بررسي عملکرد پهناي باند و مقدار حافظه در عملکرد کارت‌ گرافيک

مقدمه
در بين کنسول‌هاي مختلف بازي‌، شمار زيادي از افراد، از کامپيوترهاي شخصي براي اين منظور استفاده مي‌کنند. چنين کامپيوتر‌هايي براي اجراي بازي‌هاي کامپيوتري مدرن در بهترين حالت، بايد داراي پردازنده‌هاي قدرتمند،حافظه اصلي با سرعت و حجم مناسب و از همه مهم تر کارت گرافيک به روز و سريع باشند.
آمار و تجربه در بين فروشندگان قطعات سخت افزاري کامپيوترهاي شخصي، نشان مي‌دهد بيشتر افرادي که از کامپيوترهاي شخصي خود براي اجراي بازي‌هاي کامپيوتري نيز استفاده مي‌کنند، هزینه ای بين 90 الي 150 هزار تومان را براي خريد کارت گرافيک کنار مي‌گذارند.
حال جالب است بدانيد، بيشترين تنوع در بين کارت‌هاي گرافيک با مدل‌هاي يکسان از نظر سرعت و حجم حافظه و ... در اين محدوده قيمت وجود دارد. لذا همواره در بين خريداران نوعي دو دلي وجود دارد که انتخاب نهايي را مشکل مي‌سازد.
در اين مقاله قصد داريم با اتکا به تست‌هاي استاندارد و مختلف انتخاب را براي شما آسان‌تر سازيم.
معرفي
قبل از شروع هر گونه توضيح ابتدا لازم است، بخش‌هاي مختلف و عواملي که در افزايش توانايي و سرعت کارت‌هاي گرافيک نقش مهمي‌ايفا مي‌کنند را نام ببريم.

GPU :
پردازنده گرافيکي که به اصطلاح لاتين Graphic Processing Unit ناميده مي‌شود نوعي پردازنده است که بر اساس پردازش موازي کار مي‌کنند و بر خلاف CPU که از دستورالعمل‌هاي(Single Instruction Multiple Data)SIMD براي پرداش بردار استفاده مي‌کنند، از دستورالعمل‌هاي (Single Instruction Multiple Thread)SIMTبراي اين منظور استفاده مي‌کنند.
عوامل زيادي در افزايش تواناييGPU موثرند، از اين موارد مي‌توان به تعداد پردازنده‌هاي جرياني(Stream Processors)‌ به کار رفته در آن، فرکانس هسته و فرکانس پردازنده‌هاي سایه زن (Shader Clock)و در نهايت کيفيت و بازدهي معماري به کار رفته در GPU اشاره کرد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 1: نمايي از چيپ کارت گرافيک

Video Memory
اين حافظه که به اصطلاح Local Video Memory ناميده مي‌شود و بر روي بورد کارت گرافيک مستقر است به طور مستقيم با پردازنده گرافيکي (GPU) و به واسطه MCH يا چيپ کنترلر حافظه مادربورد، با پردازنده مرکزي (CPU) و در نهايت حافظه اصلي سيستم(RAM) در ارتباط است.
Interface يا اصطلاحا درگاهي که اين ارتباط را بين حافظه VGA و مادربورد مرتبط مي‌سازد، در کامپيوترهاي امروزي PCI-Express نام دارد که در نسخه 1.0 ، سرعت تبادل اطلاعات حداکثر 8GB/S و در نسخه 2.0 اين مقدار، حداکثر به 16GB/S مي‌رسد.
آنچه در نگاه اول از نرخ تبادل اطلاعات، بين حافظه کارت‌هاي گرافيک و حافظه اصلي سيستم استنتاج مي‌شود، اين است که تراکنش اطلاعات بين اين دو، به اندازه سرعت تبادل اطلاعات بين GPU و حافظه محلي موجود در کارت گرافيک به مراتب اهميت کمتري دارد. اين موضوع دو دليل عمده دارد:
• پهناي باند حافظه اصلي سيستم در پلتفرم‌هاي کنوني و رايج کمپاني‌هاي Intel و AMD حتي با استفاده از بهترين و پرسرعت‌ترين حافظه‌هاي موجود به ندرت از مقدار حداکثر 16GB/S عبور مي‌کند ( البته با وجود پلتفرم جديد Corei7 کمپاني اينتل اين موضوع کمي‌اهميت بيشتري پيدا خواهد کرد). همچنين پهناي باند ارتباط GPU با حافظه Local در مدل‌هاي‌ قدرتمند کارت‌هاي گرافيک موجود در بازار چيزي بيشتر از 100GB/S است که اختلاف فاحش بين اين دو، به وضوح اين مسئله را ثابت مي‌کند.
• معمولا موتور‌هاي گرافيکي به کار رفته در بازي‌هاي کامپيوتري و بسياري از نرم افزار‌هاي ويرايش تصاوير 3D به گونه‌اي کد نويسي و در نهايت بهينه سازي مي‌شوند که ارتباط بين اين دو حافظه، حداقل در رزوليشن‌ها و تکنيک‌هاي هموار کردن ناصافي‌ها (Anti-Aliasing) متعارف به کمترين مقدار خود برسد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 2: حافظه کارت گرافيک به طور مستقيم با GPU، CPU و حافظه اصلي سيستم در ارتباط است.

