تاریخچه کارت‌ های گرافیک انویدیا (قسمت دوم)

در قسمت قبل دیدیم که انویدیا فعالیت خود به عنوان سازنده‌ی پردازنده‌های گرافیکی را چگونه آغاز کرد و با موفقیت در عرضه‌ی کارت‌های سری جی فورس، توانست نظر مایکروسافت را برای استفاده از تراشه‌ی GeForce3 در کنسول ایکس باکس جلب کند. در این قسمت علاوه بر معرفی کارت‌های GeForce سری 6000، 7000، 8000 و 9000، با مشهورترین و پرکاربردترین معماری تاریخ انویدیا یعنی معماری تسلا آشنا خواهیم شد.

NV17: نخستین GeForce4

انویدیا در سال ۲۰۰۲ با معرفی چند GPU که بر اساس معماری‌های مختلف و متفاوتی ساخته شده بودند، حسابی گرد و خاک به پا کرد. تمامی کارت‌های مذکور تحت برند GeForce4 بازاریابی می‌شدند. پایین‌رده‌ترین GeForce4 از تراشه‌ی NV17 استفاده می‌کرد که در واقع نسخه‌ای از تراشه‌ی NV11 کارت‌های GeForce2 بود که با استفاده از فرآیند ساخت ۱۵۰ نانومتری تولید می‌شد و سرعت کلاکی بین ۲۵۰ تا ۳۰۰ مگاهرتز داشت. طراحی این کارت در مقایسه با NV20 به شدت آسان‌تر بود و باعث می‌شد انویدیا بتواند با محصولی مقرون به صرفه وارد بازار دسکتاپ و محصولات قابل حمل شود.

انویدیا سپس دو نسخه از هسته‌ی NV17 را با نام‌های NV18 و NV19 عرضه کرد. NV18 دارای باس بروزرسانی شده برای رابط AGP 8X بود و NV19 هم در واقع مدلی از NV18 بود که از درگاه PCIe پشتیبانی می‌کرد. حافظه‌ی DDR موجود بر روی این دو چیپ هم سرعتی بین ۱۶۶ تا ۶۶۷ مگاهرتز داشت.

NV25: پایانی بر جی‌فورس‌های تک رقمی

در حالی که NV17 نیمه‌ی پایین بازار را پوشش می‌داد، انویدیا NV25 را عرضه کرد تا در بازار کارت‌های بالارده حرفی برای گفتن داشته باشد. NV25 به عنوان بهبودی بر معماری GeForce3 توسعه داده شده بود و منابع سخت افزاری آن تقریباً تغییری نسبت به نسل قبل نداشتند. این منابع شامل ۴ پایپ لاین پیکسل، ۸ TMU (واحد نگاشت بافت) و ۴ ROP می‌شدند. NV25 از ۴ سایه‌زن ورتکس بهره می‌برد و نسخه‌ی بهبود یافته‌ای از سیستم LMA-II در آن استفاده می‌شد.

NV25 روی چیپ خود ۶۳ میلیون ترانزیستور با سرعت کلاک بین ۲۲۵ تا ۳۰۰ مگاهرتز را جای داده بود. ۱۲۸ مگابایت حافظه‌ی DDR آن نیز سرعت کلاکی بین ۵۰۰ تا ۵۰ مگاهرتز داشت.

نتایج بنچمارک‌های NV25 در بازی‌هایی که از دایرکت ایکس ۷ استفاده می‌کردند، حاکی از بهبود ۱۰ درصدی عملکرد نسبت به GeForce3 بود، اما بازی‌هایی که از دایرکت ایکس ۸ و سایه‌زن‌های ورتکس پشتیبانی می‌کردند، با استفاده از کارت‌های NV25 تا ۳۸ درصد بهبود عملکرد را تجربه می‌کردند.

انویدیا بعدها مدل تغییر یافته‌ای از چیپ NV25 را با نام NV28 عرضه کرد. تنها تفاوت چیپ جدید پشتیبانی آن از درگاه AGP 8X بود.

