Видеока́рта (также видеоада́птер, видеопла́та, графический ада́птер, графи́ческая пла́та, графи́ческая ка́рта, графи́ческий ускори́тель) — устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти компьютера (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран монитора. Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (плата расширения) и вставляется в слот расширения материнской платы — универсальный либо специализированный (AGP).
Также широко распространены и расположенные на системной плате видеокарты — как в виде дискретного отдельного чипа GPU, так и в качестве составляющей части северного моста чипсета или ЦПУ; в случае ЦПУ, встроенный (интегрированный) GPU, строго говоря, не может быть назван видеокартой.
Видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения. Они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального процессора компьютера. Например, видеокарты Intel, Nvidia и AMD (ATi) осуществляют рендеринг графического конвейера OpenGL, DirectX и Vulkan на аппаратном уровне.
Также имеет место тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач (например, добычи криптовалюты или параллельных вычислений, таких как BOINC, обучения глубоких искусственных нейросетей).
История Первым компьютером, оснащённым устройством вывода изображения на экран, считается Whirlwind, строившийся в период с 1944 по 1953 год. с адресацией 2048 × 2048 позиций либо до 550 цифр, кроме того, оснащался световым пером.
В марте 1973 года вышел мини-компьютер Xerox Alto, который можно назвать первым персональным компьютером. Alto имел графический интерфейс с метафорой окон и рабочего стола, для этого он оснащался контроллером дисплея, позволявшим выводить на экран монохромное изображение разрешением 606 × 808 пикселей и монитором портретной ориентации.
В 1975 году поступил в продажу Altair 8800. Изначально он не оснащался никакими средствами ввода-вывода, кроме набора тумблеров и светодиодов на передней панели. Предполагалось подключение его к телетайпу или текстовому терминалу. Однако в 1976 году в продажу поступила видеокарта Harry Garland, "Ten years and counting" , Creative Computing, Volume 10, Number 11 (November 1984), pg. 104, позволявшая выводить на экран обычного бытового телевизора цветное изображение, сформированное в памяти компьютераLes Solomon, «Solomon’s Memory» , in Digital Deli, Workman Publications, 1984, . Первая версия позволяла выводить изображение до 128 × 128 пикселей, следующее поколение — до 756 × 484.
Видеоадаптер MDA () был выпущен IBM в 1981 году для IBM PCМихаил Гук. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия, 2-е изд. — СПб.: Питер, 2002. — 928 с.: ил. — С. 530. Он поддерживал разрешение 720 × 350 пикселей и работал только в текстовом режиме, выводя на экран до 25 строк. Никакой цветовой или графической информации он передавать не мог. Фирма в 1982 году выпустила дальнейшее развитие адаптера MDA, видеоадаптер HGC (), который поддерживал две графические страницы, но всё же не позволял работать с цветом.
Первой цветной видеокартой для PC стала CGA (), выпущенная IBM в 1981 году. Она могла работать либо в текстовом режиме, отображая 16 цветов символов, либо в графическом, выводя четырёхцветные изображения в низком (320 × 200) разрешении. Режим высокого разрешения 640 × 200 был монохромным. В развитие этой карты, в 1984 году, появился EGA () — улучшенный графический адаптер, с расширенной до 64 цветов палитрой. Разрешение было улучшено до 640 × 350. Особенностью данных адаптеров было то, что они использовали слот шины ISA, имеющий открытую архитектуру, в связи с чем пользователь мог самостоятельно менять видеокарту на желаемую.
Интерфейсы с монитором всех этих типов видеоадаптеров были цифровыми: видеокарты MDA и HGC передавали только информацию о том светится или не светится точка, и дополнительный сигнал яркости для атрибута текста «яркий»; аналогично видеоадаптер CGA по трём каналам (красный, зелёный, синий) передавал основной видеосигнал, и мог дополнительно передавать сигнал яркости (всего получалось 16 цветов); видеоадаптер EGA имел по две линии передачи на каждый из основных цветов, то есть каждый основной цвет мог отображаться с полной яркостью, 2/3 или 1/3 от полной яркости, что и давало в сумме максимум 64 цвета.
