DVI 101
Вы, наконец-то, решили заменить громоздкий и отработавший своё ЭЛТ-монитор на современный, стильный и плоский ЖК-дисплей? Вы считаете, что для переключения на другой монитор будет достаточно отсоединить старый ЭЛТ-монитор и подключить вместо него новёхонький ЖК? Не так-то всё просто. Мы ведь имеем дело с компьютером, так что могут возникнуть некоторые проблемы. По крайней мере, если вы желаете получить наилучший результат, то есть оптимальное качество картинки.
Что нужно учитывать при использовании ЖК-дисплея? Для ответа на этот вопрос нам нужно рассмотреть принцип работы интерфейса DVI (Digital Visual Interface), который постепенно заменяет классическое соединение VGA между графической картой и монитором. Основное внимание здесь следует уделить видеокарте, так как именно она создаёт сигнал DVI. Мы протестировали шесть графических карт nVidia и ATi, чтобы проверить их совместимость с DVI.
Подключение монитора
Классические ЭЛТ-мониторы являются аналоговыми устройствами, так как электронная пушка, излучающая поток электронов, который и отображает картинку на экране, требует поступления аналогового сигнала. В принципе, ЭЛТ-монитор работает как традиционный телевизор.
Этот сигнал должна выдать видеокарта. ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) преобразует цифровую информацию, обеспечиваемую графическим чипом, в аналоговые сигналы, которые отсылаются на монитор через подключение VGA. На старых графических картах ЦАП (часто его называют RAMDAC) представляет собой отдельный чип на плате. Сегодня ЦАП обычно встраивают в графический процессор, по одному на каждый мониторный выход.
С появлением на рынке ЖК-мониторов ситуация стала меняться. Новому поколению дисплеев для работы требуется цифровой сигнал, проблема же в том, что на тот момент все потребительские видеокарты использовали проверенный аналоговый выход VGA. Быстрое, но не очень качественное решение заключается в получении аналогового сигнала от видеокарты и последующем преобразовании его в цифровой вид внутри ЖК-монитора с помощью АЦП (аналого-цифрового преобразователя). Конечно же, качество сигнала при этом теряется.
Подключение ЖК-монитора через VGA – далеко не лучшее решение. Графический процессор выдаёт цифровые данные, которые преобразуются в аналоговый сигнал, передаются монитору и снова преобразуются в цифровой вид. При этом теряется качество сигнала.
Если сигнал будет покидать видеокарту в цифровой форме, а дисплей сможет принимать такой сигнал, то передача будет происходить без лишних преобразований. В любом случае, на принятие единого стандарта для цифровой передачи сигнала ушло довольно много времени. Несколько стандартов так и не прижились на рынке и ушли с него. Наконец, в 1998 году компании Fujitsu, Compaq, HP, IBM, Intel, NEC и Silicon Image основали группу DDWG (Digital Display Work Group), которая в апреле 1999 года анонсировала стандарт DVI Standard 1.0, и с тех пор он являлся единым стандартам для подключения цифровых мониторов.
Единственный разумный способ: сигнал передаётся в цифровом виде без преобразований. Именно для этого и предназначается стандарт DVI (и несколько других стандартов до него).
Стандарт DVI 1.0
Сегодня практически все видеокарты имеют, по крайней мере, один выход DVI, обычно в варианте DVI-I. Этот разъём можно использовать и для подключения аналоговых VGA-мониторов с помощью переходника. Большинство карт оснащено комбинацией одного выхода DVI-I и одного VGA. Два разъёма DVI-I, на наш взгляд, разумнее, поскольку они позволяют использовать любое подключение к любому выходу.
Но так как сегодня всё ещё распространены карты вообще без DVI-выхода, многие ЖК-мониторы по-прежнему имеют вход VGA. К сожалению, установка двух входов удорожает себестоимость монитора. Конечно же, если монитор оснащён двумя входами, DVI и VGA, то предпочтительнее использовать первый.
На этой диаграмме показаны основные элементы интерфейса DVI. Сигнал переходит от графического чипа на передатчик, затем по кабелю передаётся приёмнику в мониторе, после чего он достигает контроллера дисплея.
Стандарт DVI 1.0 разделяет передачу данных на три этапа: передатчик (на графической карте), кабель и приёмник (в мониторе).
Цвет любого пикселя (точечного элемента картинки на мониторе) состоит из трёх составляющих, а именно красной, зелёной и синей (RGB). На каждую составляющую отводится по восемь битов, что позволяет получить 256 оттенков каждого базового цвета. Если перемножить 256 оттенков у трёх цветов, то мы получим 16,7 миллиона оттенков.