از آن گذشته، هدف اصلي ما در اين مقاله بررسي نتايج به دست آمده در ماحصل تغييرات حجم و پهناي باند حافظه موجود بر روي بورد کارت گرافيک مي‌باشد که همانطور که قبلا اشاره کرديم به صورت مستقيم با GPU در ارتباط است.

حجم حافظه ( Memory Size ) :
کارت‌هاي گرافيکي مدرن و امروزي معمولا بيش از256MB حافظه بر روي برد خود دارند. همچنين تجربه و نتايج به دست آمده در تست‌هاي مختلف نرم افزار‌ها وبرايش تصاوير 3 بعدي و بازي‌هاي کامپيوتري مدرن نشان داده است که در رزوليشن‌هاي متعارف که کاربردهاي عمومي‌بيشتري دارند (رزوليشني که مونيتورهاي ال‌سي‌دي حداکثر 20 اينچ موجود در بازار پشتيباني مي‌کنند) و همينطور مقدار جزئيات قابل پردازش به نحو قابل قبول توسط کارت‌هاي گرافيک رده متوسط، 512MB حافظه Local به خوبي جوابگوي نياز‌هاي کنوني و حتي آينده نزديک است.

پهناي باند حافظه ( Memory Bandwidth )
2 عامل مهم، در شکل گيري پهناي باند بين GPU و حافظه Local ، نقش مهمي ‌دارند :
•width Memory Bus :
در واقع واسط حافظه ناميده مي‌شود. اين واسط در کارت‌هاي گرافيک مدرن امروزي بيش از 256Bit مي‌باشد. کمپاني‌هاي سازنده، با توجه به Controller به کار رفته در GPU و محاسبه قيمت تمام شده کارت‌هاي گرافيک، اين مقدار را تعيين مي‌کنند. لازم به ذکر است که يکي از مهم ترين عواملي که قيمت تمام شده يک کارت گرافيک را در نهايت تعيين مي‌کند همين عامل مي‌باشد.
•Memory Clock :
فرکانس کاري حافظه نيز عامل ديگر است که در شکل گيري پهناي باند حافظه موثر مي‌باشد، اين عامل خود در وحله اول به تکنولوژي ساخت حافظه وابسته است. هر يک از تکنولوژي‌هاي DDR ،DDR2 ،DDR3 ، GDDR4 وGDDR5 محدوه فرکانس خاص خود را دارند. براي مثال حافظه‌هاي DDR2، در استاندارد JEDEC و با توجه به مدل، در محدوده فرکانسي 1066MHz - 800MHz - 667MHz - 533MHz - 400MHz کار مي‌کنند و داراي ولتاژ کاري1.8v هستند. همچنين مدل‌هاي GDDR2 اين حافظه‌ها که از استاندارد‌هاي JEDEC تبعيت نمي‌کنند در Cycle time‌هاي کمتر و با ولتاژي حدود 2.0v کار مي‌کنند. حافظه‌هاي DDR3 نيز تحت همان استاندارد JEDEC در محدوده فرکانسي
800MHz - 1066MHz - 1333MHz - 1600MHz و با ولتاژ کاري حدودا 1.5v کار مي‌کنند. همچنين مدل‌هاي GDDR3 نيز با Cycle time‌ هاي کمتر و ولتاژي حدودا تا 1.9v نيز در محدوده فرکانسي 1600MHz - 1800MHz - 2000MHz کار مي‌کنند.
براي درک بيشتر تاثير دو عامل بالا مي‌توانيم اين طور مثال بزنيم:
کارت گرافيکي با واسط حافظه 128 Bitو فرکانس کاري2000MHz GDDR3 - داراي پهناي باند حافظه برابر با حداکثر 32GB/S مي‌باشد.
حال همان کارت گرافيک با واسط حافظه 256 Bit و فرکانس کاري GDDR2 -1000MHz نيز داراي همان پهناي باند حداکثر 32GB/S مي‌باشد.
در واقع مشاهده کرديد که اين دو عامل در واقع مکمل يکديگر مي‌باشد.

