شرکت انویدیا – Nvidia

شرکت انویدیا

شرکت انویدیا یک شرکت آمریکایی و پیشگام در امر تکنولوژیهای کارتهای ویدیویی- گرافیکی- ایستگاههای کاری- رایانههای شخصی- handheld و… در سرتاسر جهان است- شرکت انویدیا یک فروشنده اصلی مدارهای مجتمع -IC- متناسب برای مادربرد کامپیوتر شخصی- پردازندههای گرافیکی -واحد پردازش گرافیکی- GPUs- کارتهای گرافیکی و رسانه و وسایل ارتباطاتی برای کامپیوترهای شخصی و کنسول های بازی از قبیل ایکس باکس اصل -Xbox- پلیاستیشن ۳ و… میباشد

تاریخچه شرکت انویدیا

شرکت انویدیا -Nvidia- در سال ۱۹۹۳ توسط جن-سون هوانگ -مدیر عامل فعلی شرکت- کریس مالاچوسکی و کورتیس پریم در سانتا کلارای کالیفرنیا شکل گرفت. هوانگ پیش از تاسیس انویدیا به عنوان طراح ریزپردازنده در AMD کار میکرد و دو موسس دیگر شرکت نیز به عنوان مهندس برای سان مایکروسیستمز مشغول به کار بودند.
هرچند امروزه- خانوادهی محصولات شرکت انویدیا شامل طیف گستردهای از سخت افزارها از جمله پردازندههای گرافیکی دسکتاپ GeForce- پردازندپردازندههای گرافیکی ورکاستیشن Quadro- سیستمهای بر روی چیپ -SOC- تگرا- و تبلتهای گیمینگ شیلد میشود- اما تمرکز اصلی شرکت انویدیا همچنان بر روی تولید کارتهای گرافیک است و بین عموم کاربران نیز هنوز به عنوان یک شرکت تولید کنندهی GPU شناخته میشود. با توجه به همین موضوع- در این سری مطالب قصد داریم تنها بر روی تاریخچهی کارتهای گرافیک دسکتاپ این شرکت تمرکز کنیم.

NV1: انویدیا وارد میشود

بلافاصله پس از تاسیس- شرکت انویدیا کار بر روی اولین محصول خود یعنی NV1 را شروع کرد. توسعهی NV1 دو سال به طول انجامید و در نهایت به صورت رسمی در سال ۱۹۹۵ عرضه شد. اولین محصول شرکت انویدیا که در زمان خود چیپ نوآورانهای محسوب میشد- میتوانست از پس پردازش دو بعدی و سه بعدی برآمده و در عین حال توانایی پردازش صدا را نیز با خود به همراه داشته باشد. پس از تصمیم سگا به استفاده از چیپ NV1 در کنسول خود با نام ساترن- شرکت انویدیا پشتیبانی از دستهی بازی کنسول سگا را به چیپ خود اضافه کرد. این موضوع باعث میشد تا کارتهای گرافیک دسکتاپ این شرکت هم بتوانند به صورت سخت افزاری از کنترلر سگا پشتیبانی کنند.

یکی از جنبههای منحصر به فرد شتاب دهندهی گرافیکی NV1- استفادهی آن از رویههای درجهی دوم به عنوان پایینترین سطح هندسی برای پردازش گرافیکی بود. این موضوع باعث میشد سازندگان بازیهای ویدیویی هنگام طراحی بازیهایشان برای NV1 با مشکلات زیادی مواجه باشند. معضل طراحی برای NV1 با عرضهی اولین نسخه از API دایرکت ایکس مایکروسافت از این هم پیچیدهتر شد- چرا که مایکروسافت در API خود از چندضلعی به عنوان پایینترین سطح هندسی استفاده میکرد.

کنسول بازی سگا ساترن

کارتهای دسکتاپ شرکت انویدیا در آن زمان از رابط متداول PCI با پهنای باند ۱۳۳ مگابایت بر ثانیه استفاده میکردند. NV1 میتوانست از حافظهی EDO با سرعت کلاک ۷۵ مگاهرتز استفاده کند و شتابدهندهی گرافیکی آن قادر بود از حداکثر رزولوشن ۱۶۰۰ در ۱۲۰۰ پیکسل و رنگ ۱۶ بیت پشتیبانی کند.

به لطف فروش کنسول ساترن سگا و کارتهای گرافیک دسکتاپ- شرکت انویدیا توانست در بازار باقی بماند- اما این به هیچ وجه به معنای موفقیت کارت NV1 نبود. عملکرد گرافیکی و صوتی کارت انویدیا چندان رضایت بخش نبود و اجزای سخت افزاری مختلف به کار رفته در آن باعث میشد قیمت نهایی کارت نسبت به رقبا زیاد باشد.

شرکت انویدیا کار بر روی NV2 را به عنوان جانشینی برای NV1 آغاز کرد- اما اختلافات با سگا باعث شد تا سگا از تکنولوژی PowerVR شرکت Imagination Technologies در کنسول جدید خود با نام دریم کست استفاده کند و در نتیجه NV2 کنسل شد.

شرکت انویدیا

NV3: Riva 128

ریوا ۱۲۸ که از آن با نام NV3 نیز یاد میشود- در سال ۱۹۹۷ عرضه شد و به طرز قابل توجهی از NV1 موفقتر بود. انویدیا در این کارت به جای استفاده از رویههای درجهی دوم- به استفاده از چندضلعی به عنوان پایینترین سطح هندسی روی آورد که بسیار متداولتر بود. این کار باعث میشد تا پشتیبانی از ریوا ۱۲۸ توسط بازیها آسانتر شود. پردازندهی گرافیکی ریوا ۱۲۸ همچنین برای نگاشت بافت نیز از چندضلعی استفاده میکرد. این تکنیک باعث میشد تا فریمها با سرعت بالاتری رندر شوند- اما در عوض کیفیت تصویر دچار افت شود.

GPU جدید انویدیا در دو مدل در دسترس بود: Riva 128 و Riva 128ZX. ریوا ۱۲۸ زد ایکس از تراشهی با کیفیتتری استفاده میکرد و به انویدیا این امکان را میداد تا فرکانس RAMDAC را در آن افزایش دهد. هر دو مدل از حافظهی SDRAM با سرعت کلاک ۱۰۰ مگاهرتز و باس ۱۲۸ بیتی استفاده میکردند. مجموع این مشخصات باعث میشد کارتهای انویدیا پهنای باندی برابر با ۱.۶ گیگابایت بر ثانیه داشته باشند. چیپهای ریوا ۱۲۸ زد ایکس البته از VRAM بیشتری نسبت به ریوا ۱۲۸ برخوردار بودند و سرعت کلاکشان بیشتر بود.

این دو GPU به دلیل قابلیت پردازش همزمان دو بعدی و سه بعدی نسبتا محبوب بودند- اما نسبت به رقیب خود یعنی کارتهای 3dfx سرعت پایینتری داشتند.

NV4: بمب دستساز انویدیا

در سال ۱۹۹۸- انویدیا از کارت جدید خود با نام Riva TNT -با نام رمز NV4- رونمایی کرد. درست مانند NV3- کارت جدید هم از قابلیت پردازش همزمان دو بعدی و سه بعدی بهره میبرد. انویدیا پشتیبانی از رنگ ۳۲ بیتی -True Color- را نیز به کارتهای ریوا تیانتی اضافه کرده بود و مقدار حافظهی آن را به ۱۶ مگابایت افزایش داده بود. اگرچه اسلات AGP در آن زمان در حال مشهور و متداولتر شدن بود- اما هنوز هم تعداد زیادی از سیستمها فاقد آن بودند- لذا انویدیا تصمیم گرفت کارتهای NV4 را به صورت عمده با رابط PCI عرضه کند و در کنار آن به عرضهی محدود کارتهای با رابط AGP نیز بپردازد.

همزمان با عرضهی کارتهای تیانتی- انویدیا برای بهبود سازگاری و عملکرد کارتهای خود- تلاش ویژهای را بر روی بروزرسانی منظم درایورهای گرافیکی معطوف کرد.

در زمان عرضهی Riva TNT- کارت Voodoo2 از 3dfx عنوان سریعترین کارت گرافیک بازار را در اختیار داشت- اما قیمت آن نسبت به کارت انویدیا بالاتر بود و علاوه بر آن- برای پردازش ۲ بعدی نیاز به کارتی مجزا داشت. نیاز به کارت دو بعدی مجزا در دههی ۹۰ میلادی بسیار معمول بود و Riva TNT با داشتن قابلیت پردازش همزمان دو بعدی و سه بعدی- به طرز قابل توجهی مقرون به صرفه به شمار میرفت.

