グラフィックカード
グラフィックスカード（ビデオカード、ディスプレイカード、グラフィックスアクセラレータ、グラフィックスアダプタ、VGAカード/VGA、ビデオアダプタ、ディスプレイアダプタGPUとも呼ばれる）は、モニタなどの表示装置にグラフィックス出力を供給するコンピュータ 拡張カードです。グラフィックスカードは、マザーボード上の統合型グラフィックスプロセッサや中央処理装置（CPU）と区別するために、ディスクリートグラフィックスカードまたは専用グラフィックスカードと呼ばれることもあります。必要な計算を実行するグラフィックス処理装置（GPU）はグラフィックスカードの主要コンポーネントですが、誤って「GPU」という頭字語がグラフィックスカード全体を指すために使用されることもあります。[1]
ほとんどのグラフィックスカードは、単純なディスプレイ出力に限定されません。グラフィックス・プロセッシング・ユニットは追加処理にも使用できるため、CPUの負荷を軽減できます。[2]さらに、 OpenCLやCUDAなどのコンピューティング・プラットフォームでは、グラフィックスカードを汎用コンピューティングに使用できます。グラフィックスカードにおける汎用コンピューティングの用途としては、AIトレーニング、暗号通貨マイニング、分子シミュレーションなどが挙げられます。[3] [4] [5]
通常、グラフィックカードはプリント基板（拡張ボード）の形で提供され、拡張スロットに挿入されます。[6]専用の筐体を持つものもあり、ドッキングステーションやケーブルを介してコンピューターに接続されます。これらは外付けGPU（eGPU）と呼ばれます。
パフォーマンス向上のため、統合型グラフィックスよりもグラフィックカードが好まれることが多いです。より高性能なグラフィックカードは、 1秒あたりのフレーム数を増やすことができます。
歴史
ビデオカードまたはグラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU）とも呼ばれるグラフィックスカードは、歴史的にコンピュータディスプレイの規格とともに進化し、技術の進歩とユーザーの要求に対応してきました。IBM PC互換機の分野では、初期の規格として、モノクロ・ディスプレイ・アダプタ（MDA）、カラー・グラフィックス・アダプタ（CGA）、Herculesグラフィックス・カード、拡張グラフィックス・アダプタ（EGA）、ビデオ・グラフィックス・アレイ（VGA）などが挙げられます。これらの規格はいずれも、コンピュータがより多くの色、より高い解像度、そしてより豊かなグラフィカル・インターフェースを表示できる能力の進歩を象徴し、現代のグラフィカル機能の開発の基盤を築きました。
1980年代後半、パーソナルコンピューティングの進歩により、Radiusなどの企業がApple Macintosh II向けに専用のグラフィックカードを開発しました。これらのカードは、独立した2D QuickDraw機能を内蔵したという点で他に類を見ないものでした。2Dグラフィックのレンダリングを高速化することで、Macintoshコンピュータのグラフィック出力を強化しました。Macintoshのグラフィカルユーザーインターフェースの中核を成すQuickDrawは、ビットマップグラフィック、フォント、図形の高速レンダリングを可能にしました。こうしたハードウェアベースの拡張機能の導入は、コンシューママシンにおける専用グラフィック処理の時代の到来を告げるものでした。
グラフィックス処理の進化は、1990年代半ばに3dfx InteractiveがVoodooシリーズを発表したことで大きく前進しました。これは、3Dアクセラレーションに対応したコンシューマー向けGPUとしては初期の製品の一つです。Voodooのアーキテクチャは、 CPUに負荷のかかる3Dレンダリング処理をGPUにオフロードすることで、グラフィックスコンピューティングに大きな転換をもたらし、ゲームパフォーマンスとグラフィックスのリアリティを大幅に向上させました。
2Dと3Dの両方のレンダリングを処理できる完全統合型GPUの開発は、NVIDIA RIVA 128の登場によって実現しました。1997年にリリースされたRIVA 128は、3Dと2Dの両方の演算ユニットを1つのチップに統合した、コンシューマー向けGPUとしては初の製品でした。この革新により、エンドユーザーのハードウェア要件が簡素化され、2Dと3Dのレンダリングに別々のカードを用意する必要がなくなりました。これにより、より強力で汎用性の高いGPUがパーソナルコンピューターに広く採用されるようになりました。
現代のグラフィックカードの大部分は、AMDとNvidiaという2大メーカーのチップを搭載しています。これらの最新グラフィックカードは多機能で、ゲーム用の3D画像のレンダリング以外にも様々なタスクをサポートしています。2Dグラフィック処理、ビデオデコード、TV出力、マルチモニター設定といった機能も備えています。さらに、多くのグラフィックカードにはサウンド機能が統合されており、接続されたTVやスピーカー内蔵モニターにビデオ出力と同時にオーディオを送信することで、マルチメディア体験をさらに向上させています。
