Entendendo as Placas de Vídeo

Perguntas sobre softwares, montagem de máquinas ou qualquer tema que não seja pertinente ao assunto da postagem não serão mais respondidas aqui. Qualquer dúvida relacionada a software pode ser encontrada no site do desenvolvedor em especificações técnicas ou em fóruns e grupos de estudo dedicados ao assunto (https://www.facebook.com/groups/3dvicio/).
Obrigado pela compreensão!

Para falarmos de placa de vídeo, primeiro é bom fazermos um nivelamento sobre o assunto explicando o que é uma placa de vídeo (conteúdo Wikipédia).

Placa de vídeo, ou aceleradora gráfica, é um componente de um computador que envia sinais deste para o monitor, de forma que possam ser apresentadas imagens ao utilizador. Normalmente possui memória própria, com capacidade medida em octetos.

Nos computadores de baixo custo, as placas de vídeo estão incorporadas na placa-mãe, não possuem memória dedicada, e por isso utilizam a memória viva do sistema, normalmente denomina-se memória (com)partilhada. Como a memória viva de sistema é geralmente mais lenta do que as utilizadas pelos fabricantes de placas de vídeo, e ainda dividem o barramento com o processador e outros periféricos para acessá-la, este método torna o sistema mais lento. Isso é notado especialmente quando se usam recursos tridimensionais.

Já em computadores bons e mais sofisticados, o adaptador de vídeo pode ter um processador próprio, o GPU ou acelerador gráfico. Trata-se de um processador capaz de gerar imagens e efeitos visuais tridimensionais, e acelerar os bidimensionais, aliviando o trabalho do processador principal e gerando um resultado final melhor e mais rápido. Esse processador utiliza uma linguagem própria para descrição das imagens tridimensionais, algo como "crie uma linha do ponto x1, y1, z1 ao ponto x2, y2, z2 e coloque o observador em x3, y3, z3" é interpretado e executado, gerando o resultado final, que é a imagem da linha vista pelo observador virtual. O resultado final normalmente é medido considerando-se o número de vezes por segundo que o computador consegue redesenhar uma cena, cuja unidade é o FPS (quadros por segundo, frames per second). Comparando-se o mesmo computador com e sem processador de vídeo dedicado, os resultados (em FPS) chegam a ser dezenas de vezes maiores quando se tem o dispositivo.

Tais processadores, em geral, estão disponíveis em equipamento a ser adicionado ao computador (adaptadores de vídeo), embora existam placas‐mãe e mesmo computadores portáteis que possuam esse recurso.

Também existem duas tecnologias voltadas aos usuários de softwares 3D e jogadores: SLI e CrossFire. Essa tecnologia permite juntar duas placas de vídeo para trabalharem em paralelo, duplicando o poder de processamento gráfico e melhorando seu desempenho. SLI é o nome adotado pela nVidia, enquanto CrossFire é utilizado pela ATI. Apesar da melhoria em desempenho, ainda é uma tecnologia cara, que exige, além dos dois adaptadores, uma placa-mãe que aceite esse tipo de arranjo. E a energia consumida pelo computador se torna mais alta, muitas vezes exigindo uma fonte de alimentação melhor.

Depois do processador, memória e HD, a placa de vídeo é provavelmente o componente mais importante do PC. Originalmente, as placas de vídeo eram dispositivos simples, que se limitavam a mostrar o conteúdo da memória de vídeo no monitor. A memória de vídeo continha um simples bitmap da imagem atual, atualizada pelo processador, e o RAMDAC (um conversor digital-analógico que faz parte da placa de vídeo) lia a imagem periodicamente e a enviava ao monitor. A resolução máxima suportada pela placa de vídeo era limitada pela quantidade de memória de vídeo. Na época, memória era um artigo caro, de forma que as placas vinham com apenas 1 ou 2 MB. As placas de 1 MB permitiam usar no máximo 800x600 com 16 bits de cor, ou 1024x768 com 256 cores. Estavam limitadas ao que cabia na memória de vídeo.