Графический чип создаёт цветовую информацию для каждого пикселя в 24-битном потоке (8 битов на цвет). Этот поток RAMDAC преобразует в аналоговый сигнал VGA. Когда данные передаются по DVI, то RAMDAC не используется. Вместо него поток параллельных данных поступает на передатчик TMDS, который преобразует его в последовательный сигнал. Когда сигнал поступает на приёмник (в мониторе), то его последовательный характер вновь преобразуется в параллельный. Преобразование в последовательный сигнал для передачи по кабелю необходимо, поскольку последовательная передача менее подвержена помехам, чем параллельная, особенно на больших расстояниях.
На диаграмме показано, как параллельные цветовые данные поступают от графического чипа на TMDS-передатчик, где они преобразуются в последовательный сигнал и отсылаются TMDS-приёмнику в мониторе по кабелю. TMDS-приёмник вновь преобразует данные в параллельный вид.
TMDS-передатчик
TMDS-передатчик (Transition Minimized Differential Signaling) отсылает последовательный сигнал по четырём разным каналам кабеля: один для тактового сигнала, а три – для цветовой информации. Восемь битов информации для каждого цвета передаются в последовательном 10-битном сигнале: восемь битов для цветовых данных, а также два служебных. Данные передаются в 10 раз быстрее тактового генератора из-за использования ФАПЧ-чипа, работающего как умножитель частоты. Таким образом, скорость 1,65 Гбайт/с достигается при номинальной частоте 165 МГц.
Детальная диаграмма TMDS-передатчика. Графический чип передаёт данные на передатчик в виде 24-битного параллельного сигнала (по 8 битов на цвет). Передатчик преобразует сигнал в последовательный вид и добавляет ещё два бита. Поскольку данные должные передаваться в 10 раз чаще номинальной частоты, используется ФАПЧ-чип.
На первый взгляд, кодирование сигнала с добавлением бита минимизации переходов может показаться непродуктивным, поскольку увеличивается объём передаваемой информации. Здесь всё дело в алгоритме кодирования, который использует булевы операции “исключающее ИЛИ” (XOR) или “исключающее НЕ-ИЛИ” (XNOR), что позволяет надёжнее передавать информацию по медному кабелю. Дело в том, что любое изменение состояния с “0” на “1” (или наоборот) создаёт электромагнитное излучение. Минимизация числа переходов позволяет уменьшить их количество, то есть передача будет менее чувствительная к внешним помехам, да и сама будет излучать меньше помех.
Вверху показан наихудший сценарий для восьми последовательных битов: 7 переходов между “0” и “1”. Ниже показана версия с минимизацией числа переходов, где пришлось добавить бит кодирования. В результате мы получили только три перехода.
Второй добавочный бит (десятый) DC-Balancing также позволяет повысить надёжность передачи. Если к проводу долгое время подводится ток (относительно говоря, поскольку скорости передачи очень высоки), то перед его спадом должно пройти определённое время. В таких случаях могут возникнуть проблемы передачи, к примеру, если длительное время будут передаваться одни единицы (состояние “1” = есть ток), а затем поток данных прервётся одним нулём (состояние “0” = нет тока). В зависимости от качества медного кабеля, этот нуль можно потерять. В результате один из пикселей будет отображён неверно. Бит DC-Balancing указывает на обычную инверсию значений восьми битов, чтобы предотвратить длительную передачу одинаковых данных по кабелю.
На этом примере показана последовательность битов данных. (Для простоты мы опустили девятый и десятый биты для каждых восьми). Ниже находится восемь битов, дополненных девятым (он установлен в “0”, поскольку минимизации переходов здесь не требуется), затем мы вновь видим восемь битов, но теперь дополненных ещё и битом DC-Balancing. Бит выставлен в “1”, что приводит к инверсии всех восьми битов. На иллюстрации наглядно видно, как бит DC-Balancing предотвращает проблемы с долговременной подачей тока.
Вполне очевидно, что самой большой проблемой при разработке стандарта DVI 1.0 стала гарантия целостности передачи данных. Для этого используется ещё одна технология: разностное кодирование. Как мы уже отмечали выше, обычная цифровая передача последовательных данных по проводу может легко сбиться из-за внешних электромагнитных помех. По этой причине для каждого канала DVI (красный, зелёный, синий и тактовый) используются два провода, причём по второму передаётся инвертированная версия оригинального сигнала. TMDS-приёмник (монитор) вычитает два значения друг из друга, позволяя компенсировать помехи во время передачи.