グラフィックス業界では、これらの製品はしばしばグラフィックスアドインボード（AIB）と呼ばれます。[7]「AIB」という用語は、これらのコンポーネントがモジュール型であることを強調しています。これらのコンポーネントは通常、コンピュータのマザーボードに追加され、グラフィックス機能を強化するためです。初期の2Dカードと3Dカードが別々だった時代から、今日の統合型多機能GPUへの進化は、継続的な技術進歩と、コンピューティングにおける高品質なビジュアル体験とマルチメディア体験への需要の高まりを反映しています。
ディスクリートグラフィックスと統合グラフィックス
グラフィックスカードの代わりに、ビデオハードウェアをマザーボード、CPU、またはシステムオンチップ（SoC）に統合グラフィックスとして統合することも可能です。マザーボードベースの実装は「オンボードビデオ」と呼ばれることもあります。一部のマザーボードでは、統合グラフィックスとグラフィックスカードの両方を同時に使用して、別々のディスプレイに映像を出力できます。統合グラフィックスの主な利点は、低コスト、コンパクトさ、シンプルさ、低消費電力です。統合グラフィックスは、内部のグラフィックス処理ユニット（GPU）がCPUとシステムリソースを共有する必要があるため、グラフィックスカードよりもパフォーマンスが低いことがよくあります。一方、グラフィックスカードには、独立したランダムアクセスメモリ（RAM）、冷却システム、専用の電源レギュレータが搭載されています。グラフィックスカードはCPUとシステムRAMの負荷を軽減し、メモリバスの競合を軽減できるため、グラフィックス処理のパフォーマンス向上に加えて、コンピュータ全体のパフォーマンス向上も期待できます。このようなパフォーマンス向上は、ビデオゲーム、3Dアニメーション、ビデオ編集などで顕著です。[8] [9]
AMDとIntelは、CPUと同じダイにGPUを統合したCPUとマザーボードチップセットを導入しています。AMDは統合グラフィックスCPUをAccelerated Processing Unit（APU）という商標で宣伝しており、Intelは同様の技術を「Intel Graphics Technology」というブランド名で提供しています。[10]
電力需要
グラフィックカードの処理能力が向上するにつれて、電力需要も増加しました。現在の高性能グラフィックカードは大量の電力を消費する傾向があります。たとえば、GeForce Titan RTXの熱設計電力（TDP）は280ワットです。[11]ビデオゲームでテストしたところ、GeForce RTX 2080 Ti Founder's Editionの平均消費電力は300ワットでした。[12] CPUと電源メーカーは最近、より高い効率を目指していますが、グラフィックカードの電力需要は上昇し続け、コンピューター内の個々の部品の中で最も大きな電力を消費しています。[13] [14]電源も電力出力を上げていますが、ボトルネックとなるのは75ワットの供給に制限されているPCI-Express接続です。[15]
消費電力が75ワットを超える現代のグラフィックカードは、通常、電源に直接接続する6ピン（75W）または8ピン（150W）のソケットを組み合わせて搭載されています。このようなコンピュータでは、適切な冷却を確保することが課題となります。複数のグラフィックカードを搭載したコンピュータでは、750ワットを超える電源が必要になる場合があります。2枚以上のハイエンドグラフィックカードを搭載したコンピュータでは、排熱が設計上の重要な考慮事項となります。[要出典]
Nvidia GeForce RTX 30シリーズ、Ampereアーキテクチャでは、カスタムフラッシュを搭載したRTX 3090「Hall of Fame」が、最大630ワットのピーク消費電力を記録しています。標準のRTX 3090は最大450ワットのピーク消費電力に達します。RTX 3080は最大350ワット、3070は同等か、やや低いピーク消費電力に達します。AmpereカードのFounders Editionバリアントは、「デュアルアキシャルフロースルー」[16]クーラー設計を採用しており、カードの上下にファンを配置することで、可能な限り多くの熱をコンピューターケースの背面に放散します。同様の設計は、Sapphire Radeon RX Vega 56 Pulseグラフィックスカードにも採用されています。[17]
サイズ
