Hardware pro trochu znalé – díl VI. – grafické a jiné koprocesory

Série článků s titulem Hardware pro trochu znalé je určena všem, kteří se hardwarové problematice nevěnují naplno, nebo těm, jimž něco uniklo nebo některé věci zapomněli. Šestý díl je věnován doplňkům srdce počítačů, grafickým a jiným koprocesorům.
Série článků s titulem Hardware pro trochu znalé je určena všem, kteří se hardwarové problematice nevěnují naplno, nebo těm, jimž něco uniklo nebo některé věci zapomněli. Šestý díl je věnován doplňkům srdce počítačů, grafickým a jiným koprocesorům.

Dalším typem koprocesoru je grafický koprocesor. Ten je – jak název napovídá – specializován pro výpočty pro grafické operace. Tyto výpočty se sice mohou provádět pomocí matematického koprocesoru, ale lze je ještě urychlit další specializací. Klasický matematický koprocesor umí jako své nejtěžší operace typu sinus, cosinus nebo logaritmy, ovšem pro grafiku jsou tyto výpočty základní. Grafický koprocesor je samostatnější než matematický koprocesor a je možné jej charakterizovat jako podřízený programovatelný procesor s podporou operací typických pro grafiku.

První grafické procesory v osobních počítačích byly určeny výhradně pro CAD/CAM oblast neboli pro 2D/3D přesnou grafiku. Doplňkem býval i specializovaný monitor. Cena takového adaptéru často převyšovala cenu celého počítače, kam se osadila.

Grafické koprocesory

typ výrobce datová šířka instrukční cache L1 připojitelný matematický koprocesor standard ostatní
Am8150 AMD -
HD63484 Hitachi -
i82786 Intel -
7220 NEC -
TMS 32C030 Texas Instruments
TMS 34010 Texas Instruments 32 bitů 0,25 KB TMS 34082 TIGA takt 40 až 60 MHz
TMS 34020 Texas Instruments TMS 34082 TIGA

Jedním z nejrozšířenějších standardů byl TIGA s procesory rodiny TMS 340. Existovaly verze nejen pro počítače rodiny IBM PC, ale také pro počítače firem Sun, DEC a dalších. Používány jsou procesory TMS 34010 a 34020, oba je možné rozšířit o matematický koprocesor TMS 34082. Procesory jsou zdola kompatibilní, neboli program pro TMS 34010 jde spustit na 34020, ale obráceně ne. To způsobilo, že se karty mnohdy začaly rozlišovat na TIGA1 (procesor 34010) a TIGA2 (procesor 34020).

Další generace se pokusila používat nikoli relativně klasických procesorů (i když orientovaných na grafiku), ale transputerů. Ty však nebyly tak úspěšné a nevytvořily standard jako TIGA.

Kde jim je dnes konec?

Popsané grafické procesory byly po dlouhou dobu jediným urychlovacím prostředkem pro grafiku (celá 80. léta). Jejich roli urychlovače grafiky však začaly v první polovině 90. let přebírat jiné součástky s názvem videoakcelerátory. Těm se budeme věnovat v samostatné kapitole, protože se nedají zahrnout ani do procesorů, ani do koprocesorů.

V 90. letech vznikla kromě původně konstruktérského zaměření urychlovačů velká oblast, zaměřená na zábavu. Jeho úkolem je dekódování dat z formátu MPEG-1 nebo MPEG-2 (hlavně filmy). Snad prvním modelem byl CL450 firmy C-Cube z roku 1992, který dekódoval MPEG-1. Specializovaným koprocesorem pro tuto oblast je MPEG koprocesor. Nejznámější byly modely Brooktree BT817/819, C-Cube CL450/480/680, IIT MPP, Philips 7110 (říjen 1995), S3 CP3, S3 ScenicMX2, Tseng Viper a další. V dnešní době jsou většinou integrované přímo do videoakcelerátoru. V dnešní době samostatné MPEG koprocesory mizí, protože na jedné straně jsou integrovány přímo do videoakcelerátorů, na druhé straně jsou hlavní procesory počítače natolik výkonné, že již zvládnou dekódování v reálném čase softwarovou cestou (tedy bez speciálního hardware, jakým je právě MPEG koprocesor). Dnes se využívají se hlavně ve specializovaných zařízeních. Příkladem je model CL-8830 firmy C-Cube, který dekóduje MPEG-2 (např. v DVD) a kromě dalších jeho funkcí stojí za zmínku podpora MP3 zvuku. Další řadou tohoto výrobce je AviA, určený nikoli pro počítače, ale domácí audiovideo elektroniku nebo model ZiVA přímo pro DVD přehrávače.