Данные для каждого канала отсылаются по двум проводам. По одному идёт оригинальный сигнал, а по другому – инвертированная версия. Приёмник затем вычитает один сигнал из другого, избавляясь от влияния помех.
Цифровые дисплеи
Помимо того факта, что ЖК-мониторы для отображения картинки требуют цифровые данные, они отличаются от классических ЭЛТ-дисплеев ещё несколькими особенностями. К примеру, в зависимости от возможностей монитора, на ЭЛТ можно вывести практически любое разрешение, поскольку трубка не имеет чётко заданного числа пикселей.
А ЖК-мониторы из-за принципа своей работы всегда имеют фиксированное (“родное”) разрешение, при котором монитор обеспечит оптимальное качество картинки. С DVI это ограничение не имеет ничего общего, так как его основная причина заключается в архитектуре ЖК-монитора.
ЖК-монитор использует массив крохотных пикселей, каждый из которых состоит из трёх диодов, по одному на основной цвет (RGB: красный, зелёный, синий). ЖК-экран, имеющий “родное” разрешение 1600×1200 (UXGA), состоит из 1,92 миллиона пикселей!
Конечно же, ЖК-мониторы способны выводить другие разрешения. Но в таких случаях картинку придётся масштабировать или интерполировать. Если, к примеру, ЖК-монитор имеет “родное” разрешение 1280×1024, то меньшее разрешение 800×600 будет растянуто до 1280×1024. Качество интерполяции зависит от модели монитора. Альтернативой является вывод уменьшенного изображения в “родном” разрешении 800×600, но при этом придётся довольствоваться чёрной рамкой.
На обоих кадрах показана картинка с экрана ЖК-монитора. Слева выведено изображение в “родном разрешении” 1280×1024 (Eizo L885). Справа находится интерполированное изображение в разрешении 800×600. В результате увеличения пикселей картинка выглядит блочной. Таких проблем на ЭЛТ-мониторах не существует.
Для отображения разрешения 1600×1200 (UXGA) с 1,92 миллиона пикселей и частотой вертикальной развёртки 60 Гц монитору требуется высокая пропускная способность. Если посчитать, то необходима частота 115 МГц. Но на частоту влияют и другие факторы, например прохождение области гашения, поэтому требуемая пропускная способность возрастает ещё больше.
Около 25% всей передаваемой информации относится ко времени гашения. Оно нужно для смены позиции электронной пушки на следующую строчку в ЭЛТ-мониторе. В то же время, ЖК-мониторам время гашения практически не требуется.
Для каждого кадра передаётся не только информация об изображении, но и учитываются границы, а также область гашения. ЭЛТ-мониторам необходимо время гашения, чтобы выключить электронную пушку по завершению вывода строчки на экране и перевести её на следующую строчку для продолжения вывода. То же самое происходит в конце картинки, то есть в нижнем правом углу – электронный луч выключается и меняет позицию на верхний левый угол экрана.
Около 25% всех пиксельных данных относятся ко времени гашения. Поскольку ЖК-мониторы электронную пушку не используют, здесь время гашения совершенно ни к чему. Но его пришлось учитывать в стандарте DVI 1.0, поскольку он позволяет подключать не только цифровые ЖК, но и цифровые ЭЛТ-мониторы (где ЦАП встроен в монитор).
Пиксельная частота
Время гашения оказывается очень важным фактором при подключении ЖК-дисплея по DVI-интерфейсу, поскольку каждое разрешение требует определённой пропускной способности от передатчика (видеокарта). Чем выше требуемое разрешение, тем больше должна быть пиксельная частота TMDS-передатчика. Стандарт DVI оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц (один канал). Благодаря десятикратному умножению частоты, описанному выше, мы получаем пиковую пропускную способность данных в 1,65 Гбайт/с, которой будет достаточно для разрешения 1600×1200 на 60 Гц. Если требуется большее разрешение, то дисплей следует подключать по двухканальному DVI (Dual Link DVI), тогда два DVI-передатчика будут работать совместно, что даст удвоение пропускной способности. Подробнее этот вариант описан в следующем разделе.
Впрочем, более простым и дешёвым решением будет уменьшение данных гашения. В результате, видеокартам будет предоставлено больше пропускной способности, и даже DVI-передатчик на 165 МГц сможет справиться с более высокими разрешениями. Ещё одним вариантом можно считать уменьшение частоты горизонтального обновления экрана.
