Videokaart

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Asus Nvidia 7600 GS

Een videokaart of grafische kaart is de interface tussen een computer en het beeldscherm en is in de computer aangebracht. Het belangrijkste onderdeel van de kaart is de GPU.

Soorten videokaarten[bewerken]

Grofweg zijn er twee typen videokaarten te onderscheiden:

  • Onboard: De elektronica is in het moederbord of de processor geïntegreerd. Deze versie bezit vaak geen eigen geheugen, maar gebruikt het werkgeheugen van het systeem. Deze oplossing biedt standaardprestaties. Omdat de video een deel van het gewone werkgeheugen gebruikt wordt deze oplossing wel Shared Memory Architecture (SMA) genoemd. Dit is afhankelijk van de hoeveelheid die in BIOS is in te stellen. Nieuwere desktop-processors van zowel Intel als AMD bevatten geïntegreerde grafische functionaliteit die de onboard-videokaart in het moederbord overbodig maken.
  • Insteekkaart: Deze kaarten worden op het moederbord aangesloten door middel van een bus of een poort:
    • ISA (Industry Standard Architecture). Deze kaarten worden niet meer geproduceerd.
    • PCI (Peripheral Component Interconnect). Deze worden nog wel geproduceerd, maar niet veel meer. De kaarten zijn niet erg krachtig naar de maatstaven van 2009.
    • AGP (Accelerated Graphics Port). Deze worden nog wel gemaakt maar door de lagere bandbreedte ten opzichte van PCI-Express worden ze in nieuwe geavanceerde systemen niet meer toegepast.
    • PCI-Express (Peripheral Component Interconnect Express). De verbeterde, seriële versie van PCI.

Met de CGA-kaart in 1981 begint de ontwikkeling van videokaarten voor pc's. Zie Standaard voor weergavemodus voor de verdere geschiedenis.

Videokaarten zijn sterk in ontwikkeling. Elke nieuwe generatie kaarten levert over het algemeen verdubbelde prestaties ten opzichte van de vorige. Steeds meer mensen ontdekken dat je een computer kunt gebruiken om spellen op te spelen en zijn ook bereid daar geld aan uit te geven. De druk om steeds snellere videokaarten te ontwikkelen en de mogelijkheid om grafisch steeds geavanceerdere spellen te ontwerpen versterken elkaar en veroorzaken een sneeuwbaleffect waardoor een videokaart na een half jaar al voorbijgestreefd is door een nieuwe generatie.

Opbouw[bewerken]

Een videokaart bestaat uit deze onderdelen:

Graphics Processing Unit (GPU)[bewerken]

Een GPU is een speciale processor ontworpen voor het verwerken van grafische data. De GPU berekent de beeldopbouw en versnelt het renderen van 3D-beelden. De prestaties van een GPU worden uitgedrukt in gigaFLOPS. Enkele onderdelen in moderne GPU's zijn onder andere:

  • TMU's (Texture Units): plaatsen zoals de naam al zegt de texturen over een 3D-model.
  • ROP's (Render back-ends): processors voor rasteroperaties zoals blending en anti-aliasing.
  • Stream Processors (shaders): verantwoordelijk voor visuele effecten en vortex-operations. Bij de betere videokaarten met grote getallen aanwezig in de GPU. Vervangt het vroegere pixelpipelineprincipe. Bij nVidia draaien de Stream Processors vaak op een hogere frequentie dan de GPU zelf.
  • De gebruikte geheugeninterface. Verzorgt de communicatie met het gebruikte VRAM. nVidia werkt bij de topmodellen met een 320 bits- of 384 bits-bus terwijl AMD nog een 256 bits-bus gebruikt.

De klokfrequentie van de GPU bepaalt hoeveel keer per seconde de betreffende onderdelen worden aangeroepen. Een hogere klokfrequentie betekent echter niet gelijk dat de prestaties beter zijn dan een ander type GPU met een lagere klokfrequentie. Dit geldt echter wel als men twee dezelfde GPU's vergelijkt.

De belangrijkste fabrikanten zijn nVidia en AMD.

Videogeheugen (VRAM)[bewerken]

Hierin wordt een digitale representatie van het beeld opgeslagen, alsmede sjablonen hiervoor, zoals textures. Hoe meer geheugen er op een videokaart zit, hoe meer voorbewerkte beeld-onderdelen erin passen. Hierdoor hoeven minder compromissen tussen snelheid en detailweergave gesloten te worden. Een groot videogeheugen is bij hoge resoluties belangrijker, want hoe hoger de resolutie, des te meer pixels je hebt en hoe meer geheugen er moet zijn om de textures op te kunnen slaan. Ook gebruikt anti-aliasing veel geheugen. Dit wordt vooral gebruikt in spellen. Een kaart met een groter geheugen is alleen aanmerkelijk sneller als die een meer geavanceerde chipset bezit. De grootte van het geheugen wordt uitgedrukt in bytes en de snelheid in Hertz. De bandbreedte van het geheugen wordt uitgedrukt in gigabyte/seconde en kan berekend worden door de busbreedte in bits te vermenigvuldigen met de snelheid in Hertz.

