Кристалл видеокарты что это такое
Почему происходит отвал графического процессора и чипов памяти у видеокарты
Содержание
Содержание
Давайте разберемся, почему в последние годы видеокарты часто выходят из строя из-за отвала графического процессора или чипов памяти и как этого избежать. А также затронем важный для многих вопрос — что сильнее изнашивает видеокарту: майнинг или игры?
Наверняка вы видели в интернете фотографии цветных «артефактов» на экране монитора, они появляются, если у видеокарты произошел отвал графического процессора или чипа памяти. «Артефакты» — не единственный признак. Отвал чипов может сопровождаться черным экраном при включении ПК, невозможностью установить драйвера на видеокарту и ошибкой 43 в Windows, указывающей на системные сбои, связанные с графическим адаптером.
Особенно часто проблемы появляются у видеокарт, выпущенных в конце 2000-х годов и позже, а наиболее сильно от отвалов пострадали видеокарты серий Nvidia GeForce семейств 8X00, 2XX, 4XX и 5XX. Многие из этих моделей не дожили до наших времен в рабочем состоянии, часто они продаются на вторичном рынке после кустарного ремонта методом прогрева, но он помогает ненадолго.
GeForce 8800 GTX были рекордсменами по отвалам чипов
Что такое BGA и почему происходит отвал чипов?
Чтобы понять, что такое отвал чипов и по каким причинам он происходит, сначала надо разобраться в способах крепления микросхем к текстолиту видеокарты. В 1990-х годах видеочипы имели совсем немного выводов, для них вполне хватало корпуса DIP (от англ. dual in-line package), выводы которого располагаются по краям микросхемы, или корпусов QFP (от англ. Quad Flat Package), где выводы были с четырех сторон.
Даже таким сложным видеочипам 1990-х годов, как 3dfx Voodoo II, хватало корпусов QFP
В 2000-х годах сложность графических процессоров и их энергопотребление начали быстро расти, количество выводов достигло сотен штук и более, что сделало невозможным их исполнение в корпусах QFP. Выходом стал тип корпуса микросхем BGA (от англ. Ball grid array — «массив шариков»), в котором контакт обеспечивается с помощью шариков припоя, расположенных с обратной стороны микросхемы. Росло количество выводов и у микросхем видеопамяти, которая после недолгого существования в корпусах TSOP (от англ. Thin Small-Outline Package), тоже перешла в корпуса BGA.
Видеочип GeForce 4 Ti 4200 уже использует корпус BGA, а видеопамять пока еще обходится корпусом TSOP
BGA решил проблему миниатюризации чипов с большим количеством выводов, но в отличие от корпусов DIP, QFP и TSOP, выводы чипа в виде шариков припоя не являются гибкими. При многократном сильном нагреве с последующим резким остыванием в них возникают микротрещины и окислы, постепенно приводящие к так называемому «отвалу» чипа, когда один или несколько шариков теряют контакт.
Контакт шариков может нарушиться и при физическом воздействии на текстолит или чип, например, при неаккуратной установке видеокарты в ПК. А также при демонтаже ее системы охлаждения, провисании в слоте под собственным весом или при сильной и продолжительной вибрации.
Из-за этого корпуса чипов BGA считаются ненадежными и редко применяются в тех отраслях электроники, где требуется безотказная работа, несмотря на перепады температур или вибрации, например, в военной технике или авиастроении. Ситуация с ненадежностью корпусов BGA усугубилась во второй половине 2000-х годов, когда при изготовлении бытовой электроники и видеокарт в частности, производители окончательно перешли на применение экологичных бессвинцовых припоев.
Бессвинцовые припои отличаются более высокой температурой плавления и более высокой твердостью получающихся шариков, используемых в качестве контактов чипа. Если более мягкий припой с содержанием свинца обеспечивал некоторую пластичность пайки, то с бессвинцовыми припоями контакты BGA-чипов стали еще больше подвержены как механическим, так и термическим повреждениям.
