Đề tài luận văn vi sử lí đồ họa

1. Lí do chọn đề tàiTrong những năm đầu của ngành công nghệ thông tin, máy vi tính là một cái gì đó xa xỉ, mới lạ mà con người muốn dày công tìm hiểu. Từ đó các ý tưởng, tiến dần tới các hãng máy tính bắt đầu hình thành.Ban đầu, các thế hệ máy tính vô cùng đơn giản, các yếu tố đồ hoạ không hề phức tạp, cầu kì nên chưa hình thành khái niệm card đồ hoạ. Cho đến khi các thiết bị bắt đầu chạy trên hệ điều hành có giao diện người dùng (interface), các yếu tố đồ hoạ đã được gắn kết với nền tảng hệ điều hành. Từ đó card đồ hoạ ra đời.Những ngày đầu phát triển card đồ hoạ, chúng vô cùng đơn giản và có thiết kế thô kệch, xử lí đồ hoạ khiêm tốn, chậm chạp. Sau này, cùng với sự phát triển của máy tính cá nhân, card đồ hoạ dần được hoàn thiện và phát triển mạnh mẽ. Chúng ta đều thấy rằng gần như các máy tính cá nhân hiện nay đều được tích hợp card đồ hoạ. Chúng ta hãy cùng tìm hiểu về thiết bị vô cùng quan trọng này.2. Mục đích, phạm vi, ý nghĩa của đề tài Mục đích: giới thiệu sơ lược về card đồ hoạ (sự hình thành, phát triển và Phạm vi nghiên cứu: trong khuôn khổ lĩnh vực công nghệ thông tin Ý nghĩa: giúp người đọc hiểu và nắm được công dụng, cách dùng card đồ hoạ MỤC LỤCMỞ ĐẦU ................................................................................................................2NỘI DUNG ............................................................................................................4I. Sự hình thành, thành phần và sự phát triển của vi xử lí đồ hoạ......................41. Khái niệm vi xử lí đồ hoạ ...........................................................................42. Phân loại và giới thiệu một số hãng sản xuất card đồ hoạ nổi tiếng ..........43. Thành phần của một vi xử lí đồ hoạ...........................................................64. Ý nghĩa của những thông số của card đồ hoạ ............................................95. Các kiểu kết nối phổ biến .........................................................................116. Các hàm API trong đồ hoạ .......................................................................127. Tản nhiệt trên vi xử lí đồ hoạ ...................................................................128. Sự phát triển của card đồ hoạ ...................................................................13II. Nguyên lí hoạt động và các khả năng xử lí của vi xử lí đồ hoạ ..................201. Nguyên lí chung .......................................................................................202. Khả năng ép xung .....................................................................................203. Các khả năng và tiện ích của card đồ hoạ ................................................22III. Ứng dụng của vi xử lí đồ hoạ trong các thiết bị điện tử.............................331. Xử lý hình ảnh, hiệu ứng trong phim ảnh và hoạt hình ...........................332. Những lĩnh vực sử dụng GPU ..................................................................333. Khả năng tính toán dấu chấm động cực lớn nhờ vào sự hỗ trợ của GPUtrong hệ thống rađa .....................................................................................344. CPU có thể thay thế cho GPU được không? ............................................34KẾT LUẬN CHUNG ...........................................................................................35

1.MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong năm đầu ngành công nghệ thông tin, máy vi tính xa xỉ, lạ mà người muốn dày công tìm hiểu Từ ý tưởng, tiến dần tới hãng máy tính bắt đầu hình thành Ban đầu, hệ máy tính vô đơn giản, yếu tố đồ hoạ không phức tạp, cầu kì nên chưa hình thành khái niệm card đồ hoạ Cho đến thiết bị bắt đầu chạy hệ điều hành có giao diện người dùng (interface), yếu tố đồ hoạ gắn kết với tảng hệ điều hành Từ card đồ hoạ đời Những ngày đầu phát triển card đồ hoạ, chúng vô đơn giản có thiết kế thô kệch, xử lí đồ hoạ khiêm tốn, chậm chạp Sau này, với phát triển máy tính cá nhân, card đồ hoạ dần hoàn thiện