Net als de RAM, gebruikt het videogeheugen DDR-technologie.

  • GDDR5: Dit wordt toegepast vanaf 2008 op bepaalde AMD(ATI)-videokaarten, zoals de HD4870. Het is DDR-geheugen, dat twee maal 32 keer per klokperiode data kan verwerken. Onder andere nVidia's Fermi-architectuur en de serie ATI Radeon HD5000 en oudere HD4870/HD4890 maken gebruik van dit type geheugen. Het draait dan ook meestal rond de 4,7 GHz tot 5,1 GHz.
  • GDDR4: uitgevonden in 2006 en wordt toegepast sinds 2007. Het is DDR-geheugen, dat 32 keer per klokperiode data kan verwerken. GDDR4-geheugen werkt op lagere spanningen dan GDDR3, DDR2- en DDR-geheugen.
  • GDDR3: In 2005 de meest gebruikte soort. Dit is DDR-geheugen, dat twee keer per klokperiode data kan verwerken. GDDR3-geheugen werkt op lagere spanningen dan DDR2- en DDR-geheugen.
  • DDR2: Sneller dan DDR-geheugen doordat het vier keer per klokperiode data kan verwerken. DDR2-geheugen wordt echter vele malen warmer dan DDR- en GDDR3-geheugen, waardoor de toepassing op grafische kaarten wordt beperkt.
  • DDR-geheugen: Trager dan GDDR3, maar goedkoper. DDR-geheugen zit vaak op de goedkopere kaarten.
  • Gedeeld: Hierbij wordt geheugen van de computer zelf gebruikt. Dit is trager, maar wel goedkoper dan DDR op de videokaart.

Aansluitingen[bewerken]

De meest voorkomende aansluitingen tussen de videokaart en monitor zijn:

Koelers[bewerken]

Tegenwoordig zijn alle videokaarten standaard met een koeler uitgerust. Deze koelt voornamelijk de GPU en de VRAM. Hoe hoger het verbruik van de videokaart, des te meer warmte hij produceert. Temperaturen boven de 80 graden Celsius vormen geen uitzondering. Verder gebruiken oude videokaarten vaak meer stroom in verhouding tot hun prestaties.

De drie meest voorkomende vormen van koeling zijn:

  • Passieve koeling: Hierbij is een groot koelprofiel met ribben toegepast. Het profiel neemt de warmte van de GPU en andere onderdelen op en geeft de warmte weer af aan de omringende lucht. Passieve koelers maken geen geluid. Ze zijn vaak van koper gemaakt, omdat dit de warmte beter geleidt dan aluminium.
  • Actieve luchtkoeling: Er is een ventilator bovenop het koelprofiel geplaatst. Deze blaast de warme lucht tussen de koelribben weg. Dit is effectiever dan passieve koeling. Deze vorm van koeling is tamelijk luidruchtig. De warme lucht kan weggeblazen worden in de computerkast, maar kan ook naar buiten geblazen worden.
  • Waterkoeling: Hierbij wordt met vloeistof de warmte van het koelblok op de videokaart naar een radiator elders getransporteerd. Waterkoeling wordt pas gebruikt als actieve luchtkoeling niet toereikend genoeg is, zoals bijvoorbeeld bij overklokken het geval kan zijn. Dankzij het grote koeloppervlak van de radiator is er minder luchtverplaatsing nodig zodat het naast een groter koelvermogen ook nog eens stiller is. Waterkoeling is duur in aanschaf en vraagt ook geregeld onderhoud. Er zijn grafische kaarten waarbij de waterkoeling al door de fabrikant gemonteerd is.

Een videokaart met een passieve koeling hoeft niet altijd een stillere computer op te leveren. De warmte van de videokaart verwarmt in dat geval de computer van binnen. Er is dan alsnog een ventilator nodig om de warme lucht naar buiten te blazen. Een ventilator op de videokaart die de warme lucht meteen naar buiten blaast, kan soms een stillere computer opleveren.

Extra stroomtoevoer[bewerken]

De PCI-E x16-sleuf kan maximaal 75 watt leveren. Dit is voor sommige videokaarten te weinig. Deze kaarten bezitten een of zelfs meerdere extra voedingsaansluitingen via een kabeltje. Hieraan zit meestal een 6-pins connector (stekker), echter vragen sommige videokaarten nog meer stroom en wordt er een 8-pins connector toegepast. Het komt ook voor in 2x6-pins, 2x8-pins, en 1x6-pins+1x8-pins. Deze stroom zal rechtstreeks vanaf je voeding moeten komen. Je moet dus ook een sterke en moderne voeding hebben om dit te ondersteunen.

Meerdere videokaarten tegelijk in gebruik[bewerken]

In een computer kunnen meerdere videokaarten geplaatst worden. Deze kunnen samenwerken voor betere prestaties, zoals bij een SLI- of Crossfire-opstelling. Ze kunnen ook onafhankelijk van elkaar gebruikt worden om meerdere gebruikers tegelijkertijd te laten werken zoals bij multiseat.