کارت گرافیک انویدیا riva tnt

انویدیا قصد داشت تا Riva TNT را با سرعت کلاک ۱۲۵ مگاهرتز عرضه کند تا در جنگ عملکرد نیز در مقابل Voodoo2 پیروز میدان باشد- اما هستهی پردازنده در چنین سرعتی به شدت داغ میشد و پایدار نبود. در عوض انویدیا مجبور شد کارت را با سرعت کلاک ۹۰ مگاهرتز برای پردازنده و ۱۱۰ مگاهرتز برای RAM عرضه کند. با این حال- Riva TNT همچنان عملکرد رقابتی در برابر رقبا از خود نشان میداد و با عرضهی درایورهای جدید انویدیا با نام چاشنی -Detonator- عملکرد این کارت رقابتیتر نیز شد.

به طور کلی Riva TNT به دلیل عملکرد خوب و ویژگیهایش- بسیار موفق ظاهر شد. پشتیبانی درایوری خوب انویدیا نیز باعث شد افراد بسیاری به سمت این شرکت جذب شوند- چرا که در آن زمان مشکلات سازگاری سخت افزاری و کار کردن با درایورها کابوسی برای کاربران بود.

NV5: انفجاری دیگر

در سال ۱۹۹۹- انویدیا بار دیگر تلاش کرد تا عنوان سریعترین پردازندهی گرافیکی را از چنگ 3dfx در بیاورد. این بار Riva TNT2 -با نام رمز NV5- این وظیفه را بر عهده داشت. Riva TNT2 از لحاظ معماری به نسل قبل از خود شباهت داشت- اما به لطف موتور رندرینگ بهبود یافتهی خود میتوانست در سرعتهای کلاک برابر- ۱۰ تا ۱۷ درصد سریعتر از Riva TNT ظاهر شود. انویدیا همچنین پشتیبانی از اسلاتهای AGP 4X را نیز به کارت جدید خود اضافه کرد که باعث میشد پهنای باند کارت دوبرابر شود و مقدار VRAM آن نیز به ۳۲ مگابایت افزایش پیدا کند. اما شاید قابل توجه ترین تغییر- استفادهی انویدیا از فناوری ساخت ۲۵۰ نانومتری در Riva TNT2 بود که به انویدیا این اجازه را میداد تا سرعت کلاک کارت جدید خود را تا ۱۷۵ مگاهرتز افزایش دهد.

اصلیترین رقیب Riva TNT2 کارت Vodoo3 از 3dfx بود. این دو کارت به مدت چند سال عملکرد مشابهی از خود نشان میدادند و در نهایت مشخص نبود که کدام شرکت پیروز این راند از رقابت شده است.

NV10: روی آوردن انویدیا به نیروی جی!

در اواخر سال ۱۹۹۹- انویدیا از GeForce 256 -با نام رمز NV10- رونمایی کرد. تا پیش از این کارت- تمامی کارتهای گرافیکی با نام شتابدهندهی گرافیکی -graphics accelerators- یا کارت ویدیویی -video cards- شناخته میشدند- اما انویدیا برای اولین بار از عبارت GPU برای اشاره به GeForce 256 استفاده کرد و از این رو انویدیا را میتوان به عنوان مبدع GPU -یا حداقل مبدع کلمهی GPU!- به حساب آورد.

انویدیا کارت GeForce 256 را همراه با قابلیتهای جدید بسیاری از جمله پردازش سخت افزاری T&L عرضه کرد. این قابلیت به کارت گرافیک اجازه میداد تا محاسباتی که پیش از این پردازش آن معمولا به CPU سپرده میشد را انجام دهد. از آنجایی که موتور T&L در کارت گرافیک برای انجام تنها یک نوع پردازش خاص طراحی شده بود -بر خلاف CPU که برای انجام وظایف مختلف طراحی میشود– توان آن تقریبا ۵ برابر یک پردازندهی پنتیوم III با کلاک ۵۵۰ مگاهرتز -که در آن زمان بالارده محسوب میشد- بود.

طراحی جیفورس از جهات دیگر نیز با تیانتی تفاوت داشت. برای مثال GeForce 256 به جای دو پایپ لاین پیکسل- از چهار پایپ لاین استفاده میکرد. هرچند GeForce 256 نمیتوانست به سرعت کلاک Riva TNT2 دست پیدا کند- اما به دلیل استفاده از پایپ لاینهای بیشتر- ۵۰ درصد از نسل قبل خود سریعتر عمل میکرد. این کارت همچنین اولین کارت گرافیک انویدیا به شمار میرود که از ۳۲ تا ۶۴ مگابایت DDR SDRAM استفاده میکرد. فرآیند ساخت ترانزیستورهای GPU نیز در این کارت به ۲۲۰ نانومتر رسید. سرعت کلاک هستهی GeForce 256 به ۱۲۰ مگاهرتز میرسید و سرعت RAM آن بین ۱۵۰ تا ۱۶۶ مگاهرتز متغییر بود.

