реклама
Видеокарты

Понимание и рассчёт скорости заполнения (fillrate) акселератора

Терминология

О видах памяти и скорости её заполнения высказано столько мнений, что я решил написать статью по этому поводу. Прежде всего давайте определимся с терминологией:

  • Пиксел - самый маленький элемент буфера кадров, обычно 16-ти или 32-х битный. Так же может обладать Z координатой, тоже 16-ти или 32-х битной.
  • Сэмпл Текселя - самый маленький элемент текстуры. Обычно 16-ти или 32-х битный.
  • Тексел - цвет текстуры, принадлежащий пикселу. Обычно он либо точечно апроксимирован (один сэмл текселя), билинейно фильтрирован (четыре сэмпла текселей) или трилинейно фильтрирован (восемь сэмплов текселей)

Как подсчитать ширину канала памяти?

Для этого нужно знать всего две вещи - ширину шины в битах и частоту памяти в мегагерцах. Память с шириной шины 128 бит может за один раз передавать 16 байт, так как один байт это восемь бит (128бит / 8 = 16 байт). Double Data Rate (DDR) память имеет в два раза большую эффективную частоту, так как за один такт она передаёт данные два раза.

Память с 128-бит шиной и 166Mhz SDRAM может максимально передавать 128бит / 8 бит в байте * 166 мегагерц = 2.656 гигабайт в секунду.

Память с 128-бит шиной и 166Mhz DDR способна передавать 128 бит / 8 бит в байте * 166 мегагерц * 2 (поскольку DDR) = 5.312 гигабайт в секунду

Как посчитать максимальную скорость заполнения?

Для рассчёта максимального теоретического fillrate вы должны знать следующее:

  • Доступную ширину канала памяти (см. выше)
  • Глубину пиксела (сколько бит - 16 или 32)
  • Глубину Z буфера (16 или 32 бита)
  • Глубину текселя

Когда акселератор рендерит треугольник, он разбивает его на единичные пиксели. В нормальной ситуации он делает с каждым пикселем следующее:

  • Читает старое значение Z из Z-буфера
  • Пишет новое значение в Z-буфер
  • Считывает тексел(и)
  • Пишет новый пиксел в Z-буфер

Учитывая это мы можем рассчитать скорость заполнения для заданной ширины канала памяти.

В первом примере у нас до 16 байт, способных пройти через систему памяти для каждого пиксела. Теперь берём для нашего примера память с 128 битной шиной и частотой в 166 мегагерц, смотрим сколько можно протолкнуть через эту память, уместив в 2.656 гигабайт в секунду. Получается 2.656 / 16 = 166 мегапикселей в секунду. Вот несколько моделей и их требований по передаче данных через шину для одного пиксела:

  • 32 бита, 32-х битный Z-буфер, 32-х битная текстура = 16 байт на пиксел
  • 16 бит, 32-х битный Z-буфер, 16-ти битная текстура = 12 байт на пиксел
  • 32 бит, 16-ти битный Z-буфер, 16-ти битная текстура = 10 байт на пиксел
  • 16 бит, 16-ти битный Z-буфер, 16-ти битная текстура = 8 байт на пиксел
  • 16 бит, 16-ти битный Z-буфер без текстуры = 6 байт на пиксл

Вот несколько подсчётов:

Чип со 128-ми битной шиной на 166Mhz SDRAM (к примеру GeForce на SDRAM)

  • Максимальная скорость заполнения в полном 32-х битном режиме (16 байт на пиксел) - 166 мегапикселов в секунду
  • Максимальная скорость заполнения в 16-ти битном режиме (8 байт на пиксел) - 332 мегапиксела в секунду

Чип с шиной 128 бит и частотой 166Mhz типа DDR (к примеру GeForce на DDR)

  • Максимальная скорость заполнения в 32-х битном режиме при 16 байтах на пиксел 322 мегапиксела в секунду
  • Максимальная скорость заполнения в 16-ти битном режиме при 8-ми байтах на пиксел - 664 мегапиксела в секунду

Чип с шириной шины в 128 бит и 183Mhz типа SDRAM (например TNT2 Ultra)

