آشنایی با عوامل پشت پرده در پردازش تصاویر توسط کارت گرافیک‌

در عصر حاضر، کارت‌های گرافیک تنها به بازی‌های ویدیویی محدود نمی‌شوند؛ آن‌ها به‌عنوان پیشران اصلی پردازش‌های گرافیکی، طراحی‌های سه‌بعدی، ویرایش فیلم و حتی کاربردهای هوش مصنوعی تلقی می‌شوند. اما وقتی که یک تصویر یا صحنه گرافیکی بر روی نمایشگر نمایان می‌شود، در پشت صحنه چه رویدادهایی به وقوع می‌پیوندد؟ این مقاله به زبان ساده و مرحله‌ای تشریح می‌کند که کارت گرافیک چگونه به پردازش یک تصویر پرداخته و اجزای مختلف آن مانند هسته‌ها، حافظه، فرکانس‌ها و واحدهای پردازشی در این روند چه نقشی ایفا می‌کنند.

پردازش تصویر به وسیله کارت گرافیک

در ادامه، ما شما را به بررسی مراحل پردازش تصویر توسط کارت گرافیک دعوت می‌کنیم، که به‌طور ساده توضیح داده شده است:

1.  دریافت دستورات از نرم‌افزار:

زمانی که یک بازی، نرم‌افزار طراحی یا سیستم‌عامل دستور نمایش یک تصویر را صادر می‌کند، کارت گرافیک وارد عمل می‌شود. این دستور شامل اطلاعاتی از قبیل مدل‌های سه‌بعدی، بافت‌ها، نورپردازی و افکت‌ها می‌باشد.

2.  فعالسازی هسته‌ها (Shader Cores)

هسته‌ها به عنوان واحدهای کوچک پردازشگر عمل می‌کنند که وظایف محاسباتی و گرافیکی را انجام می‌دهند. هرچه تعداد این هسته‌ها بیشتر باشد، پردازش‌های موازی سریع‌تر به انجام می‌رسند و فرکانس هسته‌ها نیز مشخص می‌کند که هر هسته در هر ثانیه چه تعداد عملیات را می‌تواند انجام دهد، بنابراین فرکانس بالاتر = سرعت بیشتر!

3. تقسیم وظایف بین واحدهای پردازشی (CU)

واحدهای CU گروهی از هسته‌ها هستند که به صورت هماهنگ کار می‌کنند. هر CU شامل هسته‌ها، TMUها و ROPهاست. واحدهای CU وظایف مختلفی نظیر محاسبه نور، سایه‌زنی، هندسه و فیزیک تصویر را به صورت مشترک انجام می‌دهند.

4.  بارگذاری بافت‌ها توسط TMUs 

وظیفه Texture Mapping Units که به اختصار TMU شناخته می‌شوند، شامل خواندن و اعمال بافت‌ها بر روی اشیاء سه‌بعدی است. این بافت‌ها از حافظه فراخوانی شده، مقیاس‌بندی شده و بر روی مدل‌ها پیاده‌سازی می‌گردند. بنابراین، هرچه تعداد TMUها بیشتر باشد، سرعت بارگذاری بافت‌ها افزایش یافته و لگ تصویری کمتری ایجاد می‌شود.

5.  استفاده از حافظه گرافیکی (VRAM)

به‌طور حتم بارها نام VRAM را شنیده‌اید. این حافظه‌ها که به‌طور اختصاصی برای کارت گرافیک‌ها طراحی شده‌اند، اطلاعاتی نظیر بافت‌ها، مدل‌ها و فریم‌های پیشین را ذخیره می‌کنند. در صورت ناکافی بودن VRAM، کارت گرافیک ناچار به استفاده از RAM سیستم خواهد بود که سرعت کمتری دارد و به اصطلاح فناوری به آن Memory Share گفته می‌شود. فرکانس VRAM نیز تعیین‌کننده سرعت انتقال داده‌ها بین حافظه و پردازنده است؛ بنابراین فرکانس بالاتر = پهنای باند بیشتر!

6.  رندر نهایی توسط ROPs

واحدهای ROP که به نام Raster Operations Pipelines شناخته می‌شوند، مسئول ترکیب نهایی پیکسل‌ها، اعمال افکت‌های پایانی از جمله anti-aliasing و ارسال تصویر نهایی به حافظه هستند. به همین دلیل، هرچه تعداد ROP بیشتر باشد، سرعت خروجی گرفتن تصویر نهایی و کاهش تاخیر در نمایش تصویر بهبود می‌یابد.

7.  ارسال تصویر به نمایشگر

در نهایت، پس از اتمام فرآیند پردازش، تصویر نهایی از طریق خروجی کارت گرافیک (مانند HDMI یا DisplayPort) به نمایشگر ارسال می‌شود تا به نمایش درآید.

پردازش تصویر توسط کارت گرافیک، یک فرآیند پیچیده اما هماهنگ بین اجزای مختلف است. از زمان صادر شدن دستور پردازش تا لحظه‌ای که تصویر بر روی نمایشگر نمایان می‌شود، هسته‌ها، حافظه، واحدهای بافت‌خوانی و خروجی رندر همگی نقش مهمی ایفا می‌کنند. با شناخت این اجزا می‌توان به شما توصیه کرد که در کارت گرافیک مناسب، به‌جای تمرکز تنها بر تعداد هسته‌ها یا حجم VRAM، ترکیب متعادل تمامی این عوامل را مدنظر قرار دهید.

پس از مطالعه این مقاله، پیشنهاد می‌کنیم که به بررسی عمیق‌تری در مورد گرافیک کامپیوتر بپردازید: ساختار، اجزا و نحوه عملکرد، تا با این ابزار جذاب بیشتر آشنا شوید.