デスクトップコンピュータ用のグラフィックカードには様々なサイズのプロファイルがあり、小型コンピュータにもグラフィックカードを追加できます。一部のグラフィックカードは通常のサイズとは異なり、「ロープロファイル」と呼ばれます。[18] [19]グラフィックカードのプロファイルは高さのみに基づいており、ロープロファイルカードはPCIeスロットの高さよりも小さいサイズです。長さと厚さは大きく異なり、ハイエンドカードは通常2～3つの拡張スロットを占有し、RTX 4090などの最新のハイエンドグラフィックカードは長さが300mmを超えます。[20]複数のカードを装着する場合や、グラフィックカードとDIMMスロットやPCIeスロットなどのマザーボードの他のコンポーネントとのクリアランスに問題がある場合は、ロープロファイルカードが適しています。これは、ミッドタワーやフルタワーなどの大型コンピュータケースを使用することで解決できます。フルタワーは通常、ATXやMicro ATXなどの大型マザーボードを搭載できます。[要出典]
GPUサグ
2010年代後半から2020年代初頭にかけて、一部のハイエンドグラフィックカードモデルは非常に重くなり、適切なサポートなしで取り付けると下向きに垂れ下がる可能性があり、そのため多くのメーカーが追加のサポートブラケットを提供しています。[21] GPUの垂れ下がりは、長期的にはGPUに損傷を与える可能性があります。[21]
マルチカードスケーリング
一部のグラフィックカードはリンクして、複数のカードに渡ってグラフィック処理をスケーリングすることができます。これはマザーボード上の PCIe バスか、より一般的にはデータブリッジを使って行われます。通常、リンクされるカードは同じモデルである必要があり、ほとんどのローエンドカードはこの方法ではリンクできません。[22] AMD と Nvidia はどちらも独自のスケーリング方法を持っており、AMD の場合はCrossFireX 、Nvidia の場合はSLI ( Turing世代以降、NVLinkに置き換えられました) です。異なるチップセットメーカーやアーキテクチャのカードは、マルチカードスケーリングに一緒に使用することはできません。グラフィックカードのメモリサイズが異なる場合、最も低い値が使用され、高い値は無視されます。現在、コンシューマーグレードのカードでのスケーリングは、最大 4 枚のカードを使って行うことができます。[23] [24] [25] 4 枚のカードを使用するには、適切な構成の大型マザーボードが必要です。Nvidia の GeForce GTX 590 グラフィックカードは、4 枚のカード構成で構成できます。[26]前述のように、ユーザーは最適な使用のために、同じ性能のカードを使用することを推奨します。ASUS Maximus 3 ExtremeやGigabyte GA EX58 Extremeなどのマザーボードは、この構成で動作することが認定されています。[27]カードをSLIまたはCrossFireXで動作させるには、大容量の電源が必要です。適切な電源を設置する前に、電力需要を把握しておく必要があります。4枚のカード構成では、1000ワット以上の電源が必要です。[27]比較的高性能なグラフィックカードでは、熱管理を無視することはできません。グラフィックカードには、通気性の良いシャーシと優れた熱対策が必要です。通常は空冷または水冷が必要ですが、ローエンドのGPUではパッシブ冷却を使用できます。より大規模な構成では、熱スロットリングなしで適切なパフォーマンスを実現するために、水冷または液浸冷却が使用されます。 [28]
SLIとCrossfireは、ほとんどのゲームが複数のGPUを十分に活用していないため、ますます一般的ではなくなってきています。これは、ほとんどのユーザーがそれらを購入する余裕がないという事実によるものです。[29] [30] [31]複数のGPUは、スーパーコンピュータ（ Summitなど）やワークステーションでビデオ[32 ] [33] [34]および3Dレンダリング、[35] [36] [37] [38] [39]視覚効果、[40] [41]シミュレーション、[42]人工知能のトレーニングに使用されています。
3DグラフィックスAPI
グラフィックドライバーは通常、同一ベンダーの1つまたは複数のカードをサポートし、特定のオペレーティングシステム向けに作成する必要があります。さらに、オペレーティングシステムまたは追加のソフトウェアパッケージが、アプリケーションが3Dレンダリングを実行するための特定のプログラミングAPIを提供する場合もあります。
| OS | ヴルカン | ダイレクト3D | 金属 | オープンGL | OpenGL ES | オープンCL |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ウィンドウズ | はい | マイクロソフト | いいえ | はい | はい | はい |
| macOS、iOS、iPadOS | モルテンVK | いいえ | りんご | macOS | iOS/iPadOS | りんご |
| リナックス | はい | 代替 実装 | いいえ | はい | はい | はい |
| アンドロイド | はい | いいえ | いいえ | エヌビディア | はい | はい |