NV30: نخستین کارت‌های سری FX 5000

در سال ۲۰۰۲، دنیای گیمینگ شاهد عرضه‌ی DirectX 9 مایکروسافت بود؛ یکی از تاثیرگذارترین و پر استفاده‌ترین APIهای گیمینگ تا به امروز. ATI و انویدیا هم برای عقب نماندن از قافله هر دو سریعاً مشغول توسعه‌ی سخت افزارهای سازگار با دایرکت ایکس ۹ شدند، و برای چنین کاری لازم بود تا GPUهای جدید آن‌ها با Pixel Shader 2.0 سازگار بودند. ATI توانست در این رقابت گوی سبقت را از انویدیا برباید و در آگوست ۲۰۰۲ اولین کارت‌های سازگار با DX9 را به بازار روانه کند. انویدیا نیز تا پایان همان سال کارت‌های سری FX 5000 خود را که از API جدید مایکروسافت پشتیبانی می‌کردند به بازار عرضه کرد.

هرچند انویدیا از رقیب خود دیرتر وارد بازار شده بود، اما استفاده از ویژگی‌های جدید در این کارت‌ها باعث جذب توسعه دهندگان بازی به سخت افزار این شرکت شد. مهمترین این ویژگی‌ها استفاده از نسخه‌ی اختصاصی پیکسل شیدر انویدیا با نام Pixel Shader 2.0A بود. این نسخه از پیکسل شیدر نسبت به Pixel Shader 2.0 مایکروسافت دارای برتری‌هایی از جمله «بافت وابسته‌ی» نامحدود، تعداد اسلات‌های دستورالعمل بیشتر، قابلیت پیش‌بینی دستور العمل و افکت‌های گرادینت پیشرفته‌تر بود. این بهبود‌ها بعدها به بخشی از Pixel Shader 3.0 مایکروسافت تبدیل شدند.

پردازنده‌ی گرافیکی NV30 که با استفاده از فرآیند ساخت ۱۳۰ نانومتری تولید می‌شد، سرعت کلاکی بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ مگاهرتز داشت و از ۱۲۸ تا ۲۵ مگابایت حافظه‌ی DDR2 روی باس ۱۲۸ بیتی با فرکانس ۸۰۰ یا ۱۰۰۰ مگاهرتز بهره می‌برد. NV30 به استفاده از طراحی ۴ پایپ لاینه به همراه دو سایه‌زن ورتکس، ۸ TMU و ۴ ROP ادامه داد. انویدیا در مدل‌های پایین‌رده‌ی خود از نسخه‌ای از NV30 بهره می‌برد که دارای تنها یک سایه‌زن ورتکس و ۴ TMU بود و از حافظه‌های ارزان قیمت DDR استفاده می‌کرد.

NV35: کارت‌های FX 5000 بهبود یافته

اگر چه در ابتدا از هسته‌های NV30 در پرچمدار سری FX 5000 استفاده می‌شد، اما انویدیا تنها چند ماه بعد مدل سریع‌تری از پردازنده‌های گرافیکی خود با نام NV35 را عرضه کرد که در آن یک سایه‌زن ورتکس دیگر اضافه شده بود. همچنین هسته‌های جدید می‌توانستند از حافظه‌ی DDR3 و باس ۲۵۶ بیتی نیز استفاده کنند.

کارت‌های سری FX 5000 باوجود استفاده از ویژگی‌های متعدد و پیشرفته، به دلیل عملکرد ضعیف‌تر نسبت به کارت‌های ATI به شدت مورد انتقاد قرار گرفتند. این کارت‌ها همچنین به طرز عجیبی داغ می‌شدند و OEMها مجبور بودند کارت‌های سری FX 5000 انویدیا را با خنک کننده‌های بزرگ طراحی کرده و به فروش برسانند.