Em seguida, as placas passaram a suportar recursos de aceleração, que permitem fazer coisas como mover janelas ou processar arquivos de vídeo de forma a aliviar o processador principal. Esses recursos melhoram bastante a velocidade de atualização da tela (em 2D), tornando o sistema bem mais responsivo. Finalmente, as placas deram o passo final, passando a suportar recursos 3D. Imagens em três dimensões são formadas por polígonos, formas geométricas como triângulos e retângulos em diversos formatos. Qualquer objeto em um game 3D é formado por um grande número destes polígonos, Cada polígono tem sua posição na imagem, um tamanho e cor específicos. O "processador" incluído na placa, responsável por todas estas funções é chamado de GPU (Graphics Processing Unit, ou unidade de processamento gráfico).
Para tornar a imagem mais real, são também aplicadas texturas sobre o polígonos. Uma textura nada mais é do que uma imagem 2D comum, aplicada sobre um conjunto de polígonos. O uso de texturas permite que um muro realmente tenha o aspecto de um muro de pedras, por exemplo, já que podemos usar a imagem de um muro real sobre os polígonos. O uso das texturas não está limitado apenas a superfícies planas. É perfeitamente possível moldar uma textura sobre uma esfera, por exemplo. Quanto maior o número de polígonos usados e melhor a qualidade das texturas aplicadas sobre eles, melhor será a qualidade final da imagem.


Tipos de Placa de Vídeo

Off-Board
Com a evolução das placas 3D, os games passaram a utilizar gráficos cada vez mais elaborados, explorando os recursos das placas recentes. Isso criou um círculo vicioso, que faz com que você precise de uma placa razoavelmente recente para jogar qualquer game atual. As placas 3D atuais são praticamente um computador à parte, pois além da qualidade generosa de memória RAM, acessada através de um barramento muito mais rápido que a do sistema, o chipset de vídeo é muito mais complexo e absurdamente mais rápido que o processador principal no processamento de gráficos. O chipset de uma GeForce 7800 GT, por exemplo, é composto por 302 milhões de transistores, mais do que qualquer processador da época em que foi lançada.
As placas 3D offboard também incluem uma quantidade generosa de memória de vídeo (512 MB ou mais nos modelos mais recentes), acessada através de um barramento muito rápido. O GPU (o chipset da placa) é também muito poderoso, de forma que as duas coisas se combinam para oferecer um desempenho monstruoso. Com a introdução do PCI Express, surgiu também a possibilidade de instalar duas, ou até mesmo quatro placas, ligadas em SLI (no caso das placas nVidia) ou CrossFire (no caso das placas AMD/ATI), o que oferece um desempenho próximo do dobro (ou do quádruplo) obtido por uma placa isolada.

On-Board
Longe do mundo brilhante das placas de alto desempenho, temos as placas onboard, que são de longe as mais comuns. Elas são soluções bem mais simples, onde o GPU é integrado ao próprio chipset da placa-mãe e, em vez de utilizar memória dedicada, como nas placas offboard, utiliza parte da memória RAM principal, que é "roubada" do sistema. Mesmo uma placa antiga, como a GeForce 4 Ti4600, tem 10.4 GB/s de barramento com a memória de vídeo, enquanto ao usar um pente de memória DDR PC 3200, temos apenas 3.2 GB/s de barramento na memória principal, que ainda por cima precisa ser compartilhado entre o vídeo e o processador principal. O processador lida bem com isso, graças aos caches L1 e L2, mas a placa de vídeo realmente não tem para onde correr. É por isso que os chipsets de vídeo onboard são normalmente bem mais simples: mesmo um chip caro e complexo não ofereceria um desempenho muito melhor, pois o grande limitante é o acesso à memória.
De uma forma geral, as placas de vídeo onboard (pelo menos os modelos que dispõem de drivers adequados) atuais atendem bem às tarefas do dia-a-dia, com a grande vantagem do custo. Elas também permitem rodar os games mais antigos, apesar de, naturalmente, ficarem devendo nos lançamentos recentes. As placas mais caras são reservadas a quem realmente faz questão de rodar os games recentes com uma boa qualidade. Existem ainda modelos de placas 3D específicos para uso profissional, como as nVidia Quadro.

Hoje em dia é impossível falar em placas de vídeo sem falar em GPU, agora que já temos uma noção do que é isso, creio que precisamos aprofundar um pouco mais no assunto, pois a nova moda agora são os Renderizadores Real Time que utilizam os recursos da placa de vídeo para aceleração.

