Инновационные технологии

Графика Intel. Что изменилось за 20 лет?

В 2018 году исполнится 20 лет с важной даты для компании Intel и всего мира цифровой компьютерной графики. В далеком феврале 1998 года под кодовым именем Auburn широкой публике представили первый дискретный «2D/3D-графический ускоритель» компании Intel — модель 740 (i740).

Перед тем, как вспомнить его характеристики, давайте перенесемся в мир персональных компьютеров и графических решений на два десятилетия назад.

На гораздо более скромном рынке персональных компьютеров первенствовали 3D-ускорители для шины PCI таких фирм, как NVIDIA (семейство Riva/Riva TNT), 3Dfx (семейство Voodoo/Voodoo2), а также системы Matrox, Rendition и ATI. В то же время популярность завоевывали игры-новинки этого года Half-Life, StarCraft и Sonic Adventure 3D.

При этом тесты производительности видеокарт проводились с учетом разделения на категории 2D и 3D, а характеристики топового игрового компьютера, работающего под управлением ОС Windows 95, включали в себя процессор Intel Pentium II и оперативную память SDRAM размером 128 МБ.

Особенности архитектуры i740

История появления чипа i740 ведет отсчет от разработки компанией GE Aerospace в начале 90-х годов визуального симулятора для стыковки командного и лунного модуля в рамках программы «Аполлон». Спустя некоторое время технологии оказались у компании Real3D, которая в партнерстве с Intel и выпустила акселератор i740.

Чип Intel i740

Новизна i740 заключалась в том, что графический чип должен был использовать свою память только для буфера кадров, при этом постоянно храня данные трехмерных текстур в оперативной памяти. В то время большинство решений на рынке обращались к центральному процессору для геометрических вычислений, а затем передавали данные на видеокарту для применения текстур и билинейной фильтрации.

В теории постоянное использование оперативной памяти и высокоскоростной канал передачи данных должны были привести к повышению производительности системы и удешевлению решений для пользователя. Сам чип производился по техпроцессу 350 нм, работал на тактовой частоте 220 МГц и использовал до 8 МБ видеопамяти типа VRAM. Он был способен выводить картинку в разрешении 1280х1024 с глубиной цвета в 16 бит и поддерживал различные программные API, такие как DirectX 5.0 и OpenGL 1.1.

Выпустив первый графический чип на рынок, компания Intel также пыталась продвинуть интерфейс AGP, который появился двумя годами ранее, чтобы повысить производительность видеокарты и удешевить стоимость конечного решения для пользователя. Ключевым преимуществом нового интерфейса было уменьшение объема встроенной памяти видеокарты за счет ускоренного доступа к системной памяти в режимах DMA и DME.

К сожалению, акселератор i740 столкнулся с рядом сложностей и не смог долго продержаться на рынке. Работа с оперативной памятью оказалась слабым местом системы, видеокарта забирала слишком много производительности центрального процессора. Вдобавок к этому появились проблемы с работой драйверов и проявилась слабая оптимизация под популярные игры.

После этой локальной неудачи компания сконцентрировалась на встроенных решениях для бюджетных и офисных компьютеров и начала интегрировать графические ядра в чипсеты материнских плат, начиная с серии i810/815 и продолжая в i830. Спустя некоторое время новая линейка встроенной графики получила название Extreme Graphics.

От Extreme Graphics к GMA

Семейство Extreme Graphics появилось в 2001 году в мобильных чипсетах i830 и десктопных i845, а в 2003 году вышло второе поколение этой графики — Extreme Graphics 2.

В отличие от названия характеристики решений не были экстремальными и по-прежнему ориентировались на скромные системы и нетребовательные приложения. Графический чип, работавший на увеличенной до 400 МГц частоте, располагал двумя пиксельными конвейерами и немного расширенной поддержкой API (OpenGL 1.3 и ограниченное ускорение MPEG-2).

Также в поздних моделях появилась поддержка более быстрой памяти DDR (Double Data Rate SDRAM), которая пришла на смену SDRAM и обеспечивала как минимум двойной рост производительности за счет считывания команд не только по фронту, как в SDRAM, но и по спаду тактового сигнала.

В 2004 году произошел переход компании к новой серии решений, получившей название Graphic Media Accelerator (GMA). У первых чипов серии GMA 900 и GMA 950 появилась поддержка памяти DDR2, API DirectX 9.0c и OpenGL 2.1, а вследствие этого и новой графической среды Aero в Windows Vista.