В 1987 году появляется новый графический адаптер MCGA (), в котором инженеры IBM сумели увеличить текстовый режим до 50 строк, а графический — до 262 144 цветов, в связи с чем возникла необходимость перейти с цифрового на аналоговый сигнал для монитора. Потом IBM пошла ещё дальше и несколько месяцев спустя выпустила VGA (), ставший фактическим стандартом видеоадаптеров на многие годы. В графическом режиме её разрешение составляло 640 × 480 и было примечательно тем, что соотношение числа пикселей по горизонтали и вертикали совпадало со стандартным (для того времени) соотношением сторон экрана монитора — 4:3. С 1991 года появилось понятие SVGA (Super VGA) — расширение VGA с добавлением более высоких режимов. Число одновременно отображаемых цветов при разрешении 800х600 увеличивается до 65 536 (High Color, 16 бит) и 16 777 216 (True Color, 24 бита). Из сервисных функций появляется поддержка VBE (VESA BIOS Extention — расширение BIOS стандарта VESA). SVGA воспринимается как фактический стандарт видеоадаптера где-то с середины 1992 года, после принятия ассоциацией VESA стандарта VBE версии 1.0. До того момента практически все видеоадаптеры SVGA были несовместимы между собой.
Графический пользовательский интерфейс, появившийся во многих операционных системах, стимулировал новый этап развития видеоадаптеров. Появляется понятие «графический ускоритель» (graphics accelerator). Это видеоадаптеры, которые производят выполнение некоторых графических функций на аппаратном уровне. К числу этих функций относятся: перемещение больших блоков изображения из одного участка экрана в другой (например, при перемещении окна), заливка участков изображения, рисование линий, дуг, шрифтов, поддержка аппаратного курсора и т. п. Прямым толчком к развитию столь специализированного устройства явилось то, что графический пользовательский интерфейс, несомненно, удобен, но его использование требует от центрального процессора немалых вычислительных ресурсов, и графический ускоритель как раз и призван снять с него львиную долю вычислений по окончательному выводу изображения на экран.
3D-ускорители Сам термин 3D-ускоритель формально означает дополнительную плату расширения, выполняющую вспомогательные функции ускорения формирования трёхмерной графики. Отображение результата в виде 2D-изображения и передача её на монитор не является задачей 3D-ускорителя. 3D-ускорители в виде отдельного устройства практически не встречаются. Почти любая (кроме узкоспециализированных) видеокарта, в том числе и интегрированные графические адаптеры в составе процессоров и системной логики, выполняют аппаратное ускорение отображения двухмерной и трёхмерной графики.
Аппаратное ускорение формирования графических изображений изначально входило в характеристики многих персональных компьютеров, однако первая модель IBM PC штатно располагала только текстовыми режимами и не имела возможности отображать графику. Хотя первые видеокарты для IBM PC-совместимых компьютеров с поддержкой аппаратного ускорения 2D- и 3D-графики появились достаточно рано. Так, IBM ещё в 1984 начала производство и продажу видеокарт стандарта PGC. PGC была создана для профессионального применения, выполняла аппаратное ускорение построения 2D- и 3D-примитивов и являлась решением в первую очередь для CAD-приложений. IBM PGC имела крайне высокую стоимость. Цена этой видеокарты была гораздо выше самого компьютера, поэтому существенного распространения такие решения не получили. На рынке профессиональных решений были видеокарты и 3D-ускорители других производителей.
Распространение доступных 3D-ускорителей для IBM PC-совместимых компьютеров началось в 1994 году. Первой видеокартой с поддержкой аппаратного ускорения отображения 3D-графики стала Matrox Impression Plus выпущенная в 1994 году (использовала чип Matrox Athena). Позже, в этом же году, Matrox представляет новый чип Matrox Storm и видеокарту на основе его Matrox Millennium.