phát triển mạnh mẽ Chúng ta thấy gần máy tính cá nhân tích hợp card đồ hoạ Chúng ta tìm hiểu thiết bị vô quan trọng Mục đích, phạm vi, ý nghĩa đề tài - Mục đích: giới thiệu sơ lược card đồ hoạ (sự hình thành, phát triển - Phạm vi nghiên cứu: khuôn khổ lĩnh vực công nghệ thông tin - Ý nghĩa: giúp người đọc hiểu nắm công dụng, cách dùng card đồ hoạ 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG I Sự hình thành, thành phần phát triển vi xử lí đồ hoạ Khái niệm vi xử lí đồ hoạ Phân loại giới thiệu số hãng sản xuất card đồ hoạ tiếng Thành phần vi xử lí đồ hoạ Ý nghĩa thông số card đồ hoạ Các kiểu kết nối phổ biến 11 Các hàm API đồ hoạ .12 Tản nhiệt vi xử lí đồ hoạ 12 Sự phát triển card đồ hoạ 13 II Nguyên lí hoạt động khả xử lí vi xử lí đồ hoạ 20 Nguyên lí chung .20 Khả ép xung .20 Các khả tiện ích card đồ hoạ 22 III Ứng dụng vi xử lí đồ hoạ thiết bị điện tử 33 Xử lý hình ảnh, hiệu ứng phim ảnh hoạt hình 33 Những lĩnh vực sử dụng GPU 33 Khả tính toán dấu chấm động cực lớn nhờ vào hỗ trợ GPU hệ thống ra-đa .34 CPU thay cho GPU không? 34 KẾT LUẬN CHUNG 35 2 NỘI DUNG I Sự hình thành, thành phần phát triển vi xử lí đồ hoạ Khái niệm vi xử lí đồ hoạ Card hình (VGA: Video Graphics Adaptor hay Video Graphics Card) gọi bo mạch đồ hoạ (Graphics Adapter), thiết bị đồ hoạ … thiết bị có nhiệm vụ xử lí thông tin hình ảnh máy tính, thông qua kết nối với hình (CRT, LCD …) để hiển thị hình ảnh cho người sử dụng giao tiếp với máy tính Bất kì máy tính nhân (Personal Computer) hay máy tính xách tay (Laptop) phải có card hình, chí nói thiết bị có xuất hình ảnh phải có chip điều khiển việc thường gọi card hình cho dễ hiểu Tên gọi phổ biến VGA (còn hiểu chuẩn kết nối phổ thông: Analog or DSub 15pin) Có nhiều cách phân biệt card phân biệt theo dạng vật lí, theo chip xử lí (GPU), theo cách giao tiếp với bo mạch chủ (Mainboard) PCI, AGP, PCI Express, MXM … theo hãng sản xuất thiết bị Phân loại giới thiệu số hãng sản xuất card đồ hoạ tiếng Để dễ phân biệt, thường phân biệt theo dạng vật lí: + Card gắn trực tiếp: loại card tích hợp bo mạch chủ (main) máy tính, cụ thể tích hợp vào CPU (CPU vi xử lí trung tâm, não điều khiển hoạt động máy tính) sử dụng sức mạnh CPU nhớ RAM (bộ nhớ tạm chứa thông tin ứng dụng chạy) để hỗ trợ giúp xử lý hình ảnh Chính mà việc xử lý đồ họa card onboard thường không card rời cấp độ Bù lại, Card Onboard lại giúp giảm giá thành đáng kể cho máy tính Ngày nay, với công nghệ tiên tiến hệ CPU hệ mới, điển hình hàng Intel, sức mạnh Card Onboard gia tăng đáng kể Việc chơi game 3D hay xem phim HD việc mà xử lí đồ hoạ tích hợp hoàn toàn đảm đương 3 - Card hình rời: card hình độc lập, giao tiếp với mainboard thông qua bus giao tiếp khe cắm mở rộng PCI, AGP, PCI Express hay MXM, có tính công việc card onboard card rời có đẩy đủ hẳn phận riêng để hoạt động độc lập, chuyên xử lý tất liệu hình ảnh Vì nên sãn phẩm có card rời cho hình ảnh đồ họa tốt với card onboard cấp độ Phân biệt dạng card hình phân biệt theo tên gọi Hiện đa số laptop có card hình rời dạng hàn dính mainboard thay nâng cấp nên thuộc dạng rời mà không rời Xét hiệu để xem card hình có phù hợp với công việc không, người ta thường chia card hình làm dòng bản: - Integrated Cards: card hình onboard hay gọi card share Trước card có hiệu thấp đáp ứng đủ cầu office web xem phim chơi game Gần với công nghệ từ Intel AMD nâng hiệu loại card lên ngang ngửa số loại card rời dòng thấp tầm trung khác, có khả chơi game online mượt xem phim FHD 4K dễ dàng Với hiệu tốt tích hợp sẵn CPU dạng card tiết kiệm chi phí bạn chưa cần hiệu đồ hoạ cao - Low-End Cards: card hình rời loại yếu phù hợp với dân văn phòng, chơi vài game đơn giản - Mid-Range Cards: dòng card phổ biến Việt Nam chi phí tầm – triệu Với dòng card bạn thoải mái chơi game online hay game 3D khác cấu hình thấp Về xem phim phim FHD 4K (tuỳ card) - Performance Cards: loại card tầm trung, phù hợp chơi game cấu hình trung bình - High-End Cards: card hình cao cấp chuyên nghiệp thường người dùng có nhu cầu cao game 3D đồ hoạ tối ưu Card đồ hoạ giá cao dành cho người dùng cao cấp Hiện thị trường có hai hãng sản xuất cho card đồ họa hãng Nvidia ADM Cả hãng sản xuất có danh tiếng sản phẩm họ có ưu khuyết điểm khó so sánh Tuy nhiên thị trường Việt Nam số lượng card rời Nvidia sử dụng máy tính có phần vượt trội so với AMD 4 Thành phần vi xử lí đồ hoạ - - Bộ xử lí đồ họa GPU: GPU phận tạo nên sức mạnh tính toán card hình rời, giống với CPU trung tâm máy tính NVIDIA AMD cố gắng chạy đua mắt GPU cao cấp có tốc độ xử lí nhanh, hao điện hỗ trợ ứng dụng GPGPU Song song với cấu trúc để có hiệu cao, vấn đề điện quan tâm cách làm giảm công suất tiêu thụ GPU công nghệ sản xuất ngày nhỏ 40nm, 32nm gần tiến hành sản xuất GPU với 28nm (trong năm sau thấy 14nm rồi) Mỗi đời GPU công nghệ khác hỗ trợ khác từ nhà sản xuất nên nói, tầm mức tiền bạn nên lấy GPU đời sau đời trước (tôi không nói hiệu cao chắn mặt công nghệ hay ho hơn, thời đại DirectX 12 Windows 10, mua card mà DirectX 12 tù tí, hehe) số GPU NVIDIA Bộ nhớ card: thành phần thiếu card hình rời Bộ nhớ nhiều tốc độ cao hổ trợ nhiều cho liệu tính toán liệu chờ đưa hình Bộ nhớ Video nhanh GDDR5 Để hạ giá thành card hình, NVIDIA AMD có lại dùng nhớ Video cấp khác như: DDR2, GDDR, GDDR3 GDDR5 khác với DDR tốc độ xung nhịp tốc độ Thông thường card hình dùng nhớ Video GDDR5 có tốc độ 4000MHz hiểu tốc độ DDR 4000MHz tốc độ xung nhịp 1/4 tức 1000MHz Bên cạnh dung lượng nhớ tốc độ, cần quan tâm đến Bus nhớ Video Bus lớn tốt, 64-bit, 128-bit 256-bit Những card hình cao cấp NVIDIA thường có bus 384-bit, card đồ họa đôi SLI hay Crossfire có lên đến 768 bit Hiện hãng phát triển loại nhớ GDDr5X có hiệu tốc độ gấp đôi dòng GDDr5 Hiện với công nghệ HBM (High Bandwidth Memory) giao tiếp nhớ đạt mốc 4096 bit với băng thông lên đến 512GB/s HBM2 theo dự báo đạt mức băng thông 1TB/s - Giao tiếp kết nối Motherboard: Phổ biến PCI Express PCI Express 2.0 có băng thông gấp lần so với PCI Express 1.0 Nhiều Motherboard có 1,2 PCI Express PCI Express PCI Express 3.0 (đã có thông số 3.1 4.0 chưa thương mại) Chú ý PCI Express có tính tương thích ngược tức card hình hay mainboard xài khác đời xài bình thường (hiệu có giảm không đáng kể) - Nguồn phụ: Nhiều card hình rời cần có thêm đầu nối nguồn phụ để cung cấp thêm điện PCI-e không cung cấp đủ Mỗi khe PCI-e cấp điện khoảng 75W, card hình yêu cầu công suất lớn 75W có thêm đầu nối nguồn phụ Người dùng cần xác định xem PSU - nguồn máy tính có đủ công suất cấp cho toàn hệ thống hay không Chính điều nầy nên mua máy tính, bạn nên mua PSU có công suất thật để sau nầy có dùng card rời đỡ chi phí Ngoài ra, nguồn dỏm khả bị tụt áp cháy máy cao nhiều - - - Trình điều khiển Bo mạch đồ họa cần sử dụng trình điều khiển riêng hệ điều hành khác nhau, trình điều khiển dù có bo mạch đồ họa đại hệ thống xuất hình ảnh có độ phân giải thấp, độ sâu màu thấp với tốc độ làm tươi hạn chế Trình điều khiển cần cài đặt vào hệ điều hành sau kết nối bo mạch đồ họa với hệ thống (trong số trường hợp, trình điều khiển hệ thống tích hợp sẵn với hệ điều hành người sử dụng không cần đến việc cài đặt trình điều khiển) Do quan trọng trình điều khiển mà thành phần bản, thiếu bo mạch đồ họa Đôi trình điều khiển chưa hoàn thiện hay tồn số lỗi dẫn đến hiệu bo mạch đồ họa bị giảm hay nhiều tuỳ mức độ, xuất hình ảnh không (sọc, cưa, rác ) RAMDAC RAMDAC (Digital-to-Analog Converter): Có chức chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để hiển thị hình máy tính Tốc độ RAMDAC cao tốc độ làm việc xử lý đồ họa Tốc độ RAMDAC thời điểm năm 2007 thường vào khoảng 300-500 Mhz RAMDAC phận tách rời tích hợp sẵn vào xử lý đồ họa bo mạch rời Video BIOS Cũng giống tính BIOS bo mạch chủ, video bios chứa toàn thông tin thiết lập phần cứng bo mạch đồ họa Video Bios giúp cho bo mạch đồ họa hoạt động máy tính bắt đầu khởi động trình POST trước trình điều khiển hệ điều hành nạp Video bios bo mạch đồ họa dạng ROM, hàn định vị trực tiếp vào bo mạch đồ họa, dạng gắn đế cắm (đối với bo mạch đồ họa trước đây) Nhiều overlocker hacker thường thay đổi Video Bios bo mạch đồ họa