GeForce 256 در یک زمینهی دیگر نیز -اولین- بود. در این کارت برای اولین بار انویدیا از شتاب دهندهی سخت افزاری برای پخش فایلهای ویدیویی استفاده کرد- هرچند این قابلیت تنها به پخش فایلهای MPEG-2 محدود میشد.

NV11- NV15- NV16: GeForce2

انویدیا نسل بعد از GeForce 256 را GeForce2 نامید. علیرغم عدم تغییر معماری GeForce2 نسبت به نسل قبل- انویدیا توانسته بود با استفاده از فناوری ساخت ۱۸۰ نانومتری- تعداد TMUهای -واحد نگاشت بافت- متصل به هر پایپ لاین را دوبرابر افزایش دهد. انویدیا در کارتهای GeForce2 از سه نوع هستهی مختلف با نامهای NV11- NV15 و NV16 استفاده میکرد. هر سهی این هستهها معماری مشابهی داشتند- با این تفاوت که NV11 تنها دارای دو پایپ لاین پیکسل بود- در حالی که NV15 و NV16 هر کدام چهار پایپ لاین پیکسل داشتند. علاوه بر این- NV16 در سرعت کلاک بالاتری کار میکرد.

کارتهای سری GeForce2 همچنین اولین کارتهای گرافیک انویدیا بودند که از قابلیت اتصال چند مانیتور به صورت همزمان پشتیبانی میکردند. GPUهای GeForce2 در دو مدل با حافظهی SDR و DDR عرضه میشدند.

شرکت انویدیا

NV20: The GeForce3

در سال ۲۰۰۱- GeForce3 -با نام رمز NV20- به عنوان اولین کارت سازگار با DirectX 8 انویدیا از راه رسید. هستهی این کارت از ۶۰ میلیون ترانزیستور ۱۵۰ نانومتری که با سرعت ۲۵۰ مگاهرتز کار میکردند تشکیل شده بود. انویدیا در این کارتها سابسیستم جدیدی برای حافظهی کارت گرافیک با نام Lightspeed Memory Architecture -LMA- معرفی کرد. LMA طراحی شده بود تا زد بافر را کاهش داده و در نتیجه نیاز به پهنای باند بالا را برطرف کند.

به طور کلی GeForce3 عملکرد بهتری از GeForce2 از خود نشان میداد- اما به دلیل پیچیدگی فرآیند ساخت GPU- قیمت تمام شدهی آن نسبتا بالا بود.

NV2A: انویدیا و ایکس باکس

شرکت انویدیا در سال ۲۰۰۱ بار دیگر به بازار کنسولهای خانگی بازگشت و این بار قرار بود در قلب کنسول ایکس باکس مایکروسافت جای بگیرد. مایکروسافت برای ساخت کنسول ایکس باکس -اولین ایکس باکس- ملقب به Original Xbox- از قطعاتی کاملا مشابه با کامپیوترهای مدرن آن زمان استفاده میکرد و در نتیجه GPU کنسول نیز در واقع مدل دستکاری شدهای از GeForce3 بود. درست مانند NV20- تراشهی NV2A درون ایکس باکس نیز دارای چهار پایپ لاین پیکسل و دو TMU به ازای هر پایپ لاین بود. انویدیا همچنین وظیفهی طراحی سخت افزار صوتی ایکس باکس با نام MCPX یا SoundStorm را نیز بر عهده داشت.

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. شرکت انویدیا

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 تقریبا 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.

شرکت 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 سریعا 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 شرکت 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.

شرکت انویدیا

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 OEM ها مجبور بودند کارتهای سری FX 5000 شرکت 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- شرکت 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 سایه زن 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 شرکت انویدیا با عرضهی موفقیت آمیز کارتهای سری 6000 توانست جای پای خود در بازار GPU های 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. شرکت انویدیا

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

شرکت 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

شرکت 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.

gigabyte GeForce 9800 GX2

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.

G92B: کارتهای سری GeForce 100

پس از پایان یافتن توسعهی سری 9000- انویدیا کارتهای سری GeForce 100 را معرفی کرد و تولید آنها را به طور کامل به OEMها سپرد- به این معنا که کارتهای سری 100 تنها در دستگاههای از پیش آماده شده استفاده میشدند و کاربران قادر نبودند این کارتها را به صورت مجزا در بازار پیدا کنند. تمامی محصولات سری 100 در واقع همان GPUهای سری 9000 بودند که سرعت کلاک آنها اندکی بهبود یافته و تحت برند جدید GeForce 100 عرضه میشدند.