В 1995 году компания S3 Graphics, являвшаяся на тот момент признанным и перспективным производителем видеокарт с ускорением растровой 2D-графики, выпустила один из первых массовых 3D-ускорителей на чипсете S3 ViRGE. Однако, использование этих видеокарт в реальных сценариях показывало посредственную производительность, в связи с чем нельзя было назвать их ускорителями 3D-графики в буквальном понимании. В то же время видеокарты Matrox Mistique и ATI 3D Rage показывали лучшие результаты.
В том же году уже несколько компаний выпускают новые графические чипы с поддержкой аппаратного ускорения формирования 3D-графики. Так, Matrox выпускает MGA-2064W, Number Nine Visual Technology отмечается выпуском графического процессора Imagine 128-II, Yamaha представляет чипы YGV611 и YGV612, компания 3DLabs выпускает Glint 300SX, а Nvidia — NV1 (который также выпускается в рамках соглашения с SGS-THOMSON под именем STG2000). В этом же году на основе этих решений выходит большое число видеокарт от различных производителей с поддержкой ускорения 3D-графики.
Настоящим прорывом на рынке 3D-ускорителей и видеокарт с аппаратным ускорением 3D-графики стал 1996 год. Именно этот год стал годом массового внедрения и популяризации аппаратной 3D-графики на IBM PC-совместимых компьютерах. В этому году появляются новые графические решения от 3DLabs, Matrox, ATI Technologies, S3, Rendition, Chromatic Research, Number Nine Visual Technology, Trident Microsystems, PowerVR. И хотя на основе этих графических процессоров в этом году выходит множество как 3D-ускорителей, так и полноценных видеокарт с функций ускорения 3D-графики, главным событием становится выпуск 3D-ускорителей на основе набора чипов 3Dfx Voodoo Graphics. Компания 3dfx Interactive, до этого производившая специализированные 3D-ускорители для аркадных автоматов, представила набор чипов для рынка IBM PC-совместимых компьютеров. Скорость и качество рендеринга трёхмерных сцен, выполненных картами Voodoo Graphics, были на уровне игровых автоматов, и большинство производителей видеокарт начали выпуск 3D-ускорителей на основе набора Voodoo Graphics, а вскоре и большинство производителей компьютерных игр поддержали Voodoo Graphics и выпустило новые игры для IBM PC-совместимых компьютеров с совершенно новым уровнем 3D-графики. Произошёл взрыв интереса к 3D-играм и, соответственно, к 3D-ускорителям.
С 1998 года развивается (компания 3dfx, карта Voodoo2) технология SLI ( — чередование строк), позволяющая использовать мощности нескольких соединённых между собой видеокарт для обработки трёхмерного изображения.
Профессиональные видеоускорители Профессиональные графические карты — видеокарты, ориентированные на работу в графических станциях и использования в математических и графических пакетах 2D- и 3D-моделирования (AutoCAD, MATLAB), на которые ложится значительная нагрузка при расчёте и прорисовке моделей проектируемых объектов.
Ядра профессиональных видеоускорителей основных производителей, AMD и NVIDIA, «изнутри» мало отличаются от их игровых аналогов. Они давно унифицировали свои GPU и используют их в разных областях. Именно такой ход и позволил этим фирмам вытеснить с рынка компании, занимавшиеся разработкой и продвижением специализированных графических чипов для профессиональных применений.
Особое внимание уделяется подсистеме видеопамяти, поскольку это — особо важная составляющая профессиональных ускорителей, на долю которой выпадает основная нагрузка при работе с моделями гигантского объёма; в частности, кроме заметно больших объёмов памяти у соотносимых по производительности карт, у видеокарт профессионального сегмента может использоваться ECC-память.