В верхней части таблицы показаны разрешения, которые поддерживает один DVI-передатчик на 165 МГц. Уменьшение данных гашения (в середине) или частоты обновления (Гц) позволяет достичь больших разрешений.
На этой иллюстрации показано, какая пиксельная частота требуется для определённого разрешения. Верхняя строчка показывает работу ЖК-монитора с уменьшенными данными гашения. Второй ряд (60Hz CRT GTF Blanking) показывает требуемую пропускную способность ЖК-монитора, если данные гашения нельзя уменьшить.
DVI Dual Link
Ограничение TMDS-передатчика пиксельной частотой 165 МГц сказывается также и на максимально возможном разрешении ЖК-дисплея. Даже при уменьшении данных гашения мы всё равно упираемся в определённый предел. Да и снижение частоты горизонтального обновления может дать не очень хороший результат в некоторых приложениях.
Чтобы решить эту проблему, спецификация DVI оговаривает дополнительный режим работы, названный Dual Link. В данном случае используется сочетание двух TMDS-передатчиков, которые передают данные на один монитор через один разъём. Доступная пропускная способность удваивается до 330 МГц, чего вполне достаточно для вывода практически любого существующего разрешения. Важное замечание: видеокарта с двумя выходами DVI не является картой Dual Link, у которой два TMDS-передатчика работают через один порт DVI!
На иллюстрации показан двухканальный режим работы DVI, когда используется два TMDS-передатчика.
Впрочем, видеокарты с хорошей поддержкой DVI и уменьшенной информацией гашения будет вполне достаточно для вывода информации на один из новых 20″ и 23″ дисплеев Apple Cinema в “родном” разрешении 1680×1050 или 1920×1200, соответственно. В то же время, для поддержки 30″ дисплея с разрешением 2560×1600 от интерфейса Dual Link уже никуда не деться.
Из-за высокого “родного” разрешения 30″ дисплей Apple Cinema требует подключения по Dual Link DVI!
Хотя два разъёма DVI уже стали стандартом на high-end 3D-картах для рабочих станций, не все видеокарты потребительского уровня могут этим похвастаться. Благодаря двум разъёмам DVI мы всё же можем использовать интересную альтернативу.
На этом примере два одноканальных порта используются для подключения дисплея на девять мегапикселей (3840×2400). Картинка просто разделена на две части. Но этот режим должны поддерживать и монитор, и видеокарта.
Типы разъёмов DVI
На данный момент можно найти шесть различных разъёмов DVI. Среди них: DVI-D для полностью цифрового подключения в одноканальной и двухканальной версиях; DVI-I для аналогового и цифрового подключения в двух версиях; DVI-A для аналогового подключения и новый разъём VESA DMS-59. Чаще всего производители графических карт оснащают свои продукты двухканальным разъёмом DVI-I, даже если карта имеет один порт. С помощью адаптера порт DVI-I можно превратить в аналоговый выход VGA.
Обзор различных разъёмов DVI.
Раскладка разъёма DVI.
Спецификация DVI 1.0 не оговаривает новый двухканальный разъём DMS-59. Он был представлен рабочей группой VESA в 2003 году и позволяет вывести два выхода DVI на картах малого форм-фактора. Он также призван упростить расположение разъёмов на картах с поддержкой четырёх дисплеев.
Качество DVI у разных карт
Наконец, мы переходим к сути нашей статьи: качество TMDS-передатчиков разных графических карт. Хотя спецификация DVI 1.0 и оговаривает максимальную пиксельную частоту 165 МГц, не все видеокарты дают на ней приемлемый сигнал . Многие позволяют достичь 1600×1200 только на уменьшенных пиксельных частотах и со сниженным временем гашения. Если вы попытаетесь подключить к такой карте устройство HDTV с разрешением 1920×1080 (даже с уменьшенным временем гашения), ваш ждёт неприятный сюрприз.
Все графические процессоры, поставляемые сегодня ATi и nVidia, уже имеют встроенный на чип TMDS-передатчик для DVI. Производители карт на графических процессорах ATi чаще всего используют встроенный передатчик для стандартной комбинации 1xVGA и 1xDVI. Для сравнения, многие карты на графических процессорах nVidia используют внешний TMDS-модуль (к примеру, от Silicon Image), даже несмотря на наличие TMDS-передатчика на самом чипе. Чтобы обеспечить два DVI-выхода, производитель карты всегда устанавливает второй TMDS-чип независимо от того, на каком графическом процессоре базируется карта.
На следующих иллюстрациях показаны обычные дизайны.