NV40: Nvidia GeForce 6800

تنها یک سال پس از عرضه‌ی سری FX 5000، انویدیا سری 6000 را عرضه کرد. کارت GeForce 6800 Ultra که پرچمدار انویدیا در این خانواده محسوب می‌شد، از هسته‌ی NV40 استفاده می‌کرد. با داشتن ۲۲۲ میلیون ترانزیستور، ۱۶ پایپ لاین سوپر اسکالر، ۶ سایه‌زن ورتکس، پشتیبانی از Pixel Shader 3.0 و ممیز شناور ۳۲ بیت، پردازنده‌ی گرافیکی جدید انویدیا منابع بسیار بیشتری نسبت به NV30 در خود جای داده بود. به تمام آنچه گفته شد ۵۱۲ مگابایت حافظه‌ی GDDR3 بر روی باس ۲۵۶ بیت را نیز بیفزایید تا به کارتی با دو برابر قدرت نسبت به نسل قبل از خود برسیم. این در حالی بود که کارت‌های سری 6000 از لحاظ مصرف انرژی نیز بهینه‌تر عمل می‌کردند.

NV43: GeForce 6600

پس از اینکه انویدیا با عرضه‌ی موفقیت آمیز کارت‌های سری 6000 توانست جای پای خود در بازار GPUهای بالارده را محکم کند، توجه خود را به تولید یک چیپ میان‌رده با نام NV43 معطوف کرد. از این چیپ درون کارت GeForce 6600 استفاده می‌شد و در واقع مشخصات آن نصف مشخصات NV40 بود که بالاتر به آن اشاره کردیم. با این حال، NV43 از یک مزیت کلیدی نسبت به سلف خود بهره می‌برد؛ لیتوگرافی ۱۱۰ نانومتری. کاهش میزان منابع به کار رفته بر روی چیپ باعث می‌شد NV43 برای تولید بسیار ارزان‌تر باشد و فرآیند ساخت ۱۱۰ نانومتری نیز به کاهش مصرف انرژی و امکان افزایش ۲۰ درصدی سرعت کلاک GeForce 6600 کمک می‌کرد.

G70: کارت‌های 7800 GTX و 512 7800 GTX

GeForce 7800 GTX که از GPU جدیدی با نام رمز G70 استفاده می‌کرد جایگزین GeForce 6800 شد. پردازنده‌ی گرافیکی جدید که همچنان بر مبنای لیتوگرافی ۱۱۰ نانومتری NV43 تولید می‌شد، دارای ۲۴ پایپ لاین پیکسل، ۲۴ TMU، هشت سایه‌زن ورتکس و ۱۶ ROP بود. این GPU می‌توانست از ۲۵۶ مگابایت حافظه GDDR3 با سرعت کلاک ۶۰۰ مگاهرتز بر روی باس ۲۵۶ بیتی استفاده کند. فرکانس خود هسته نیز بر روی ۴۳۰ مگاهرتز تنظیم شده بود.

اگرچه 7800 GTX در زمان خود بسیار قدرتمند به شمار می‌رفت، اما انویدیا به همین میزان راضی نبود و با بهبود طراحی، کارت GeForce 7800 GTX 512 را با فاصله‌ی زمانی کمی نسبت به 7800 GTX عرضه کرد. در کارت جدید، انویدیا با تغییر طراحی هسته توانست به طرح خنک‌تری دست پیدا کند. طراحی خنک‌تر به انویدیا این اجازه را می‌داد تا سرعت کلاک هسته را تا ۵۵۰ مگاهرتز افزایش دهد. انویدیا همچنین با کاهش دادن تاخیر (latency) مموری کنترلر توانست پهنای باس را به ۵۱۲ بیت، و فرکانس مموری را به ۸۵۰ مگاهرتز افزایش دهد. حافظه‌ی کارت نیز ظرفیتی برابر با ۵۱۲ مگابایت داشت.

G80: کارت‌های سری GeForce 8000 و تولد تسلا

انویدیا با معرفی کارت‌های سری GeForce 8000 از ریزمعماری جدید خود با نام تسلا پرده برداشت. تسلا که اولین طراحی سایه‌زن یکپارچه‌ توسط انویدیا به شمار می‌رفت، رکورد بیشترین مدت زمان استفاده را در بین تمامی معماری‌های انویدیا به خود اختصاص داده است. این معماری از سال ۲۰۰۶ تا سال ۲۰۱۰ در کارت‌های سری GeForce 8000، GeForce 9000، GeForce 100، GeForce 200 و GeForce 300 استفاده می‌شد.