để ép xung chúng (overlock) Ý nghĩa thông số card đồ hoạ Chúng ta dùng phần mềm GPU-Z để xét thông số nó: - GPU: tên GPU sử dụng cho card hình Ví dụ hình GPU GK107 dùng để tạo card hình GT 650M Nói chung thành phần quan trọng để thể sức mạnh card hình đa số nhiều trường hợp so sánh card hình với đem GPU biết mạnh (dĩ nhiên hãng NVIDIA AMD xác hơn) - GPU Clock hay Graphic Clock: Đây tốc độ vi xử lý GPU (bộ xử lý đồ họa), ví dụ hình GPU Clock card hình NVIDIA GeForce GT 650M 745 MHz Dĩ nhiên tốc độ cao tốt bạn ý không so sánh tốc độ nầy card hình dùng GPU khác chúng khác nên có nhiều thứ ảnh hưởng đến hiệu chúng Vì đừng khoe card hình có xung 1000 MHz mạnh card hình bạn có xung 900 MHz - Processor Clock: gọi tốc độ đồng hồ clock rate Tốc độ xử lý lệnh vi xử lý Mỗi máy tính chứa đồng hồ nội (internal clock) có chức điều hòa tốc độ xử lý lệnh đồng hóa tất thành phần khác có máy tính Đồng hồ nhanh bao nhiêu, số lệnh mà GPU xử lý giây nhiều nhiêu Các nầy hình nên không dám bàn nhiều khỏi quan tâm - Texture Fill Rate: hiểu tốc độ làm đầy (TĐLĐ) TĐLĐ theo quan điểm thông thường qui cho tốc độ vẽ điểm ảnh xử lý đồ họa Đối với card hình cũ quan niệm TĐLĐ đơn giản tốc độ dựng tam giác (triangle fill rates) Tuy nhiên, có dạng tốc độ làm đầy là: pixel fill rate (tốc độ làm đầy điểm ảnh) texture fill rate (tốc độ làm đầy vật liệu) Theo khái niệm mô tả trên, pixel fill rate số lượng điểm ảnh mà card hình xuất tính số raster operations (ROPs) nhân với tốc độ xung lõi card hình Chỉ số nhiều tốt - Memory Clock: Tốc độ xung nhớ (RAM), số cao tốt Chú ý loại nhớ GDDr3 số sau tốc độ vậy, GDDr5 số tốc độ hiệu dụng gấp lần, hình tốc độ nhớ 1000 MHz tương đương với tốc độ hiệu dụng 4000 MHz - Memory type: Đây loại nhớ dùng card hình Bộ nhớ thường sử dụng card hình GDDRx DDR thường quảng cáo với xung tốc độ lớn gấp đôi so với xung tốc độ vật lý thật Ví dụ DDR 1000 MHz, thực có xung tốc độ 500 MHz Chính lý này, mà nhiều người ngạc nhiên card hình quảng cáo có DDR 1200 MHz, chương trình báo RAM chạy tốc độ 600 MHz DDR2 GDDR3 nguyên tắc làm việc giống DDR Sự khác DDR, DDR2 GDDR3 công nghệ sản xuất Hiện nay, GDDr4 dùng GDDr5 chuẩn bị vườn để nhường cho GDDr5X loại nhớ HBM Các hệ nhớ sau tốt trước dung lượng nhớ cao mạnh Tuy nhiên, card hình có 4GB GDDr3 chưa tốt card có GB GDDr5 Đây điều mà ông bán hàng hay khè khách hàng xách GT 630 4GB GDDr3 la khoe mạnh mẽ kiểu yếu hẵn so với GT 740 1GB GDDr5 Vẫn câu nói cũ, đời thông số hết so tới nhớ Memory Interface Width: Thông số biết đến với tên gọi khác bus nhớ Bus nhớ yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính 9 - - Các loại card hình bus nhớ bao gồm từ 64 bits đến 256 bits, vài trường hợp đạt đến 512 bits Hiện nhớ với công nghệ HBM đạt mức 4096 bits Bus nhớ tăng lượng liệu mà nhớ vận chuyển chu kỳ lớn Ví dụ, card hình sử dụng bus 128 bits mang lượng liệu nhiều gấp đôi so với card hình trang bị bus 64 bits tuyến bus 256 bits mang gấp lần so với tuyến bus 64 bits Memory Bandwidth: Khả truyền tải liệu nhớ Đây hiểu băng thông nhớ VGA GPU Chỉ số phụ thuộc vào xung nhớ Bus nhớ Chú ý bandwidth không phụ thuộc vào dung lượng RAM card hình Chỉ số nầy cao tốt Cách thông số khác: Bên cạnh thông số trên, đa số loại card hình khác trang bị số công nghệ độc quyền tính định phù hợp với “hạng” dòng sản phẩm hãng Ví dụ Nvidia SLI Ready (khả chạy đa card hình mainboard), Nvidia 3D Vision Ready (hổ trợ xuất hình ảnh 3D đầy đủ nhất) hay Nvidia CUDA Technology (encode GPU không thông qua CPU) Các kiểu kết nối phổ biến Kết nối đầu bo mạch đồ họa đến hình máy tính thiết bị hiển thị, sử dụng hình ảnh khác gồm loại sau đây: - SVGA: Đầu kết nối thông dụng năm 2007 Đây kiểu kết nối với tín hiệu đầu kiểu tương tự dành cho hình máy tính kiểu CRT, máy chiếu, hình máy tính kiểu tinh thể lỏng tầm trung - DVI: Kiểu kết nối tín hiệu số: Dành cho hình máy tính tinh thể lỏng tầm trung cao cấp - S-Video: Kiểu kết nối đầu tín hiệu tương tự dành cho thiết bị video dân dụng: Ti vi, đầu phát video (băng từ, VCD, DVD), máy quay, máy chiếu 10 10 Sau