آشنایی با اجزای مختلف کارت گرافیک

در این مقاله سعی می کنیم به شکلی ساده با اجزای اصلی یک کارت گرافیک دسکتاپ آشنا بشیم. وظیفه کارت گرافیک، نمایش تصویر خروجی از عملکرد و مجموعه دستوراتی هست که در سیستم اتفاق می افته. یعنی به معنای ساده تر، رابط گرافیکی فاصله بین کاربر و نرم افزار که در اکثر اوقات همون سیستم عامل هست رو پُر می میکنه. از زمان های قدیم که سیستم عامل ها به شکل متنی مثل DOS بودند تا عصر حاظر که تلفن های هوشمند دارای صفحه نمایش لمسی هستند، موتور گرافیکی در پس زمینه در حال تلاش برای ترجمه خروجی به شکل پیکسل های رنگی و در نهایت نمایش اون از طریق صفحه نمایش برای ماست. درواقع کارت گرافیک یک کامپیوتر درون یک کامپیوتر است چرا که از قطعات اصلی مثل پردازشگر، حافظه موقت، مدار تغذیه و رابط I/O تشکیل شده است. دقیقا مثل CPU، رم، پاور و مادربردی که درون یک کامپیوتر وجود دارد. پس در ادامه به توضیح هر کدام از این عناصر خواهیم پرداخت.

1. پردازنده گرافیکی (GPU)
GPU یا Graphics Processing Unit مغز اصلی کارت گرافیک است و وظیفه پردازش محاسبات پیچیده مرتبط با گرافیک را بر عهده دارد. این پردازنده‌ها معمولا شامل هسته‌های پردازشی (CUDA cores در nVIDIA یا Stream Processors در AMD) هستند که به صورت موازی عمل می‌کنند تا توانایی پردازش سریع را فراهم کنند. خود واحد GPU از اجزای ریز زیادی تشکیل شده است که در یک مقاله جداگانه به آن خواهیم پرداخت. مثل CPU، واحد GPU نیز با انجام تصمیم های منتقی نتایجی که توسط کاربر، سیستم عامل و در نهایت نرم افزار ها درخواست می شود را با توجه به داده های خامی که به شکل موقت در حافظه خود قرار داده به تصویر می کشد و خروجی از طریق درگاه های متداول مثل HDMI و DisplayPort به سمت نمایشگر ارسال می کند.

2. حافظه ویدیویی (VRAM)
VRAM یا Video Random-Access Memory نوعی حافظه است که به طور خاص برای ذخیره و انتقال داده‌های گرافیکی مانند تکسچر، تصاویر و فریم‌ها استفاده می‌شود. حافظه VRAM سرعت بالایی دارد و کمک می‌کند که GPU بتواند به سرعت به داده‌های مورد نیاز دسترسی پیدا کند. مقدار و سرعت VRAM تاثیر مستقیم بر عملکرد کارت گرافیک دارد. به خاطر ماهیت ویدویی رم های گرافیک به جای DDR از G DDR برای سنجش جنریشن این حافظه ها استفاده می شود. این حافظه ها بر روی PCB یا برد مدار چاپی لحیم می شوند و قابل ارتقا (به شکل رسمی) نیستند اما در مدل هایی مثل HBM این حافظه ها به درون GPU منقل می شوند. این تکنیک در کارت های ورک استیشن بیشتر مرسوم است. توضیح باس و فرکانس کاری حافظه ها را به مقاله ای مفصل موکول می کنیم اما بعد از GPU مهم ترین پارامتر قابل درک حجم و بعد از نسل حافظه به کار رفته در یک کارت گرافیک است.