پرچمدار سری GeForce 8000، کارت 8800 GTX بود که از هسته‌های ۸۰ نانومتری G80 و ۶۸۱ میلیون ترانزیستور استفاده می‌کرد. به لطف معماری سایه‌زن یکپارچه، 8800 GTX و بقیه‌ی سری 8000 به طور کامل از API جدید مایکروسافت در آن زمان یعنی DirectX 10 و Pixel Shader 4.0 پشتیبانی می‌کردند. 8800 GTX از ۱۲۸ سایه‌زن با سرعت کلاک ۵۷۵ مگاهرتز و ۷۶۸ مگابایت حافظه‌ی GDDR3 بر روی باس ۳۸۴ بیتی استفاده می‌کرد. انویدیا همچنین تعداد TMUها را به ۶۴ و ROPها را به ۲۴ عدد افزایش داده بود. تمامی این بهبودها باعث می‌شدند تا GeForce 8800 GTX در تست‌های رزولوشن بالا، دو برابر بهتر از نسل قبل از خود عمل کند.

با بهبود فرآیند ساخت، انویدیا پرچمدار خود یعنی 8800 GTX را با 8800 Ultra جایگزین کرد. اگرچه هر دو کارت گرافیک از هسته‌های G80 مشابه استفاده می‌کردند، اما پرچمدار جدید سرعت کلاکی برابر با ۶۱۲ مگاهرتز داشت که باعث می‌شد نسبت به 8800 GTX اندکی سریع‌تر ظاهر شود.

G92: کارت‌های سری GeForce 9000 و بهبود تسلا

انویدیا با اندکی بازنگری در معماری تسلا، به استفاده از این معماری در سری کارت‌های GeForce 9000 خود نیز ادامه داد. هسته‌های G92 که درون پرچمدار این سری جای گرفته بودند، در واقع همان هسته‌های G80 با لیتوگرافی ۶۵ نانومتری بودند. انویدیا توانست با استفاده از فرآیند ساخت جدید، به سرعت‌های ۶۰۰ تا ۶۵۰ مگاهرتز برای هسته دست پیدا کند و در عین حال مصرف انرژی را نیز کاهش دهد.

به لطف بهینه بودن مصرف انرژی و کاهش گرما، انویدیا توانست کارت‌های GeForce 9800 GX2 را با دو GPU عرضه کند؛ کاری که با استفاده از هسته‌های پر مصرف G80 غیر ممکن بود. 9800 GX2 توانست در تست‌ها 8800 Ultra را با اختلاف ۲۹ تا ۴۱ درصد پشت سر بگذارد. هر پردازنده‌ی G92 بر روی کارت 9800 GX2 به ۵۱۲ مگابایت حافظه‌ی GDDR3 دسترسی داشت و این در حالی بود که 8800 Ultra در کل تنها ۷۶۸ مگابایت حافظه داشت. البته 9800 GX2 به طرز قابل توجهی از 8800 Ultra گران‌تر بود که این موضوع باعث می‌شد به سختی فروش برود.

انویدیا بعدها کارت GeForce 9800 GTX را با استفاده از تنها یک پردازنده‌ی گرافیکی G92، فرکانس ۶۷۵ مگاهرتز و ۵۱۲ مگابایت حافظه‌ی GDDR3 عرضه کرد. این نسخه از GTX 9800 به لطف سرعت کلاک بالاتر خود اندکی از 8800 Ultra سریع‌تر بود، اما به دلیل RAM محدود، مشکلاتی را با خود به همراه داشت. در نهایت انویدیا کارت‌های GeForce 9800 GTX پلاس را با استفاده از چیپ جدید و ۵۵ نانومتری G92B، جایگزین GTX 9800 کرد. سرعت کلاک GeForce 9800 GTX پلاس به ۷۳۸ مگاهرتز و میزان حافظه‌ی آن به ۱ گیگابایت افزایش پیدا کرده بود.

این مطلب ادامه دارد...