تست و بررسي و تحليل نتايج
براي اين منظور از يکي از مدل‌هاي پرفروش بازار، يعني nvidia Geforce 9500GT استفاده کرديم. انواع و اقسام مختلف از اين مدل در بازار موجود هستند.
مشخصات فني چيپ گرافيکي G96 کمپاني nVidia که در اين مدل به کار رفته و همچنين مدل حافظه‌هاي توصيه شده توسط کمپاني سازنده چيپ مطابق شکل 3 است:

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 3 : مشخصات فني چيپ گرافيکي G96

همانطور که در جدول فوق مشخص است، کمپاني سازنده، حجم حافظه از نوع DDR3 1600MHz را 256MB تعيين کرده است، همچنين براي مدل DDR2 استفاده از حافظه با حجم 512MB و فرکانس کاري 1000MHz را کافي دانسته است. در واقع سياست‌هاي کمپاني سازنده براي کنترل قيمت تمام شده مدل مورد نظر، در زماني اعمال شده بود که قيمت جهاني حافظه‌ها بالا بوده، در حال حاضر که قيمت جهاني حافظه‌هاي ياد شده به مقدار قابل توجهي کاهش يافته، حتي کمپاني‌هاي معتبر نيز اقدام به استفاده از حافظه‌هاي مختلف با حجم‌هاي دو برابر مقدار ياد شده کرده‌اند. لازم به ذکر است که تقريبا تمام کمپاني‌هاي تولید کننده کارت‌هاي گرافيک که از مدل 1GB حافظه DDR2 براي اين مدل استفاده نموده‌اند از نوع DDR2-800MHz در اين استفاده کرده¬اند. اين تغيير، بدون شک جهت کنترل قيمت تمام شده محصول بوده است.
لابراتوار رايانه خبر براي اين مقاله دو مدل زير را تهيه کرده‌ است :
Model : SPARKLE Nvidia Geforce 9500GT
Memory Type : GDDR3 1600MHz
Memory Size : 512MB
Memory Width : 128Bit

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 4 : مشخصات کارت انتخابي 1

Model : SPARKLE Nvidia Geforce 9500GT
Memory Type : DDR2 800MHz
Memory Size : 1024MB
Memory Width : 128Bit

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 5 : مشخصات کارت انتخابي 2

در حال حاضر اين دو مدل با قيمت مشابه حدود 90 هزار تومان در بازار ايران ( با گارانتي شرکت فاره ) موجود هستند.
همانطور که از مشخصات مدل‌هاي بالا نمايان است، ما دو مدل را انتخاب کرديم، به اين صورت که پهناي باند حافظه در مدل DDR3 دو برابر و از سوي ديگر حجم حافظه در مدل DDR2 2 برابر مدل DDR3 است.
در واقع هدف اصلي ما از اين مقاله، بررسي و تست شرايط بالا بود تا تاثيرات حجم و پهناي باند حافظه را در کارت‌هاي گرافيک با GPU‌هاي يکسان مشاهده کنيم.