ví dụ minh họa cách thức làm việc MSAA Ở ta có pixel cạnh để thể đường chéo Nếu không áp dụng thuật toán khử cưa, ta có kết hình bên cạnh , đơn giản card đồ họa lấy màu sắc trung tâm pixel để thể lên hình, pixel có đối tượng Mỗi pixel lấy mẫu trung tâm pixel đó, cho hình ảnh bên phải Nếu MSAA áp dụng (mức 4X) card đồ họa tiến hành lấy mẫu pixel, mẫu card đồ họa xử lý giá trị màu sắc trung bình pixel có màu trung gian Theo hình bên ta thấy pixel phía bên trái có mẫu có màu xanh dương mẫu có màu xanh lục, card đồ họa xử lý pixel có màu gồm 50% xanh dương 50% xanh lục Tương tự, pixel bên phải phía có 25% màu xanh dương 75% màu xanh lục Riêng pixel góc phép thử “Ztest” xác định cạnh nên MSAA không lấy mẫu, giúp giảm tải cho hệ thống 31 31 Mỗi pixel lấy mẫu thử, sau màu cho pixel trộn kết mà mẫu đem lại Theo ta thấy với số mẫu tăng lên độ xác việc pha màu cao hơn, làm giảm hiệu ứng cưa đi, nhiên card đồ họa phải chịu gánh nặng nhiều khung hình giảm nhiều bình thường Việc áp dụng thuật toán “Z-test” giúp MSAA tránh việc phải lấy mẫu pixel đối tượng khác nằm bên đối tượng cần lấy mẫu MSAA rõ ràng đem lại hiệu cao hẳn SSAA, cân hiệu chất lượng hình ảnh Tuy nhiên MSAA phát huy hiệu với cạnh biên đối tượng, lớp vân bề mặt (texture) đối tượng không xử lý, SSAA ngược lại xử lý khử cưa với tất đối tượng hình Do với đối tượng có lớp vân bề mặt suốt nguyên cưa sử dụng MSAA Ví dụ rõ nhược điểm MSAA, để ý kỹ hàng rào lưới Do lớp hàng rào nằm lớp vân bề mặt suốt (để nhìn thấy đối tượng phía sau) nên không nằm diện xử lý MSAA, kết cưa khắp nơi hàng rào, xấu xí Trong SSAA không cần phân biệt xử lý hết nên hình ảnh mịn màng Do MSAA hạn chế nên nVIDIA AMD phát triển kỹ thuật khử cưa riêng Cả hai hãng sức quảng bá cho công nghệ riêng cho ưu việt công nghệ đối thủ Thực hư việc phần viết trình bày rõ Nhưng trước hết ta nhìn lại hiệu công nghệ cổ điển xử lý dòng card tiếng nVIDIA GeForce AMD Radeon Chế độ khử cưa lấy mẫu bao phủ với công nghệ CSAA nVIDIA EQAA AMD: Với mắt dòng card GeForce 8, nVIDIA giới thiệu kỹ thuật việc xử lý cưa khử cưa lấy mẫu bao phủ (CSAA - Coverage sampling antialiasing) Về CSAA MSAA có lấy thêm mẫu bao phủ bênh cạnh Mẫu bao phủ thực việc kiểm tra xem có đa giác nằm vị trí hay không, sau thực việc tính toán để xác định màu cuối cho pixel Các mẫu bao phủ tương đối dễ thu thập, giúp tăng cường chất lượng hình ảnh hiệu so sánh với MSAA Nói đơn giản CSAA 4x tương đương với MSAA 2x, CSAA 8x nặng MSAA 4x tương tự Chúng ta theo dõi hình minh họa sau, ô vuông màu tím pixel, màu đỏ vị trí lấy mẫu MSAA, màu vàng vị trí lấy mẫu bao phủ Tại chế độ 2x MSAA, ta có thêm mẫu 32 32 bao phủ tương đương vị trí lấy mẫu CSAA, kết chất lượng hình ảnh cao so với 2x MSAA truyền thống AMD giới thiệu công nghệ xử lý cưa tương tự với CSAA nVIDIA, gọi chế độ khử cưa tăng cường chất lượng (enhanced quality anti-aliasing - EQAA), dòng card Radeon HD 6900 Tuy nhiên dòng card đồ họa lại AMD (kể 33 33 Radeon HD 6800) gánh EQAA, đa phần người dùng AMD sử dụng EQAA Trái lại, card NVIDIA hỗ trợ CSAA rộng Khử cưa tạm thời (Temporal AA – TAA) - AMD Cùng với mắt dòng Radeon X800 ATI (thời điểm này) giới thiệu kỹ thuật khử cưa mới, gọi khử cưa tạm thời (TAA) Về chất TAA dựa MSAA, sử dụng thủ thuật nhỏ để gấp đôi số mẫu MSAA cách sử dụng mẫu MSAA pixel khác khung hình Điều dựa vào đặc điểm mắt người: số khung hình giây (frame per second, hay gọi tắt FPS) vượt 60, mắt người không đủ khả để phân biệt khác khung hình liên tiếp nhau, đó, ATI dựa vào đặc điểm để tiến hành nhân đôi số mẫu MSAA Theo dõi ví dụ trên, ta có khung hình (frame 1) khung hình (frame 2) nhau, card đồ họa tiến hành lấy mẫu khung hình (màu xanh lá) mẫu khung hình (màu xanh dương) áp dụng mẫu thử cho khung hình chung Kết ta có 4x MSAA mà card đồ họa phải gánh công việc 2xMSAA bình thường Tương tự 4xMSAA bình thường đạt chất lượng 8xMSAA sử dụng TAA Tuy nhiên TAA nhược điểm Trước tiên, V-sync* phải bật sau đó, máy phải đủ mạnh để trì số khung hình 60, mức khung hình sụt xuống 60, TAA bị vô hiệu hóa Nguyên lý