  • Максимальная скорость заполнения в 32-х битном режиме при 16-ти байтах на пиксел - 183 мегапиксела
  • Максимальная скорость заполнения в 16-ти битном режиме при 8-ми байтах на пиксел - 366 мегапикселов в секунду

Получается, что TNT2 Ultra способна рендерить в 32-х битном режиме больше пикселей в секунду, нежели SDRAM версия GeForce. Примечание: конвейер TNT2 лимитирован порогом в 300 мегапикселов в секунду. Можно так же подсчитать, какой поток данных требуется обновления визуального ряда:

Ширина экрана в пикселах * высота экрана * байт на пиксел * частоту регенерации

Примечание: байт на пиксел = 2 для 16-ти битного буфера кадров и 4 для 32-х битного.
Пример - 1600x1200*4*75Hz=576Мб в секунду, так что получается 20% теоретической скорости заполнения TNT2 Ultra, а значит на 20% уменьшается теоретическая скорость заполнения. Другим случаем является использование памяти в случае мультитекстурирования. Насколько ещё одна текстура опускает скорость заполнения в большой степени зависит от приложения, фактора увеличения текстуры, ориентации и др. Короче, если не вникать в детали, то шаблоны тоже отнимают часть канала памяти. Я это писал просто, чтобы показать как 3D акселераторы используют память, а не для того, чтобы рассуждать о разных типах памяти. Это просто математика.


Дополнительные материалы:

Unreal Tournament 2003 в роли бенчмарка
3DMark 2003: увидеть будущее
Max Payne в роли бенчмарка
Serious Sam в роли бенчмарка
Тестовый пакет 3DMark 2001 Pro
Тестовый пакет 3DMark 2000

 
 
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
«Яндекс» запустил новую ИИ-модель YandexGPT 5.1 Pro, но доступна она пока лишь бизнесу 52 мин.
«Это точно не конец»: создатель Clair Obscur: Expedition 33 намекнул на дополнение и сиквелы 59 мин.
Google заявила о своей непричастности к сбоям Google Meet в России 3 ч.
«Сократик»: создание презентаций за минуту с помощью ИИ 4 ч.
Bethesda подтвердила работу над вторым сюжетным дополнением к Starfield и геймплейными улучшениями, о которых просили игроки 5 ч.
Обнаружен первый ИИ-вирус — он запускает на локальном ПК нейросеть от OpenAI и просит её написать вредоносный код 5 ч.
Windows 11 научилась передавать стереозвук на Bluetooth-наушники во время звонков 13 ч.
Хакер сделал конкурента ChatGPT соучастником вымогательской кампании: ИИ искал уязвимости и писал угрозы 14 ч.
Microsoft открыла облачный стриминг игр для подписчиков Xbox Game Pass Standard и Game Pass Core, но пока не всех 15 ч.
Psychonauts 2, Stardew Valley и Viewfinder: Sony подтвердила линейку игр PS Plus на сентябрь 17 ч.
Европейские продажи Tesla рухнули на 40 %, а у китайской BYD — утроились 23 мин.
Российский синхротрон СКИФ стал ближе к научной работе: в его бустере запустили циркулирующий пучок электронов 27 мин.
Рекордные продажи NVIDIA не впечатлили инвесторов из-за слабой выручки в сегменте ЦОД и неопределённости с поставками в Китай 45 мин.
Еще один крупный автопроизводитель отказался от грандиозных планов на электромобили 53 мин.
Луна эффектно вклинилась в кадр во время съёмки Солнца орбитальным коронографом 2 ч.
GlobalFoundries заявила, что не будет обменивать субсидии США на акции по примеру Intel 2 ч.
Samsung анонсировала Galaxy Event — премьера новой версии Galaxy S25 и ИИ-планшетов состоится 4 сентября 3 ч.
Tesla завтра представит загадочную новинку 3 ч.
До 30 лет тюрьмы за хищение 2-нм секретов TSMC: троим фигурантам предъявлены обвинения 4 ч.
ASUS Cloud увеличит вычислительные мощности Тайваня на 50 %, построив 250-Пфлопс ИИ-суперкомпьютер 4 ч.