| タイゼン | 開発中 | いいえ | いいえ | いいえ | はい | — |
| セイルフィッシュOS | 開発中 | いいえ | いいえ | いいえ | はい | — |
使用法
GPU は特定の用途を念頭に置いて設計されており、このような製品ラインは次のように分類されます。
業界
2016年現在、グラフィックカードに使われるGPU（グラフィックチップまたはチップセット）の主要サプライヤーはAMDとNvidiaである。Jon Peddie Researchによると、 2013年第3四半期の市場シェアはAMDが35.5%、Nvidiaが64.5%だった[43] 。経済学では、この業界構造は複占と呼ばれている。AMDとNvidiaはグラフィックカードの製造・販売も行っており、業界ではグラフィックアドインボード（AIB）と呼ばれている（Nvidiaグラフィックプロセッシングユニットの比較およびAMDグラフィックプロセッシングユニットの比較を参照）。AMDとNvidiaは自社グラフィックカードを販売するだけでなく、認定AIBサプライヤー（AMDとNvidiaは彼らを「パートナー」と呼んでいる）にもGPUを販売している。[44] NvidiaとAMDが顧客/パートナーと直接競合しているという事実は、業界における関係を複雑にしている。 AMDとIntelがCPU業界で直接競合していることも注目に値する。なぜなら、AMDベースのグラフィックス カードは、Intel CPUを搭載したコンピューターで使用される場合があるからである。Intelの統合グラフィックスは、 APUからかなりの収益を得ているAMDを弱体化させる可能性がある。2013年第2四半期の時点で、52社のAIBサプライヤーがあった。[44]これらのAIBサプライヤーは、自社ブランドでグラフィックス カードを販売したり、プライベート ブランドのグラフィックス カードを製造したり、コンピューター メーカー向けにグラフィックス カードを製造したりすることができる。MSIなど、一部のAIBサプライヤーは、AMDベースとNvidiaベースの両方のグラフィックス カードを製造している。 EVGAなど他のサプライヤーは、Nvidiaベースのグラフィックス カードのみを製造しており、一方XFXは現在、AMDベースのグラフィックス カードのみを製造している。いくつかのAIBサプライヤーは、マザーボード サプライヤーでもある。最大のAIBサプライヤーのほとんどは台湾に拠点を置いており、 ASUS、MSI、GIGABYTE、Palitなどがある。香港に拠点を置くAIBメーカーには、SapphireやZotacなどがある。 SapphireとZotacもそれぞれAMDとNvidia GPU専用のグラフィックカードを販売している。[45]
市場
グラフィックスカードの出荷台数は1999年に1億1,400万台に達し、ピークを迎えました。一方、2013年第3四半期には1,450万台となり、2012年第3四半期から17%減少しました。[43] 2015年には年間出荷台数は4,400万台に達しました。[要出典]グラフィックスカードの販売台数は、統合グラフィックス技術の進歩により減少傾向にあります。ハイエンドのCPU統合グラフィックスは、ローエンドのグラフィックスカードと競合する性能を提供できます。一方で、メーカーがゲームや愛好家市場への注力に注力するようになったため、ハイエンドセグメントではグラフィックスカードの販売台数が増加しています。[45] [46]
ゲームやマルチメディアの分野を超えて、グラフィックスカードはビッグデータ処理などの汎用コンピューティングにもますます使用されています。[47]暗号通貨の成長により、暗号通貨のマイニングプロセスにおける利点から、ハイエンドグラフィックスカードの需要が特に大量に発生しました。 2018年1月、ミッドエンドからハイエンドのグラフィックスカードの価格が大幅に高騰し、この市場での大きな需要により多くの小売店で在庫切れが発生しました。[46] [48] [49]グラフィックスカード企業は、ビデオ出力ポートなしで、1日24時間、週7日間稼働するように設計されたマイニング専用のカードをリリースしました。[5]グラフィックスカード業界は、2020～2021年のチップ不足により後退しました。[50]
部品
現代のグラフィックカードは、以下のコンポーネントが実装されたプリント基板で構成されています。
グラフィックス処理ユニット
グラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU）は、ディスプレイへの出力を目的としたフレームバッファ内の画像構築を高速化するために、メモリを高速に操作・変更するよう設計された特殊な電子回路です。このようなタスクにはプログラム可能な計算量が非常に多く含まれるため、現代のグラフィックスカードはそれ自体がコンピュータでもあります。