Типичная конфигурация: один выход VGA и один DVI. TMDS-передатчик может быть как интегрирован в графический чип, так и вынесен на отдельный чип.
Возможные конфигурации DVI: 1x VGA и 1x Single Link DVI (A), 2x Single Link DVI (B), 1x Single Link и 1x Dual Link DVI, 2x Dual Link DVI (D). Примечание: если на карте установлены два выхода DVI, то это не означает, что они двухканальные! На иллюстрациях E и F показана конфигурация новых портов VESA DMS-59 с высокой плотностью, где обеспечивается четыре или два одноканальных выхода DVI.
Как покажет дальнейшее тестирование в нашей статье, качество выхода DVI на картах ATi или nVidia бывает весьма разным. Даже если отдельный TMDS-чип на карте известен своим качеством, это вовсе не означает, что каждая карта с этим чипом обеспечит высокое качество сигнала DVI. Даже его расположение на графической карте немало влияет на конечный результат.
Совместимость со стандартом DVI
Чтобы протестировать качество DVI современных графических карт на процессорах ATi и nVidia, мы выслали шесть образцов карт в тестовые лаборатории Silicon Image для проверки совместимости со стандартом DVI.
Что интересно, для получения лицензии DVI совсем не обязательно проводить тесты совместимости со стандартом. В результате, на рынок выходят продукты с заявленной поддержкой DVI, которые не соответствуют спецификациям. Одной из причин такого положения дел является сложная и, следовательно, дорогая процедура тестирования.
Отреагировав на эту проблему, компания Silicon Image в декабре 2003 года основала тестовый центр DVI Compliance Test Center (CTC). Производители устройств с поддержкой DVI могут выслать свои продукты для тестирования на совместимость со стандартом DVI. Собственно, это мы и сделали с нашими шестью графическими картами.
Тесты совместимости со стандартом DVI
Тесты разделены на три категории: передатчик (обычно видеокарта), кабель и приёмник (монитор). Для оценки совместимости DVI создаются так называемые глазковые диаграммы, представляющие сигнал DVI. Если сигнал не выходит за определённые границы, то тест считается пройденным. В противном случае устройство не совместимо со стандартом DVI.
На иллюстрации показана глазковая диаграмма TMDS-передатчика на частоте 162 МГц (UXGA) с передачей миллиардов битов данных.
Проверка глазковой диаграммы является самым важным тестом для оценки качества сигнала. На диаграмме заметны флуктуации сигнала (дрожь фазы, jitter), искажения амплитуды и эффект “звона”. Эти тесты также позволяют наглядно увидеть качество DVI.
Тесты совместимости со стандартом DVI включают в себя следующие проверки.
- Передатчик: глазковая диаграмма с заданными границами.
- Кабели: создаются глазковые диаграммы до и после передачи сигнала, затем они сравниваются. И вновь, границы отклонения сигнала жёстко заданы. Но здесь уже допускаются большие расхождения с идеальным сигналом.
- Приёмник: вновь создаётся глазковая диаграмма, но опять же, допускаются ещё большие расхождения.
Самые большие проблемы при последовательной высокоскоростной передаче связаны с дрожью фазы сигнала. Если такого эффекта нет, то вы всегда можете чётко выделить сигнал на графике. Большинство флуктуаций сигнала создаются тактовым сигналом графического чипа, что приводит к появлению низкочастотной флуктуации частоты в диапазонах от 100 кГц до 10 МГц. На глазковой диаграмме флуктуация сигнала заметна по изменению частоты, данных, данных по отношению к частоте, амплитуды, слишком избыточному или слишком малому подъёму. Кроме того, измерения DVI различаются для разных частот, что необходимо учитывать при проверке глазковой диаграммы. Но благодаря глазковой диаграмме, можно наглядно оценить качество сигнала DVI.
Для измерений анализируется один миллион перекрывающихся участков с помощью осциллографа. Этого достаточно для оценки общей производительности соединения DVI, поскольку сигнал на протяжении длительного периода времени не будет существенно изменяться. Графическое представление данных производится с помощью специального программного обеспечения, которое Silicon Image создала в сотрудничестве с Tektronix. Сигнал, соответствующий спецификации DVI, не должен заступать на границы (синие области), которые автоматически прорисовываются программным обеспечением. Если сигнал попадёт на синюю область, то тест считается не пройденным, а устройство – не соответствующим спецификации DVI. Программа сразу же показывает результат.
Видеокарта не прошла тест совместимости с DVI.
Программное обеспечение сразу же показывает, прошла карта тест, или нет.
