Placa de Vídeo

Por Vinícius Costa

As imagens que você vê em seu monitor são formadas por pequenos pontos chamados pixels. Mesmo nas resoluções mais baixas, a tela exibe mais de um milhão de pixels e o computador tem que decidir o que fazer com cada um deles para criar uma imagem. Nesse processo, ele precisa da ajuda de um tradutor. Algo que possa transformar os dados binários da CPU em imagens que você possa ver. A menos que o computador tenha capacidade de processamento gráfico embutido na placa-mãe, a tradução acontece na placa de vídeo.
O trabalho de uma placa de vídeo é complexo, mas seus componentes e princípios são fáceis de entender. Neste artigo, vamos examinar os componentes básicos de uma placa de vídeo e saber qual é a função de cada um deles. Também vamos analisar o que possibilita uma placa de vídeo rápida e eficiente. A placa de vídeo cria as bordas de uma imagem e depois as preenche com texturas e sombras.
Informações básicas sobre as placas de vídeo
Pensem em um computador como se ele fosse uma empresa com seu próprio departamento de arte. Quando alguém na empresa precisa de alguma peça de arte, pede ajuda a esse departamento. Esse departamento decide como criar a imagem e coloca a idéia no papel. O resultado final é a idéia materializada em uma figura visível e real.

Os quatro componentes principais de uma placa de vídeo são as conexões para a placa-mãe e para o monitor, um processador e a memória.
Uma placa de vídeo funciona da mesma maneira. A CPU trabalha em conjunto com os aplicativos e envia informações sobre a imagem para a placa de vídeo. Então a placa decide como usar os pixels na tela para criar a imagem, enviando depois essa informação para o monitor através de um cabo.
A evolução das placas de vídeo
As placas de vídeo evoluíram bastante desde que a IBM criou o primeiro modelo, em 1981. Ele se chamava adaptador de visor monocromático (Monochrome Display Adapter - MDA) e só exibia textos em verde ou branco numa tela preta. Hoje o padrão mínimo das novas placas de vídeo é a matriz de gráficos e vídeo (Video Graphics Array - VGA), que exibe 256 cores. Os padrões de alto desempenho como a matriz quântica gráfica estendida (Quantum Extended Graphics Array - QXGA) podem exibir milhões de cores em resoluções que chegam a 2040 x 1536 pixels.
Criar imagens a partir de dados binários é um processo trabalhoso. Para criar uma imagem 3-D, a placa de vídeo desenha primeiro as bordas da imagem com linhas simples. Depois, ela preenche a imagem, criando os pixels restantes. No fim, ela também adiciona efeitos de luz, texturas e cores. Nos jogos modernos, o computador faz esse processo cerca de sessenta vezes por segundo. Sem uma placa de vídeo para executar os cálculos necessários, o trabalho poderia sobrecarregar o computador.
As placas de vídeo cumprem essa tarefa utilizando quatro componentes principais:
• Uma conexão com a placa-mãe para trocar dados e alimentação de energia;
• Um processador para decidir o que fazer com cada pixel na tela;
• Memória para armazenar informação sobre cada pixel e para salvar temporariamente imagens completas;
• Uma conexão com o monitor para você poder ver o resultado final.
Processador e memória
Semelhante a uma placa-mãe, a placa de vídeo é uma placa com circuito impresso que abriga um processador e memória RAM. Ela também tem um chip com sistema de entrada/saída, chamado BIOS, que armazena as configurações da placa, diagnósticos da memória e dados de entrada e saída durante a inicialização.
O processador de placa de vídeo, chamado de unidade de processamento gráfico (graphics processing unit - GPU), é semelhante a uma CPU. A diferença é que a GPU foi criada especificamente para executar complexos cálculos matemáticos e geométricos necessários para a renderização gráfica. Algumas GPUs têm mais transistores do que uma CPU comum. Esses processadores gráficos geram muito calor, por isso são posicionados debaixo de um ventilador (cooler) ou dissipador de calor.
Um dissipador de calor previne o superaquecimento da placa de vídeo
Além de seu poder de processamento, a GPU usa uma programação especial para ajudá-la a analisar e utilizar os dados. As empresas ATI e nVidia produzem a grande maioria das placas de vídeo disponíveis no mercado e cada uma desenvolveu um projeto visando melhorar o desempenho das placas. Para melhorar a qualidade da imagem, os processadores usam:
• Suavização de cena completa (full scene anti aliasing - FSAA), que suaviza as bordas de objetos 3D;
• Filtro anisotrópico (anisotropic filtering - AF), que torna as
Gráficos integrados (on-board)
Muitas placas-mãe têm capacidade gráfica integrada (on-board) e funcionam sem uma placa de vídeo independente. Essas placas-mãe podem facilmente criar imagens 2D e são indicadas para aplicações de Internet e trabalhos mais comuns, como edição de textos. Ao conectar uma placa de vídeo na placa-mãe, você cancela suas capacidades gráficas nativas.