Neporovnatelně vyšší výkon než MPEG dekodéry vyžadují MPEG kodéry. Jejich úkolem je vytvořit z videozáznamu MPEG záznam, který je velmi silně komprimován. Jejich použití je nejrůznější od domácího studia přes výrobu DVD filmů až po přímé MPEG vysílání (např. v rámci HDTV). Kodéry pro přímé vysílání jsou o to náročnější, protože musí pracovat v reálném čase. MPEG kodéry masové rozšíření teprve čeká. Firma C-Cube má ve své vyrábí řadu MPEG kodérů pro vysílání s názvem DVxpert, pro videoprodukci je řada DVxpress a pro amatérské použití slouží řada DVxplore a DVxcel. Firma Philips v roce 1998 uvedla MPEG-2 kodér v reálném čase s označením SAA6750H.

Procesor Philips TM1000 - schéma
Procesor Philips TM1000 - schéma

Další specialitou jsou grafické procesory řady TriMedia firmy Philips. Ta je ovšem nazývá multimediálními, i když mají obdobné funkce jako výrobky firmy C-Cube. Jsou to 32 nebo 64bitové procesory, které dokáží kódovat do MPEG 1, 2 a 4 formátu. První model s označením TM-1000 vznikl v roce 1996. Vedle 32 KB instrukční a 16 KB datové L1 cache byly integrovány i specializované koprocesory (obrazový a kompresní), jak je vidět na přiloženém schématu. V současnosti je aktuální obvod TM-2700, který již podporuje HDTV. Zvláštností těchto procesorů je jejich podobná vnější struktura a vlastnosti s někdejšími procesory řady TMS 340 (samozřejmě s přihlédnutím na možnosti dané dobou vzniku).

V posledních letech vznikla řada nových typů grafických koprocesorů, ovšem v nově vzniklých oblastech. Patří k nim především herní průmysl. Zde prakticky přes noc vznikl fenomén zvaný 3dfx s grafickým koprocesorem Voodoo Graphics. Místo zpomalovačů pro starší hry bylo nutné pro nové hry naopak osadit tento grafický koprocesor. Jeho rolí je urychlování 3D grafiky právě pro hry, kde se na rozdíl od předchozích aplikací nekladou nároky na přesnost. Velmi úspěšnou první verzi nahradil další model Voodoo 2 a později nový čip VSA-100. Ten však zdaleka nedosáhl věhlasu první verze. Konkurence pochopila směr, který vytyčila firma 3dfx, ovšem nešla stejnou cestou. Místo samostatného grafického koprocesoru integrovala jeho funkce do vlastních videoakcelerátorů.

Typické grafické koprocesory druhé poloviny 90. let

typ výrobce specializace ostatní
Voodoo Graphics 3dfx 3D grafický renderovací koprocesor
Voodoo 2 3dfx 3D grafický renderovací koprocesor
Glint 300SX 3DLabs 3D grafický renderovací koprocesor
Glint 500TX 3DLabs 3D grafický renderovací koprocesor
Glint MX 3DLabs 3D grafický renderovací koprocesor
Glint R3 3DLabs 3D grafický renderovací koprocesor 128bitový
Glint Delta 3DLabs koprocesor pro geometrii
Glint Gamma G1 3DLabs koprocesor pro gama geometrii a osvětlení 2 GFLOPS
Glint Gamma G2 3DLabs koprocesor pro gama geometrii a osvětlení 6 GFLOPS