Для кабеля, передатчика и приёмника используются разные границы (глазки). Сигнал не должен заступать на эти области.
Чтобы понять, как определяется совместимость с DVI и что необходимо при этом учитывать, нам следует погрузиться в дополнительные детали.
Устранение дрожания фазы DVI
Так как передача DVI полностью цифровая, то возникает вопрос, откуда появляется дрожание фазы сигнала. Здесь можно выдвинуть две причины. Первая – дрожание вызывается самим данными, то есть 24 параллельными битами данных, которые выдаёт графический чип. Однако данные автоматически корректируются в чипе TMDS при необходимости, что гарантирует отсутствие дрожания фазы в данных. Поэтому оставшейся причиной появления дрожания является тактовый сигнал.
На первый взгляд, сигнал данных свободен от помех. Это гарантируется благодаря регистру-защёлке (latch), встроенному в TMDS. Но главной проблемой всё же остаётся тактовый сигнал, который портит поток данных через 10-кратное умножение ФАПЧ.
Так как частота умножается в 10 раз с помощью ФАПЧ, влияние даже небольшого искажения увеличивается. В итоге данные попадают на приёмник уже не в своём первоначальном состоянии.
Сверху показан идеальный тактовый сигнал, ниже – сигнал, где один из фронтов начал передаваться слишком рано. Благодаря ФАПЧ, это напрямую влияет на сигнал данных. В общем, каждое возмущение тактового сигнала приводит к ошибкам при передаче данных.
Когда приёмник семплирует повреждённый сигнал данных с помощью “идеального” тактового сигнала гипотетического ФАПЧ, он получает ошибочные данные (жёлтая полоса).
Как это работает на самом деле: если приёмник будет использовать повреждённый тактовый сигнал передатчика, он всё ещё сможет считать повреждённые данные (красная полоса). Именно поэтому тактовый сигнал тоже передаётся по кабелю DVI! Приёмнику требуется тот же самый (повреждённый) тактовый сигнал.
Стандарт DVI включает в себя устранение дрожания фазы (jitter management). Если оба компонента будут использовать один и тот же повреждённый тактовый сигнал, то информация может считываться из повреждённого сигнала данных без ошибок. Таким образом, совместимые с DVI устройства могут работать даже в условиях наличия низкочастотного дрожания фазы. Ошибку в тактовом сигнале тогда можно обойти.
Причины дрожания фазы DVI
Как мы уже объясняли выше, DVI работает оптимально, если передатчик и приёмник используют один и тот же тактовый сигнал и их архитектура одинакова. Но так бывает не всегда. Именно поэтому использование DVI может привести к появлению проблем, несмотря на сложные меры предотвращения дрожания фазы.
На иллюстрации показан оптимальный сценарий для передачи DVI. Умножение тактового сигнала в ФАПЧ (PLL) приводит к задержке. И поток данных уже не будет целостным. Но всё выправляется с помощью учёта той же самой задержки в ФАПЧ приёмника, поэтому данные принимаются корректно.
Стандарт DVI 1.0 чётко определяет задержку ФАПЧ. Такая архитектура называется несвязанной (non-coherent). Если ФАПЧ не соответствует данным спецификациям по времени задержки, то могут появиться проблемы. В индустрии сегодня ведутся горячие дискуссии по поводу того, следует ли использовать подобную несвязанную архитектуру. Причём, ряд компаний выступает за полный пересмотр стандарта.
В этом примере используется тактовый сигнал ФАПЧ вместо сигнала графического чипа. Следовательно, сигналы данных и тактовые сигналы согласованы. Однако из-за задержки в ФАПЧ приёмника данные обрабатываются некорректно, и устранение дрожания фазы уже не работает!
Теперь вам должно быть понятно, почему использование длинных кабелей может стать проблемным, даже если не учитывать внешние помехи. Длинный кабель может вносить задержку в тактовый сигнал (напомним, что сигналы данных и тактовые сигналы имеют разные частотные диапазоны), дополнительная задержка может влиять на качество приёма сигнала.
По опыту Silicon Image, нормально работают кабели DVI с длиной 2 метра, однако качество может заметно ухудшаться при увеличении длины до 5 м (и уж тем более до 10 м). Мы постараемся исследовать влияние длины на качество в будущей статье.
Тесты совместимости передатчика
Структура тестовой системы, использованной для проверки совместимости графических карт со стандартом DVI.