Cada empresa também desenvolveu técnicas específicas para ajudar a GPU a utilizar cores, sombras, texturas e padrões.
Enquanto a placa cria novas imagens, também precisa armazenar em algum lugar as informações sobre as figuras já criadas. Essa informação é armazenada na memória RAM. São guardados dados sobre cada pixel, sua cor e localização na tela. Uma parte da memória RAM também funciona como memória temporária, que armazena imagens completas até o momento de exibi-las. Geralmente, a memória RAM de vídeo opera em altíssima velocidade e o sistema pode ler e escrever informações ao mesmo tempo.
A memória RAM está conectada diretamente ao conversor digital-analógico, conhecido como DAC (digital-to-analog converter). Esse conversor, também chamado RAMDAC, traduz a imagem para um sinal analógico que o monitor pode utilizar. Algumas placas possuem múltiplos RAMDAC que podem melhorar o desempenho e suportam mais de um monitor.
O RAMDAC envia a imagem final para o monitor através de um cabo.
As placas de vídeo se conectam ao computador através da placa-mãe. A placa-mãe fornece energia para a placa de vídeo e permite que ela se comunique com a CPU. As placas de vídeo mais recentes precisam de mais energia do que aquela que a placa-mãe pode oferecer. É por essa razão que elas também se conectam diretamente com a fonte de energia do computador.
Existem três interfaces de conexão entre as placas de vídeo e a placa-mãe:
• Componente de interconexão de periféricos - Peripheral component InterConnect (PCI)
• Porta aceleradora gráfica - Advanced graphics port (AGP)
• PCI Express (PCIe)
PCI Express é uma novidade e fornece as taxas mais rápidas de transferência de dados entre a placa de vídeo e a placa-mãe. PCIe também suporta a utilização de duas placas de vídeo no mesmo computador.
A maioria das placas de vídeo tem dois conectores para monitores. Geralmente, um é um conector DVI que suporta LCD (tela de cristal líquido) e o outro é um VGA que funciona com monitores que utilizam CRT (tubo de raios catódicos). Algumas placas de vídeo têm duas conexões DVI. Mesmo assim, é possível usar uma tela CRT por meio de um adaptador.
A maioria das pessoas utiliza apenas uma das conexões de monitor. As pessoas que precisam usar dois monitores devem adquirir uma placa de vídeo com capacidade para exibir o sistema operacional dividido em duas telas. Esse recurso se chama dual head capability. Teoricamente, um computador com duas placas de vídeo PCIe poderia suportar quatro monitores.

Além de conexões para a placa-mãe e para o monitor, algumas placas de vídeo têm conexões para:
• TV: saída para TV ou S-vídeo;
• Câmeras de vídeo analógicas: ViVo ou video in/video out;
• Câmeras digitais: FireWire ou USB.
Algumas placas ainda têm a capacidade de reproduzir canais de TV convencional.
Agora vamos analisar os fatores que influenciam na eficiência e velocidade das placas de vídeo.
DirectX e Open GL
DirectX e Open GL são interfaces de programação de aplicativos ou APIs (application programming interfaces). Uma API ajuda a tornar a comunicação entre hardware e software mais eficiente. Ela fornece instruções para a realização de tarefas complexas como a renderização 3D. Os desenvolvedores aperfeiçoam os jogos com gráficos intensos para APIs específicas. É por isso que os jogos novos sempre requerem versões atualizadas do DirectX ou Open GL para funcionar corretamente.
Uma API é diferente de um driver. Um driver é um programa que permite a comunicação de um hardware com o sistema operacional do computador. É importante ter APIs e drivers sempre atualizados para os programas funcionarem corretamente.
Desempenho das placas de vídeo
É fácil identificar uma placa de vídeo top de linha. Ela tem muita memória e um processador rápido. Muitas placas de alto desempenho têm ilustrações e ventiladores ou dissipadores decorativos.
Mas uma placa tão moderna oferece muito mais poder do que as pessoas realmente precisam. As pessoas que usam o computador basicamente para e-mail, edição de texto e Internet serão perfeitamente atendidas por uma placa de vídeo integrada na placa-mãe. Uma placa com desempenho mediano é suficiente para a maioria dos jogadores casuais. Quem precisa de uma placa ultramoderna são os entusiastas de jogos e as pessoas que trabalham com programas 3D.
Uma boa forma de avaliar o desempenho de uma placa é por meio das taxas de frames, medidas em frames por segundo (frames per second - FPS). As taxas de frame informam quantas imagens completas à placa consegue exibir a cada segundo. O olho humano consegue perceber cerca de 25 frames por segundo, mas jogos de ação rápida requerem uma taxa de pelo menos 60 frames por segundo para exibir uma animação suave. Os componentes das taxas de frame são:
• Triângulos ou vértices por segundo: as imagens 3-D são formadas por triângulos ou polígonos. Essa medição informa a velocidade em que a GPU consegue calcular o polígono inteiro e os vértices que o definem. Geralmente essa informação diz a velocidade com que a placa consegue formar a borda de uma imagem;
• Taxa de preenchimento de pixels (pixel fill rate): essa informação descreve quantos pixels a GPU pode processar em um segundo, o que se traduz na velocidade com que a placa consegue rasterizar a imagem.
O hardware da placa de vídeo afeta diretamente sua velocidade. Essas são as especificações de hardware que mais afetam a velocidade da placa de vídeo e as unidades em que são medidas:
• Velocidade do clock da GPU (MHz)
• Tamanho da memória bus (bits)
• Quantidade de memória disponível (MB)
• Taxa do clock da memória (MHz)
• Largura de banda da memória (GB/s)
• Velocidade RAMDAC (MHz)
A CPU e a placa-mãe também desempenha um papel importante na velocidade, já que uma placa de vídeo rápida não pode substituir a incapacidade de distribuição rápida de dados de uma placa-mãe lenta. A conexão da placa de vídeo com a placa-mãe e a velocidade com a qual ela consegue pegar informações da CPU também afeta o desempenho.
Overclock
Algumas pessoas conseguem melhorar o desempenho da placa de vídeo manualmente, ao configurar sua velocidade de medidor para uma taxa mais rápida. Isso é conhecido como overclocking. Geralmente as pessoas fazem overclock na memória, já que fazer esse processo na GPU pode causar superaquecimento. O overclock pode resultar em um melhor desempenho, mas também viola a garantia do fabricante.
Para te ajudar a decidir sobre qual placa gostaria de levar pra casa quando for atualizar seu computador, testamos os modelos dos dois maiores fabricantes de processadores gráficos: a Nvidia e a ATI. As placas escolhidas foram a XFX GeForce GTX 295, EVGA GeForce GTX 285 e GeForce GTX 275, da Nvidia, e o modelo HIS Radeon HD 4870, da ATI.

