کارت گرافیک سرور چیست؟ انواع و ویژگی ها

کارت گرافیک چیست؟ کارت گرافیک یکی از قطعات سخت افزاری در هر کامپیوتر یا سرور است که نقش مهمی در پردازش تصاویر و نمایش آن‌ها روی صفحه نمایش دارد. در واقع می‌توان گفت، بدون کارت گرافیک سیستم شما توانایی پردازش تصاویر و ویدیوها را نخواهد داشت و کارهای روزمره شما نیز ممکن است به مشکل بخورد. در این مقاله به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت که کارت گرافیک چیست، چگونه کار می‌کند و معماری آن چگونه است، پس تا پایان این مطلب همراه ما باشید.

فهرست محتوای مقاله

کارت گرافیک چیست؟

کارت گرافیک چیست

کارت گرافیکی (Graphics Card) یکی از اجزای اصلی سخت‌افزار کامپیوتر است که وظیفه ایجاد و نمایش تصاویر، ویدیوها و انیمیشن‌ها را بر عهده دارد. این قطعه شامل واحد پردازش گرافیکی (GPU) به‌عنوان هسته اصلی پردازش، حافظه اختصاصی (VRAM) برای ذخیره داده‌های گرافیکی، و اجزای دیگر مانند سیستم خنک‌کننده و مدارهای الکترونیکی است. کارت گرافیکی به‌صورت مستقیم به مادربورد کامپیوتر متصل می‌شود و عملکرد کلی سیستم را در پردازش داده‌های گرافیکی بهبود می‌بخشد. کارت‌های گرافیکی به دلیل قدرت بالای پردازش موازی، نه تنها در گیمینگ، بلکه در کارهایی مانند ویرایش ویدیو، طراحی سه‌بعدی، یادگیری ماشین، و محاسبات علمی نیز استفاده می‌شوند. در واقع می‌توان گفت، کارت گرافیک سخت‌افزاری کامل و مستقل است که GPU (واحد پردازش گرافیکی) را به همراه دیگر اجزا در خود جای داده و برای ارائه عملکرد بهینه در زمینه‌های گرافیکی پیشرفته طراحی شده است.

نحوه عملکرد کارت گرافیک

همانطور که در کارت گرافیک چیست اشاره شد، کارت‌های گرافیکی برای پردازش تصاویر و گرافیک‌ها در سیستم‌ و سرور طراحی شده است. این کارت از مراحل مختلفی برای پردازش و نمایش گرافیک‌ها استفاده می‌کند که شامل موارد زیر است:

دریافت داده‌ها از CPU

ابتدا واحد پردازش مرکزی (CPU) داده‌هایی درباره تصویر یا ویدیو به کارت گرافیک ارسال می‌کند. این داده‌ها حاوی دستوراتی در مورد چگونگی ایجاد تصویر، مانند موقعیت‌ها، رنگ‌ها و جزئیات دیگر هستند.

پردازش نقاط (Vertices)

کارت گرافیک سرور با استفاده از داده‌های ورودی، نقاطی را به نام ورتکس‌ها پردازش می‌کند. این نقاط معمولاً تعریف‌کننده شکل‌های هندسی مانند اشیاء سه‌بعدی هستند. کارت گرافیک این نقاط را به مختصات صفحه تبدیل می‌کند.

ترکیب اشکال هندسی

نقاط یا ورتکس‌ها به اشکال هندسی مانند مثلث‌ها، خطوط و نقاط تبدیل می‌شوند. مثلث‌ها اغلب به عنوان واحدهای پایه برای نمایش سطوح سه‌بعدی انتخاب می‌شوند.

رستری‌سازی

اشکال هندسی به داده‌های پیکسلی تبدیل می‌شوند. کارت گرافیک تعیین می‌کند که کدام پیکسل‌ها در صفحه نمایش به این اشکال تعلق دارند و سپس رنگ‌ها و بافت‌ها را به این پیکسل‌ها اعمال می‌کند.

پردازش رنگ و سایه‌زنی

هر پیکسل پس از تعیین موقعیت به مرحله پردازش رنگ می‌رود. در این مرحله، نور، سایه‌ها و بافت‌ها اعمال می‌شود تا به تصویر جلوه‌ای واقع‌گرایانه‌تر بخشیده شود. این پردازش شامل اعمال افکت‌هایی مانند سایه‌زنی، انعکاس و دیگر ویژگی‌های بصری است.

نوشتن به بافر فریم

رنگ‌ها و جزئیات نهایی پیکسل‌ها به بافر فریم (فضای حافظه اختصاصی در کارت گرافیک) نوشته می‌شود. بافر فریم، تصویری را که قرار است به نمایش گذاشته شود، در خود ذخیره می‌کند.