Поскольку стандарт DVI чётко описывает, как приёмник обрабатывает полученные данные, можно легко оценить качество DVI-передатчика (на графической карте). Для этой цели Silicon Image разработала тестовую систему DVI Compliance Test Kit. Карта подключается к специальной тестовой плате, оснащённой CRU (clock recovery unit, блок восстановления синхронизации), который используется для симуляции оптимального приёмника. Данные затем проверяются с помощью осциллографа Tektronix TDS7404. Программное обеспечение Tektronix TDSDVI автоматически записывает глазковую диаграмму, включая допустимые границы.
Программное обеспечение Tektronix позволяет очень детально анализировать глазковую диаграмму.
На фотографии показан ЖК-дисплей с идеальной картинкой.
А в этом случае в сигнале присутствует слишком сильное дрожание фазы. И виноват здесь не ЖК-монитор. В большинстве случаев причиной плохого качества является видеокарта или слишком длинный кабель.
Сравнение графических карт: тесты совместимости со стандартом DVI
ABIT R9600XT-VIO
Графический процессор: ATi Radeon 9600XT
Память: 256 Мбайт
Выходы на мониторы: 1x VGA, 1x DVI-I (Single Link)
TMDS: встроен в GPU (ATi)
Интерфейс: AGP 8x
Дополнительные функции: видеовход
Тесты совместимости со стандартом DVI
TX0 (красный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX1 (зелёный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX2 (синий): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
Карта ABIT R9600XT – VIO даёт впечатляющий результат и оказывается полностью совместимой с DVI на частоте 162 МГц. Глазковая диаграмма показывает чистый и однородный сигнал. У вас не возникнет проблем даже со старыми ЖК-дисплеями.
Итог: карта совместима с DVI на 162 МГц.
ABIT RX600PRO-256
Графический процессор: ATi Radeon X600 Pro
Память: 256 Мбайт
Выходы на мониторы: 1x VGA, 1x DVI-I (Single Link)
TMDS: встроен в GPU (ATi)
Интерфейс: x16 PCIe
Тесты совместимости со стандартом DVI
TX0 (красный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX1 (зелёный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX2 (синий): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
Карта ABIT RX600Pro-256 даёт идеальный результат и полностью совместима со стандартом DVI на частоте 162 МГц. Глазковые диаграммы здесь оказались даже более однородными, чем у ABIT R9600XT – VIO. Результаты демонстрируют очень высокое качество ABIT.
Итог: карта совместима с DVI на 162 МГц.
ATi Radeon X800 XT PE
Графический процессор: ATi Radeon X800 XT PE
Память: 256 Мбайт
Выходы на мониторы: 1x VGA, 1x DVI-I (Single Link)
TMDS: встроен в GPU (ATi)
Интерфейс: AGP 8x
Дополнительные функции: видеовход
Тесты совместимости со стандартом DVI
TX0 (красный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX1 (зелёный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX2 (синий): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
Карта ATi Radeon X800 XT PE (Built by ATI) также полностью совместима с DVI на 162 МГц (UXGA). Глазковые диаграммы демонстрируют очень однородный сигнал. Великолепный результат.
Итог: карта совместима с DVI на 162 МГц.
MSI FX-5700 Ultra-TD128 (MS8938)
Графический процессор: nVidia GeForce FX 5700 Ultra
Память: 128 Мбайт
Выходы на мониторы: 1x VGA, 1x DVI-I (Single Link)
TMDS: встроен в GPU (nVidia)
Интерфейс: AGP 8x
Тесты совместимости со стандартом DVI
TX0 (красный): UXGA (1600×1200) 141 МГц.
TX1 (зелёный): UXGA (1600×1200) 141 МГц.
TX2 (синий): UXGA (1600×1200) 141 МГц.
Карта MSI FX 5700 Ultra-TD128 обеспечивает совместимость с DVI только на частоте 141 МГц. Разрешение UXGA (1600×1200) при этом можно получить только с помощью сигнала, у которого будут уменьшены данные гашения. Современные мониторы, поддерживающие эту технологию, смогут работать с этой картой и в разрешении UXGA. Но старые UXGA-мониторы (2 года и больше) будут использовать SXGA, что приведёт к интерполяции картинки. Глазковые диаграммы показывают, что сигнал находится в допустимых пределах. В любом случае, сигнал нельзя назвать однородным, что может привести к проблемам при использовании длинных кабелей DVI. К тому же, максимальная частота 141 МГц ограничивает разрешение (так как UXGA уже достигается с уменьшением данных гашения).
Итог: карта совместима с DVI на 141 МГц.