Todas são compatíveis com as mais novas tecnologias de software e vídeo digital: têm saída para cabos DVI e HDMI, com saída direta ou por adaptador, suportam Windows Vista e DirectX 10, têm processamento de imagens 3D e conexão PCI Express x16. Além disso, precisam de fontes de alimentação com grande potência, tendo como requisito mínimo uma fonte de 500W, como no caso da HIS ATI Radeon HD 4870.

Antes de saber quem se deu melhor nos testes, vale conferir se o seu computador está pronto para receber uma nova placa de vídeo, como escolher o modelo ideal e quais são as vantagens de ter uma placa de vídeo potente no computador.

A placa mais potente
A XFX GeForce GTX 295 foi a placa de vídeo mais potente testada, sendo muito superior no teste do 3DMark Vantage, um software muito utilizado para testes de processamento gráfico conhecido como benchmark. Seu duplo processamento gráfico, aliado a seus 1.792 MB DDR3 fazem dela uma bela placa para aplicações avançadas em vídeo. O adaptador gráfico alcançou no teste 15.746 pontos, ficando 20% acima da segunda colocada, a EVGA GeForce GTX 285.

Entretanto, a placa consome muita energia, e precisa de, no mínimo, uma fonte de energia com 680W. É a mais cara do comparativo, com valor médio de R$ 2,4 mil.

A placa mais fraca

A HIS Radeon HD 4870 se saiu mal no benchmark. Testada pelo 3D Mark Vantage, a placa alcançou 6.525 pontos, ficando na lanterna do comparativo.

Se por um lado ela perde no benchmark, em preço ela é a campeã. É a mais barata do comparativo, com preço médio de R$ 1 mil. Durante a seqüência de teste de jogos, outra surpresa. A placa de vídeo proporcionou resultados semelhantes à GTX 275, mostrando que se o objetivo da placa é jogo, ela pode ser uma opção com o custo benefício muito boa.

Como foram feitos os testes

Utilizamos um computador Core 2 Duo de 2,2 GHz, 2 GB de RAM, disco rígido sata de 140 GB, fonte de alimentação de 1000W, e monitor Samsung de 19 polegadas com resolução máxima de 1440 x 900.

Sabemos que essa é uma configuração longe de ser a ideal para um jogador fissurado, mas é a mais próxima do real, aquela que temos hoje em nossas casas. Ou seja, é possível ter um parâmetro de comparação caso a idéia do upgrade seja mais agradável do que trocar um computador inteiro por outro com o dobro de memória com um processador de 4 núcleos.

É importante ressaltar que podemos deixar de aproveitar todo o rendimento da placa caso a configuração do computador seja inferior ao recomendado pelo fabricante.

Para testar o poder de processamento gráfico, utilizamos o programa 3DMark Vantage, um conhecido programa de benchmark que testa à exaustão todas as características da placa de vídeo.

Esse programa classifica a placa em pontos, que podem ser comparados com outras placas de vídeo. A pontuação varia de acordo com cada configuração que temos em nossas máquinas e com a versão do programa. Os resultados finais são bem próximos de outras configurações de computador, mas nunca serão exatamente iguais.

Testamos também alguns jogos conhecidos e que exigem muito processamento gráfico como o Crysis, o Unreal Tournament 3 e o Need for Speed Undercover. Jogar em uma placa de vídeo é levar à exaustão seu processamento gráfico e por isso sempre que são realizados testes, são utilizados jogos.

As placas rodaram em suas configurações originais e não foi feito nenhum tipo de overclock, que são alterações para que a placa processe informações com velocidade acima do que foi configurado pelo fabricante.