SLI en Crossfire[bewerken]

Het is mogelijk om twee, drie of zelfs vier videokaarten te laten samenwerken bij de beeldopbouw. Het rekenwerk wordt dan verdeeld over de aan elkaar gekoppelde kaarten. Deze technologie heet SLI bij nVidia-videokaarten en Crossfire bij ATi-kaarten. De snelheidswinst is beperkt, doordat er rekenkracht voor extra overhead wordt gebruikt. Doordat de snelheidswinst zo klein is, is het meestal rendabeler om een nieuwe betere videokaart te kopen. Dit kan natuurlijk niet als men reeds de beste videokaart in zijn gamma heeft. In dat geval kan SLi of Crossfire een oplossing bieden.

SLI van Nvidia werkt alleen met identieke kaarten met dezelfde chipset. Zo kun je wel een Asus 8800GT met een MSI 8800GT combineren maar geen Asus 8800GT met een Asus 7900GT. Die twee kaarten worden meestal met een (verharde) kabel aan elkaar verbonden. Die kabel krijg je als je een moederbord koopt. De werking van SLI is vrij simpel, de taak wordt opgesplitst tussen de twee kaarten.

ATI's Crossfire werkt net even anders. Bij Crossfire maakt het niet uit welk merk/chipset het is, mits het Crossfire ondersteunt. Wel een nadeel is dat Crossfire zich terugschakelt naar de traagste kaart, daarom is het het beste om twee identieke kaarten te nemen. Crossfire maakte vroeger gebruik van een masterkaart en een slavekaart. De master kaart stuurde de slavekaart aan. Met de introductie van een nieuwe generatie Crossfire veranderde ATI dit echter. Er kunnen nu twee gewone kaarten naast elkaar worden gebruikt.

De snelheidsverschillen tussen SLI en Crossfire zijn minimaal.

In 2007 en 2008 maakten fabrikanten van moederborden hun moederbord vaak geschikt voor SLI of Crossfire. In 2009 was dat minder het geval, omdat het in de praktijk maar weinig gebruikt werd.

Multiseat[bewerken]

Als meerdere videokaarten in een computer geplaatst worden, dan is het mogelijk om met meerdere gebruikers op dezelfde computer te werken. Dit wordt aangeduid met multiseat. Elke gebruiker heeft dan een eigen beeldscherm, muis en toetsenbord. Het aantal gebruikers kan variëren van twee tot acht of nog meer.

Voor Microsoft Windows zijn er enkele programma's die dat mogelijk maken.

In Linux is multiseat mogelijk zonder extra programma, doordat de processen in Linux onafhankelijk van elkaar werken. In de praktijk is het echter niet eenvoudig te realiseren. In een multiseat-opstelling in Linux wordt soms voor iedere gebruiker Microsoft Windows door middel van virtualisatie opgestart. Zo lijkt het alsof iedere gebruiker zijn eigen Windows-computer heeft.

In plaats van meerdere videokaarten, bestaan er ook videokaarten met bijvoorbeeld 4 aansluitingen voor beeldschermen. Een multiseat-opstelling is echter eenvoudiger te realiseren met aparte videokaarten.

Fabrikanten[bewerken]

Een aantal GPU-fabrikanten, van groot naar klein:

  • Intel: hoewel Intel voornamelijk CPU's produceert, hebben ze ook grafische kaarten (zoals de Larrabee, voor de professionele markt) en geïntegreerde grafische processors (die qua prestaties het bij lange na niet halen in vergelijking met een 'echte' grafische kaart).
  • nVidia: nVidia maakt de GeForce-serie voor de consument en de Quadroserie voor professioneel gebruik.
  • AMD, vroeger ATI: AMD maakt de Radeonserie voor de consument en de Fire/FireGL-serie voor de professionele markt.
  • Matrox-chipsets en -kaarten voor de professionele markt. Dit zijn kaarten die meestal speciaal ontworpen zijn voor meer dan een monitor.
    • De fabrikanten verwerken de GPU samen met de andere videokaartonderdelen. Enkele voorbeelden zijn: XFX, EVGA, ASUS, HIS, Point-Of-View, Gainward, Chainteck, Gecube, Expert Vision, Leadtek, MSI, Sapphire en Club3D. Er zit weinig verschil tussen de kaarten van deze fabrikanten: meestal een ander softwarepakket, type geheugen en prijs. Soms wijkt een fabrikant af van de standaardkaart en verandert de klokfrequenties door ze standaard over te klokken. Dit wordt vaak aangeduid met OC (overclocked). Ook kiezen sommige fabrikanten een andere koeler, die geluidarmer is of beter koelt.
  • 3Dlabs die richt zich op de professionele markt, maar is een kleinere speler.
  • S3, die de Chromeserie maakt. Deze kaarten onderpresteren, vergeleken bij hun directe concurrenten.

Zie ook[bewerken]