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ヒートシンク
最新のグラフィックカードのほとんどにはヒートシンクが搭載されています。ヒートシンクは、グラフィック処理装置（GPU）から発生する熱を、ヒートシンクとGPU本体全体に均等に分散させます。ヒートシンクには通常、ヒートシンクとGPUを冷却するためのファンが搭載されています。すべてのカードにヒートシンクが搭載されているわけではありません。例えば、一部のカードは水冷式で、代わりにウォーターブロックが搭載されています。また、1980年代から1990年代初頭のカードは発熱量が少なく、ヒートシンクを必要としませんでした。最新のグラフィックカードのほとんどは、適切な熱対策が必要です。水冷式、または最適な熱伝導率を得るために通常は銅製のヒートパイプを追加したヒートシンクを介して冷却されます。[要出典]
ビデオBIOS
ビデオBIOSまたはファームウェアには、グラフィックカードの初期設定と制御のための最小限のプログラムが含まれています。メモリとメモリタイミング、グラフィックプロセッサの動作速度と電圧、その他変更可能な詳細情報が含まれている場合があります。[要出典]
現代のビデオBIOSはグラフィックカードの機能を全てサポートしているわけではなく、カードを識別し、いくつかのフレームバッファまたはテキスト表示モードのいずれかを表示できるように初期化するだけです。YUVからRGBへの変換、ビデオスケーリング、ピクセルコピー、合成、その他グラフィックカードの多数の2Dおよび3D機能はサポートされておらず、これらの機能はソフトウェアドライバによってアクセスする必要があります。[要出典]
ビデオメモリ
| タイプ | メモリクロックレート（MHz） | 帯域幅（GB/秒） |
|---|---|---|
| DDR | 200～400 | 1.6～3.2 |
| DDR2 | 400–1066 | 3.2～8.533 |
| DDR3 | 800～2133 | 6.4～17.066 |
| DDR4 | 1600–4866 | 12.8～25.6 |
| DDR5 | 4000-8800 | 32-128 |
| GDDR4 | 3000～4000 | 160～256 |
| GDDR5 | 1000～2000年 | 288～336.5 |
| GDDR5X | 1000～1750年 | 160～673 |
| GDDR6 | 1365–1770 | 336–672 |
| HBM | 250～1000 | 512–1024 |
最新のグラフィックカードのメモリ容量は、2～24 GBの範囲です。[51]しかし、2010年代後半には最大32 GBまで搭載されるようになり、グラフィック用途のアプリケーションはより強力かつ広範囲になっています。ビデオメモリはGPUとディスプレイ回路からアクセスする必要があるため、VRAM、WRAM、SGRAMなどの特殊な高速メモリやマルチポートメモリが使用されることが多いです。 2003年頃、ビデオメモリは一般的にDDR技術に基づいていました。その年以降、メーカーはDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5、GDDR5X、GDDR6へと移行しました。最新のカードの有効メモリクロックレートは、一般的に2～15 GHzです。[要出典]
ビデオ メモリは、画面イメージのほか、 3D グラフィックスの深度座標を管理するZ バッファ、テクスチャ、頂点バッファ、コンパイルされたシェーダ プログラムなどの他のデータを格納するために使用される場合があります。
ラムダック
RAMDAC （ランダムアクセスメモリデジタルアナログコンバータ）は、ブラウン管（CRT）ディスプレイなどのアナログ入力を使用するコンピュータディスプレイで使用するために、デジタル信号をアナログ信号に変換します。 RAMDACは、グラフィックカードの機能を調整する RAM チップの一種です。使用されるビット数と RAMDAC データ転送速度に応じて、コンバータはさまざまなコンピュータディスプレイのリフレッシュレートをサポートできます。 CRT ディスプレイでは、ちらつきを最小限に抑えるため、75 Hz以上で動作させ、60 Hz 未満で動作させないことが最適です。[52]（ちらつきがほとんどまたはまったくない LCD ディスプレイでは、これは問題になりません。[引用が必要]） デジタルコンピュータディスプレイの人気の高まりと、GPU ダイへの RAMDAC の統合により、ディスクリートコンポーネントとしてはほとんど姿を消しました。 デジタル接続のみを備えた現在のすべての LCD/プラズマモニター、テレビ、プロジェクターはデジタル領域で動作するため、それらの接続に RAMDAC は必要ありません。アナログ入力（ VGA、コンポーネント、SCARTなど）のみを備えたディスプレイもあります。これらのディスプレイにはRAMDACが必要ですが、アナログ信号を表示前にデジタル信号に再変換するため、このデジタル-アナログ-デジタル変換に伴う画質の低下は避けられません。[要出典] VGA規格が段階的に廃止され、デジタル形式が主流になったため、RAMDACはグラフィックカードから姿を消しつつあります。[要出典]