В те годы на форумах активно шли дискуссии пользователей, занимающихся ремонтом электроники. Они предполагали, что с помощью бессвинцовых припоев производители в первую очередь решили вопрос запланированного устаревания устройств. Что неудивительно, ведь после видеокарт и материнских плат 1990-х годов, работающих по 5-10 лет, пользователи начали сталкиваться с отвалами чипов уже через пару-тройку лет работы устройства.
Можно ли отремонтировать отвал чипов?
Отвалы чипов дали целое направление кустарному способу ремонта, который называли «прогрев» или «прожарка»: пользователи нагревали видеокарту разными способами — от духовки и утюга до строительного фена. Обычно такой «ремонт» помогал, но очень ненадолго. Уже через пару месяцев пользователь опять сталкивался с отвалом чипа и артефактами видеокарты.
Дело в том, что шарики припоя расположены не только под подложкой чипа, которой он крепится к текстолиту видеокарты, но и между чипом и подложкой, где их размер намного меньше. И чаще всего отвал и нарушение контактов шариков припоя происходили именно между чипом и подложкой.
Опытные мастера, занимающиеся ремонтом компьютерной техники, могут починить отвал между текстолитом видеокарты и подложкой чипа, сделав так называемый «реболл» — шарики припоя заменяют на новые с помощью специальных трафаретов и последующей пайки.
Но отвал шариков между подложкой и чипом практически неремонтопригоден. В этом случае поможет только пересадка рабочего чипа, например, с видеокарты «донора». Ремонт отвала чипа видеопамяти тоже производится с помощью «реболла» с использованием рабочего чипа.
Что вызывает отвал чипов при обычном использовании видеокарты?
Давайте представим обычный сценарий использования игровой видеокарты. При включении ПК графический процессор видеокарты разогревается с комнатных 20-25 градусов до 35-45 градусов в режиме простоя. В случае использования функции «FAN STOP», которую в наше время все чаще применяют производители, видеокарта в простое может разогреваться и до 50-60 градусов. Это зависит от качества ее системы охлаждения и эффективности вентиляции в корпусе.
«FAN STOP» не только снижает шум и износ вентиляторов, но и уменьшает количество пыли на видеокарте
При запуске игры температура видеопроцессора обычно поднимается до 65-85 градусов — опять же в зависимости от эффективности охлаждения видеокарты и корпуса ПК. Но температура постоянно скачет при снижении нагрузки на видеокарту, например, при входе в инвентарь, загрузке уровня или проигрывании кат-сцены.
То есть на шарики припоя BGA-чипа постоянно действует перепад температур, вызывающий их расширение и сжатие. А при частом свертывании игры в трей и развертывании ее обратно перепады температуры могут составить и до 40-50 градусов, что еще сильнее бьет по шарикам припоя. За несколько часов игры может быть несколько сотен подобных циклов нагрева и остывания.
Почему чипы видеопамяти уязвимы для отвала?
Указанные выше температуры нормальны для видеопроцессора, их мы обычно видим в мониторинге таких программ, как MSI Afterburner или HWiNFO. А вот температуру чипов видеопамяти зачастую не мониторят на видеокартах бюджетного и среднего сегмента, хотя их нагрев может достигать гораздо более высоких значений, чем у видеопроцессора.
Ситуацию усугубляет то, что производители часто не уделяют охлаждению видеопамяти должного внимания, сосредотачиваясь на охлаждении видеопроцессора. В результате мы получаем видеокарту с холодным видеопроцессором, нуждающимся в небольшом потоке воздуха для охлаждения, но с видеопамятью, которой этого потока для должного охлаждения не хватает.
Яркий пример таких видеокарт — ASUS GeForce GTX 1060 Strix с массивной и избыточной СО на видеочипе, и маленькой пластиной, которая должна охлаждать видеопамять, но даже не накрывает все чипы.