đơn giản hiệu quả, nhiên nhược điểm không dễ chịu Do TAA bị ATI loại bỏ driver Catalyst thời gian sau 34 34 *V-sync (Đồng tốc độ khung hình với tần số làm tươi hình): tính giới hạn FPS tối đa với tần số làm tươi hình, ví dụ hình bạn có Refresh Rate 60Hz bật V-sync, FPS tối đa 60 35 35 Khử cưa tùy chỉnh (Custom Filter Anti-Aliasing – CFAA hay có tên khác EDAA) - AMD Được mắt với ATi Radeon HD 2900XT, CFAA kỹ thuật khử cưa mà không lấy mẫu bên pixel mà lấy mẫu bên pixel Điều có nghĩa mẫu thử lấy bán kính định mà pixel gốc trung tâm Khi giới thiệu, ATI cung cấp lọc (filter) CFAA Narrow, Wide Edge-Detect Narrow Wide bán kính thu mẫu so với pixel, lọc Edge-Detect lại áp dụng thuật toán để nhận diện cạnh đối tượng đồ họa tập trung việc khử cưa khu vực Dễ thấy Edge-Detect cách thức CFAA đạt hiệu cao nhất, nhận diện cạnh xử lý cạnh này, vốn đối tượng chứa nhiều cưa nhất, nặng nề yêu cầu việc xử lý thuật toán phức tạp Các lọc theo bán kính đem lại hiệu không đáng kể so với MSAA truyền thống, AMD bỏ lọc kể từ dòng Radeon HD 6000 series 36 36 Cũng khung hình sau phóng to lên lần 37 37 Như nói trước, kỹ thuật EQAA dành riêng cho dòng Radeon HD 6900 cao cấp, kỹ thuật CFAA sát cạnh phù hợp với dòng Radeon HD 6800 trở xuống, cung cấp chất lượng hình ảnh so với MSAA truyền thống, lại không nặng nề so với EQAA Khử cưa hình thái học (Morphological Anti-Aliasing – MLAA) - AMD Khử cưa hình thái học (MLAA) kỹ thuật khử cưa hoàn toàn, giới thiệu với Radeon HD 6800 Nó có cách tiếp cận khác hoàn toàn với kỹ thuật trước đó, MLAA kỹ thuật hậu xử lý (post-processing) Nó không tiến hành xử lý màu sắc pixel xuất kỹ thuật trước, mà xử lý khung hình sau dựng hoàn chỉnh Nguyên lý làm việc sau: MLAA phân tích khung hình, xác định cạnh phổ màu khung hình, sau xác định đối tượng cụ thể, tiến hành làm mờ cạnh phương pháp pha trộn màu MLAA tương tự với lọc giảm cưa Adobe Photoshop Phân biệt cạnh đối tượng (trái), tiến hành pha trộn màu để giảm cưa (phải) Trên thực tế, MLAA hoạt động tốt, đem lại chất lượng hình ảnh gần tương đương với SSAA (kỹ thuật khử cưa có chất lượng hình ảnh tốt nhất) mức độ công việc cho card đồ họa sánh ngang với CFAA Edge-Detect Nhìn chung, đem lại chất lượng hình ảnh tốt kỹ thuật khử cưa mà lại không nặng nề Nhưng, nói, kỹ thuật hoàn hảo cả, MLAA Do nguyên lý xử lý hậu cảnh mình, MLAA khử “răng cưa” tất đối tượng độc lập, điều kể chữ, đối tượng HUD hình (đạn dược, giáp…) bị làm mờ đi, khó chịu, đặc biệt chữ có kích thước nhỏ 38 38 MLAA có dòng Radeon HD 6000, với driver Catalyst 11.2 trở dòng card Radeon HD 5000 hỗ trợ 39 39 Kỹ thuật khử cưa Quincunx - AMD Quincunx giới thiệu với hệ card Geforce (ra mắt năm 2001) Quincunx dùng nguyên lý khử cưa kỳ lạ, không lấy mẫu xung quanh pixel mà tạo khung hình tại, theo hướng 45 độ ngược chiều kim đồng hồ, nhờ mà pixel góc có pixel bên cạnh, giúp làm mờ khác màu pixel gốc pixel lân cận, tạo nên hiệu ứng làm mờ cưa Mặc dù NVIDIA giới thiệu Quincunx đem lại hiệu khử cưa tương đương 4xAA với thiết lập 2xAA, thực tế, phương pháp làm cho hình ảnh trở nên lờ mờ khó chịu, chất thực khử cưa công nghệ nói trước Do từ đời Geforce trở NVIDIA bỏ Quincunx Geforce trở đủ mạnh để gánh vác MSAA Như hình trên, ta thấy pixel gốc màu đen, pixel có màu đỏ lệch góc 45 độ so với pixel gốc, từ pixel đen bao quanh pixel đỏ tạo hiệu ứng làm mờ, giúp giảm bớt cưa Khử cưa ước tính nhanh (Fast Approximate Anti-Aliasing - FXAA) NVIDIA FXAA câu trả lời nVIDIA dành cho MLAA ATi Tương tự MLAA, FXAA kỹ thuật xử lý hậu cảnh FXAA tìm nhận biết đối tượng độc lập áp dụng lọc làm mềm để giảm mức tương phản đối tượng với môi trường xung quanh, kết đối tượng giảm bớt cưa Điểm khác FXAA tìm mức độ tương phản pixel MLAA tìm độ tương phản khuôn mẫu (pattern), FXAA nhìn chung hiệu MLAA 3.2 FPS 40 40 FPS viết tắt cụm từ Frame Per Second tức số không hình hiển thị vòng giây hay nói cách khác, thể khả làm việc card hình vẽ hình hình bạn Như vậy, Frame Per Second (từ sau dùng từ FPS) cao chứng tỏ card hình (nói riêng) hay toàn hệ thống PC (nói chung) bạn