MSI FX5950 Ultra-VTD256 (MS8946)
Графический процессор: nVidia GeForce FX 5950 Ultra
Память: 256 Мбайт
Выходы на мониторы: 1x VGA, 1x DVI-I (Single Link)
TMDS: внешний SIL 164 (Silicon Image)
Интерфейс: AGP 8x
Тесты совместимости со стандартом DVI
TX0 (красный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX1 (зелёный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX2 (синий): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
Карта MSI FX 5950 Ultra-VTD256 не использует встроенный в GPU TMDS-передатчик. Вместо этого выход DVI обеспечивается чипом SiL 164 от Silicon Image. Карта прошла тесты совместимости со стандартом DVI на 162 МГц (UXGA). Глазковая диаграмма показала очень хорошие результаты TX0 (красный), но на диаграммах TX1 и 2 (зелёный и синий) сигнал иногда бывает неоднородным, близко подходя к допустимым границам. Но совместимость всё же обеспечивается. Проблемы могут возникнуть при использовании длинных кабелей.
Итог: карта совместима с DVI на 162 МГц.
MSI NX6800 Ultra-T2D256
Графический процессор: nVidia GeForce 6800 Ultra
Память: 256 Мбайт
Выходы на мониторы: 2x DVI-I (Single Link)
TMDS: выход 1: встроенный (nVidia), выход 2: внешний SIL 164 (Silicon Image)
Интерфейс: AGP 8x
Тест совместимости со стандартом DVI для выхода 1:
TX0 (красный): UXGA (1600×1200) 141 МГц.
TX1 (зелёный): UXGA (1600×1200) 141 МГц.
TX2 (синий): UXGA (1600×1200) 141 МГц.
На первом дисплее карта MSI NX6800 Ultra-T2D256 даёт разрешение UXGA только на частоте 141 МГц, то есть с уменьшением данных гашения. Это может вызвать проблемы при подключении старых мониторов (см. MSI FX-5700 Ultra-TD128). С другой стороны, глазковые диаграммы демонстрируют хорошую однородность сигнала.
Итог: карта совместима с DVI на 141 МГц.
Тест совместимости со стандартом DVI для выхода 2:
TX0 (красный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX1 (зелёный): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
TX2 (синий): UXGA (1600×1200) 162 МГц.
Для второго выхода DVI MSI использовала TMDS-передатчик SiL 164 (Silicon Image), который позволяет достичь полной совместимости с DVI на частоте 162 МГц. Несмотря на это, глазковая диаграмма в некоторых случаях демонстрирует неоднородности. На диаграмме TX2 (синий) сигнал очень близко подходит к нижней границе, едва оставаясь в пределах допустимого. Поэтому с длинными кабелями у вас могут возникнуть проблемы.
Итог: карта совместима с DVI на 162 МГц.
Заключение
Довольно захватывающе было узнать о том, через какие препятствия необходимо пройти графической карте, прежде чем отослать данные на дисплей в цифровом виде. Объём передаваемых по интерфейсу DVI данных просто поражает. За год через этот интерфейс при использовании разрешения DVI будет передано 51 088 320 гигабайт – конечно, в режиме работы 24/7. По объёму это составляет 51 088 320 петабайт, то есть для сохранения данных вам понадобится 255 442 жёстких диска по 200 Гбайт каждый.
Результаты теста совместимости со стандартом DVI оказались положительными, и все шесть карт успешно прошли испытания. Однако если три карты на GPU ATi, предоставленные нам ABIT и ATi, показали исключительный результат, то карты MSI на GPU nVidia смогли дать совместимость с DVI на разрешении UXGA только с уменьшением частоты до 141 МГц и использованием уменьшенного времени гашения. Это ограничивает возможности карт nVidia, поскольку они имеют недостаточно ресурсов для ЖК-дисплеев с “родным” разрешением больше, чем UXGA (1600×1200). Карта MSI NX6800 смогла достичь совместимости на 162 МГц только при использовании внешнего TMDS-передатчика. Похоже, что ATi интегрировала в свои GPU лучший по качеству TMDS-передатчик, чем у nVidia. Кроме того, карты MSI показывают неоднородности сигнала даже при использовании внешнего TMDS-передатчика SiL 164 TMDS. Это, в свою очередь, ограничивает максимально возможную длину кабеля, особенно если вы будете использовать дешёвые кабели.
Мы будем продолжать тесты совместимости со стандартом DVI на случайно выбранных образцах графических карт. Как мы предполагаем, в нижнем ценовом сегменте нас могут ждать неприятные сюрпризы. Что ж, мы постараемся их обнаружить.
