các thông tin về hình ảnh trong máy tính. Bo mạch đồ họa thường được kết nối với màn hình máy tính giúp người sử dụng máy tính có thể giao tiếp với máy tính.
Mọi máy tính cá nhân, máy tính xách tay đều phải có bo mạch đồ họa.
Có thể có nhiều cách phân loại bo mạch đồ họa 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 họa theo dạng thức vật lý của chúng. Theo cách này bo mạch đồ họa chỉ gồm hai loại:
- Bo mạch đồ họa được tích hợp trên bo mạch chủ: có thể sử dụng chip đồ họa riêng, bộ nhớ đồ họa riêng hoặc cũng có thể là một phần của chipset cầu bắc và sử dụng bộ nhớ của RAM hệ thống.
- Bo mạch đồ họa độc lập, gọi tắt là bo mạch đồ họa rời, liên kết với bo mạch chủ thông qua các khe cắm mở rộng.
Bộ xử lý đồ họa (GPU) hoặc chức năng đồ họa tích hợp
Bộ xử lý đồ họa ("Graphic Processing Unit", viết tắt là GPU) là thành phần rất quan trọng quyết định đến sức mạch đồ họa, nó có ý nghĩa như CPU trong máy tính. GPU thường được hàn/dập chắc chắn vào bo mạch đồ họa rời. Đối với các bo mạch đồ họa 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 (thường là chipset cầu bắc.
Hiện nay các bo mạch đồ họa rời thường sử dụng GPU của hai hãng sản xuất:
- nVIDIA
- ATI (Trước đây là một hãng độc lập, nay đã được hãng AMD mua lại)
Ngoài hai hãng này một số hãng khác cũng sản xuất chip xử lý đồ họa (SIS, Trident, S3 Trio v.v.) nhưng các công ty đó hiện không thành công trong khẳng định vị thế của mình trên thị trường chip xử lý đồ họa.
Đối với dạng tính năng đồ họa 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 họa thường được ký hiệu thêm chữ "G" (cùng một ký tự khác hoặc không có) ở sau ký hiệu chipset (Ví dụ: 915G, 915GV, 915GL...)
- 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 họa
Để xử lý các tác vụ đồ họa và lưu trữ kết quả tính toán tạm thời, bo mạch đồ họa có các bộ nhớ riêng hoặc các phần bộ nhớ rành riêng cho chúng từ bộ nhớ chung của hệ thống, trong các trường hợp khác bộ nhớ cho xử lý đồ họa được cấp phát với dung lượng thay đổi từ bộ nhớ hệ thống.
Dung lượng của bộ nhớ đồ họa một phần quyết định đến: độ phân giải tối đa, độ sâu màu và tần số làm tươi mà bo mạch đồ họa có thể xuất ra màn hình máy tính. Do vậy dung lượng bộ nhớ đồ họa là một thông số cần quan tâm khi lựa chọn một bo mạch đồ họa. Dung lượng bộ nhớ đồ họa có thể có số lượng thấp (1 đến 32 Mb) trong các bo mạch đồ họa 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 họa cao cấp (512 đến 1Gb và thậm trí còn nhiều hơn nữa).
Tuy nhiên, dung lượng không phải là một yếu tố quyết định tất cả, khi mà việc tăng dung lượng bộ nhớ đã không trở thành hữu ích cho bo mạch đồ họa, các nhà thiết kế đã chuyển hướng sử dụng các bộ nhớ có tốc độ cao hơn, do đó đến nay đã có rất nhiều chuẩn bộ nhớ đồ họa 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.
Có một điều rằng bo mạch đồ họa khác nhau lại sử dụng các tốc độ đồ họa thay đổi tuỳ thuộc vào bo mạch đó dùng GPU nào. Chúng không được sử dụng ở tốc độ tối đa theo như thiết kế. Một số hãng sản xuất có thể thiết kế và thiết đặt sẵn (trong Video Bios - xem phần sau) để bo mạch đồ họa làm việc với tốc độ bộ nhớ cao hơn so với mặc định (overlock).
Bus kết nối
Bo mạch đồ họa thường sử dụng các đường truyền dữ liệu theo các chuẩn nhất định (bus) để truyền dữ liệu giữa bo mạch đồ họa 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 họa sử dụng các bus được giới thiệu sơ lược như sau:
- Bo mạch đồ họa sử dụng bus PCI:
- Bo mạch đồ họa sử dụng bus AGP: có các thế hệ 2x, 4x và 8x.
- Bo mạch đồ họa sử dụng bus PCI Express: 1x, 2x
Trình điều khiển
Bo mạch đồ họa 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 họa 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. Trình điều khiển được cần được cài đặt vào hệ điều hành sau khi kết nối bo mạch đồ họa 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 họa. Đôi khi trình điều khiển chưa được hoàn thiện hay tồn tại một số lỗi dẫn đến hiệu năng của bo mạch đồ họa bị giảm ít hay nhiều tuỳ mức độ, hoặc xuất ra hình ảnh không đúng(sọc, răng cưa, rác...)
RAMDAC
RAMDAC (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 RAMDAC có thể cao hơn tốc độ làm việc của bộ xử lý đồ họa.
Tốc độ RAMDAC trong thời điểm năm 2007 thường vào khoảng 300-500 Mhz. RAMDAC có thể là một bộ phận tách rời hoặc tích hợp sẵn vào các bộ xử lý đồ họa nếu là bo mạch rời.
