از توهم تا حقیقت نگاهی به NVIDIA Turbo Cache
با سلام
<<<<<<<<<:::::::::::::. بررسی NVIDIA Turbo Cache .:::::::::::::>>>>>>>>>>
یکی از اصلاحاتی که خیلی زود در بازار گسترش یافت و نقل بازار گرمی فروشندگان کارت گرافیک شده بود , عبارت Turbo cache است. توربو کش در کارت های گرافیک انویدیا دیده میشود و نشان دهنده تغییراتی است که در حافظه انجام شده که البته چندان هم مهم نیست ولی غالبآ طوری بیان میشود که انگار این سازنده ها چه لطف عظیمی در حق کاربران کرده اند! با صدای بلند میگوییم خیر! حقیقت این است که آنها نتواسته اند حافظه ای ارزان قیمت تولید کنند و در نهایت مجبور شدند فناوری نصفه نیمه خود را در بوغ و کرنا کنند و با ورش های تبلیغاتی و بازاریابی آن را یک تحول مثبت و بزرگ نشان دهند, ATI هم تا این مسئله را دید به دنبال انویدیا راه افتاد و Hypermemory را با افتخار به بازارها عرضه کرد. عده ای هم این دو را ایستاده تشویق کردند که سرانجام توانسته بودند راهی برای ناتوانی خود در زمینه توسعه و تغییر حافظه های گرافیکی پیدا کنند, البته توربوکش آنقدرها هم بد نیست!
با این مقدمه حتمآ انتظار ندارید که این فناوری را تعریف کنیم و به به بگوییم ولی برخی از ویژگی های آن را بیان میکنیم. به زبان ساده معنی Turbo cache میشود این که کارت گرافیک مقداری از حافظه سیستم را به عنوان حافظه گرافیکی استفاده میکند.توربوکش توسط اندیدیا برای کارتهای گرافیکی سری 6 ساخته شد و از طریق این فناوری به کارت گرافیک اجازه داده میشود تا توسط رابط PCIe به حافظه سیستم متصل شده و پردازش گرافیکی را مستقیمآ در حافظه انجام دهد. این لفظ حافظه سیستم مقداری بزرگ است و دقیقآ در همین جا است که کارایی فدای پیشرفت میشود و توسعه این قطعات در اولویت بالاتری نسبت به راندمان قرار میگیرد و در حقیقت حافظه کارت گرافیک, حافظه سیستم و رابط PCIe در ترکیب با یکدیگر به پردازش و انتقال فریم ها کمک میکنند.
شاید این سوال پیش آید که چرا تا قبل از این, چنین فرایندی مورد استفاده قرار نمی گرفت؟ مسئله این است که توسعه دهندگان سخت افزاری قبل از این هم به فکر استفاده از حافظه سیستم افتاده بودند ولی در آن زمان ابزارهای موجود کافی نبود و محدودیت های بسیاری پیش رو قرار داشت تا این که بعد از ظهور PCI xpress این موانع تا حد زیادی بر طرف شد و یکی از مهم ترین اشکالات, ظرفیت پهنای باند رابط های AGP قدیمی است که در PCIe جدید, پهنای باند 4 گیگابایت به صورت دوطرفه قابل استفاده است و امروزه این ظرفیت به مقدارهای بالایی رسیده و پهنای باند 8 گیگابایت نسبتآ معمول است. توبو کش می توانست مقدار کارایی کارت را به مقدار زیادی بهبود بخشد ولی به دلیل اینکه بیشتر اهداف تجاری و کاهش قیمت در عرضه آن مد نظر گرفته شد, آن کارایی قول داده شده هم تحت تاثیر قرار گرفت و انویدیا با کاهش مقدار حافظه کارت گرافیک بیشتر به بحث قیمت آن توجه کرد; چرا که حافظه گرافیکی گرانتر از حافظه های سیستم است.
PCIe تنها رابط بین این دو حافظه است البته بهتر است بگوییم حافظه سیستم و پردازنده گرافیکی و بدیهی است که این رابط به تنهایی نمی تواند نقش چندان مهمی داشته باشد در عین حال حافظه گرافیکی کاهش داده شده هم به اندازه قبل کارایی نخواهد داشت و جای خالی قطعه ای در این میان حس میشود که کار مدیریت و توزیع این حافظه ها را انجام دهد. این قطعه TCM نام دارد که بطور فعال مقدار حافظه مورد نیاز را برای ارائه بهترین کیفیت ممکن تعیین میکند و در این راه از الگوریتم های خاصی برای درک وضعیت حافظه سیستم, حافظه گرافیکی و حتی ترافیک روی پهنای باند PCIe استفاده میشود. یکی دیگر از وظایف TCM, کاهش مقدار تاخیر ایجاد شده حین انتقال داده است که واژه cache در عبارت turbo cache نیز به همین دلیل است, یعنی داده های مورد نیاز کارت گرافیک ذخیره میشود و حافظه سیستم در اهمیت دوم قرار دارد.اگر cache در خود کارت گرافیک باشد و از حافظه کارت برای آن استفاده شود علاوه بر اینکه حین نقل و انتقال داده ها مقدار تاخیر به حداقل میرسد, حافظه سیستم بطور بهینه تری مصرف میشود. با قابلیت انتقال مستقیم به حافظه بر اساس توربو کش, یک پردازنده گرافیکی نیازی به حجم بالایی از حافظه ندارد بنابراین کارت های گرافیکی با قیمت پایین تری ساخته میشوند.