mạnh Khi 41 41 hình ảnh hiển thị đẹp hơn, người chơi game cảm thấy mượt mà hơn, không cảm giác khó chịu 3.3 Shader Trong lĩnh vực đồ họa máy tính, Shader chương trình máy tính sử dụng để làm bóng: việc tạo lượng thích hợp màu sắc hình ảnh, hay, thời đại đại, để tạo hiệu ứng đặc biệt làm video sau chế biến Một định nghĩa cư sĩ đưa "một chương trình mà nói với máy tính làm để vẽ một cách cụ thể độc đáo." Shaders tính toán render hiệu ứng phần cứng đồ họa với mức độ cao tính linh hoạt Hầu hết bóng đổ mã hoá cho đơn vị xử lý đồ họa (GPU), yêu cầu nghiêm ngặt ngôn ngữ Shading thường sử dụng để chương trình đường ống GPU lập trình, có chủ yếu thay đường ống dẫn cố định chức năng, cho phép chức chung biến đổi hình học pixelshading; với bóng đổ, hiệu ứng tùy chỉnh sử dụng Vị trí, màu sắc, độ bão hòa, độ sáng độ tương phản tất điểm, đỉnh, kết cấu sử dụng để xây dựng hình ảnh cuối thay đổi bay, sử dụng thuật toán định nghĩa shader, sửa đổi biến bên kết cấu giới thiệu chương trình gọi điện thoại đổ bóng Shaders sử dụng rộng rãi xử lý sau rạp chiếu phim, hình ảnh máy tính tạo ra, trò chơi video để sản xuất loạt dường vô hạn hiệu ứng Ngoài mô hình ánh sáng vừa đơn giản, sử dụng phức tạp bao gồm việc thay đổi màu sắc, độ bão hòa, độ sáng / độ tương phản hình ảnh, sản xuất mờ, nở ánh sáng, ánh sáng tích, lập đồ bình thường cho hiệu ứng chiều sâu, bokeh, cel shading, posterization, lập đồ băng, biến dạng, chroma keying (cái gọi "bluescreen / greenscreen" hiệu ứng), cạnh phát phát chuyển động, hiệu ứng ảo giác, loạt khác 42 42 III Ứng dụng vi xử lí đồ hoạ thiết bị điện tử Xử lý hình ảnh, hiệu ứng phim ảnh hoạt hình Trước GPU đời, CPU vừa phải xử lý chương trình vi tính, kiện vừa kiêm công việc xử lý đồ họa, hình ảnh Lượng công việc nhiều nên CPU hoạt động theo xu hướng ban phát đồng mức tài nguyên Công việc đồ họa công việc văn phòng nhận lượng tài nguyên Chính vậy, sản phẩm đồ họa đời bị hạn chế nhiều Nhưng từ điện toán GPU đời thứ hoàn toàn thay đổi giúp giảm bớt khối lượng công việc cho CPU, CPU nhiệm vụ kéo hệ thống chạy theo hoạt động GPU dành xung cho nhiệm vụ khác hệ thống, tiết kiệm thời gian đáng kể, giải áp lực việc cung cấp sản phẩm chất lượng cao cho thị trường, … Và vai trò GPU máy tính ngày quan trọng hơn, không dừng lại việc xuất tín hiệu hình hay hỗ trợ chơi game 3D mà việc tận dụng nhân đồ hoạ (GPU) tham gia hỗ trợ xử lý nhân CPU để đưa ứng dụng bổ ích như: DXVA (DirectX Video Acceleration) chương trình xem phim, HWA (Hardware Acceleration) trình duyệt web, MS Powerpoint 2010 tận dụng GPU để thể hiệu ứng mượt mà Những lĩnh vực sử dụng GPU GPU vi xử lý chuyên thực dạng phép tính đặc biệt cần thiết cho đồ họa 3D hình ảnh động sử dụng chủ yếu cho ứng dụng 3D, 2D, thiết kế kỹ thuật, dựng phim, làm hiệu ứng phim… 43 43 GPU lĩnh vực đồ họa Trong máy tính đại, GPU đảm nhận nhiệm vụ tăng tốc video theo chuẩn Adobe Flash, chuyển đổi video định dạng, nhận diện hình ảnh, hỗ trợ nhận diện mẫu virus nhiều nhiệm vụ khác Tiềm GPU tương lai lớn Nó sử dụng rộng rãi để tăng tốc độ tính toán lĩnh vực hình ảnh y khoa, điện từ, mô hình tài chính, nghiên cứu khoa học đại thăm dò dầu khí… Khả tính toán dấu chấm động cực lớn nhờ vào hỗ trợ GPU hệ thống ra-đa Lý mà GPU chấp thuận rộng rãi trở thành khuynh hướng chủ đạo phát triển vi xử lý lực tính toán, khả ngày phát triển nhanh nhiều so với CPU (mỗi hệ GPU khoảng 18 tháng) CPU thay cho GPU không? Như trình bày trên, chuyên môn GPU xử lý tác vụ hình ảnh, tính toán đồ họa, máy tính cần xử lý nhiều thế, nên GPU chưa thể thay cho CPU Tuy nhiên, GPGPU khác, không đảm nhận vai trì xử lý hình ảnh, mà thực tính toán phức tạp thông minh không khác CPU CPU ngày cải tiến tích hợp chức xử lý hình ảnh, đồ họa phức tạp Trong tương lai người dùng máy tính không cần phải trang bị CPU lẫn GPU, CPU làm thay nhiệm vụ GPU Tuy nhiên, hẳn giá thành máy tính CPU tích hợp GPU cao nhiều so với máy sử dụng CPU đơn Không phải cần sử dụng nhiều đến GPU, với họ máy tính có CPU đủ Vì vậy, việc CPU thay cho GPU chờ kết cục đối đầu trường kỳ hãng Intel NVIDIA 44 44 KẾT LUẬN CHUNG Bài viết phần nêu lên khái niệm tầm quan trọng vi xử lí đồ hoạ hệ thống máy tính đại Từ hiểu phần công dụng tiện ích vi xử lí đồ hoạ mang lại Từ dễ dàng chọn card đồ hoạ hợp lí ưng ý, phù hợp với mục đích cá nhân để cải thiện chất lượng công việc cho tốt 45 45 [...]