Profesionální scéna zprvu ignorovala novou vlnu zvanou videoakcelerátory pro jejich zpočátku malý výkon. Ten se však velmi rychle vyrovnal výkonu mnoha grafických procesorů, ovšem za nižší cenu. Samostatné grafické procesory začaly rychle ustupovat. V druhé polovině 90. let se změnil pohled na grafiku, čímž se změnily nároky. Z původní vektorové grafiky pro CAD/CAM oblast vznikla oblast s mnohonásobně vyššími nároky na výkony. K původní relativně jednoduché grafice totiž přibyly další mnohem náročnější prvky (od pokrývání povrchu předmětů zvoleným obrázkem zvaným textura až po simulaci přírodních jevů jako oheň nebo mlha). Jako kdyby to nebylo málo, vstoupil snad nejobtížnější požadavek – pohyb v reálném čase. Ve zkratce to znamená, že se definovaná pětiminutová scéna nebude počítat čtyři dny, ale právě oněch pět minut, neboli se bude rovnou zobrazovat. Tomu se říká zobrazování v reálném čase. Právě z tohoto důvodu nesmírně stouply nároky a dosavadní 3D videoakcelerátory naprosto nestačily. Rychlé, ale nepřesné herní akcelerátory (i když pracují rovněž v reálném čase) nelze pro profesionální použití zvolit.

Firma 3Dlabs proto přišla se svými grafickými procesory Glint. Ty jsou určeny jako koprocesor pro videoakcelerátor. Nově vzniklý standard byl rychle podpořen novými verzemi obvodů řady Glint (Glint 300SX, Glint MX apod.). Vedle těchto grafických koprocesorů postupem času vznikly ještě koprocesory s ještě větší specializací. Obvody dostaly název Glint Delta a sloužily pro speciální geometrické výpočty. Tyto geometrické koprocesory jsou podřízeny řídícímu grafickému koprocesoru. Teprve ten je řízen samotným hlavním procesorem počítače. Modernizací obvodu Delta vznikla řada Gamma, která kromě geometrie integrovala i další specializaci – výpočty pro osvětlení. V současné době existuje řada Glint Gamma s modely G1 a G2.

Samostatné grafické koprocesory tedy nejenže byly a jsou, ale s největší pravděpodobností i nadále budou. Paradoxně jsou to právě grafické koprocesory, které jako jediné přežily svým způsobem do dnešních dnů (na rozdíl od známějších matematických koprocesorů).

V tomto tématu budeme pokračovat v části věnované grafickým kartám a videoakcelerátorům.

Váš názor Další článek: Computer 19/00

Témata článku: Hardware, Sinus, Avia, První film, Cube, Grafik, Delta V, Grafika, Použitý hardware, Reálný čas, Druhá polovina, První hra, Graf, Deco, První model, Grafický koprocesor, Přírodní jev, Profesionální použití, Díl, Úspěšný model, Viper, IIT, Delta, Herní použití, Tiga


Určitě si přečtěte

Koupili jsme nejlevnější dron s kamerou. Stál nás 300 Kč a má rozměry kreditky

Koupili jsme nejlevnější dron s kamerou. Stál nás 300 Kč a má rozměry kreditky

** Kvalitní drony začínají na 10 000 Kč ** Šli jsme na to jinak a koupili ten nejlevnější s kamerou ** I když je to čínský šmejd, je s ním zábava

Jakub Čížek | 34

Výkon herního počítače za 139 Kč nebo i úplně zadarmo. Geforce Now startuje!

Výkon herního počítače za 139 Kč nebo i úplně zadarmo. Geforce Now startuje!

** Dlouhý betatest končí a nyní všichni mohou hrát přes internet ** Nemusíte žádné hry kupovat znovu. Jede to, co už máte v knihovnách na Steamu, Uplay, Battle.net a jinde ** Roční náklady odpovídají ceně jedné běžné hry

Tomáš Holčík | 68

17 užitečných tipů a triků pro Mapy Googlu, které byste měli znát

17 užitečných tipů a triků pro Mapy Googlu, které byste měli znát

** Mapy Googlu mají spoustu funkcí, které jsou často přehlíženy ** Využijte například podrobnější možnosti plánování cest ** Hodit se mohou i tipy na sdílení nebo pohledy do minulosti

Karel Kilián | 25



Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest 12 bezdrátových sluchátek

Vyplatí se Apple z bazaru?

Test batohů pro notebooky

Vybíráme nejlepší sportovní hodinky