O ABC das placas 3D

As placas de vídeo passaram por duas grandes evoluções desde os primeiros PCs…

As primeiras placas de vídeo, ligadas ao barramento ISA, eram dispositivos burros, que trabalhavam atualizando a tela com relação a um bitmap armazenado na memória de vídeo (o frame buffer). Este design é muito simples, mas também ineficiente, pois o processador principal executa todo o trabalho.O passo seguinte foram as placas de vídeo com aceleração 2D, que incluem recursos relacionados ao desenho das janelas, renderização do texto, decodificação de determinados formatos de vídeo e outros recursos, que reduzem a carga sobre o processador principal e tornam a atualização do vídeo mais rápida e transparente.

Finalmente, as placas de vídeo ganharam recursos3D, o que nos remete à era atual. Gráficos 3D são gerados de uma forma fundamentalmente diferente de uma imagem bidimensional, como uma janela do navegador ou do editor de textos. Imagens bidimensionais são apenas um conjunto de pixels, bitmaps que depois de montados podem ser enviados diretamente ao monitor, sem necessidade de processamento adicional. Imagens 3D, por sua vez, são formadas por polígonos, texturas e outros componentes, que são armazenados na forma de coordenadas, comandos e texturas na memória da placa de vídeo. Para ser exibida, a imagem precisa ser renderizada, processo no qual as informações são interpretadas pela placa 3D e transformadas em uma imagem bidimensional que é finalmente enviada ao monitor.

Gráficos 3D permitem criar imagens muito mais elaboradas e animações muito mais realísticas. O problema é que eles exigem muito poder de processamento. É possível usar o processador principal para renderizar imagens 3D e, de fato, muitos jogos antigos rodavam mesmo sem uma placa 3D  instalada, usando renderização via software. O problema é que o processador principal é otimizado para processar instruções sequenciais, o que faz com que ele tenha um desempenho muito ruim ao assumir a tarefa, na maioria dos casos inferior até mesmo ao de uma placa 3D integrada.

Os processadores gráficos incluídos nas aceleradoras 3D são otimizados para o processamento de polígonos, shaders, aplicação de texturas, efeitos de luz e assim por diante, oferecendo um desempenho brutalmente superior. Isso permite que o processador principal se encarregue de executar o aplicativo e cuide das etapas que exijam processamento, deixando a parte pesada da renderização da imagem e a aplicação das imagens para a placa 3D.

Hoje em dia, mesmo chipsets de vídeo integrados possuem recursos 3D (em muitos casos superiores aos de placas de 4 ou 5 anos atrás) e as placas dedicadas muitas vezes possuem mais poder de processamento e mais memória que o resto do PC.

O chipset GT200, usado nas GeForce 2xx, por exemplo, possui nada menos do que 1.4 bilhões de transistores, quase o dobro de um Phenom II X4, que possui “apenas” 758 milhões. A GeForce GTX 295 utiliza dois chipsets GT200, o que eleva o total para quase 3 bilhões de transistores, combinados com 1792 MB (não são usados 2 GB completos devido ao barramento de 448 bits) de memória RAM. Outras placas já adotam o uso de até 4 GB de memória, em uma corrida que está longe de acabar.

Além da questão do custo, isso traz à tona também a questão do consumo elétrico e do aquecimento, que fazem com que a maioria das placas de alto desempenho adotem o uso de um layout dual-slot, onde um blower sopra o ar quente diretamente para fora do gabinete:

A diferença principal entre um exaustor e um blower é que o exaustor empurra o ar para baixo, enquanto o blower o espalha na horizontal. Essa peculiaridade permite que o cooler seja mais fino, o que é muito importante no caso de uma placa de vídeo.

Uma placa como a GeForce GTX 285 consome mais de 150 watts em full load (placas dual-GPU como a 295 se aproximam da marca dos 300 watts), o que faz com que a placa utilize não apenas um, mas dois conectores de força PCI-Express, de forma a obter toda a energia necessária. O alto consumo gera uma série de gastos adicionais (além do custo da placa em si), incluindo uma fonte de melhor qualidade e o gasto mensal com eletricidade. Em um PC que fica ligado 12 horas por dia, uma placa 3D que consome 150 watts representa um gasto anual de quase 360 reais.

O outro lado da moeda são as placas 3D onboard, sobretudo as versões mobile. A GeForce GeForce 9400M usada no nVidia ION, por exemplo, tem um consumo típico inferior a 8 watts (o chipset inteiro, incluindo o chipset de vídeo consome 12 watts), o que é bem pouco se considerarmos que ele possui 16 stream processors e é capaz de decodificar vídeo 1080p com codificação H.264.

Chipsets mais simples, como as GMA 900 usadas nos chipsets Intel Mobile antigos podem consumir abaixo da marca de 1 watt ao rodar aplicativos leves. Naturalmente, o desempenho destas placas não se compara com o de placas dedicadas mais parrudas, mas mostra que placas 3D não precisam necessariamente ser gastadoras. Tudo depende da arquitetura e do desempenho que se pretende obter.

Chipsets de vídeo puramente 2D estão hoje em dia restritos a dispositivos muito mais simples, como palmtops e celulares e, mesmo nesses últimos nichos, já enfrentam concorrência de chipsets 3D de baixo consumo. Um bom exemplo é o PowerVR SGX usado no iPhone 3GS, um chipset de baixo consumo relativamente poderoso (com um fill-rate de 250 megapixels e suporte a shaders), que é integrado diretamente ao SoC principal, que inclui também o processador ARM Cortex A8 e diversos outros controladores menores.