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 họa. Video Bios còn giúp cho bo mạch đồ họa 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 họa ở dạng một ROM, có thể được hàn định vị trực tiếp vào bo mạch đồ họa, có thể ở dạng gắn trên đế cắm (đối với các bo mạch đồ họa trước đây).
Nhiều overlocker hoặc hacker thường thay đổi Video Bios của bo mạch đồ họa để ép xung chúng (overlock).
Kết nối đầu ra của bo mạch đồ họa đến các màn hình máy tính hoặc các thiết bị hiển thị, sử dụng hình ảnh khác có thể gồm các loại sau đây:
- SVGA: 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.
- 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...
- Video in: Đường kết nối dành riêng cho ngõ vào video ở một số bo mạch đồ họa có tính năng mở rộng "VIVO" (Video-In-Video-Out), với tính năng này bo mạch đồ họa có một phần tính năng của một bo mạch kỹ xảo.
Sự xuất hiện của nhiều bộ xử lý đồ họa 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.
Để thuận tiện cho các nhà viết phần mềm đồ họa và trò chơi trên máy tính cần thống nhất các hàm API sử dụng chung mà các bo mạch đồ họa cần phải tương thích với chúng các hãng đã đưa ra hai chuẩn chung là DiretcX 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.
Đến cuối năm 2007, chỉ có một số bo mạch đồ họa hỗ trợ DirectX 10 khi sử dụng các bộ xử lý đầu họa(có ký hiệu)đầu 8XXX (8800, 8600...) của nVIDIA và 2XXX (2900, 2600...) của ATI (Các bo mạch đồ họa sử dụng các GPU cũ hỗ trợ đến DirectX 9c vẫn có thể làm việc với Windows Vista)
- OpenGL được Silicon Graphics phát triển những năm 1990. (Xem thêm OpenGL)
Các bo mạch đồ họa (rời) trước đây thường lấy điện trực tiếp từ bo mạch chủ nhưng với nhu cầu xử lý ngày càng cao, ngày nay các bộ xử lý đồ họa cần tiêu tốn một lượng điện năng lớn (có thể trên 150 W) mà các mạch dẫn trên mạch in của bo mạch chủ sẽ không thể đáp ứng nổi các dòng điện lớn như vậy. Để cung cấp các công suất lớn cho bộ xử lý đồ họa, các bo mạch đồ họa sử dụng cách thức cung cấp điện trực tiếp từ nguồn máy tính thông qua các đầu cắm thiết kế riêng. Đầu cắm thông dụng cung cấp điện cho bo mạch đồ họa hiện nay thường là 6 hoặc 8 chân.
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 họa thường toả một lượng nhiệt lớn, cũng như CPU trong máy tính, các bo mạch đồ họa 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 họa trung, cao cấp, tận dụng được quạt của CPU và case giải nhiệt qua những ống đồng và các phiến dẫn nhiệt.
- Sử dụng tấm, phiến tản nhiệt kết hợp dùng quạt.
- Tản nhiệt bằng chất lỏng: Rất hiếm gặp hình thức này ở các bo mạch đồ họa khi xuất xưởng. Thông thường hình thức này do người dùng thay thế cách cách tản nhiệt nguyên bản của bo mạch đồ họa để ép xung.
Do bộ nhớ đồ họa 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 họa tuy rằng một số bo mạch đã không tản nhiệt cho bộ nhớ đồ họa hoặc thiết kế các phiến tản nhiệt riêng.
Cùng một bo mạch đồ họa 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 họa mạnh mẽ hiện nay có thể cho phép một bo mạch đồ họa xuất ra hai màn hình để mở rộng desktop trong hệ điều hành. Trong trường hợp hệ thống có nhiều bo mạch đồ họa cũng có thể mở rộng ra nhiều màn hình đồng thời (giả sử có hai bo mạch đồ họa, 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 chiếm, duyệt web...một số trò chơi cũng cho phép xuất ra nhiều màn hình cùng lúc để hiển thị các góc nhìn khác nhau.
Không dừng lại ở các bộ xử lý đồ họa cao cấp, bộ nhớ đồ họa dung lượng lớn với tốc độ làm việc cao, các hãng sản xuất đã thiết kế các kiểu sử dụng nhiều bo mạch đồ họa trên cùng một máy tính.
Trong các thời gian trước đây, người ta cũng có thể sử dụng đồng thời nhiều bo mạch đồ họa nhưng chỉ dừng lại ở công dụng phát ra nhiều màn hình đồng thời. Công nghệ đồ họa kép hiện nay cho phép nhiều bộ xử lý đồ họa cùng xử lý một vấn đề đồ họa do đó chất lượng và tốc độ xử lý tăng mạnh hơn (có thể hình dung nhiều bộ xử lý đồ họa tương tự việc bộ xử lý đa nhân hoặc nhiều bộ xử lý trên cùng một bo mạch chủ).
Hai hãng sản xuất chip đồ họa ATI và nVIDIA đã có các chuẩn riêng như sau
Công nghệ Crossfire của ATI
Crossfire [1] có thể là: Hai bộ xử lý đồ họa cùng có mặt trên một bo mạch đồ họa hoặc hai bo mạch đồ họa (trở lên) cùng có mặt trên một bo mạch chủ.
Nếu thuộc loại hai bo mạch đồ họa (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 họa 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 họa, đầu còn lại cắm vào màn hình máy tính), có thể sử dụng cầu nối giữa hai bo mạch đồ họa hoặc có thể sử dụng bằng phần mềm thiết đặt trình điều khiển.
Công nghệ SLI của nVIDIA
Gần tương tự như công nghệ Crossfire của ATI, nhưng công nghệ SLI 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.