نمایش تصویر

فریم نهایی از بافر فریم به صفحه نمایش ارسال می‌شود و در آنجا برای کاربر نمایش داده می‌شود. این فرایند با سرعت بالا انجام می‌شود تا تصویری صاف و با کیفیت بالا ایجاد کند.

انواع کارت‌های گرافیک‌

کارت‌های گرافیک انواع مختلفی دارند که هرکدام برای نیازها و کاربردهای خاص طراحی شده‌اند. در ادامه به بررسی انواع کارت گرافیک خواهیم.

کارت گرافیک Integrated

کارت‌های گرافیک Integrated در CPU یا مادربرد ساخته می‌شوند و از حافظه سیستم برای پردازش گرافیکی استفاده می‌کنند. این کارت‌ها برای کارهای روزمره مانند مرور وب، نرم‌افزارهای اداری و پخش رسانه مناسب هستند. کارت‌های گرافیک Integrated از نظر مصرف انرژی و هزینه مقرون به صرفه‌اند، اما عملکرد لازم برای گیمینگ پیشرفته یا نرم‌افزارهای حرفه‌ای را ندارند. این کارت‌ها برای سیستم‌های کوچک و کم‌هزینه‌ای که به عملکرد گرافیکی پایه نیاز دارند، مناسب هستند.

کارت‌های گرافیک Dedicated

کارت‌های گرافیک اختصاصی که به آن‌ها کارت‌های گرافیک مجزا نیز گفته می‌شود، واحدهای مستقل هستند که در اسلات PCI Express کامپیوتر نصب می‌شوند. این کارت‌ها دارای پردازنده گرافیکی (GPU) و حافظه VRAM اختصاصی خود هستند که عملکرد به مراتب بالاتری نسبت به کارت‌های گرافیک مجتمع ارائه می‌دهند. کارت‌های گرافیک اختصاصی برای گیمینگ، رندرینگ 3D و سایر کارهای پردازشی گرافیکی سنگین طراحی شده‌اند و تصاویری صاف و دقیق را فراهم می‌آورند. این کارت‌ها در مدل‌های مختلف و متناسب با نیاز کاربران از گیمرهای مبتدی تا حرفه‌ای‌ها و متخصصان عرضه می‌شوند.

کارت‌های گرافیک Workstation

کارت‌های گرافیک Workstation برای نرم‌افزارهای حرفه‌ای که به دقت بالا و قابلیت اطمینان نیاز دارند، مانند طراحی به کمک رایانه (CAD)، مدل‌سازی 3D و ویرایش ویدیو طراحی شده‌اند. این کارت‌ها برای انجام کارهایی که نیاز به رندرینگ دقیق، داده‌های حجم بالا و سازگاری با نرم‌افزارهای تخصصی دارند، بهینه شده‌اند. این کارت‌ها معمولاً با درایورهای تایید شده و ویژگی‌های پیشرفته‌ای همچون حافظه ECC (کد تصحیح خطا) همراه هستند. کارت‌های Workstation به جای تمرکز بر گیمینگ، بر ثبات و عملکرد در محیط‌های حرفه‌ای تمرکز دارند.

کارت‌های گرافیک Gaming

کارت‌های گرافیک مخصوص گیمینگ به‌طور خاص برای پاسخگویی به نیازهای بازی‌های ویدئویی مدرن طراحی شده‌اند. این کارت‌ها عملکرد بالا و ویژگی‌هایی مانند ردیابی اشعه (Ray Tracing)، نرخ تجدید بالا و پشتیبانی از واقعیت مجازی (VR) را ارائه می‌دهند. این کارت‌ها برای اجرای بازی‌های جدید با وضوح بالا و تنظیمات گرافیکی پیشرفته طراحی شده‌اند و تجربه گیمینگ بسیار روان و فراگیر را ارائه می‌دهند. این کارت‌ها در سطوح عملکردی مختلفی ارائه می‌شوند تا گیمرها بتوانند بر اساس بودجه و نیازهای گیمینگ خود انتخاب کنند.