GT200: سری GeForce 200 و معرفی تسلا ۲.۰

شرکت انویدیا هستههای GT200 خود را بر اساس معماری بهبود یافتهی تسلا در سال ۲۰۰۸ معرفی کرد. در حالی که هستههای G92 از ۸ پردازندهی کلاستر تکسچر -TCP- و ۱۶ ROP استفاده میکردند- GT200 از ۱۰ TCP و ۳۲ ROP بهره میبرد. پهنای باس مموری GDDR3 نیز در هستههای جدید از ۲۵۶ به ۵۱۲ بیت افزایش پیدا کرده بود.

GT200 برای اولین بار در کارت GeForce GTX 280 استفاده شد که به طرز قابل توجهی از کارت +GeForce 9800 GTX سریعتر بود. اگرچه GTX 280 نمیتوانست GeForce 9800 GX2 را از لحاظ عملکرد پشت سر بگذارد- اما از آنجایی که 9800 GX2 مصرف انرژی به شدت بالاتری داشت و در عین حال از حافظهی کمتری بهره میبرد- GTX 280 در مقایسه با آن به عنوان کارت گرافیک برتر در نظر گرفته میشد. معرفی کارت گرافیک GeForce GTX 295 با استفاده از دو هستهی GT200 در سال ۲۰۰۹ نیز برتری مشهود و قابل توجه سری 200 را با خود به همراه آورد و میخ آخری بود بر تابوت کارتهای سری 9000.

GT215: کارتهای سری GeForce 300

سری GeForce 300 نیز مانند سری 100 تنها مختص OEMها بود و کاربران توانایی خرید مجزای کارتهای این سری در بازار را نداشتند. این سری به طور کامل بر مبنای کارتهای میانرده و پایینردهی سری GeForce 200 ساخته شده بودند و از معماری ۴۰ نانومتری تسلا ۲.۰ استفاده میکردند.

GF100: سری GeForce 400 و ورود فِرمی

تسلا بالاخره در سال ۲۰۱۰ توسط معماری جدید انویدیا با نام فرمی -Fermi- جایگزین شد. بزرگترین چیپ فرمی که ساخته شد GF100 نام داشت و در کارت GeForce GTX 480- اولین پرچمدار فرمی و سری 400- استفاده میشد. GTX 480 از ۴۸۰ هستهی CUDA و ۱۵ موتور پلیمورف استفاده میکرد. مساحت چیپ GF100 به دلیل منابع زیاد استفاده شده در آن بسیار بزرگ -۵۲۹ میلیمتر مربع- بود. GTX 480 همچنین به دلیل مشکل دمای کاری بالای خود مشهور بود. انویدیا و شرکای سختافزاریاش برای غلبه بر مشکل دمای بالا به استفاده از سیستمهای خنک کنندهی قدرتمند و پر سروصدا در این کارت گرافیک روی آوردند که باعث شد GTX 480 به یکی از پرصدا ترین کارتهای گرافیک سالهای اخیر تبدیل شود.

GF104 -GF106 و GF108: هستههای بهبود یافتهی فرمی

برای کاهش هزینهی تولید و کوچکتر کردن ابعاد GPUهای فرمی- انویدیا چیدمان و تعداد منابع بر روی چیپ را تغییر داد. هستههای جدید با نام رمز GF106 از ۴۸ هستهی CUDA با آرایشی جدید استفاده میکردند. این کار باعث شد تا ابعاد کلی تراشه کوچک شود- هرچند عملکرد آن نیز تا حدودی تحت تاثیر قرار گرفت. انویدیا با معرفی هستههای GF108- بار دیگر تعداد و معماری منابع چیپ جدید خود را تغییر داد.

GF110: طراحی مجدد فرمی

مشکلات معماری فرمی باعث شدند تا انویدیا برای استفاده از معماری فرمی در کارتهای سری GeForce 500 خود مجبور شود GPUهای خود را در سطح ترانزیستوری مورد بازنگری قرار دهد. طرح کلی این بازنگری به این صورت بود که در قسمتهای کمتر حساس GPU که تاثیر کمی بر روی کارایی آن داشتند از ترانزیستورهای کندتر- و در قسمتهای مهم و حیاتی که تاثیر زیادی بر روی عملکرد داشتند از ترانزیستورهای سریع استفاده شود. این بازنگری در نهایت منجر به کاهش مصرف انرژی و افزایش سرعت کلاک در پردازندههای گرافیکی با معماری فرمی شد.