Тем не менее, дорогая видеокарта с массивной системой охлаждения, в которой охлаждаются и чипы памяти — еще не гарантия низких температур. Очень высокие температуры чипов видеопамяти GDDR6X были зафиксированы пользователями на видеокартах GeForce RTX 3080 и RTX 3090. Температуры доходят до 102 градусов в играх, и до 110 при майнинге Ethereum, а при превышении рабочей температуры памяти в 100 градусов уже начинается троттлинг со сбросом частот.
Почему майнинг считается более безопасным в плане отвала чипов видеокарты?
В отличие от скачущей игровой нагрузки, в майнинге видеокарты круглосуточно работают при практически одинаковых нагрузках и температурах. Это более щадящие условия для шариков припоя на чипах BGA. Температуры видеокарт в открытых фермах обычно ниже, чем в игровых ПК, а дополнительным фактором их снижения является частое использование майнерами андервольта для экономии электроэнергии.
Но не стоит думать, что после пары лет майнинга видеокарта будет как новенькая. После длительного майнинга обычным делом для видеокарт является износ вентиляторов СО, а также деградация чипов памяти за счет эффекта электромиграции.
Как продлить жизнь видеокарте и минимизировать риск отвала чипов?
Видеокарты в наше время стали настоящим сокровищем, очень важно позаботиться о комфортных условиях работы для них. Чтобы минимизировать риск отвала чипов, надо в первую очередь уменьшить перепад температур между состоянием простоя видеокарты и режимом максимальной нагрузки в играх. Добиться этого можно несколькими способами, одним из них является ручная настройка работы вентиляторов, например, через утилиту MSI Afterburner.
Но даже видеокарта с качественной системой охлаждения может перегреваться в тесном корпусе с плохой вентиляцией. Оптимальным выбором на сегодня являются корпуса с двумя-тремя вентиляторами на вдув и на выдув. Такое количество вентиляторов создаст отличную продуваемость в корпусе и сохранит комфортный уровень шума при установке малооборотистых вентиляторов.
В отличие от остальных комплектующих, цены на корпуса за последний год практически не росли: хорошую в плане вентиляции модель можно купить по цене от 3000-4000 рублей.
Очень важно регулярно чистить видеокарту от пыли, желательно использовать корпус с качественными съемными пылевыми фильтрами — тогда запыление комплектующих внутри будет минимальным. Это поможет соблюсти нормальный температурный режим.
Очень легко повредить видеокарту при установке или извлечении из ПК. Начинающим пользователям надо совершать эти манипуляции крайне осторожно и при хорошем освещении. Недопустимо применять чрезмерную силу или надавливать только на систему охлаждения — это вызовет перекос видеокарты.
Массивные и длинные видеокарты могут провисать под своим весом, что чревато изгибом текстолита и может вызвать отвал чипов. В этом случае помогут специальные подставки под видеокарту, принимающие на себя ее вес.
Выводы
Может показаться, что видеокарты очень ненадежны и отвал чипов со временем неминуем, однако на практике все не так однозначно и сильно зависит от серии видеокарт и каждого конкретного случая. Если такие серии видеокарт, как Nvidia 8X00, были рекордсменами по отвалам, то их конкуренты, довольно горячие ATI Radeon HD 48X0, оказались гораздо более надежными.
Довольно редко отвалы чипов встречаются в поколении видеокарт Nvidia Pascal, которые существуют на рынке уже пять лет и пережили майнинг-бум 2017-2018 годов. Дополнительно подстраховаться от отвала чипов можно, выбрав видеокарту с хорошей системой охлаждения и приличным сроком гарантии, а затем обеспечить ей комфортные условия работы.
Все(Ну почти) о Видеокартах. Часть 1
Но при этом эта информация разбросана по разным источникам, и мне кажется, ее не мешало бы хоть немного систематизировать всего в двух статьях.