با این تعاریف یک کارت گرافیک توربو کش 256 مگابایت, فاقد این مقدار حافظه است و در نهایت 32 تا 64 مگابایت حافظه خواهد داشت که این حافظه هم به عنوان بافر قرار داده شده و حافظه اصلی که تصاویر و عناصر گرافیکی در آن لود میشوند, همان حافظه سیستم است. حال مشکل موجود در تفاوت سرعت این دو حافظه است که از دو نوع متفاوت هستند. حافظه سیستم از نوع DDR است و چند ماهی است که حافظه های DDR2 نیز مطرح شده اند ولی حافظه گرافیکی از نوع GDDR است که با حافظه سیستم متفاوت است با وجود اینکه GDDR بر اثر اصلاح و تغییر حافظه های DDR ساخته شده اند ولی از نظر کارایی تفاوت های زیادی بین این دو است و در ضمن سرعت حافظه سیستم نسبت به حافظه های گرافیکی پایین تر است. با قرار دادن حافظه کارت گرافیک به عنوان بافر تا حد زیادی تاخیر و سرعت پایین حافظه سیستم گرفته شد ولی توجه داشته باشید مقدار حافظه سیستم تقریبآ دو تا سه برابر و حتی بیشتر از حافظه گرافیک در نظر گرفته میشود و هنگامی که این حجم از داده ها مورد نیاز باشند, به طور حتم از چند جهت مشکلات اساسی ایجاد خواهد شد. اول این که ظرفیت کارت گرافیک در حدی نیست که بتواند این مقدار داده را در خود جای دهد. دوم انتقال این داده ها از حافظه به گرافیک, مستلزم عبور از تراشه های پل شمالی و پل جنوبی سپس درگاه PCIe است. به طور حتم سرعت هر یک از این درگاه ها در نتیجه نهایی تاثیر گزار خواهد بود ضمن اینکه بار اضافی تحمیل شده به سیستم و ترافیک ناشی از آن باعث کاهش کارایی سیستم میشود. مسئله سوم ظرفیت حافظه سیستم و اهمیت آن برای کارهای درونی کامپیوتر است. یک بازی علاوه بر قسمت های گرافیکی دارای عناصر دیگری نیز هست که در حافظه سیستم لود میشوند و آن را اشغال می کنند که توربو کش با اعمال بار اضافی به سیستم آن را بیشتر تحت فشار میگزارد.
قبلآ گفته شد که درگاه PCIe سرعتی در حدود 8 گیگابایت در ثانیه دارد و در نگاه اول این پهنای باند کافی و مناسب به نظر میرسد ولی در اصل یک سیستم با حافظه Dual channel و DDR 400 و یک کارت گرافیک 6200 با رابط 32 بیتی به 2/9 گیگابایت در ثانیه پهنای باند نیاز دارند در حالی که این قطعات چندان هم پیشرفته و حرفه ای نیستند و در صورت استفاده از وسایل بهتر, مقدار پهنای باند بطور تصاعدی افزایش خواهد یافت به عنوان مثال اگر رابط 32 بیتی تبدیل به 64 بیت شود, 12 گیگابایت پهنای باند اشغال خواهد شد. تاخیر ایجاد شده برای انتقال ها هم حائز اهمیت است. شاید تاخیر های چند میلی ثانیه ای بین درخواست و پاسخ, چندان مهم نباشد ولی هنگامی که این تاخیر ها زیاد شود, حتمآ در نتیجه تاثیر گزار است.
سعی شده تا جای ممکن به مباحث پیچیده تر مانند نحوه آدرس دهی ها و شیوه استفاده از مقدار حافظه وارد نشویم ولی مقوله توربوکش در همین حد هم دارای ایرادات عمده و اساسی زیادی است. به هر حال تا وقتی که حاضر نباشیم هزینه بیشتری پرداخت کنیم, توربوکش تنها گزینه موجود است.
یا حق .
برگرفته از' هفته نامه عصر ارتباط' " پیام ارتباط سال چهارم. شماره 190 "