انویدیا چیپ جدید GF110 را در قلب پرچمدار سری 500 خود یعنی کارت گرافیک GTX 580 قرار داده بود. در GF110 علاوه بر استفاده از معماری بازنگری شدهی فرمی- از زد بافر بهبود یافته نیز استفاده میشد. این تغییرات باعث شدند تا GF110 بتواند از ۱۲ مالتیپردازندهی استریم یا SM -هر مالتی پردازندهی استریم از ۳۲ هستهی CUDA و ۱۶ SFU تشکیل شده است- استفاده کند. در نتیجه کارت GTX 580 که از این چیپ استفاده میکرد به طرز قابل توجهی از GTX 480 سریعتر بود.

GK104: کپلر و سری 600

GTX 680 با استفاده از هستههای GK104- که بر اساس معماری کپلر -Kepler- طراحی شده بودند- به عنوان پرچمدار جدید انویدیا جایگزین GTX 580 شد. با استفاده از فرآیند ساخت ۲۸ نانومتری- هستههای GK104 به طرز قابل توجهی از هستههای GF110 در مصرف انرژی بهینهتر عمل میکردند. در مقایسه با هستههای قدیمی- تعداد TMUها در GK104 دوبرابر افزایش یافته بود و هستههای CUDA نیز سه برابر بیشتر شده بودند. این افزایش چند برابری منابع چیپ البته به معنای افزایش عملکرد کارت گرافیک به همین میزان نبود- بطوری که کارایی کارتهای جدید در بازیهای ویدیویی تنها بین ۱۰ تا ۳۰ درصد افزایش پیدا کرده بود. البته بهینگی مصرف انرژی بسیار بیشتر از این مقدار افزایش یافته بود.

GK110: کپلر بزرگ

برنامهی انویدیا برای کارتهای سری GeForce 700- صرفا افزایش سایز چیپ بود و GK110 که در اصل برای استفاده در سوپر کامپیوترها توسعه پیدا کرده بود- بهترین گزینه برای این کار به شمار میرفت. این GPU غول آسا ۲۸۸۰ هستهی CUDA و ۲۴۰ TMU را در خود جای داده بود. GK110 برای اولین بار به همراه ۶ گیگابایت رم در کارت گرافیک مشهور GTX Titan انویدیا به کار گرفته شد. البته کارت گرافیک تایتان با قیمت نامتعارف ۱۰۰۰ دلاری فروش کمی را تجربه کرد. انویدیا بعدها با کاهش مقدار رم تایتان به ۳ گیگابایت- آن را با نام جدید GTX 780 و قیمتی مناسبتر به بازار عرضه کرد.

GM204: مکسول

انویدیا معماری مکسول -Maxwell- خود را در سال ۲۰۱۴ و با تمرکز بر بهینگی مصرف انرژی معرفی کرد. اولین پرچمدار این معماری کارت گرافیک GeForce GTX 980 بود که از چیپ GM204 در قلب خود استفاده میکرد. تفاوت اصلی مکسول با کپلر در ساب-سیستم حافظهی آن بود. GM204 از باس با پهنای کمتر ۲۵۶ بیت استفاده میکرد- اما انویدیا با استفاده از یک الگوریتم قوی برای فشردهسازی مموری- توانسته بود به پهنای باند بالاتری در این باس دست پیدا کند. GM204 همچنین از یک حافظهی کش L2 بزرگ ۲ مگابایتی استفاده میکرد تا تاثیر پهنای کم باس را به حداقل برساند.

چیپهای GM204 شامل ۲۰۴۸ هستهی CUDA و ۱۶ موتور پلیمورف بودند. به دلیل کاهش میزان منابع استفاده شده روی چیپ- کارتهای بهرهمند از GM204 با تنها ۶ درصد بهبود کارایی نسبت به GTX 780 Ti- نمیتوانستند عملکرد چندان بهتری نسبت به پرچمداران نسل قبل داشته باشند- اما برگ برندهی آنها کاهش ۳۳ درصدی در مصرف انرژی بود.

انویدیا بعدها هستههای GM200 را در کارت GeForce GTX 980 Ti معرفی کرد. GM200 در واقع نسخهی قویتری از GM204 با ۲۸۱۶ هستهی CUDA بود. چیپ جدید عملکرد کارت گرافیک را بهبود میبخشید اما به اندازهی چیپ قدیمی کم مصرف نبود.

GP104: پاسکال

در تاریخ ۲۷ می ۲۰۱۶- انویدیا طی مراسمی از کارت گرافیک GeForce GTX 1080 رونمایی کرد. چیپ GP104 که در کارتهای جدید انویدیا از آن استفاده میشود- با استفاده از فرآیند ساخت ۱۶ نانومتری FinFET شرکت TSMC تولید شده و از جدیدترین معماری انویدیا با نام پاسکال استفاده میکند.