В первой части я постараюсь дать базовые знаний, во второй же будет немного более углубленный уровень.
Я постараюсь затронуть различные темы, касаемые видеокарт, в частности — что это, зачем она нужна, из чего состоит, характеристики и применение в вычислительной технике
Часть 1: Что Такое Видеокарта? Зачем она нужна? Из чего она состоит?
Часть 2: Характеристики и Применение Видеокарт в вычислительной технике
P.S Ссылку на 2 часть я прикреплю, как только она будет
Видеокарта – это устройство, преобразующее изображение, находящееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора.
Видеокарта в разных источниках может носить названия вроде: графический ускоритель, графическая карта, видеоадаптер, 3D-ускоритель, GPU и другие похожие термины. Все это различные названия одного и того же устройства, очень важного в современном компьютере.
Почему 3D-ускоритель или почему графический ускоритель? Почему «важного в современном комьютере»? Откуда это все? Об этом чуть позже
А сейчас смотрите — видеокарты делятся на 3 типа:
Интегрированные видеокарты : Это видеочипы, интегрированные в ядро процессора (CPU), (пребывают на кристалле процессора ) или, реже, вшиты в материнскую плату( как правило, находятся сами по себе, но вообще могут находиться под чипом именуемым «северным мостом «. Интегрированные видеокарты дают слабые показатели для тех, кто хочет хорошую графическую производительность.
Ведь интегрированные решения для этого не рассчитаны и используются в, например, офисных компьютерах(или ноутбуках), где предполагается, что не будет сильных нагрузок на видеочип.
Проблема интегрированных видеокарт в том, что они не имеют собственную оперативную память (ОЗУ), и используют вместе с процессором одну оперативную память компьютера, при том передача сигнала идет по одной системной шине — и то, и другое, на самом деле, сильно тормозит работу.
Интегрированная видеокарта идет вместо со всеми остальными компонентами на плате, так как, очевидно, она на этой плате располагается
Пример 1:
Пример 2:
Пример 3:
Дискретные видеокарты отличаются своими вычислительными мощностями в сравнении с интегрированными видеоадаптерами, так как имею свою собственную память — следовательно нет необходимости лезть и на пару с процессором брать оперативную память компьютера, хотя дискретная видеокарта и это тоже умеет
Дискретная карта не интегрирована в материнскую плату, а располагается отдельно, являясь независимой(захотел-вытащил и унес с собой) и соединясь с системной шиной данных с помощью плат расширения(иначе говоря — слотов), которые
Посмотреть все изображения
используются для подключения внешних устройств(aka адаптеры или контроллеры этих подключаемых устройств)
Говоря о слотах, я имею ввиду:
Дискретная карта, очевидно, отличается от интегрированной и выглядит так:
Пример 1:
Пример 2:
Пример 3:
Пример 4:
Как вы видите, дискретные карты, в отличие от интегрированных, не являются неотъемлемой частью платы и выполнены в виде отдельного чипа
Гибридные решения : Этот вариант(ну или это решение) подразумевает в себе, как, собственно, понятно из названия- совмещение интегрированной видеокарты и дискретной( только вот работа происходит не одновременно, а поочередно, при том ресурсы требующие больших вычислительных мощностей отдаются дискретной, а меньших — слабой, интегрированной видеокарте(происходит переключение-должно)
И вот в данном случае, видеокарту( как раз обычно и имеют ввиду дискретную) можно считать графическим ускорителем, 3D-ускорителем, ведь скорость работы заметно возрастает, и с прохождением игр проблем меньше.
Именно за своей вычислительной мощности дискретная карта играет роль очень важного в современном компьютере компонента.