GPU (Graphics Processing Unit, ou Unidade de Processamento Gráfico), conhecido também como VPU ou unidade de processamento visual, é o nome dado a um tipo microprocessador especializado em processar gráficos em computadores pessoais, estações de trabalho ou videogames. GPUs modernas manipulam gráficos computadorizados com eficiência e sua estrutura de processamento paralelo os tornam mais capazes neste tipo de trabalho que CPUs normais. Uma GPU normalmente é utilizada em placas de vídeo mas versões simplificadas são integradas diretamente em placas-mãe.



Diferença para os aceleradores 3D anteriores


Diferente dos aceleradores gráficos 3D anteriores, uma GPU incorpora as funções de iluminação e transformação de vértices (transform and lighting também conhecido como T&L), que antes eram efetuadas no processador central do computador, mais exatamente em seu co-processador matemático (FPU, unidade de ponto flutuante). Seus antecessores efetuavam basicamente a aplicação de texturas em superfícies, e ao incorporar outra etapa do processamento de imagens, libera o processador central para outras funções.
O primeiro GPU voltado para o uso doméstico foi o modelo GeForce 256. No entanto, alguns processadores especializados voltados para uso profissional em simuladores e computação gráfica já atendiam aos critérios. As duas maiores empresas que fabricam GPU's são ATI e nVidia, além da estadunidense Intel por meio de suas GPUs integradas em chipsets (com apenas aceleradores de mídia).


Agora que temos a certeza de que o GPU é um recurso fantástico nas placas de vídeo precisamos entender o por que realmente vale a pena investir nisso. Eu já mencionei o uso do GPU para aceleração de render, mas como isso funciona?
A alguns anos a nVidia desenvolveu a tecnologia CUDA, que é uma arquitetura de computação paralela de propósito geral que tira proveito do mecanismo de computação paralela das unidades de processamento gráfico (GPUs) NVIDIA para resolver muitos problemas computacionais complexos em uma fração do tempo necessário em uma CPU. Ela inclui a arquitetura de conjunto de instruções CUDA ISA (Instruction Set Architecture) e o mecanismo de computação paralela na GPU. Para programar segundo a arquitetura CUDA™, os desenvolvedores hoje em dia podem usar C - uma das mais amplamente utilizadas linguagens de programação de baixo nível, que pode ser então executada com alta performance em um processador compatível com CUDA™. Outras linguagens serão admitidas no futuro, incluindo FORTRAN e C++.
As aplicações para isso estão crescendo cada vez mais e não se limitam apenas a aceleração de renders 3d, mas aqui é o que nos interessa.

Em 2008 ou 2009 na Siggraph a Chaos Group apresentou seus primeiros teste com processamento GPU para o vray (não estamos falando do vray RT pois ele não usa GPU). Logo depois começaram a surgir inúmeras empresas apresentando soluções de processamento GPU mas o primeiro render a ser lançado e com um resultado significativo e competitivo foi o OctaneRender. A mental imagens (mental ray) já anunciou também a sua solução, o iray.

Mas para entender realmente o que isso pode nos oferecer é preciso ver.

Quem se interessar mais pelo octanerender pode ver um review mais completo no site da evermotion http://www.evermotion.org/tutorials/show/7961/octane-render-review

Creio que para concluir eu posso me parafrasear repetindo o que disso sobre monitores, se queremos ser profissionais e trabalhar como tal, precisamos investir em equipamentos de qualidade!

Tanto a Nvidia quanto a ATI possuem soluções diversas em placas de vídeo, creio que não cabe aqui falar sobre elas, pois há muitos sites especializados em fazer testes comparativos de desempenho, e no site dos fabricantes cada produto tem suas especificações técnicas.

O que quis dar aqui foi um embasamento para que com essas informações possamos decidir mais facilmente qual placa se encaixa mais nas "minhas" necessidades levando em conta o quanto eu posso pagar.

Hoje em dia placas como a nvidia quadro da série FX possuem modelos bem mais em conta, conseguimos achar essas placas aqui no Brasil a partir de R$ 500,00, a questão é analisar as necessidades para decidir o que vale mais a pena, por exemplo, uma placa quadro mais simples ou uma geforce mais top, já que hoje temos placas geforce da serie 200 com processadores CUDA que tem mais de 250 cores.

Então baseado em informações de GPU e memória vs Valor, fica mais fácil decidir que placa comprar.

Espero que essa coletânea de informações possa ajudá-los a decidir qual é a melhor placa para as suas necessidades, grande abraço a todos ;)