کارت‌های گرافیک Mobile

کارت‌های گرافیک موبایل در لپ‌تاپ‌ها و دستگاه‌های قابل حمل به‌صورت یکپارچه طراحی شده‌اند. هدف اصلی این کارت‌ها ارائه تعادلی بهینه بین عملکرد گرافیکی و مصرف انرژی است تا کاربران بتوانند به‌راحتی از آن‌ها در حین حرکت برای بازی، ویرایش ویدیو یا کارهای حرفه‌ای استفاده کنند. بر خلاف کارت‌های گرافیک دسکتاپ، که معمولاً قدرت پردازشی بالاتری دارند، کارت‌های گرافیک موبایل محدودیت‌هایی در قدرت و فضای فیزیکی دارند. به همین دلیل، این کارت‌ها به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که مصرف انرژی و حرارت کمتری تولید کنند و در عین حال، عملکردی مناسب را در دستگاه‌های با ابعاد کوچکتر ارائه دهند. این کارت‌ها در رده‌های مختلف و با سطوح عملکرد متنوع از مدل‌های ابتدایی تا پیشرفته موجود هستند و به کاربران امکان می‌دهند که بر اساس نیازهای خود بهترین انتخاب را داشته باشند.

معماری کارت گرافیک براساس تراشه

کارت‌های گرافیک براساس تراشه به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که این دسته‌بندی معمولاً بر اساس تولیدکننده تراشه‌های گرافیکی و معماری آن‌ها صورت می‌گیرد. در واقع می‌تونا گفت معماری GPU تعیین کننده عملکرد کارت‌های گرافیکی هستند. در اینجا انواع کارت گرافیک براساس تراشه آورده شده است:

کارت گرافیک مبتنی بر تراشه NVIDIA

CUDA یک معماری محاسباتی است که توسط شرکت انویدیا طراحی شده است تا GPUهای این شرکت را برای محاسبات عمومی و موازی به کار بگیرد. هسته‌های CUDA در انجام عملیات گرافیکی، سایه‌زنی و دیگر وظایف پیچیده گرافیکی نقش مهمی ایفا می‌کنند. CUDA این امکان را به کاربران می‌دهد که علاوه بر پردازش‌های گرافیکی، از قدرت موازی GPUها در کاربردهایی مثل یادگیری عمیق (Deep Learning)، تحلیل داده‌های حجیم، رندرینگ سه‌بعدی، شبیه‌سازی‌های علمی و حتی پردازش تصویر استفاده کنند. GeForce GTX و GeForce RTX مدل‌ها و نمونه‌های کارت گرافیک مبتنی بر تراشه NVIDIA هستند.

کارت گرافیک مبتنی بر تراشه RDNA

Radeon DNA جدیدترین معماری گرافیکی از شرکت ای‌ام‌دی است که برای تولید کارت‌های گرافیکی با کارایی بالا در زمینه‌های بازی و پردازش گرافیکی طراحی شده است. هدف اصلی این معماری بهینه‌سازی عملکرد و کارایی نسبت توان به پردازش است، که باعث افزایش بهره‌وری و اجرای بهتر در برنامه‌های گرافیکی می‌شود. RDNA اولین بار برای بازی‌ها معرفی شد و هدف آن ارائه کیفیت بالا و پایداری در گرافیک بازی‌ها بود. RDNA برای اولین بار با هدف ارائه کیفیت بالا و پایداری در گرافیک بازی‌ها معرفی شد. کارت‌های گرافیکی Radeon RX، مانند مدل‌های RX 5000 و RX 6000، از این معماری بهره می‌برند و به یکی از انتخاب‌های اصلی برای گیمرها تبدیل شده‌اند.

کارت گرافیک مبتنی بر تراشه Intel

Xe معماری جدید شرکت اینتل است که به‌طور خاص برای رقابت با کارت‌های گرافیک قدرتمند NVIDIA و AMD طراحی شده است. این معماری ترکیب بهینه‌ای از پردازنده‌های مرکزی (CPU) و گرافیکی (GPU) را ارائه می‌دهد و برای کاربردهای مختلف از جمله گیمینگ و استفاده‌های حرفه‌ای طراحی شده است. معماری Xe اینتل با امکان استفاده یکپارچه از پردازنده‌های گرافیکی و محاسباتی، عملکرد مناسبی را در پردازش داده‌های پیچیده به همراه قدرت بالا برای گرافیک یکپارچه و اختصاصی فراهم می‌آورد.

در جدول مقایسه‌ای بین سه معماری NVIDIA CUDA، AMD RDNA و Intel Xe آورده‌ شده تا تفاوت‌های اصلی آن‌ها را متوجه شوید.