По сравнению с предыдущими поколениями ядра производились сразу с четырьмя пиксельными конвейерами, но по-прежнему не содержали блоки обработки вершинных шейдеров. Из-за этого производительность системы не смогла выйти на принципиально новый уровень.

Пересмотреть подход удалось в 2006 году в серии GMA 3000, а позже GMA 4000/4500. Вместо пиксельных конвейеров в ядре появились восемь (10 в GMA 4000/4500) многоцелевых исполнительных блоков (EU), которые научились выполнять одновременно несколько задач, включая вершинные вычисления и обработку пикселей. Это нововведение и увеличенная до 667 МГц тактовая частота чипов обеспечили заметный прирост производительности решений.

В совокупности с небольшой стоимостью и низким энергопотреблением семейство графических продуктов хорошо чувствовало себя на разных рынках, включая новые классы мобильных и портативных устройств. Пользователи были приятно удивлены тем, что смогли получить достойную производительность на уровне 45 кадров в секунду (FPS) в GTA 4, BattleField 2 и NFS Carbon при выборе «средних» настроек графики и разрешения 1280х720.

Процессор Intel Haswell с графическим чипом семейства Iris Graphics

Intel HD Graphics и серия Iris Graphics

Через некоторое время наработки в области производства центральных процессоров и последовательное уменьшение техпроцесса позволили Intel кардинально поменять микроархитектуру и место графической составляющей в компоновке внутренней структуры компьютера.

В новой микроархитектуре Westmere 2010 года компания смогла расположить в одном кремниевом корпусе с центральным процессором (32 нм) также и графический кристалл (45 нм), но пока только для младших моделей семейства (мобильные Arrandale и настольные Clarkdale).

Таким образом удалось существенно сократить задержки между контроллером памяти и центральным процессором, а также значительно увеличить производительность видеоподсистемы. В результате этого список поддерживаемых чипом игр серьезно вырос, и встроенные решения постепенно перестали восприниматься как подходящие только для запуска офисного пакета.

Для следующей архитектуры Sandy Bridge такое расположение ядер стало базовым

для всей линейки процессоров. В итоге на одной кремниевой подложке площадью 216 мм2 смогли уместиться несколько ядер ЦПУ, кэш-память, контроллеры и ядро высокопроизводительной Intel HD Graphics 2000/3000. При этом значительно увеличилась тактовая частота ядра (до 1350 МГц в топовых решениях) и появилась поддержка новых стандартов DirectX 10.1 и OpenGL 3.1.

Также в Sandy Bridge дебютировала технология аппаратного ускорения кодирования и декодирования видеоинформации Intel Quick Sync Video. Суть данной технологии заключается в использовании дополнительной интегральной схемы в графическом ядре для выполнения типичных задач, связанных с кодированием и декодированием видео-форматов H.264/AVC, VC-1 и MPEG-2. С ее помощью удалось снять нагрузку с центрального процессора в этих задачах, а также увеличить производительность и снизить энергопотребление решений в целом.

В 2013 году в рамках 4-го поколения процессоров (Haswell) Intel представила графические чипы более высокого класса под названием GT3, также известные как семейство Intel Iris Graphics. Нововведением стало расположение модуля памяти eDRAM на основе конденсаторов: память располагается на одной подложке текстолита вместе с кристаллом процессора.

Ключевое преимущество этой технологии в том, что процессор получает своего рода дополнительный кэш 4-го уровня для решения своих задач, когда графическая подсистема не задействована, что также отлично сказывается на его производительности.

Будущее графических решений

К концу 2017 года семейства HD Graphics и Iris Graphics продолжают развиваться и могут похвастаться прекрасной репутацией на рынке встроенной графики. Современные версии чипов принадлежат к 9.5 поколению и являются частью 8-го поколения процессоров (Coffee Lake).

Непрерывный прогресс, инновационные технологии и правильные решения в процессе развития позволили интегрированной графике Intel стать стандартом де-факто в бюджетных системах и решениях среднего уровня, а особенно в портативных устройствах и там, где требуется низкое потреблении энергии без потери в производительности.

Эти технологии вытеснили дискретные видеокарты в нишевые категории для решения задач определенного типа: трехмерные игры, виртуальная или дополненная реальность, майнинг виртуальных валют, 3D-проектирование, искусственный интеллект и нейронные сети. Сейчас будущее производителя графических чипов Intel выглядит многообещающе, и будет интересно узнать, каким оно окажется на самом деле.

Поделиться этой статьей

Другие темы

Инновационные технологии

Читать эту статью следующей

Read Full Story