Anatomia karty graficznej

O samych układach graficznych, nazywanych też procesorami graficznymi lub określanych skrótem GPU (Graphics Processing Unit), i tym, w jaki sposób renderują one scenę 3D, na łamach PC Formatu pisaliśmy już wielokrotnie – również przy okazji premiery najnowszych procesorów Nvidia GeForce RTX. Teraz zajmiemy się wyłącznie budową karty graficznej i jej komponentami.

PCB, czyli płytka drukowana

Elementem konstrukcyjnym każdej karty rozszerzeń, w tym karty graficznej, który ma zapewnić nie tylko połączenia elektryczne pomiędzy wszystkimi podzespołami elektronicznymi, ale także zagwarantować stabilność konstrukcji i jej wytrzymałość mechaniczną, jest płytka drukowana – PCB (Printed Circuit Board). W cięższych modelach stosuje się metalową, tylna płytę mocującą, o czym za chwilę. Płytka drukowana kart rozszerzeń zaopatrzona jest w tzw. złącze krawędziowe, a więc zestaw styków znajdujący się na wydzielonym obszarze jednej z krawędzi, który umożliwia osadzenie akceleratora w złączu płyty głównej – np. w PCI Express x16. Dzięki temu możliwa jest komunikacja pomiędzy płytą główną a kartą graficzną, a dodatkowo tą drogą doprowadzone jest zasilanie. Karty graficzne niemające dużego zapotrzebowania na moc (do 75 watów dla standardu PCI Express) zasilane są wyłącznie za pośrednictwem złącza krawędziowego. Te o wyższym poborze mocy oprócz tego mają zazwyczaj dodatkowe dwa gniazda dla wtyczek 8- i 6-pinowej lub dwóch 8-pinowych, które doprowadzają energię elektryczną bezpośrednio z zasilacza komputera.

Obecnie większość firm produkujących karty graficzne samodzielnie projektuje płytki drukowane. Niekiedy wykorzystywane są również konstrukcje referencyjne opracowane przez producentów układów graficznych. Dobrym przykładem mogą tu być serie kart bazujących na układach Nvidii oznaczonych jako Founders Edition. W modelach tych, oprócz płytki drukowanej i co za tym idzie, zalecanych komponentów elektronicznych, producenci akceleratorów wykorzystują również w całości opracowany przez producenta procesora graficznego zalecany system chłodzenia.

Aby połączyć ze sobą wszystkie komponenty elektroniczne na płytce drukowanej, nie wystarczy jedna warstwa ścieżek przewodzących, które można tu potraktować w uproszczeniu jako „druciki” łączące ze sobą wszystkie nóżki układów scalonych czy kontakty rezystorów i kondensatorów. Dlatego od wielu już lat stosuje się wielowarstwowe płytki drukowane – w przypadku kart graficznych obecnie standardem są 6- lub 8-warstwowe, ale najnowsze modele kart graficznych z serii Nvidia GeForce RTX 2080 wymagają już 12-warstwowych. Ciekawym rozwiązaniem, stosowanym przez niektórych producentów w najwydajniejszych wersjach akceleratorów, jest umieszczenie w płytce drukowanej dodatkowej warstwy metalu, najczęściej miedzi, poprawiającej odprowadzanie ciepła bezpośrednio z płytki PCB.

Stelaż lub tylna płyta mocująca

W wypadku wydajnych kart graficznych stosowane są duże i ciężkie systemy chłodzenia. Wówczas niezbędnym elementem wzmacniającym mechaniczną konstrukcję urządzenia tak, aby nie ulegała ona wygięciom i nie deformowała się pod własnym ciężarem, jest metalowy stelaż lub tylna płyta mocująca. Ten ostatni element konstrukcyjny karty osłania w całości tył płytki drukowanej i połączony jest mechanicznie z czołem karty i z wyjściami wideo, usztywniając przy tym całość.

Drugą równie ważną funkcją tylnej płyty mocującej jest pomoc w odprowadzaniu ciepła z nagrzewającej się spodniej strony płytki drukowanej (coraz częściej można się spotkać z aktywnie chodzoną konstrukcją). W celu zwiększenia szybkości odprowadzania ciepła z tylnej części płytki drukowanej ciepłowody systemu chłodzenia łączy się z tylną płytą mocującą w taki sposób, aby obejmowały powierzchnię płytki, na której znajdują się najgorętsze układy karty – procesor graficzny i tranzystory mocy.

Tylna płyta mocująca odgrywa też rolę elementu dekoracyjnego, na którym producenci bardzo chętnie umieszczają swoje logo lub grawerowane motywy ozdobne, zwłaszcza w limitowanych, luksusowych edycjach swoich wyrobów.