شرايط تست :
براي تست کارت‌هاي گرافيک ياد شده از سيستم پلتفرم اينتل لابراتوار رايانه خبر استفاده نموديم.

جدول 1: جدول مشخصات سيستم تست
از آنجا که تقريبا تمام بازي‌هاي کامپيوتري مدرن بر پايه DirectX 10.0 پايه ريزي مي‌شوند، ما هم در تست‌ها به غير از تست 3DMARK 06 تماما از بازي‌هاي کامپيوتري و نرم افزار معتبر بر پايه Direct X 10 بهره برديم.
همچنين اين پيش‌بيني را نيز کرديم که چون حافظه Local فقط زماني به خوبي محک مي‌خورد که تست‌ها در رزوليشن‌هاي بالا و تنظيمات جزييات بازي بالا انجام شود، به همين دليل تست ها تماما با حداکثر رزوليشن قابل پشتيباني توسط يک مونيتور ال‌سي‌دي 20 اينچ رايج (1680 x 1050) و جزييات گرافيکي بالا انجام شده است. همچنين اگر FPS در حين تست قابل قبول بود از Anti-Aliasing نيز در تست استفاده کرديم.

تست(3DMARK 06 (DX 9.0
تست مزبور همواره يکي از بهترين تست ها جهت محک زنی کارت‌هاي گرفيک بوده، اين نرم افزار با استفاده از تست‌هاي مجزا، تکنيک‌هاي سايه‌زني رنگ Shader Model 2.0 و Shader Model 3.0 کارت‌هاي گرافيک را با تست‌هاي نسبتا سنگين ارزيابی می کند.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 6

آنچه از نگاه اول از نتيجه اين تست بدست مي‌آيد اين است که برتري 30% درصدي مدل 512MB DDR3 به روشني نمايان است.

تست(3DMARK Vantage (DX 10.0
اين تست بدون شک يکي از سنگين‌ترين و در عين حال معتبرترين تست‌هاي Direct X 10.0 محسوب مي‌شود. اين تست به شدت در رزولوشن‌هاي بالا، حافظه Local موجود بر روي بورد کارت گرافيک را اشغال مي‌کند و از زواياي مختلف نظير استفاده از آخرين تکنولوژي‌هاي سايه زني رنگ (Shader model 4.0) و نور پردازي، GPU را مورد آزمايش قرار مي‌دهد. همچنين اگر کمي ‌موشکافانه در حين تست اين نرم افزار CPU Usage را مشاهده کرده باشيد، متوجه مي‌شويد که تست‌هاي GPU اين نرم افزار به شدت نسبت به پردازنده ايزوله هستند، به بيان ديگر پردازنده در تست ياد شده خود را دخالت نمي‌دهد يا اينکه تاثير بسيار کمي دارد و فقط کارت گرافيک است که مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. اين خصيصه، نرم افزار ياد شده را در زمره نرم افزار‌هاي کاملا تخصصي تست کارت‌هاي گرافيک قرار مي‌دهد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 7

در اين تست نيز برتري 40% درصدي، با مدل 512MB DDR3 است.

تست(Call of Juarez (DX 10.0
اين بازي يکي از بازي‌هاي پرفروش و در عين حال مدرن که در بسياري از منابع معتبر تست و بررسي سخت افزار، مرجع معتبري براي تست کارت‌هاي گرافيک است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 8

در اين تست نسبتا سنگين نيز برتري 42% درصدي مدل 512MB DDR3 مشهود است. در واقع نتيجه به دست آمده براي هر دو مدل به دليل کم بودن FPS مناسب نيست، ولي هدف اصلي ما از اين تست تحت فشار قرار دادن هر دو مدل بود که به خوبي محقق شده است.