Trabalho Sobre Placas De Video

Introdução

As placas de vídeo são itens de hardware responsáveis pela geração das imagens que são exibidas na tela do computador (incluindo videogames, smartphones, etc). Há tanta variedade de placas com tão distintos recursos que é essencial conhecer ao menos as principais características destes dispositivos e entender um pouco de seu funcionamento. Assim, você saberá escolher o modelo mais adequado às suas necessidades. Por esse motivo, veremos a seguir conceitos relacionados às placas de vídeo, começando com GPU, depois indo para memória GDDR, 3D, shaders, stream processors, entre outros.

O que é GPU?

A GPU (Graphics Processing Unit - Unidade de Processamento Gráfico), também chamada de chip gráfico, é certamente o componente mais importante de uma placa de vídeo. Trata-se, em poucas palavras, de um tipo de processador responsável pela execução de cálculos e rotinas que resultam nas imagens exibidas no monitor de vídeo do computador.

Tal como acontece com as CPUs, há uma grande variedade de GPUs disponível no mercado, algumas mais potentes, desenvolvidas especialmente para processamento de complexos gráficos 3D (para execução de jogos ou produção de filmes, por exemplo), até as mais simples, fabricadas com foco no mercado de computadores de baixo custo. Há vários fabricantes de GPU no mercado, mas as empresas do ramo mais conhecidas são NVIDIA, AMD (antiga ATI) e Intel, sendo que as duas primeiras são as mais populares no que se refere a chips gráficos mais sofisticados.

Foto de uma GPU em uma placa de vídeo -

A pasta branca ao redor do chip tem a função de ajudar na dissipação de calor

Você provavelmente pode argumentar que já viu placas de vídeo de outras marcas, como Gigabyte, Asus, Zotac, XFX, entre outras. Perceba, no entanto, que estas empresas fabricam as placas, mas não produzem GPUs. Cabe a elas inserir GPUs em suas placas assim como outros recursos, tais como memória e conectores (assuntos que também serão abordados neste artigo). Por outro lado, é importante frisar também que GPUs podem estar embutidas diretamente em placas-mãe de computadores, sendo popularmente chamadas de "placas de vídeo onboard" neste casos.

Características de uma GPU

A GPU surgiu para "aliviar" o processador principal do computador (CPU) da pesada tarefa de gerar imagens. Por isso, é capaz de lidar com um grande volume de cálculos matemáticos e geométricos, condição trivial para o processamento de imagens 3D (utilizadas em jogos, exames médicos computadorizados, entre outros).

Para que as imagens possam ser geradas, a GPU trabalha executando uma sequência de etapas, que envolvem elaboração de elementos geométricos, aplicação de cores, inserção de efeitos e assim por diante. Essa sequência, de maneira bastante resumida, consiste no recebimento pela GPU de um conjunto de vértices (o ponto de encontro de dois lados de um ângulo); no processamento dessas informações para que elas obtenham contexto geométrico; na aplicação de efeitos, cores e afins; e na transformação disso tudo em elementos formados por pixels (um pixel é um ponto que representa a menor parte de uma imagem), processo conhecido com rasterização. O passo seguinte é o envio dessas informações à memória de vídeo (frame buffer) para que então o conteúdo final possa ser exibido na tela.

As GPUs podem contar com vários recursos para a execução dessas etapas, entre eles:

- Pixel Shader: shader é um conjunto de instruções utilizado para o processamento de efeitos de renderização de imagens. Pixel Shader, portanto, é um programa que trabalha com a geração de efeitos com base em pixels. Esse recurso é amplamente utilizado em imagens 3D (de jogos, por exemplo) para gerar efeitos de iluminação, reflexo, sombreamento, etc;

- Vertex Shader: semelhante ao Pixel Shader, só que trabalha com vértices em vez de pixels. Assim sendo, Vertex Shader consiste em um programa que trabalha com estruturas formadas por vértices, lidando, portanto, como figuras geométricas. Esse recurso é utilizado para a modelagem dos objetos a serem exibidos;

- Render Output Unit (ROP): basicamente, manipula os dados armazenados na memória de vídeo para que eles se "transformem" no conjunto de pixels que formará as imagens a serem exibidas na tela. Cabe a essas unidades a aplicação de filtros, efeitos de profundidade, entre outros;

- Texture Mapping Unit (TMU): trata-se de um tipo de componente capaz de rotacionar e redimensionar bitmaps (basicamente, imagens formadas por conjuntos de pixels) para aplicação de uma textura sob uma superfície.

Esses recursos são utilizados pelas GPUs em componentes cujas quantidades variam de modelo para modelo. Você viu acima, por exemplo, que há unidades para Vertex Shaders e unidades para Pixel Shaders. A princípio e dependendo da aplicação, esse esquema se mostra vantajoso. No entanto, pode haver situações onde unidades de um ou outro faltem, gerando um desequilíbrio que prejudica o desempenho. Para lidar com isso, vários chips gráficos mais atuais utilizam stream processors, isto é, unidades que podem assumir tanto a função de vertex Shaders quanto de Pixel Shaders, de acordo com a necessidade da aplicação.

Em geral, é possível saber detalhes que descrevem a utilização desses e de outros recursos na GPU de sua placa de vídeo no manual desta ou no site do fabricante. Também é possível fazer uso de programas que fornecem essas informações, tal como o gratuito GPU-Z, para Windows:

Programa GPU-Z fornece vários detalhes da placa de vídeo

Clock da GPU

Se você olhar a imagem do programa acima, vai perceber que entre os vários campos há um chamado "GPU Clock". E o que é isso? Ora, se a GPU é um tipo de processador, então trabalha dentro de uma determinada frequência, isto é, de um clock. De maneira geral, o clock é um sinal de sincronização. Quando os dispositivos do computador recebem o sinal de executar suas atividades, dá-se a esse acontecimento o nome de "pulso de clock". Em cada pulso, os dispositivos executam suas tarefas, param e vão para o próximo ciclo de clock.

A medição do clock é feita em hertz (Hz), a unidade padrão de medidas de frequência, que indica o número de oscilações ou ciclos que ocorre dentro de uma