3. PCB (برد مدار چاپی)
PCB یا Printed Circuit Board بورد اصلی کارت گرافیک است که تمامی اجزا و عناصر روی آن نصب می‌شوند. این بورد شامل مسیرها و لایه‌های مختلفی است که ارتباطات الکتریکی بین اجزا را فراهم می‌کند. قالبا جنس PCB از مس بوده اما از فلز هایی نظیر نقره و یا طلا نیز در آن استفاده می شود. در گذشته رنگ PCB تاثیر بر روی تشخیص کیفیت آن داشت اما امروزه رنگ مشکی مرسوم بوده و به نسبت قیمت و کلاس کارت گرافیک تعداد لایه و پیچیدگی آن محاسبه می شود. البته شرکت هایی نظیر GALAX برای بعضی مدل های خود از PCB سفید استفاده می کنند که جز قیمت بالاتر، ویژگی خاصی نسبت به کارت ها با PCB مشکی ندارند.

4. رگولاتورهای ولتاژ و منبع تغذیه یا VRM
این بخش از کارت گرافیک وظیفه دارد که جریان برق را از منبع تغذیه کامپیوتر دریافت و آن را به ولتاژهای مورد نیاز برای اجزای مختلف کارت گرافیک تبدیل کند. برق اصلی کارت گرافیک از ریل 12 ولت پاور تامین می شود اما بر روی بخش توانی اسلات PCIe، ولتاژ 3.3 نیز یافت می شود که از سمت مادربرد تامین می شود. VRM برق تجهیزات مختلف کارت گرافیک را تامین می کند. مثل منبع تغذیه سیستم که برق شهری AC را به 12، 5، 3.3 ولت DC تبدیل می کند، VRM کارت گرافیک با در اختیار داشتن برق DC 12ولت ولتاژ های مورد نیاز برای GPU، مموری و سایر IC های کارت گرافیک را تامین می کند. دلیل جدا گانه نام بردن هر کدام از این عناصر، اختلاف ولتاژ هر کدام است و گاها این ولتاژ مثل مادربرد قابل تاغییر توسط کاربر هستند و به عنوان ابزار اورکلاک کاربرد دارد. خود واحد مدار تغذیه کارت گرافیک نیز از بخش های نظیر چوک ها، خازن ها، ماسفت ها و… تشکیل شده.

5. هیتسینک و فن‌ها (سیستم خنک‌کننده)
به دلیل حجم زیاد محاسبات و توان مصرفی بالا، کارت‌های گرافیک گرمای زیادی تولید می‌کنند. سیستم خنک‌کننده شامل رادیاتور یا هیتسینک، هیت‌ پایپ و فن‌ها است که به دفع گرما از GPU و سایر اجزا کمک می‌کند تا کارت در دمای مناسب عمل کند. گاها بنا به دلایلی در استفاده های معمول از خنک کننده های مایع در کنار Air استفاده می شود که به اسم کولر هیبریدی شناخته می شود. اما زمانی که تمام اجزای تولید کننده حرارت در کارت گرافیک توسط مایع خنک می شود به آن لیکوئید کولینگ می گوییم. اصل مصرف یک کارت گرافیک مختص GPU بوده اما نباید از حرارتی که مموری ها و VRM نیز تولید می کنند قافل شد. به همین خاطر معمولا کولر های کارت گرافیک از پیچیدگی زیادی حتی در Air کولر ها بر خوردارند و همین امر سبب می شود که توسط کاربر قابل سرویس نباشند مگر آنکه ریسک ابطال گارانتی و باز کردن کل کارت گرافیک را به جان بخریم. البته که بعد از چند سال کارکرد مداوم خمیر حرارتی این کولر ها نیز مثل خنک کننده های CPU باید تعویض شود با به بهترین کارکرد خود برسد.