هستهی GP104 با مساحت ۳۱۴ میلیمتر مربع- تعداد حیرت انگیز ۷.۲ میلیارد ترانزیستور را در خود جای داده است و با داشتن ۲۵۶۰ هستهی CUDA و ۲۰ موتور پلیمورف- بسیار قویتر از کارت GTX 980 Ti عمل میکنند.

انویدیا وقت- هزینه و انرژی زیادی را برای توسعهی معماری پاسکال صرف کرده است و امید زیادی به موفقیت آن دارد. جن-سون هوانگ- موسس و مدیر عامل انویدیا در مراسم رونمایی از کارت گرافیک GTX 1080 و معرفی معماری پاسکال ادعا کرد که بودجهی تحقیق توسعهی این کارت چندین میلیارد دلار بوده و توسعهی آن بیش از دو سال زمان برده است. هوانگ همچنین دربارهی اهمیت این کارت گرافیک و معماری پاسکال گفت:

-GTX 1080 بزرگترین تلاش برای ساخت یک کارت گرافیک- چیپ و پردازنده در تاریخ است. اگر همین مقدار تلاش را صرف برنامههای فضایی کنید- مطمین هستم میتوانید به مریخ برسید.-

شرکت انویدیا

معماری pascal

از جمله ویژگیهای معماری پاسکال میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

پشتیبانی از ۱۶ گیگابایت حافظهی پهن باند ۲ -High Bandwidth Memory 2- همراه با باس ۴۰۹۶ بیتی و پهنای باندی برابر با 720GB/s
پشتیبانی از حافظهی GDDR5X با سرعت 10Gbit/s
پشتیبانی از DisplayPort 1.4 و HDMI 2.0b
معماری مموری یکپارچه شده -Unified memory- که در آن CPU و GPU میتوانند هم به حافظهی اصلی سیستم- و هم به حافظهی کارت گرافیکی دسترسی داشته باشند.
رابط NVLink با قابلیت استفاده بین CPU و GPU یا بین چند GPU. سرعت انتقال داده از طریق این باس بسیار بالاتر از PCI Express و در حدود 80 تا 200GB/s تخمین زده میشود.
رابط SLI بهبود یافته با پهنای باند بیشتر.
مجموعه قابلیتهای سخت افزاری جدید با نام PureVideo و NVENC که از جمله تواناییهای آن میتوان به اینکود و دیکود کردن ویدیوهای HEVC با فرمت ۱۰ و ۱۲ بیت اشاره کرد.

GPU Boost 3.0

چیپهایی که از معماری پاسکال استفاده میکنند نیز عبارتند از:

GP100: مختص استفاده در کارتهای گرافیکی کمکی چند منظوره -GPGPU- تسلا P100. این چیپ از حافظهی پر سرعت HBM2 استفاده میکند.
GP102: استفاده شده در کارت Titan X با ۱۲ گیگابایت حافظهی GDDR5X- باس ۳۸۴ بیتی و پهنای باند 480GB/s. از این چیپ در کارتهای چند منظورهی Quadro P6000 و Tesla P40 نیز استفاده میشود.
GP104: استفاده شده در کارتهای GeForce GTX 1070 و GTX 1080. یک چهارم سایهزنهای چیپ GP104 در کارت GTX 1070 غیر فعال شدهاند و از حافظهی GDDR5 همراه آن استفاده شده است. این در حالی است که تعداد سایهزنهای همین چیپ بر روی GTX 1080 دستکاری نشده و از حافظهی GDDR5X به همراه آن استفاده میشود. از این چیپ در کارتهای چند منظورهی Quadro P5000 و Tesla P4 نیز استفاده میشود.
GP106: از این چیپ در کارت GTX 1060 GeForce به همراه حافظهی GDDR5 استفاده شده است.
GP107: از این چیپ در کارت GeForce GTX 1050 و GTX 1050 Ti استفاده شده است.
معماری بعدی شرکت انویدیا ولتا -Volta- نام خواهد داشت. هنوز مشخص نیست این معماری چه زمانی معرفی خواهد شد و کارتهای گرافیک طراحی شده بر مبنای آن از چه ویژگیهایی بهره خواهند برد.