出力インターフェース
グラフィック カードとコンピューター ディスプレイ間の最も一般的な接続システムは次のとおりです。
ビデオ グラフィックス アレイ (VGA) (DE-15)
D-subとしても知られるVGA は、1980 年代後半に CRT ディスプレイ用に採用されたアナログベースの標準で、VGA コネクタとも呼ばれます。今日では、VGA アナログ インターフェイスは、1080p以上の高解像度ビデオの解像度に使用されます。この標準の問題としては、電気的ノイズ、画像の歪み、ピクセルを評価する際のサンプリング エラーなどがあります。VGA の伝送帯域幅は、さらに高解像度の再生をサポートするのに十分な広さがありますが、ケーブルの品質と長さによっては画質が低下する可能性があります。画質の違いの程度は、個人の視力とディスプレイによって異なります。特に大型の LCD/LED モニターや TV で DVI または HDMI 接続を使用する場合、画質の低下がある場合は、それが顕著に目立ちます。Blu -rayディスクでImage Constraint Token (ICT) が有効になっていない場合、VGA アナログ インターフェイスを介して 1080p でのBlu-ray 再生が可能です。
デジタルビジュアルインターフェース（DVI）
デジタル・ビジュアル・インターフェース（DVI）は、フラットパネルディスプレイ（LCD、プラズマスクリーン、ワイドHDテレビ）やビデオプロジェクターなどのディスプレイ向けに設計されたデジタルベースの規格です。また、稀にDVIを採用した高級CRTモニターも存在します。DVIは、コンピューターからの各ピクセルをディスプレイのピクセルにネイティブ解像度で対応させることで、画像の歪みや電気ノイズを回避します。ほとんどのメーカーはDVI- Iコネクタを搭載しており、簡単なアダプターを介して、VGA入力を備えた古いCRTモニターやLCDモニターに標準RGB信号を出力できます。
Sビデオ、コンポジットビデオ、コンポーネントビデオ用のビデオ入力ビデオ出力（VIVO）
これらのコネクタは、テレビ、DVDプレーヤー、ビデオレコーダー、ビデオゲーム機との接続を可能にするために搭載されています。10ピンミニDINコネクタには、通常2種類のバリエーションがあり、VIVOスプリッターケーブルには通常、4つのコネクタ（Sビデオ入出力とコンポジットビデオ 入出力）または6つのコネクタ（Sビデオ入出力、コンポーネントYP /BPR出力、コンポジット入出力）が付属しています。
高精細マルチメディアインターフェース（HDMI）
HDMIは、HDMI準拠デバイス（「ソースデバイス」）から互換性のあるデジタルオーディオデバイス、コンピューターモニター、ビデオプロジェクター、またはデジタルテレビに、非圧縮ビデオデータと圧縮/非圧縮デジタルオーディオデータを転送するためのコンパクトなオーディオ/ビデオインターフェースです。[53] HDMIは、既存のアナログビデオ規格のデジタル代替品です。HDMIはHDCPによるコピー保護をサポートしています。
ディスプレイポート
DisplayPortは、Video Electronics Standards Association （VESA）によって開発されたデジタルディスプレイインターフェースです。このインターフェースは主にビデオソースをコンピュータモニターなどのディスプレイデバイスに接続するために使用されますが、オーディオ、USB、その他の形式のデータの送信にも使用できます。[54] VESA仕様はロイヤリティフリーです。VESAは、 VGA、DVI、LVDSの代替として設計しました。アダプタドングルを使用することでVGAおよびDVIとの下位互換性を確保できるため、消費者は既存のディスプレイデバイスを交換することなく、DisplayPort対応のビデオソースを使用できます。DisplayPortはHDMIと同じ機能でより高いスループットを備えていますが、インターフェースを置き換えるのではなく、補完することが期待されています。[55] [56]
USB-C
USB-Cは、 USB、ディスプレイポート、Thunderbolt 、Power Delivery（PD ）に使用される拡張可能なコネクタです。USB-Cは、従来のUSBコネクタに代わる24ピンのリバーシブルコネクタです。一部の新しいグラフィックカードは、汎用性を高めるためにUSB-Cポートを採用しています。[57]
その他の接続システム
| タイプ | コネクタ | 説明 |
|---|---|---|