... 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 vi c với Windows Vista) - OpenGL được Silicon Graphics phát triển những năm 1990 7 Tản nhiệt trên vi xử lí đồ hoạ 11 11 Do phải xử lý một khối lượng công vi c lớn khi chơi...- 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-InVideo-Out), với tính năng này bo mạch đồ họa có một phần tính năng của một bo mạch kỹ xảo - HDMI: Thường dùng kết nối với tivi (hay gọi là chuẩn HD) 6 Các hàm API trong đồ hoạ Sự xuất hiện của nhiều bộ xử lý đồ họa với các công nghệ khác nhau không... 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... card khe PCI không có RAMDAC tích hợp nhưng nối vào 1 card đồ họa 2D khác theo kiểu daisy-chained Card đồ họa sử dụng chip Voodo và nạp VBE trong ROM Chip Voodoo báo trước thời đại mới của đồ họa 3D trên PC và đánh dấu sự tuột giá của các sản phẩm đồ họa 3dfx giới thiệu hệ thống API (Giao diện lập trình ứng dụng) của chính họ, tên là Glide, sử dụng 1 chiến thuật khác so với các bộ API cùng thời như... nhoáng, thay vào đó chỉ thực thi những gì chip đồ họa có thể làm Chính sự đơn giản này làm tăng hiệu năng đáng kể, vì sử dụng giao diện hào nhoáng vào thời đó chỉ tổ ngốn RAM và CPU Chip Voodoo 3dfx Chip đồ họa Matrox FS 16 16 Năm 1998, NVIDIA giới thiệu RIVA (Real-time Interactive Video and Animation accelerator) TNT (TwinTexel) là thế hệ chíp đồ họa thứ tư của NVIDIA vào thời đó Đúng như tên gọi TNT, loại... có kết quả của hình bên cạnh , vì đơn giản card đồ họa sẽ lấy màu sắc ngay tại trung tâm pixel đó để thể hiện lên màn hình, bất kể tại pixel đó có bao nhiêu đối tượng Mỗi pixel sẽ lấy mẫu tại trung tâm của pixel đó, cho ra hình ảnh bên phải Nếu MSAA được áp dụng (mức 4X) thì card đồ họa sẽ tiến hành lấy 4 mẫu tại mỗi pixel, các mẫu này sẽ được card đồ họa xử lý các giá trị màu sắc trung bình để cho... trường đồ họa 3D dành cho máy bàn Hiệu năng của GeForce 256 là đối thủ đáng gờm của các dòng chip 3D hi-end pro sử dụng infinite reality engine dành cho PC của SGI GeForce256 hỗ trợ đầy đủ OpenGL 1.2 và Direct3D7 vốn tích hợp tính năng tạo vân và xử lý ánh sáng vào trong API Chip đồ họa NVidia Geforce256 Bước phát triển kế tiếp của GPU là vi c công bố chip Geforce3 vào năm 2001 Đây là chip đồ họa đầu... của NVidia Card đồ họa sử dụng chip RIVA TNT 1 năm sau đó, NVIDIA tiếp tục "xưng bá" bằng chíp Geforce256 được hãng gọi là "GPU hàng đầu thế giới" Thuật ngữ GPU (Graphics Processing Unit) cũng ra đời từ đó Đây là chíp đồ họa đơn đầu tiên tích hợp đầy đủ các engine chuyển dạng, xử lý ánh sáng, tạo - xử lý vân - cắt / điều chỉnh tam giác vào chung 1 chíp Phiên bản pro Quadro đánh dấu thời điểm NVIDIA... chơi trên máy tính gặp khó khăn về vấn đề tương thích Để thuận tiện cho các nhà vi t 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... Matrox Millennium đều hướng đến thị trường máy PC CAD Vào thời đó đồ họa 3D vẫn còn là 15 15 trò chơi xa xỉ, đắt đỏ, đơn cử là các dòng card của hãng SGI (nhà phát triển OpenGL, cho phép lập trình vi n làm vi c với các khóa API trên cả 2D và 3D) Chip đồ họa PC 3D đầu tiên tạo nên bước ngoặc lớn là Voodoo Graphics Chip từ hãng 3dfx Interactive Hãng này được thành lập năm 1994 bởi các cựu nhân vi n của SGI ... phần phát triển vi xử lí đồ hoạ Khái niệm vi xử lí đồ hoạ Phân loại giới thiệu số hãng sản xuất card đồ hoạ tiếng Thành phần vi xử lí đồ hoạ Ý nghĩa thông số card đồ hoạ Các... 11 Các hàm API đồ hoạ .12 Tản nhiệt vi xử lí đồ hoạ 12 Sự phát triển card đồ hoạ 13 II Nguyên lí hoạt động khả xử lí vi xử lí đồ hoạ 20 Nguyên lí chung ... không? 34 KẾT LUẬN CHUNG 35 2 NỘI DUNG I Sự hình thành, thành phần phát triển vi xử lí đồ hoạ Khái niệm vi xử lí đồ hoạ Card hình (VGA: Video Graphics Adaptor hay Video Graphics Card)