К минусам еще можно отнести тот факт, что если по каким-то причинам ваш видеочип выйдет из строя- это будет больно, так как он находится аж в процессоре, что достаточно проблемно
Если же вы хотите получить от компьютера больших мощностей, ведь вам надо, к примеру, поиграть в нововышедшие игры, свободно смотреть видео в лучшем качестве, рендерить ролики и еще кучу всего, что хорошо прогреет вашу «машину», то, определенно стоит брать дискретную видеокарту, пусть это вам и обойдется дороже.
В случае выхода чипа из строя на дискретной карте- так как дискретная карта так же свободно вытаскивается, как и вставляется — его можно перепаять или заменить, изначально, конечно же, достав эту видеокарту (прогревать не стоит, я считаю, что это бред и потом будет только хуже)
Интегрированная видеокарта использует те же ресурсы, что и другие компоненты на этой плате, а вот с дискретной картой дела обстоят интереснее, она имеет свои компоненты.
Кому интересно, в разрезе она выглядит так:
Давайте еще раз посмотрим на внешнюю(дискретную) карту:
Современная дискретная видеокарта состоит из следующих частей:
Графический процессор (ну или Graphics Processing Unit (GPU) — графическое процессорное устройство) занимается расчётами выводимого изображения, освобождая от этой обязанности центральный процессор, производит расчёты для обработки команд трёхмерной графики. Является основой графической платы, именно от него зависят быстродействие и возможности всего устройства.
Современные графические процессоры по сложности строения не уступают центральному процессору компьютера, и зачастую превосходят его по вычислительной мощности, благодаря большому числу универсальных вычислительных блоков( больше ядер)
Выглядит GPU, например, так :
О его архитектуре и в принципе, о различии между CPU и GPU мы еще поговорим, после того, как я разберу все составляющие компоненты
Видеоконтроллер отвечает за формирование изображения в видеопамяти, он посылает команды на цифро-аналоговый преобразователь (RAMDAC) и проводит обработку команд центрального процессора
Если же говорить о дискретной карте, то используется VRAM (видеопамять)
Современные графические адаптеры(видеокарты) — например у AMD, NVidia- обычно имеют не менее двух видеоконтроллеров, работающих независимо друг от друга и управляющих одновременно одним или несколькими дисплеями каждый.
Картинки:
Видео-ПЗУ (Video ROM) — не путайте с видеопамятью— постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в которое записаны BIOS видеокарты, экранные шрифты, служебные таблицы и т. п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую — к нему обращается только центральный процессор
4.Видеопамять(VRAM) — это внутренняя оперативная память, отведённая для хранения данных, которые используются для формирования изображения на экране монитора.
Видеопамять выполняет функцию кадрового буфера, в котором хранится изображение, создаваемое и постоянно изменяемое графическим процессором, пока то не выведется на экран монитора (или нескольких мониторов).
В видеопамяти хранятся также промежуточные невидимые на экране элементы изображения и другие данные.
Вот эти черные чипы, расположенные вокруг графического процессора и есть видеопамять
Вот еще пример:
Видеопамять бывает нескольких типов, различающихся по скорости доступа и рабочей частоте, о ней мы еще поговорим ниже, когда я буду затрагивать характеристики видеокарт
Видеоконтроллер формирует изображение, однако его нужно преобразовать в необходимый сигнал с определенными уровнями цвета.
Данный процесс выполняет ЦАП
Один канал работает на 256 уровнях яркости для отдельных цветов, а в сумме ЦАП отображает 16,7 миллионов цветов(а за счёт гамма-коррекции есть возможность отображать исходные 16,7 млн цветов в гораздо большее цветовое пространство).
Некоторые ЦАП имеют разрядность по каждому каналу 10 бит (1024 уровня яркости), что позволяет сразу отображать более 1 млрд цветов, но эта возможность практически не используется.
Для поддержки второго монитора часто устанавливают второй ЦАП.
Используется при DVI-D, HDMI, DisplayPort подключениях.