ویژگی	NVIDIA CUDA	AMD RDNA	Intel Xe
هدف اصلی	پردازش موازی برای کارهای گرافیکی و عمومی	بهینه‌سازی عملکرد و کارایی در بازی‌ها و گرافیک	رقابت با کارت‌های گرافیکی قدرتمند، ترکیب CPU و GPU
کاربردها	گرافیک‌های سنگین، یادگیری ماشین، شبیه‌سازی‌ها	بازی، پردازش گرافیکی، گرافیک‌های سنگین	بازی، کاربردهای حرفه‌ای، پردازش داده‌های پیچیده
پردازش موازی	پشتیبانی از پردازش موازی بسیار زیاد	پردازش موازی بهینه با تمرکز بر کارایی	بهره‌برداری یکپارچه از GPU و پردازش‌های محاسباتی
معماری پردازشی	استفاده از هسته‌های CUDA	معماری RDNA بهینه‌شده برای عملکرد بالا	ترکیب بهینه CPU و GPU
برخی از کارت‌های گرافیکی	GeForce GTX, RTX	Radeon RX 5000, RX 6000	کارت‌های سری Intel Xe
ویژگی‌های مهم	پشتیبانی از یادگیری ماشین و پردازش موازی	تمرکز بر گرافیک بازی‌ها و رندرینگ سه‌بعدی	پردازش یکپارچه گرافیک و محاسبات با قدرت بالا
هدف بازار	گیمینگ، علم داده، یادگیری عمیق، شبیه‌سازی‌ها	گیمینگ و کاربردهای گرافیکی سنگین	گیمینگ، حرفه‌ای، و گرافیک یکپارچه و اختصاصی

نصب کارت گرافیک روی فضای ابری

نصب کارت گرافیک سرور در فضای ابری به این معنی است که به جای استفاده از کارت‌های گرافیک فیزیکی که در سیستم‌های شخصی یا سرورهای محلی وجود دارند، از واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) مجازی یا اختصاصی در سرورهای ابری استفاده می‌شود. سرور گرافیکی ابری علاوه‌بر RAM، DISK و CPU، دارای GPU برای پردازش‌های موازی است. GPUهای موجود در سرورهای گرافیکی توانایی انجام محاسبات پیچیده و پردازشی سنگین را با سرعت بالا و به‌صورت موازی دارند. این ویژگی برای کاربردهایی که به منابع پردازشی گسترده نیاز دارند، مانند رندرینگ سه‌بعدی، تحلیل داده‌های پیچیده، یادگیری عمیق و شبیه‌سازی‌های علمی، بسیار مفید است.

GPUهای موجود در سرورهای ابری معمولاً به دو دسته تقسیم می‌شوند. کارت‌های گرافیکی مجازی (vGPU) که به چندین کاربر اختصاص داده می‌شود و GPUهای اختصاصی به‌صورت کامل در اختیار یک کاربر قرار می‌گیرند و برای وظایف سنگین محاسباتی و پردازشی ایده‌آل هستند.

با خرید سرور گرافیکی، کاربران نیازی به خرید و نگهداری سخت افزارهای گران قیمت ندارند و منابع مورد نیاز خود را می‌توانند با خرید سرور گرافیکی تامین کنند و در مواقع دلخواه بر اساس تقاضا منابع را افزایش یا کاهش دهند. عملکرد سرورهای پردازنده گرافیکی مشابه کارت‌های گرافیکی معمولی است، اما این بار قدرت پردازش و منابع حافظه به صورت موازی و در مقیاس بزرگ روی سرورهای ابری در دسترس قرار دارند.

Gpu چیست؟

GPU به پردازنده‌ای اشاره دارد که مسئول پردازش تمامی عملیات گرافیکی و محاسبات مربوط به تصاویر، ویدیوها، و انیمیشن‌ها است. GPU یک تراشه یا پردازنده خاص است که پردازش‌های سنگین گرافیکی را انجام می‌دهد و می‌تواند پردازش موازی در زمینه‌هایی مانند بازی‌های رایانه‌ای، یادگیری ماشین، و شبیه‌سازی‌های علمی را انجام دهد.

کارت گرافیک سرور چیست؟

کارت گرافیک سرور نوعی کارت گرافیک است که به‌طور ویژه برای استفاده در سرورهای گرافیکی و مراکز داده طراحی شده است. این کارت‌ها معمولاً برای پردازش‌های سنگین محاسباتی و علمی، یادگیری ماشین، تحلیل داده‌های بزرگ (Big Data)، هوش مصنوعی، شبیه‌سازی‌های پیچیده و دیگر کاربردهای پردازشی نیازمند توان گرافیکی بالا به‌کار می‌روند. برخلاف کارت‌های گرافیک معمولی که عمدتاً برای گیمینگ یا استفاده در کامپیوترهای شخصی طراحی می‌شوند، کارت‌های گرافیک سرور برای استفاده از منابع پردازشی سنگین و پردازش‌های موازی بهینه‌سازی شده‌اند. کارت‌های گرافیک معروف برای سرورها شامل مدل‌هایی از سری NVIDIA Tesla و AMD Instinct هستند.