| 複合ビデオ |  | SD解像度（ PALまたはNTSC）[58]のアナログシステムで表示する場合、RCAコネクタ出力を使用できます。この1ピンコネクタは、解像度、輝度、色情報をすべて伝送するため、専用ビデオ接続としては最も低品質です。[59]カードによっては、SECAMカラーシステムに加えて、 PAL 60やNTSC 50などの非標準モードもサポートされる場合があります。 |
| Sビデオ |  | SD解像度（PALまたはNTSC）のアナログシステムで表示する場合、Sビデオケーブルは4ピンのミニDINコネクタで、 YとCと呼ばれる2つの同期信号とグランドのペアを伝送します。コンポジットビデオでは、これらの信号は異なる周波数で共存します。これを実現するには、輝度信号にローパスフィルタリングを施す必要があり、画像が鈍くなります。Sビデオでは2つの信号を別々の信号として扱うため、輝度信号に悪影響を与えるローパスフィルタリングは不要です。ただし、色差信号の帯域幅はコンポーネントビデオに比べて依然として制限されています。 |
| 7ページ |  | 一部のコンピュータ機器（PCおよびMac）では、非標準の7ピンミニDINコネクタ（「7P」と呼ばれる）が使用されています。7Pソケットは標準の4ピンSビデオプラグに対応し、ピン互換性があります。[60] 3つの追加ソケットは、コンポジット（CVBS）、RGBまたはYPbPrビデオ信号、またはI²Cインターフェースの供給に使用できます。[60] [61] |
| 8ピンミニDIN |  | 8ピンミニDINコネクタは一部のATI Radeonビデオカードで使用されています。[62] |
| コンポーネントビデオ |  | これは3本のケーブルを使用し、それぞれにRCAコネクタ（デジタルコンポーネントの場合はYC B C R 、アナログコンポーネントの場合はYP B P R）が付いています。古いプロジェクター、ビデオゲームコンソール、DVDプレーヤーで使用されています。[63] SDTV 480i / 576iとEDTV 480p / 576pの解像度、HDTV解像度720pと1080iを伝送できますが、コピー保護に関する業界の懸念により1080pは伝送できません。そのグラフィックス品質は、伝送する解像度に対してHDMIと同等ですが、[64]ブルーレイ、PPVなどの他の1080pソース、または4K Ultra HDで最適なパフォーマンスを得るには、デジタルディスプレイコネクタが必要です。 |
| DB13W3 |  | かつてSun Microsystems、SGI、IBMで使用されていたアナログ標準。 |
| DMS-59 |  | 単一のコネクタでDVIまたはVGA出力を提供するコネクタ。 |
| DE-9 |  | EGAおよびCGAグラフィックカードで従来使用されてきたコネクタは、メス型9ピンDサブミニチュア（DE-9）です。信号規格とピン配置はCGAと下位互換性があり、EGAモニターをCGAカードで使用したり、その逆を行ったりすることができます。 |
マザーボードインターフェース
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時系列順に、グラフィック カードとマザーボード間の接続システムは、主に次のとおりです。
- S-100 バス: 1974 年に Altair 8800 の一部として設計された、マイクロコンピュータ業界初の業界標準バスです。
- ISA：1981年にIBMによって導入され、1980年代に市場を席巻しました。8MHzのクロックで動作する8ビットまたは16ビットのバスです。
- NuBus : Macintosh IIで使用され、平均帯域幅が 10 ～ 20 MB/秒の32 ビットバスです。
- MCA : 1987 年に IBM によって導入された、10 MHz でクロックされる 32 ビット バスです。
- EISA：IBMのMCAに対抗するために1988年にリリースされ、以前のISAバスと互換性がありました。8.33MHzのクロックで動作する32ビットバスです。
- VLB：ISAの拡張版で、33MHzのクロックで動作する32ビットバスです。VESAとも呼ばれます。
- PCI：1993年以降、EISA、ISA、MCA、VESAバスに取って代わりました。PCIはデバイス間の動的な接続を可能にし、ジャンパーによる手動調整を不要にしました。33MHzのクロックで動作する32ビットバスです。
- UPA : 1995 年にSun Microsystemsによって導入された相互接続バス アーキテクチャ。67 MHz または 83 MHz でクロックされる64 ビットバスです。
- USB ：主に二次記憶装置や周辺機器、玩具などの様々なデバイスに使用されていますが、USBディスプレイやディスプレイアダプタも存在します。1996年に初めて使用されました。
- AGP：1997年に初めて使用されたグラフィック専用バスです。66MHzのクロックで動作する32ビットバスです。
- PCI-X : PCI バスの拡張版で、1998 年に導入されました。バス幅を 64 ビットに、クロック周波数を最大 133 MHz に拡張することで、PCI を改良しました。
