显卡基础知识及元器件原理分析

显卡应该算是是目前最为火热的研发方向了，其中的明星公司当属英伟达。
当地时间8月23日，英伟达发布截至7月30日的2024财年第二财季财报，营收和利润成倍增长，均超市场预期。

财报显示，第二财季英伟达营收为135.07 亿美元，同比增长101%，环比增长88%。美国通用会计准则（GAAP）下，净利润为61.88 亿美元，同比增长843%，环比增长203%，non-GAAP下净利润为67.40亿美元，同比增长422%毛利率大幅提升至70.1%。
英伟达预计，2024财年第三财季该公司的营收将达160亿美元，上下浮动2%。GAAP下的毛利润率预计在71.5%，non-GAAP下预计为72.5%，均高于第二财季。
具体业务层面，在AI业务推动下，数据中心业务创下新高。英伟达数据中心业务第二财季营收为103.2亿美元，同比增长171%；游戏业务营收为24.9亿美元，同比增长 22%；专业可视化业务第二财季营收为3.79亿美元，同比下降 24%；车业务营收为2.53亿美元，同比增长 15%。
英伟达CEO黄仁勋表示，主要的云计算服务提供商纷纷宣布了大规模的英伟达H100 AI基础设施计划，领先的企业IT系统和软件提供商宣布建立合作伙伴关系，将英伟达AI引入各行各业，采用生成式人工智能的竞赛已经开始。

笔者闲暇时间也比较喜欢对不同的显卡做一些拆解分析。本文是对AMD 中低端显卡Radeon 520显卡最一些拆解和核心器件的原理分析。

在本文拆解前，先简要介绍两个概念：

1.显卡是什么？

显卡，又称显示卡、显示器适配器、图形加速器、图形处理器、显卡芯片等。显卡是计算机中的一种重要的硬件组件，主要用于处理图形和视频数据，将数字信号转换成模拟信号输出到显示器上显示。显卡通常包含一个或多个图形处理器（GPU），以及一定量的显存，可以提供更流畅、更高质量的图像和视频输出。

2. 显卡的功能？显卡和chatGPT的关系？

据报道，微软给 ChatGPT 准备了一万多张 A100，但面对井喷式的流量需求，OpenAI 还是坚持不住了，出现了宕机。
有人做过预估，想要满足当下的用户流量，微软还得买几万张 A100、H100 显卡，目前的算力远远不够。
功耗与性能计算：一般来说，8张 A100 组成的 DGX A100 服务器大概售价 19.9 万美元，最高功率为 6.5kW。
按照一万张来算的话，光在硬件上微软就要花去 2.5 亿美元，运行一个月就要用掉 585 万度电。
从基本逻辑来说，chatGPT和矿机的实现是有一定相似性的。对于矿机，更高效的挖矿就需要堆算力；而对于chatGPT而言，要更智能跟准确的回来问题，就需要更多的机器作训练。

3. AMD Radeon 520的拆解和介绍

AMD Radeon 520 显卡（也称为 GPU）的性能等级为 626。 这是一个很好的结果。 显卡 AMD Radeon 520 以 1030 MHz 的最低时钟速度运行。 它具有加速选项的特点，并且能够运行到 . 制造商为 AMD 配备了 2 GB 内存，时钟速度 2250 MHz 和带宽 16 GB/s。

这张显卡的功耗为50瓦，制造过程仅为28 nm。
• 实物图

拆掉风扇后的照片，非常简洁，主要就是显示接口，GPU芯片，显存，电源这四个模块，后面再一一详细看。

整板正面

整板背面

首先，最左边的就是显示接口，分别是HDMI接口和VGA接口。

然后，是GPU处理器芯片。如下图

正面——GPU部分
命名规则如下图

其次，是显存芯片，支持DDR3以及GDDR5

正面——memory芯片（Micron ICB77-D9VVR）部分GDDR5 SDRAM
• Memory Detail：Micron：GDDR5，8Gb*2pcs=2GB，Vmem=1.1V

再次是电源。

一般GPU的核心电源是多相电源，用来满足大功率输出要求。
但这颗芯片定位低端市场，因此使用了单相BUCK控制芯片，然后搭配外置的MOS管，提供足够的输出电流。

GS7210A——单相BUCK控制芯片

GStek-GS9238 0NXB——单相BUCK控制芯片

PK618BA、PK698SA --NMOS管

然后，一些DC-DC以及LDO用来满足板卡其他电源的电流需求，比较简单就不再赘述。

LD1117AG ——低压差线性稳压器

PB4350 ——NPN晶体管

GStek-GS7166——线性稳压器(LDO)

MXIC-25L1006E——flash

IADPN——
这一颗芯片只有MARK，还没有仔细查型号，知道的朋友，告诉一下。。。。

N21-7GN107——

总结：

AMD Radeon 520是一款入门级独立显卡，适用于轻度游戏和日常办公使用，国内常作为亮机卡使用。

性能：AMD Radeon 520采用GCN架构，拥有320个流处理器和2GB GDDR5显存。它的性能适中，适合处理一些轻度游戏和多媒体应用。

游戏性能：AMD Radeon 520适合玩一些较老的游戏或者对画质要求不高的较新游戏。对于一些图形要求较高的AAA级游戏，它的性能可能不够。

功耗和散热：AMD Radeon 520的功耗相对较低，散热相对较好，适合在笔记本电脑等小型设备中使用。

支持功能：AMD Radeon 520支持DirectX 12、Vulkan和OpenGL等主流图形API，以及AMD的FreeSync技术，提供更流畅的游戏体验。

驱动支持：AMD Radeon 520有稳定的驱动支持，可以通过AMD官方网站获取最新的驱动程序。

显卡的主要组件包括：

GPU（图形处理器）：控制图像的计算和处理，是显卡的核心组件。GPU 负责的工作大多是重复性的 3D 建模或者 3D 渲染，其上主要包括运算单元（SP）和控制单元。运算单元负责顶点运算和像素运算，在不同场景下动态分配进行顶点运算和像素运算的流处理器数量，达到资源的高效利用。控制单元则负责管理整个 GPU 的运行。
显存（视频内存）：显存是显卡中用于存储图像数据、纹理和其他图形资源的内存。它具有高带宽和低延迟，可以快速地提供图像数据给GPU进行处理。显存的容量和类型对于处理高分辨率图像和复杂场景非常重要。
PCB（印刷电路板）：连接所有的元件和接口，使它们可以协同工作。上面安装有GPU芯片、显存、电源连接器等。PCB的设计可以影响显卡的散热、信号传输和电源分配等方面。
散热系统： 由于GPU在高负载下会产生大量热量，显卡通常配备散热系统来冷却GPU芯片。这可能包括散热风扇、散热器、热管等，以确保显卡保持适当的工作温度。
电源供应： 显卡需要电源供应以驱动GPU和其他组件。高性能显卡通常需要额外的电源连接，如6针或8针PCIe电源接口，以满足其高功耗需求。
视频输出端口： 显卡通常配备多个视频输出端口，如HDMI、DisplayPort、DVI等，用于连接显示器、投影仪等设备以显示图像和视频。
电容和电感： 这些元件在显卡的电路中起到稳定电源供应、滤波和噪音抑制等作用，有助于保持电路的稳定性和性能。
监控芯片： 一些显卡可能搭载监控芯片，用于监测显卡的温度、风扇速度等参数，并且可以通过驱动程序进行设置和调整。