6. BIOS/UEFI
کارت گرافیک نیز مانند مادربرد دارای یک BIOS یا UEFI است که در واقع نرم‌افزاری است که تنظیمات پایه‌ای کارت گرافیک را کنترل می‌کند. این تنظیمات مانند ولتاژ، فرکانس کاری و تنظیمات سرعت خنک‌کننده در دما های مختلف را شامل می شود. بعضی کارت های بالا رده چند بایوس دارند و کاربر با توجه به نیاز و ویژگی هایی که بایوس کمک در اختیار وی قرار می دهد حق انتخاب خواهد داشت. همچنین در صورت خراب شدن یک بایوس، زنده کردن کارت گرافیک قبل از ارسال به گارانتی امکان پذیر است. حتی بعضی کاربران بنا به دلیالی اقدام به بروز رسانی و یا تعویض بایوس با نمونه های منتشر شده به صورت غیر رسمی در سطح وب می کنند که البته این کار نیز با ریسک فراوانی همراه است.

7. درگاه های ورودی/خروجی ویدیویی یا I/O
کارت گرافیک شامل چندین خروجی برای ارسال تصویر به نمایشگرها است. این خروجی‌ها شامل HDMI، DisplayPort، DVI و گاهی VGA می‌باشند. این واحدها وظیفه تبدیل داده‌های دیجیتال پردازش شده توسط GPU به سیگنال‌های قابل نمایش بر روی مانیتور را بر عهده دارند. حالا قسمت ورودی کجاست؟ در گذشته کارت گرافیک ها نقش کارت کپچر را بازی می کردند و فرستادن اطلاعات به آن ها گاها مرسوم بود. در نسل RTX 20 انویدیا نیز درگاه USB-C وجود داشت که حتی درایور اختصاصی خود را از کاربر طلب می کرد. صحبت هایی در میان بود که این درگاه به کاربران در اتصال هدست های VR کمک خواهد کرد اما در نهایت این طرف فراگیر نشد.

8. باس‌های ارتباطی
کارت گرافیک از باس‌های ارتباطی برای انتقال داده‌ها بین GPU و سایر بخش‌های کارت و نیز بین کارت گرافیک و دیگر اجزای کامپیوتر (مانند CPU و حافظه اصلی) استفاده می‌کند. PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) باس اصلی برای اتصال کارت گرافیک به مادربرد است که بسته به نسل با مشخصه های نظیر Gen4 یا Gen5 یا PCIe 4.0 و PCIe 5.0 شناخته می شوند. هرچند این باس یا درگاه بخشی از PCB کارت گرافیک است، به دلیل در دسترس بودن مخصوصا در هنگام نصب یا جدا سازی کارت گرافیک در سیستم های دسکتاپی لایق بود تا در این لیست قرار گیرد. در لپتاپ ها و بعضی دستگاه ها به دلیل نصب مستقیم کارت گرافیک بر روی مادربرد، یان باس به شکل فیزیکی قابل رویت نیست اما همچنان وجود داشته و به شکل مستقیم با CPU در ارتباط است.

این اجزا با همکاری یکدیگر باعث می‌شوند که کارت گرافیک بتواند به صورت بهینه وظایف خود را انجام دهد و بهترین عملکرد را در اجرای بازی‌ها و پردازش‌های گرافیکی سنگین ارائه دهد. ایراد و اشکال در هرکدام از این اجزا منجر به ناپایداری و کرش های پیاپی در سیستم می شود. مهم ترین عامل آسیب رسیدن به این اجزا بعد از ایراد در مونتاژ توسط کارخانه، حرارت و نگه داری نامناسب از سیستم است. پیشنهاد می شود به گرد و غبار و خاک گیری سیستم خود، گاها دست به آچار شده و کارت گرافیک خود را به شکل اصولی خاک گیری کنید چرا که وجود خاک مخصوصا در کشور ما، باعث بروز مشکل در سیستم خنک کننده کارت گرافیک شده و ممکن است قطعات در دما های بالا سریع تر به پایان عمر خود برسند. پس طبیعی است که حداقل، هر از گاهی به مانیتور کردن دمای کارت گرافیک خود هم در بازی و لود های سنگین هم در شرایط بیکاری و لود های سبک بپردازید و در صورت مشاهده دما های غیر عادی و صدای زیاد فن های گرافیک نسبت به گذشته برای سرویس دوره ای گرافیک خود اقدام کنید.