グラフィックカードのしくみ

コンピュータが画面上にグラフィックを生成するためにどのように機能するのか疑問に思ったことはありませんか？グラフィックカードがこれらの画像の作成を担当していることはご存知でしょうが、どの程度正確にこれらの画像を作成しますか？

ここでは、グラフィックカードのすべての重要なコンポーネントとそのすべての機能について詳しく説明します。

インターフェース

グラフィックカードインターフェイスは、マザーボードに直接接続して情報交換を可能にするビデオカードの一部です。

インターフェイスの2つの主要なタイプは、PCIExpressとAGPです。 （ISA、PCI、およびPCI-Xインターフェースもありますが、それらはまれで古くなっています。）

PCI Express

これは、従来のPCIインターフェースのアップグレード版であり、多くの個別のレーンを利用して、帯域幅をより高速に合理化するのに役立ちます。

それだけでなく、AGPインターフェースよりも用途が広く、インターフェースがシンプルなため、より効率的に電力を消費できると考えられています。

AGP

Accelerated Graphics Portは、3Dグラフィックスをレンダリングするように設計されており、マザーボードへの直接接続を利用します。これにより、クロック速度が向上し、1回の転送でデータのグループを送受信できます。

ビデオBIOS

ビデオBIOSには、ビデオカードの最も基本的なセットアップインターフェイスが含まれており、グラフィックカードのROMまたは読み取り専用メモリを介してコンピュータのBIOSに転送されます。

このインターフェースには、次のような重要なものが含まれています。

• メモリタイミング
• 電圧
• 動作速度
• RAM

ビデオBIOSは、残りのコンポーネントが機能するための基盤として機能するグラフィックカードの心臓部と考えてください。

GPU

グラフィックスプロセッシングユニットとも呼ばれるこのビデオカードの発案は、RAMを介してピクセルを2Dおよび3Dグラフィックスにレンダリングする役割を果たし、次の部分で構成されています。

• グラフィックスとコンピュータアレイ
• グラフィックメモリコントローラー
• バスインターフェース
• 電力管理ユニット
• ビデオ処理ユニット
• ディスプレイインターフェース

より具体的には、GPUは各ピクセルに特定の詳細を適用して、ピクセルに命を吹き込みます。このような詳細には、色、テクスチャ、およびパターンが含まれます。レンダリングされたすべてのピクセルが画面上にまとまりのある画像を形成するまで、これを何度も繰り返します。 （正確なピクセル数は画面の解像度によって異なります）。

GPUは非常に熱心に機能しているため、大量の熱を発生します。そのため、GPUは（巨大な）ヒートシンクの下に配置され、冷却を維持します。

ビデオメモリ

GPUがこれらすべてのピクセルをレンダリングしている間、画像を表示できるように、このデータを保存する場所が必要です。

これがビデオメモリの目的であり、通常、容量は1GBから12GBの範囲です。

次のようなさまざまな種類のメモリがあります。

• VRAM：これにより、GPUはこれらのピクセルを非常に高速にレンダリングできます（「読み取りと書き込み」とも呼ばれます）
• WRAM：さらに高速なバージョンのVRAM
• SDRAM：高いクロックおよび帯域幅レートで動作します
• SGRAM：グラフィックパフォーマンスの向上で知られています

ビデオメモリはデジタル情報と呼ばれるものを保持しており、このデータをアナログ信号のみを読み取るモニターに送信する方法が必要です。

まったく異なる言語を話す2人がお互いにコミュニケーションをとろうとしているようなものです。

ここでRAMDACが役に立ちます。

RAMDAC

RAMDAC（Random Access Memory Digital-to-Analog Converterの略）をグラフィックカードの世界のインタプリタと考えてください。

ビデオメモリからのデジタルデータをアナログ信号に変換して、モニターに送信します。

デジタル信号とアナログ信号の主な違いは、波の構造にあります。

• デジタル–硬く、正方形に見える波
• アナログ–滑らかで連続的な波

RAMDACは、これらの硬い波を取得し、モニターが理解できるように滑らかにします。これにより、GPUがレンダリングした完成した画像が作成されます。

出力

出力は、グラフィックカードをディスプレイケーブルに接続するために使用されます。ディスプレイケーブルは、RAMDACが解釈しているデジタルからアナログへの変換信号を転送するために使用されます。

出力は次のカテゴリに分類されます：

• VGA：アナログディスプレイ信号を使用します
• DVI：コンピューターからモニターにピクセルを転送するための標準のデジタルインターフェース
• HDMI：オーディオとビジュアルの両方の転送を実行します
• Vivo：テレビやDVDプレーヤーなどのさまざまなマルチメディアデバイスに接続するために使用されます
• DisplayPort：ビデオデバイスとディスプレイデバイスを接続します

クーラー

GPUはグラフィックカードの最もホットな部分であるため、過熱を防ぐために冷却状態を維持する必要があります。

ヒートシンク

ヒートシンクは、GPUによって発生した熱を受け取り、それをフィン全体に分散させ、ユニットから遠ざけます。ユニットは通常、付属のファンを介して冷却されます。

ウォーターブロック

ウォーターブロックは、熱を取り、ガスから冷却された液体に移行することで、GPUを液冷する方法です。この液体は、絶縁されたチューブを通り抜けてGPUに戻り、再利用されます。

スロットモデル

シングルスロットクーラー

ローエンドモデルは、多くの場合、高さが1スロットで、デュアルスロットシステムよりも発熱が少なくなります。これらは1つの拡張スロットに十分なスペースしか占有せず、通常はサイズが小さいです。

デュアルスロットクーラー

ハイエンドモデルは、多くの場合、より良い冷却を提供するために2つのスロットで構築されます。デュアルスロットシステムは、熱風を2番目のスロットからコンピュータケースから押し出すように設計されています。

まとめる

マザーボードは、グラフィックカードインターフェイスを介して起動するようにビデオBIOSに指示します。これにより、GPUに信号が送信され、グラフィックのレンダリングが開始されます。

GPUは各ピクセルに詳細を割り当て始めると、このデータをビデオメモリに保存します。ビデオメモリはデジタル信号のみを読み取ります。

RAMDACは、これらのデジタル信号をモニターが理解できるようにアナログ信号に変換し、転送手段として出力を介してこれらの波を送信します。

一方、ヒートシンクやウォーターブロックなどの冷却方法は、GPUが大部分のうなり声を上げているため、GPUが過熱しないようにするために使用されます。

これらはグラフィックカードの重要なコンポーネントであり、それらすべてがどのように調和して機能し、私たち全員が知っていて愛している高解像度グラフィックをレンダリングするかを示しています。

画像クレジット：グラフィックカード、S3グラフィッククローム530 GTカード、Wave、EVGA GeForce GTX 590、Zalman Fatal1ty GPUクーラー、CPUウォーターブロックHDR –トーンマッピング、マインドストーム