Дело в том, что с распространением жидко-кристаллических мониторов и плазменных панелей нужда в передаче этого самого аналогового сигнала отпала — в отличие от электронно-лучевых трубок они уже не имеют аналоговую составляющую и работают внутри уже сразу с цифровыми данными.
Более подробная информация про TMDS вот тут
Видеокарты имеют возможность передачи изображения на другие устройства вывода путем подключения, через интерфейсы(выходы):
VGA (Video Graphics Adapter) используется для вывода аналогового сигнала
Разъем для называют VGA или D-Sub 15 (15-контактный разъем)
HDMI (High Definition Multimedia Interface) интерфейс для мультимедиа высокой чёткости, позволяющий передавать цифровые видеоданные высокого разрешения и многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования
DVI (Digital Visual Interface) — цифровой интерфейс, который применяется для подключения видеокарты к ЖК-мониторам, телевизорам, проекторам, а также плазменных панелей
S-Video (или S-VHS) — аналоговый разъем, который используется для вывода изображения на телевизоры и видеотехнику.
DisplayPort – принципиально новый тип цифрового интерфейса для связи видеокарт с устройствами отображения
Разъём RCA (Radio Corporation of America) aka «Тюльпан» или «Колокольчик».
Обычный выход, который можно встретить на телевизорах и видеооборудовании
Система охлаждения предназначена для сохранения температурного режима видеопроцессора и (зачастую) видеопамяти в допустимых пределах — очевидно
Вообще, такой вариант охлаждения не единственный, так же есть и другой —водяное охлаждение, которое нередко поставляется с красивой подстветкой.
Только посмотрите на это:
К слову, у воздушного охлаждения подсветка тоже есть:
Если из снимков еще не очевидно, то имейте в ввиду, что система воздушного охлаждения предполагает только радиатор(делается из меди или аллюминия, так как имеет большую теплоемкость, вследствие чего перетягивает на себя большую часть тепла) и вентилятор(«выдувает» это тепло из радиатора), в английском сам термин cooler(охладитель) принято разделять на 2 части. Так, например, есть понятия heat sink & fan — радиатор и вентилятор за счет этого и охлаждается (-ются) элемент(-ы) платы
Система жидкостного охлаждения же – это такая система охлаждения, в качестве теплоносителя в которой выступает какая-либо жидкость, а не воздух.
Вода в чистом виде редко используется в качестве теплоносителя (связано это с электропроводностью и коррозионной активностью воды), чаще это дистиллированная вода (с различными добавками антикоррозийного характера), иногда — масло, другие специальные жидкости.
Главная разница в использовании воздушного и жидкостного охлаждения заключается в том, что во втором случае для переноса тепла вместо воздуха используется жидкость, обладающая гораздо большей, по сравнению с воздухом,
теплоемкостью.
На второй картинке на показано, но шланги тоже соединены с помпой
Имея жидкостную систему охлаждения, обычно остужают все сильно нагревающие компоненты, и тогда это выглядит так:
Но а для самой видеокарты охлаждение идет только самого видеочипа:
Принцип действия системы жидкостного охлаждения отдаленно напоминает систему охлаждения в двигателях автомобиля — через радиатор вместо воздуха, прокачивается жидкость, что обеспечивает гораздо лучший теплоотвод.
В радиаторах охлаждаемого объекта вода нагревается, после чего вода из этого места циркулирует в более холодное, т.е. отводит тепло.
Одна из частых проблем обладателей систем жидкостного охлаждения это перегрев околопроцессорных элементов материнской платы, которые могут сильно нагреваться
Связано это с тем, что обычно в таких системах отсутствует циркуляция холодного воздуха.
Как раз таки совмещение с кулером, который будет охлаждать остальные греющиеся элементы, тем самым, в многих случаях спасая ситуацию
Выбирая жидкостную систему охлаждения, будьте бдительны. Этот подход хоть и делает работу комьютера менее шумным, и лучше остужает, но тем не менее, иногда это плохо заканчивается, включая все вытекающие последствия