- PCI Express : PCIeと略される、2004年にリリースされたポイントツーポイントインターフェースです。2006年にはAGPの2倍のデータ転送速度を実現しました。PCI規格の拡張版であるPCI-Xと混同しないでください。PCI-Xは、最近のほとんどのグラフィックカードの標準規格です。
次の表は、上記のいくつかのインターフェースの機能の比較です。
| バス | 幅（ビット） | クロックレート（MHz） | 帯域幅（MB/秒） | スタイル |
|---|---|---|---|---|
| ISA XT | 8 | 4.77 | 8 | 平行 |
| ISA AT | 16 | 8.33 | 16 | 平行 |
| MCA | 32 | 10 | 20 | 平行 |
| ヌバス | 32 | 10 | 10～40 | 平行 |
| エイサー | 32 | 8.33 | 32 | 平行 |
| ヴェサ | 32 | 40 | 160 | 平行 |
| PCI | 32～64歳 | 33～100 | 132～800 | 平行 |
| AGP 1x | 32 | 66 | 264 | 平行 |
| AGP 2倍 | 32 | 66 | 528 | 平行 |
| AGP 4倍速 | 32 | 66 | 1000 | 平行 |
| AGP 8倍速 | 32 | 66 | 2000 | 平行 |
| PCIe x1 | 1 | 2500 / 5000 | 250 / 500 | シリアル |
| PCIe x4 | 1×4 | 2500 / 5000 | 1000 / 2000 | シリアル |
| PCIe x8 | 1 × 8 | 2500 / 5000 | 2000 / 4000 | シリアル |
| PCIe x16 | 1 × 16 | 2500 / 5000 | 4000 / 8000 | シリアル |
| PCIe ×1 2.0 [65] | 1 | 500 / 1000 | シリアル | |
| PCIe ×4 2.0 | 1×4 | 2000 / 4000 | シリアル | |
| PCIe ×8 2.0 | 1 × 8 | 4000 / 8000 | シリアル | |
| PCIe ×16 2.0 | 1 × 16 | 5000 / 10000 | 8000 / 16000 | シリアル |
| PCIe ×1 3.0 | 1 | 1000 / 2000 | シリアル | |
| PCIe ×4 3.0 | 1×4 | 4000 / 8000 | シリアル | |
| PCIe ×8 3.0 | 1 × 8 | 8000 / 16000 | シリアル | |
| PCIe ×16 3.0 | 1 × 16 | 16000 / 32000 | シリアル | |
| PCIe ×1 4.0 | 1 | 2000 / 4000 | シリアル | |
| PCIe ×4 4.0 | 1×4 | 8000 / 16000 | シリアル | |
| PCIe ×8 4.0 | 1 × 8 | 16000 / 32000 | シリアル | |
| PCIe ×16 4.0 | 1 × 16 | 32000 / 64000 | シリアル | |
| PCIe ×1 5.0 | 1 | 4000 / 8000 | シリアル | |
| PCIe ×4 5.0 | 1×4 | 16000 / 32000 | シリアル | |
| PCIe ×8 5.0 | 1 × 8 | 32000 / 64000 | シリアル | |
| PCIe ×16 5.0 | 1 × 16 | 64000 / 128000 | シリアル |
参照
- コンピュータハードウェアのリスト
- グラフィックカードメーカー一覧
- コンピューター ディスプレイ規格のリスト– SVGA、WXGA、WUXGA などの規格の詳細なリスト。
- AMD（ATI）、Nvidia – 3DチップGPUおよびグラフィックカード設計の準独占
- GeForce、Radeon、Intel Arc – グラフィックカードシリーズの例
- GPGPU (例: CUDA、AMD FireStream )
- フレームバッファ– 画面イメージを保存するために使われるコンピュータのメモリ
- キャプチャカード– グラフィックカードの逆
参考文献
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- ^ PCIe 2.1はPCIe 2.0と同じクロックと帯域幅を持っています
出典
- ミューラー、スコット（2005）『PCのアップグレードと修理』第16版、Que Publishing、ISBN 0-7897-3173-8
外部リンク
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- HowStuffWorksのグラフィックカードの仕組み