ویژگی‌های کارت گرافیک سرور

کارت‌های گرافیک سرور برای کاربردهای محاسباتی سنگین، پردازش داده‌های بزرگ، یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، و شبیه‌سازی‌های پیچیده طراحی شده‌اند. این کارت‌ها ویژگی‌هایی دارند که آن‌ها را از کارت‌های گرافیک معمولی متمایز می‌کند. در اینجا برخی از ویژگی‌های اصلی کارت‌های گرافیک سرور آورده شده است:

عملکرد بالا در پردازش‌های موازی

همانطور که در کارت گرافیک چیست اشاره شد، کارت‌های گرافیک سرور برای انجام پردازش‌های موازی با حجم بالا طراحی شده‌اند. این کارت‌ها می‌توانند در سرورهای گرافیگی محاسبات پیچیده‌ای که نیاز به پردازش داده‌های زیادی به طور همزمان دارند، انجام دهند. این ویژگی برای وظایفی مانند آموزش مدل‌های یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، شبیه‌سازی فیزیکی و پردازش‌های علمی بسیار کاربردی است.

حافظه گرافیکی با ظرفیت بالا (VRAM)

کارت‌های گرافیک سرور معمولاً دارای حافظه گرافیکی با ظرفیت بالا هستند که می‌تواند به سرعت داده‌های حجیم را پردازش کرده و از حجم بالای محاسبات پشتیبانی کند. حافظه‌ای مانند HBM (High Bandwidth Memory) به این منظور استفاده می‌شود.

پشتیبانی از محاسبات دقیق (FP32, FP64)

کارت‌های گرافیک سرور قابلیت پردازش دقیق با استفاده از انواع مختلف داده‌ها مانند شناور تک و دوگانه (FP32 و FP64) را دارند که در محاسبات علمی، شبیه‌سازی‌های مهندسی و مدل‌های پیچیده علمی ضروری هستند.

پشتیبانی از Virtualization

کارت‌های گرافیک سرور با هدف ارائه پشتیبانی از فناوری‌های پیشرفته مجازی‌سازی طراحی شده‌اند. این فناوری به کارت گرافیک امکان می‌دهد تا منابع گرافیکی خود را به‌طور همزمان بین چندین ماشین مجازی یا کاربر به اشتراک بگذارد و بدون کاهش عملکرد، بهره‌وری سیستم را به حداکثر برساند.

پشتیبانی از طراحی دقیق برای شبیه‌سازی‌های تخصصی

کارت‌های گرافیک سرور معمولاً به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که در برنامه‌هایی که نیاز به دقت بالایی دارند (مثل طراحی CAD، رندرینگ سه‌بعدی یا شبیه‌سازی‌های علمی) عملکرد بهینه داشته باشند.

پشتیبانی از پروتکل‌های ارتباطی سریع (NVLink, PCIe Gen 4)

این کارت‌ها معمولاً از پروتکل‌های ارتباطی سریع و پهنای باند بالا مانند NVLink و PCIe Gen 4 پشتیبانی می‌کنند که امکان اتصال و ارتباط سریع‌تر میان چندین کارت گرافیک را فراهم می‌کند و عملکرد سیستم را در فرآیندهای محاسباتی متعدد بهبود می‌دهد.

جمع بندی

کارت‌های گرافیک از پردازش پیشرفته تا طراحی سه‌بعدی، هوش مصنوعی، و مجازی‌سازی کاربرد دارند. اما در محیط‌های حرفه‌ای و سازمانی، نیازها اغلب از توان کامپیوترهای شخصی می‌روند. در چنین مواردی، خرید سرورهای گرافیکی بهترین راه‌حل برای ارائه قدرت پردازشی، انعطاف‌پذیری و بهره‌وری بالا است. سرورهای گرافیکی ابری با ارائه قدرت گرافیکی پیشرفته، قابلیت مدیریت و پردازش حجم زیادی از داده‌ها را به همراه دارند و برای انجام کارهایی مانند تحلیل‌داده، هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و… ایده‌آل هستند. با انتخاب و خرید سرور گرافیکی، می‌توانید از عملکرد بهینه، کاهش زمان پردازش و تطبیق‌پذیری با نیازهای آینده خود اطمینان حاصل کنید و دغدغه‌ای برای خرید و نگهداری تجهیزات نداشته باشید.