تراشههای گرافیکی

– اولین محصول ان ویدیا بر اساس سطوح درجه دوم بنیاد نهاده شد
RIVA 128 and RIVA 128ZX- پشتیبانی از DirectX 5 و اپنجیال ۱- اولین سختافزار شرکت انویدیا که با DirectX هماهنگ بود
RIVA TNT- RIVA TNT2- پشتیبانی از DirectX 6 و اپنجیال ۱- این سری از محصولات انویدیا یک پیشتاز در بازار بود
جیفورس
GeForce 256 – پشتیبانی از DirectX 7 و اپنجیال ۱- دگرگونی سختافزار و روشنایی- رواج یافتن پشتیبانی از حافظههای DDR
GeForce 2 – پشتیبانی از DirectX 7 و اپنجیال ۱
سری GeForce 3 – پشتیبانی ازDirectX 8.0 shaders و اپنجیال ۱.۲- ویژگیهای ساختار صرفه جویی پهنای باند حافظه
سری GeForce 4 – اجزای DirectX 8.1 -به جز برای MX –OpenGL 1.4 و اعتبار جدید هسته -معروف مانند MX- که در GeForce 2 مستقر بود
سری GeForce FX – پشتیبانی از DirectX 9 OpenGL 1.5 و ادعای عرضه افکتهای سینمایی
سری GeForce 6 – پشتیبانی از DirectX 9.0c و اپنجیال ۲- بهبود یافتن ویژگیهای سایه زنی- کمتر شدن مصرف برق و بالا رفتن ارتباط واسط-عملگر
جیفورس سری ۷ – پشتیبانی از DirectX 9.0c- پشتیبانی از Windows Display Driver Model- WDDM– پشتیبانی از اپنجیال ۲- بهبود بخشیدن سایه زنی- Transparency Supersampling- TSAA- وTransparency Multisampling -TMAA-
anti-aliasing-هموار کردن ناصافیها– بالا رفتن ارتباط واسط -SLI-
جیفورس سری ۸ – پشتیبانی از DirectX 9.0c- 9.0 EX و DirectX 10- یکپارچگی ساختار سایه زنی که شامل پیکسل- سایههای سه بعدی و هندسی-SM 4.0– ویژگی پوششی نمونه برداری موتور درخشان کننده ضد شکستگی -CSAA- میزان تاثیر تکنولوژی
– کیفیت بالای چاره سازی ایستگاههای کاری
– پردازندههای رسانهای برای- تلفنهای هوشمند – و تکنولوژی طراحی nPower تلفنهای همراه
GoForce 2150 – پشتیبانی از دوربین 1.3 مگاپیکسل- پشتیبانی از جیپگ -JPEG- و افزایش سرعت دو بعدی
GoForce 3000 – یک نسخه کمخرج از GoForce 4000 با ویژگیهای محدود
GoForce 4000 – پشتیبانی از دوربین 3.0 مگاپیکسل و پشتیبانی از رمز گذاری MPEG-4/H.263
GeForce 4500 – در Gizmondo استفاده میشد- ویژگی گرافیک سه بعدی پشتیبانی به وسیله پردازشگر هندسی و قابل برنامه نویسی سایههای پیکسلی
GoForce 4800 – پشتیبانی از دوربین 3.0 مگاپیکسل و یک موتور گرافیکی سه بعدی
GoForce 5500 – پشتیبانی از دوربین 10.0 مگاپیکسل- موتور گرافیکی سه بعدی نسخه 2- موتور 24 بیتی آدیو
واحد پردازنده گرافیکی — برای کنسولهای بازی
Xbox GeForce3 – رده GPU -بر بروی یک اینتل پنتیوم III – سلرون پلتفورم-
پلی استیشن 3 – RSX ‘Reality Synthesizer

پردازنده قدرتمند انویدیا Denver

تراشه جدید Denver عملکردی مشابه پردازنده کامپیوترهای شخصی دارد.پردازنده دنور در دو نسخه با تعداد پین متفاوت در دسترس خواهد بود که هر دو نمونه مجهز به یک فناوری جدید موسوم به Dynamic Code Optimization هستند. این فناوری با تشخیص نرمافزارهایی که بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند نحوه عملکرد و کارایی آنها را بهبود میبخشد. این کارها در یک حافظه کش 128 مگابایتی ذخیره میشود. یعنی وقتی که اپلیکیشنهای مشخصی را اجرا میکنید- کد بهینهشده آماده بوده و منتظر میماند. Dynamic Code Optimization روی اپلیکیشنهایی کار میکند که برای پلتفرم ARM نوشته شدهاند و به همین علت توسعه دهندگان نمیتوانند انتظار بیشتری داشته باشند.

منبع :

زومیت

فالنیک

ویکی پدیا

انجمن اجتماع اندیشه - تمامی انجمن‌ها ]...